Tytuł oryginału: The Circadian Code: Lose Weight, Supercharge Your Energy, and Transform Your Health from Morning to Midnight

Przekład: Zuzanna Jakubowska-Vorbrich
Redaktor prowadzący: Katarzyna Nawrocka
Redakcja: Elżbieta Meissner / Agencja Wydawnicza Synergy
Redakcja naukowa: dr hab. n. med. Iwona Świątkiewicz
Korekta: Maria Zalasa

Projekt okładki i stron tytułowych: Joanna Wasilewska / Katakanasta

Copyright © 2018 by Satchin Panda, PhD
This translation published by arrangement with Rodale Books, an imprint of the Crown Publishing Group, a division of Penguin Random House LLC.
Copyright for the Polish edition © JK Wydawnictwo sp. z o.o. sp. k., 2020
Copyright for the Polish translation © Zuzanna Jakubowska-Vorbrich, 2020

Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być powielana ani rozpowszechniana za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych bez uprzedniego wyrażenia zgody przez właściciela praw.

ISBN 978-83-66380-44-8
Wydanie I, Łódź 2020

JK Wydawnictwo sp. z o.o. s.k.
ul. Krokusowa 3,
92-101 Łódź
tel. 42 676 49 69
www.wydawnictwofeeria.pl

Konwersję do wersji elektronicznej wykonano w systemie Zecer.

Moim kochającym Dziadkom
Banchhanidhi i Urbashi Panda,
Kalpataru i Leelabati Otta

Wyznania nawróconej sowy, czyli nota od tłumaczki

Wyznania nawróconej sowy, czyli nota od tłumaczki

Gdy Wydawnictwo Feeria zaproponowało mi przekład niniejszej książki, bardzo się ucieszyłam. Wprawdzie na co dzień wykładam na uczelni i zajmuję się zgoła inną dziedziną nauki, ale biologia i fizjologia człowieka niezwykle mnie interesują, a zagadnienie rytmu okołodobowego nurtowało mnie już od dawna. Pomyślałam więc, że połączę przyjemne z pożytecznym: przetłumaczę ciekawie zapowiadającą się lekturę, a przy okazji przeczytam coś mądrego, co może przyda mi się w życiu. Moje przeczucia okazały się słuszne.

Jak pewnie wielu spośród czytelników, dość dobrze wpisuję się w obraz, jaki roztacza przed nami Satchin Panda: jestem osobą w średnim wieku, z racji zawodu sporo czasu spędzam przed komputerem, trochę za mało się ruszam i nęka mnie parę przewlekłych przypadłości. Zawsze mówiłam o sobie, że jestem zdeklarowaną sową – najlepiej pracowało mi się w nocy, a jeśli późno wracałam z wykładów, to przecież należała mi się suta, smakowita kolacja! Tym bardziej, że bez niej mogłam dostać hipoglikemii. A że za późno? Cóż, jeszcze tylko ten jeden raz… W dodatku szkoda mi było czasu na sen, bo przecież tak lubię czytać, a nie mam kiedy sięgnąć do tych wszystkich wspaniałych książek, od których uginają się moje półki. No i w nocy tak wspaniale rozmawiało się z przyjaciółmi – czasem przy lampce wina na żywo, a zazwyczaj choćby wirtualnie… Brzmi znajomo, nieprawdaż?

Mąż irytował się i niepokoił, że chodziłam spać kilka godzin po nim, ale tłumaczyłam mu, że wcześniej nie mogłabym zasnąć. Rano sypiałam do oporu, ledwo zwlekałam się z łóżka i byłam po prostu półprzytomna – co przypisywałam głównie bardzo niskiemu ciśnieniu. Sypiałam zazwyczaj dość kiepsko, po przebudzeniu natomiast bolały mnie stawy. Zanim doszłam do siebie, mijało kilka godzin. Nadarzająca się czasem konieczność wcześniejszego wstania była istnym koszmarem – a popołudniami bywałam nieraz obezwładniająco zmęczona. Martwiłam się: czy ja za dużo pracuję? A może to tarczyca? Albo wiek?

Na temat rytmu okołodobowego wiedziałam głównie tyle, że monitory i smartfony emitują niebieskie światło, którego przed snem należy unikać – i że w sypialni nie może być za gorąco, bo przed snem powinna nam spaść temperatura. Dlatego też mechanizmy opisywane przez Satchina Pandę były dla mnie niemal objawieniem. Postanowiłam wziąć udział w badaniu nawyków i ściągnęłam na smartfon aplikację myCircadianClock.

Muszę przyznać, że monitorowanie przez czternaście tygodni swojego cyklu snu, fotografowanie wszystkich posiłków, notowanie szklanek wody, leków i gimnastyki, wprowadzanie danych na temat wagi, a nawet… załatwiania potrzeb fizjologicznych, to nie lada wyzwanie, które wymaga dyscypliny, silnej woli – a czasem i przełamywania oporów. Ale zdecydowanie warto. W pewnym momencie czarno na białym zobaczyłam, czego może jednak jem za dużo i które posiłki przypadają o zwariowanych porach. I że faktycznie za mało sypiam…

Potem zaś przyszła refleksja: skoro autor twierdzi, że da się to wszystko zmienić – może warto spróbować? Przecież gdy śpię dłużej, faktycznie mniej bolą mnie kości. I może udałoby mi się wstawać wcześniej, czego zawsze zazdrościłam innym ludziom? Dzień byłby wtedy jakby dłuższy i może nawet produktywniejszy!

Zaczęłam tę przygodę u schyłku zimy. Gdy piszę te słowa, jest środek lata. Prowadzę teraz własny zeszyt, gdzie notuję dane sugerowane przez autora książki. Nauczyłam się wstawać o siódmej, czasem o siódmej trzydzieści. Bez trudu, a bywa, że i bez budzika. Niemal codziennie przed śniadaniem wskakuję na pół godziny na rowerek treningowy, który stoi na tarasie – więc przy okazji wystawiam się na światło słoneczne, i to porządne, bo ze wschodu. Jeśli mam czas, z dużym upodobaniem jeżdżę na hulajnodze – mechanicznej, modnych obecnie elektrycznych nie tykam. Spożywanie posiłków ograniczam zazwyczaj do dziewięciogodzinnego okna, z kolacją o godzinie 18–19. Albo bez kolacji. Nieco zeszczuplałam, choć w diecie nie zmieniłam nic. Wieczorami praktycznie nie bywam głodna, a gwałtowne spadki poziomu cukru, których tak się obawiałam, niemal zupełnie minęły. Staram się szykować do snu między godziną 22 a 23. Wszystkie urządzenia elektroniczne, jakich używam, wieczorem zmieniają barwę ekranu na cieplejszą.

Sama nie mogę uwierzyć, że zdołałam aż tak zmienić przyzwyczajenia, choć wiem, że jeszcze wiele mogę poprawić. Zbyt późno jadam śniadanie, nie zawsze udaje mi się uniknąć kofeiny po południu, czeka nas jeszcze modyfikacja oświetlenia w domu. Ale czuję się lepiej, mam więcej energii, po przebudzeniu jestem przytomniejsza i sprawniejsza, popołudniami zaś – mniej padnięta. A co najważniejsze – odzyskałam poranki. Może nawet dojdzie i do tego, że uda mi się wstać o świcie, złapać sprzęt fotograficzny i ruszyć na obserwację ukochanych ptaków?…

Spróbujcie i Wy zmienić coś w swoim stylu życia. Zobaczycie – będzie fajnie!

Zuzanna Jakubowska-Vorbrich

Przedmowa

Przedmowa

Mieć swój rytm i działać w rytmie – to być zdrowym.Ale nie każdy rytm jest właściwy.

Teoria zarazków – i związane z nią odkrycia w dziedzinie higieny, szczepień oraz antybiotyków – stanowiła przełom w rozwoju medycyny ubiegłego wieku. Pozwoliła ona zapobiegać chorobom zakaźnym i doprowadziła do najbardziej spektakularnego zwiększenia długości życia w całej historii ludzkości. Ale żyć dłużej nie zawsze oznacza żyć zdrowiej. Przeciwnie: w dzisiejszych czasach jesteśmy świadkami gwałtownego wzrostu liczby przypadków przewlekłych chorób tak ciała, jak i umysłu, zaczynających się już we wczesnym dzieciństwie i trwających aż po wiek podeszły. Na szczęście zaczynamy rozumieć przyczynę: nasz współczesny styl życia narusza głęboko zakorzeniony, pierwotny przepis na zdrowe życie.

Obserwacje, jakie ja i moi koledzy badacze działający na niewielkim poletku biologii rytmu okołodobowego poczyniliśmy przez ostatnie dwadzieścia lat, radykalnie zmieniają rozumienie optymalnego funkcjonowania ciała i umysłu. Nauka o rytmie okołodobowym jest obecnie interdyscyplinarną dziedziną wiedzy będącej przedmiotem zainteresowania biologów, fizjologów treningu, matematyków, psychologów, badaczy snu, specjalistów w zakresie żywienia, endokrynologów, okulistów, genetyków, onkologów – i na nich lista się nie kończy. Pracując wspólnie, odkryliśmy, że odpowiednie rozłożenie w czasie naszych codziennych czynności – i dokonanie kilku prostych zmian w stylu życia – to klucz do odzyskania naturalnego rytmu. Z pewnością będzie to kolejna rewolucja w opiece zdrowotnej. Chciałbym zatem zaprosić cię do lektury, byś mógł dowiedzieć się, co odkryłem w wyniku swoich badań oraz pracy z najwybitniejszymi umysłami działającymi w wymienionych wyżej dziedzinach. Nazywam to „kodem rytmu okołodobowego”. Moje porady, jak dokonać niewielkich modyfikacji w codziennych przyzwyczajeniach dotyczących snu, posiłków, pracy, nauki, treningu i oświetlenia domu, pozwolą ci znacząco wpłynąć na własne zdrowie w każdym wymiarze. W gruncie rzeczy korzyści, jakie dzięki temu odniesiesz, będą o wiele większe i trwalsze niż efekty zażywania jakichkolwiek leków czy stosowania specjalnej diety.

O rytmie okołodobowym mogłeś już kiedyś słyszeć. Nagroda Nobla, którą w 2017 roku przyznano za odkrycia na tym polu, była wyrazem uznania dla tych badań i ich potencjalnego wpływu na nasze zdrowie. Ale jeśli nic o tym nie wiesz, nie przejmuj się – koncepcja jest bardzo prosta. Rytm okołodobowy to po angielsku circadian rhythm; termin circadian pochodzi od łacińskich słów circa – „dokoła” lub „około”, i diēm – „dzień”¹. Rytmy okołodobowe to rzeczywiste procesy biologiczne, które uwidaczniają się codziennie w życiu każdej rośliny, zwierzęcia i człowieka. U różnych gatunków rytmy te są zbieżne, a rządzą nimi wewnętrzne zegary nazywane okołodobowymi lub biologicznymi. Są one czymś zupełnie innym od „tykającego zegara biologicznego”, który możesz mieć na myśli, gdy martwisz się, czy zdążysz mieć dzieci, zanim osiągniesz pewien wiek. Jak dowiesz się z niniejszej książki, niemal każda z naszych komórek wykorzystuje jeden z opisywanych zegarów, a są one zaprogramowane w taki sposób, by o różnych porach dnia i nocy włączać i wyłączać tysiące genów.

Geny te wpływają na każdy aspekt naszego zdrowia. Dla przykładu – gdy jesteśmy zdrowi, w nocy dobrze śpimy. O poranku budzimy się rześcy i pełni energii, gotowi zabrać się do pracy. Nasze jelita funkcjonują najnormalniej w świecie. Odczuwamy zdrowy głód, a nasz umysł jest jasny. Po południu mamy siłę, aby ćwiczyć. Wieczorem zaś jesteśmy wystarczająco zmęczeni, by bez kłopotu zasnąć ponownie. Gdy jednak te codzienne rytmy zostaną zaburzone zaledwie na dzień czy dwa, nasze zegary nie mogą wysyłać genom prawidłowych informacji, przez co ciało i umysł nie są w stanie funkcjonować tak dobrze, jak byśmy chcieli. Jeśli te zaburzenia trwają kilka dni, tygodni lub miesięcy, możemy paść ofiarą najrozmaitszych infekcji i dolegliwości – od bezsenności, poprzez zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD), depresję, stany lękowe, migrenę, cukrzycę, otyłość, choroby układu krążenia, aż po demencję, a nawet raka.

Na szczęście łatwo jest zgrać się ze swoim rytmem na nowo. Możemy dostroić nasze zegary w ciągu zaledwie kilku tygodni. Odzyskując rytm okołodobowy, jesteśmy w stanie cofnąć skutki niektórych chorób lub przyśpieszyć leczenie, a tym samym poprawić stan naszego zdrowia.

Moja podróż: Odkrywanie sekretów biologii czasu

Przyszedłem na świat w 1971 roku. Miałem szczęście urodzić się i wychować w Indiach, w szczególnym momencie ich historii. Na własnej skórze doświadczyłem, w jaki sposób dynamiczny rozwój społeczeństwa zakłóca wewnętrzną logikę życia na ziemi, w tym naturalne rytmy biologiczne. Mieszkałem w małym miasteczku, w pobliżu dziadków ze strony matki. Dziadek pracował przy obsłudze transportu kolejowego na miejscowej stacji, często na nocną zmianę. Przy bramie frontowej prowadzącej do domu dziadków rósł wielki jaśmin. Dla mnie było to drzewo magiczne: nocą kwitło obficie, by tuż przed świtem zrzucić płatki – zupełnie jakby chciało rozwinąć przepiękny dywan na powitanie mojego dziadka każdego ranka, gdy wracał z pracy.

Podczas wakacji letnich i zimowych jeździliśmy do rodziców mojego ojca. Mieli oni gospodarstwo na wsi. Kontrast między dworcową pracą zmianową dziadka ze strony matki a wiejskim życiem dziadka ze strony ojca, w zgodzie z rytmem przyrody, był tak olbrzymi, jakby dzieliło ich całe stulecie – a nie dwie godziny drogi. Przez większość mojego dzieciństwa we wsi dziadka nie było elektryczności, łatwo więc sobie wyobrazić, że życie w gospodarstwie różniło się od tego w miasteczku. Niemal wszystko, co jedli moi krewni, pochodziło z własnych upraw. Chociaż nie pamiętam, żeby dziadek kiedykolwiek nosił zegarek, codzienne czynności dokonywały się z dokładnością co do minuty, regulowane przez słońce i gwiazdy. O brzasku piały koguty, robiąc wszystkim pobudkę. Cały dzień mijał na doglądaniu roślin i zwierząt oraz przygotowywaniu posiłków. Zbieraliśmy owoce i warzywa albo pomagaliśmy wujowi łowić ryby w przydomowym stawie. Głównymi posiłkami były śniadanie i obiad – prawdziwe uczty ze świeżych warzyw i ryb. Kolację zawsze podawano przed zachodem słońca, a składały się na nią głównie resztki z obiadu, jako że nie było możliwości przechowania gotowanych posiłków przez noc. Wieczory także były zupełnie inne. Jedyne światło, jakim dysponowaliśmy, pochodziło z lamp naftowych. W tamtych czasach nafta była droga i racjonowana przez rząd. Moi dziadkowie mieli względnie duży dom, z sześcioma sypialniami. Wolno nam było używać lamp naftowych tylko przez kilka wieczornych godzin; wyjątkiem były dwie lampy umieszczone na obu krańcach werandy – te tliły się przez całą noc. Po kolacji wszystkie dzieci zbierały się w gromadkę przy lampie, a moja matka – nauczycielka z zawodu – przepytywała nas. Czasem dołączały ciotki, by opowiadać nam różne historie albo wuj zabierał nas na podwórko i uczył faz Księżyca.

Pamiętam, jak nieraz dopytywałem o warzywa czy owoce, które jadałem w domu, a kuzyni dziwnie na mnie patrzyli. Dla nich byłem głupim miastowym dzieciakiem, który nie wie, o jakiej porze roku rosną poszczególne warzywa i owoce. Nie wiedzieli jednak, że mój ojciec, który studiował rolnictwo, wprowadził do gospodarstwa dziadka wysokowydajne drzewa, warzywa i odmiany ryżu. Niektóre z tych nowych odmian ryżu mogły rosnąć zarówno latem, jak i zimą, zasadniczo podwajając plon z tego samego kawałka pola. W tym przypadku zakłócanie naturalnego porządku rzeczy nie wydawało się takim złym pomysłem.

Gdy byłem w szkole średniej, mój ojciec zginął w wypadku samochodowym. Kierowca ciężarówki, który prawdopodobnie był niewyspany, stracił kontrolę nad pojazdem. Wiele lat później dowiedziałem się, że działanie mózgu człowieka pozbawionego snu niesie większe zagrożenie niż działanie mózgu człowieka w stanie upojenia alkoholowego. Tymczasem prowadzenie samochodu po nieprzespanej nocy do dziś jest zgodne z prawem.

Po szkole średniej poszedłem na studia rolnicze, tak jak mój ojciec – była to bowiem najszybsza droga do pewnego zatrudnienia w administracji rządowej lub bankowości. Zawsze, gdy odwiedzałem rodzinne gospodarstwo dziadek droczył się ze mną, pytając, czy złamię kod natury i umożliwię mu uprawę wszystkich warzyw i owoców o dowolnej porze roku. Stąd wzięło się moje pragnienie, by dociec, w jaki sposób wszystkie organizmy żywe funkcjonują w ramach zmieniających się dób i pór roku.

Odwiedzałem również dziadka ze strony matki, który był już wówczas na emeryturze. Zaledwie kilka lat po zakończeniu pracy zaczął zdradzać oznaki demencji. Babcia zajmowała się nim jak dzieckiem. Na ostatnim roku studiów przyjeżdżałem do niego prawie co weekend: byłem jedną z trzech czy czterech osób, które rozpoznawał. Dzień mylił mu się z nocą; mógł być głodny, śpiący albo całkiem rozbudzony o dowolnej porze. Zacząłem dostrzegać, jak ważny w naszym życiu jest prosty kod czasu. Kilka dni po tym, jak skończyłem studia, dziadek zmarł, dożywszy 72 lat.

Na studiach szło mi dobrze; dyplom uzyskałem z hodowli roślin i genetyki. Naturalnym krokiem byłoby teraz pójście na studia magisterskie dotyczące tych samych dziedzin, ale szczęśliwie uzyskałem stypendium na magisterium z biologii molekularnej, w Indiach nazywanej biotechnologią. Biologia molekularna była wówczas nową gałęzią nauki, dzięki której poznałem zagadnienia związane z kodem genetycznym.

Później udało mi się otrzymać posadę badawczą w Chennai, w firmie Bush Boake Allen (dziś International Flavors and Fragrances), która wytwarza substancje smakowe i zapachowe dla niemal wszystkich największych producentów żywności na świecie. Moim pierwszym zadaniem było wykrycie związków chemicznych, którym swój aromat zawdzięczają laski wanilii. Odwiedziłem plantacje wanilii w górach Nilgiri na południu Indii, gdzie gospodarz budził mnie o drugiej nad ranem, po czym jechaliśmy na pola, by zobaczyć, jak robotnicy ręcznie zapylają każdy kwiat wanilii, gdy tylko rozchylą się jego płatki, co następowało jeszcze przed świtem. Choć praca była dobrze płatna, robotnicy nienawidzili zrywać się w środku nocy przez kilka miesięcy z rzędu, a pod koniec sezonu wszyscy czuli się bardzo źle. Zastanawiałem się, czy ich dolegliwości były reakcją na jakiś czynnik obecny na polu, czy też wynikały z dwumiesięcznej deprywacji snu. Tymczasem badania nad rytmem okołodobowym powoli torowały sobie drogę do nagłówków najważniejszych czasopism naukowych, gdy swoje przełomowe prace publikowali Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash i Michael W. Young (którzy wspólnie otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii).

Wkrótce opuściłem Indie, udając się na dalsze studia do Winnipeg w prowincji Manitoba w Kanadzie. Pod wieloma względami był to wielki szok, przy czym przeprowadzka z kraju, gdzie temperatura dochodziła do 40 stopni Celsjusza, do takiego, w którym zimą –18 stopni nie było niczym niezwykłym, grała tu najmniejszą rolę. Zimowe noce były bardzo długie, a mój mózg czuł się zdezorientowany: czy winny był szok kulturowy, temperaturowy, czy brak światła? Niemal połowa moich kolegów z grupy na wydziale immunologii chodziła przygnębiona; nazywali to „zimową depresją”. Efekt, jaki długie kanadyjskie noce wywierały na mój rytm okołodobowy, na nowo rozbudził moje zainteresowanie tą kwestią. Spędziwszy w Winnipeg tylko jedną zimę, przeniosłem się do San Diego, by szukać odpowiedzi na wszystkie pytania i doświadczenia mojego życia w jednej konkretnej dziedzinie nauki. Oficjalnie rozpocząłem studia nad zegarem biologicznym.

Poświęciłem tym badaniom ostatnie 21 lat. Jako doktorant w Instytucie Badawczym Scripps (Scripps Research Institute) w La Jolla w Kalifornii pracowałem nad zrozumieniem, jak rośliny mierzą czas. Najbardziej ekscytujące było to, że laboratorium, w którym prowadziliśmy badania, należało do ścisłej czołówki w tej dziedzinie. Właśnie wtedy odkryliśmy, że zarówno w organizmach roślin, jak i zwierząt działają geny zegarowe. Naszym celem było rozszyfrowanie, jak te geny działają. Fascynujący był każdy dzień, czułem się, jakbym siedział w pierwszym rzędzie i oglądał ulubiony musical na Broadwayu. Należałem do grupy, która odkryła, jak poszczególne geny współpracują ze sobą, by dawać znać roślinom, kiedy należy rozpocząć fotosyntezę, by pozyskać energię, kiedy spać, a kiedy naprawiać uszkodzenia w swoich tkankach. Jeden z roślinnych genów, który odkryłem, pozwolił nam zrozumieć, jak mogą funkcjonować powiązania między zegarem okołodobowym, metabolizmem i naprawą DNA.

W 2001 roku zostałem zaproszony na badania podoktoranckie do nowo utworzonego Instytutu Genomiki przy Fundacji Badawczej Novartis (Genomics Institute of the Novartis Research Foundation, GNF), gdzie miałem pracować nad zegarami biologicznymi zwierząt. Ta wiodąca placówka specjalizowała się w wykorzystywaniu dopiero co opisanych genomów myszy i człowieka do zrozumienia nieodkrytych tajemnic biologii. Dołączyłem do badaczy, by zgłębiać tajemnice rytmów okołodobowych.

Pierwszy przełom nadszedł w ciągu roku. Znalazłem wytłumaczenie, jak nasze rytmy biologiczne dostosowują się do pór roku i różnego typu światła. Mój zespół odkrył w siatkówce oka nieznany dotąd fotoreceptor, który reaguje na światło niebieskie i wysyła do mózgu sygnały informujące, czy jest ranek, czy noc. Rozpracowanie tego fotoreceptora pomogło nam zrozumieć, ile światła, jakiej barwy, przez jak długi czas i o jakiej porze dnia potrzebujemy, by przyśpieszyć lub opóźnić nasz zegar. Było to wielkie odkrycie, gdyż przez niemal sto lat naukowcy wiedzieli, że w oku znajduje się fotoreceptor tego typu, ale nie mieli pojęcia, gdzie go szukać i jak on działa. Prestiżowy magazyn „Science” zaliczył nasze odkrycie do czołowej dziesiątki przełomowych wydarzeń 2002 roku. Właśnie dlatego możesz przełączyć podświetlenie ekranu w smartfonie czy tablecie ze śnieżnobiałego na przygaszony odcień pomarańczowy na kilka godzin przed planowanym pójściem spać.

Prawie osiem lat pracowaliśmy nad ustaleniem, jak ten fotoreceptor funkcjonuje, jak przesyła informacje z oka do mózgu i które rejony mózgu przetwarzają jego sygnały, by zawiadywać snem, stanami depresyjnymi, rytmem okołodobowym czy odczuwaniem bólu. Co więcej, nadal staramy się oszacować pełen zakres oddziaływania światła na nasz rytm okołodobowy i zrozumieć, jak współczesne oświetlenie oddziałuje na ten proces. Niemniej jednak niezwykłą satysfakcję przyniósł mi fakt, że nasze odkrycie pokonało drogę od prostej obserwacji do zastosowania w praktyce, w zaledwie piętnaście lat przyczyniając się do tego, że przeszło miliard ludzi zyskało świadomość o wpływie światła na zdrowie.

Kolejnym tematem badawczym było ustalenie, jak nasz zegar wewnętrzny przesyła informacje o upływie czasu i jak poszczególne narządy odczytują czas, by o określonej porze wykonywać rozmaite zadania. Zaczęliśmy stosować najnowocześniejsze techniki genomiczne w celu monitorowania, które geny, w jakich narządach i o jakim czasie włączają się i wyłączają. Badania te rozpoczęły się w 2002 roku i od tego momentu zaliczyliśmy kolejny przełom: odkryliśmy, że setki, a nawet tysiące genów w mózgu i wątrobie włączają się i wyłączają o konkretnej porze. Nadal rozszerzamy eksperymenty na różne inne narządy, tkanki, ośrodki mózgowe i gruczoły. Dowiadujemy się, że niemal każdy narząd ma swój własny zegar i w każdym narządzie geny ulegają włączaniu i wyłączaniu, co ma wpływ na intensywność produkcji białek w przewidywalnych momentach dnia.

Gdy stworzyłem własne laboratorium w prestiżowym Instytucie Studiów Biologicznych Salk (Salk Institute for Biological Studies), kontynuowałem badania nad zegarem biologicznym wraz ze znamienitymi kolegami. Dziś już wiemy, że ktoś, kto ma przewidywalny rytm okołodobowy, ma też zdrowy organizm. Życie niezgodne z rytmem okołodobowym może nas popchnąć ku chorobie na takiej samej zasadzie jak mutacja w kodzie genetycznym może wywołać określone schorzenia. Przez ostatnie kilka lat miałem szczęście współpracować z największymi umysłami w dziedzinie chorób sercowo-naczyniowych i metabolicznych; wspólnie ustaliliśmy, że zwierzęta, których zegar jest zaburzony, charakteryzują się wysoką zapadalnością na te schorzenia. Powoli stało się jasne, że u źródeł wszystkich dolegliwości leży zakłócony zegar biologiczny, i odwrotnie – w większości chorób przewlekłych funkcja zegara jest zaburzona.

W 2009 roku dziedziny moich badań – światło i czas – wreszcie się spotkały. Rozszerzając zakres wcześniejszych studiów, zaprojektowaliśmy prosty eksperyment, w ramach którego poddaliśmy myszy działaniu specyficznego cyklu światła i ciemności1. Myszy są na ogół zwierzętami nocnymi, nocą także pobierają pokarm. Ale podczas eksperymentu podawaliśmy im pożywienie w dzień i obserwowaliśmy, co stanie się z ich wewnętrznym zegarem. Co zaskakujące, odkryliśmy, że niemal wszystkie geny wątroby, które zazwyczaj włączały się i wyłączały w ramach cyklu dwudziestoczterogodzinnego, kompletnie zignorowały sygnały świetlne i zsynchronizowały się z porami, kiedy zwierzęta jadły i pościły. Dowiedzieliśmy się również, że dobowy cykl odżywiania się i postu napędza prawie wszystkie rytmy funkcjonowania wątroby. Nie jest zatem tak, że wszystkie sygnały zarządzające poszczególnymi procesami biologicznymi w czasie nadchodzą ze świata zewnętrznego za pośrednictwem fotoreceptorów oka reagujących na światło niebieskie, okazało się bowiem, że podobnie jak pierwszy brzask poranka resetuje zegar mózgowy, tak pierwszy poranny kęs jedzenia resetuje zegary wszystkich pozostałych narządów.

Następnie, w 2012 roku, zrobiliśmy kolejny krok. Chcieliśmy się dowiedzieć, czy zapadalność na choroby – prócz diety – powiązana jest także z zaburzeniem rytmu okołodobowego. Tysiące artykułów naukowych wykazały, że myszy, które mają swobodny dostęp do pokarmów słodkich i tłustych, w ciągu kilku tygodni stają się otyłe i zapadają na cukrzycę. Porównaliśmy dwie grupy myszy: jedna miała swobodny dostęp do tłustego pożywienia, druga zaś musiała zjeść wszystko w ciągu ośmiu do dwunastu godzin. Wyniki były zdumiewające: myszy, które spożywały tę samą liczbę kalorii, pochodzącą z tych samych produktów, w ciągu co najwyżej dwunastu godzin na dobę, były całkowicie wolne od dolegliwości w postaci otyłości, cukrzycy, chorób wątroby czy serca. Co jeszcze bardziej zaskakujące, gdy przestawiliśmy chore myszy na tego typu planowe odżywianie, mogliśmy cofnąć ich objawy chorobowe bez konieczności stosowania leków czy zmiany diety.

Z początku społeczność naukowa podchodziła do naszych odkryć sceptycznie. Według popularnych poglądów nasze zdrowie zależy od tego, co jemy oraz jak dużo. Ale z laboratoriów rozsianych po świecie zaczęły powoli spływać podobne wyniki badań, w tym przeprowadzanych z udziałem ludzi. Dzisiaj wiemy już, że prócz tego, co oraz ile jemy, liczy się także, kiedy to robimy. Wiele znaczących instytucji medycznych zwróciło uwagę na nasze osiągnięcia i dokonało przeglądu literatury, by przekonać się, czy ustalanie konkretnych pór przyjmowania posiłków rzeczywiście jest istotne. Na przykład Narodowe Instytuty Zdrowia (National Institutes of Health), Amerykańskie Towarzystwo Kardiologiczne (American Heart Association) oraz Amerykańskie Towarzystwo Diabetologiczne (American Diabetes Association) – by wymienić tylko te – uwierzyły, podobnie jak ja wierzę, że zrestartowanie naszego zegara okołodobowego to nowa wielka nadzieja na zapobieganie chorobom przewlekłym lub przyśpieszenie ich leczenia. W 2017 roku Amerykańskie Towarzystwo Kardiologiczne po raz pierwszy od 70 lat opublikowało nowe zalecenia dotyczące pory i częstotliwości przyjmowania posiłków; potwierdzają one wyniki naszych badań i pokazują, jak wzorzec odżywiania może być wykorzystywany dla uniknięcia lub złagodzenia schorzeń sercowo-naczyniowych2.

Niniejsza książka, oparta na moich badaniach, ma za zadanie dostarczyć ci narzędzi do zoptymalizowania twojego własnego zegara biologicznego poprzez wprowadzenie prostych zmian w stylu życia. Stawka nigdy nie była wyższa. Obecnie niemal jedna trzecia dorosłych cierpi na przynajmniej jedną przypadłość chroniczną – taką jak otyłość, cukrzyca, choroba sercowo-naczyniowa, nadciśnienie, choroba układu oddechowego, astma czy przewlekły stan zapalny. Zanim dorośli w Stanach Zjednoczonych osiągną wiek emerytalny, na ogół zapadają na dwie lub więcej chorób przewlekłych. A prawda o tych chorobach jest taka, że rzadko istnieje na nie lekarstwo. Niewiele osób z cukrzycą całkowicie zdrowieje. Podobnie jest z chorobami sercowo-naczyniowymi. Obecnie dysponujemy tylko lepszymi sposobami na radzenie sobie z objawami tych chorób i życie z nimi stało się łatwiejsze.

Ale to właśnie się zmienia. W niniejszej książce chciałbym zaproponować szereg prostych pomysłów i praktyk, które można stosować codziennie, a które dowiodły swej skuteczności w zapobieganiu chorobom lub opóźnianiu ich nadejścia w intensywnych badaniach laboratoryjnych.

Musisz jednak wiedzieć o mnie jeszcze jedną rzecz. Nauka, którą uprawiam, jest wspierana przez władze Stanów Zjednoczonych i może rozkwitać dzięki uczciwym podatnikom i filantropom, takim jak ty. Jeśli moje badania mogą zainspirować milion ludzi, by wprowadzili tych kilka drobnych zmian w życiu i opóźnili początek choćby jednej choroby przewlekłej o rok, mogłoby to przynieść amerykańskiej gospodarce szacunkowe oszczędności rzędu co najmniej dwóch miliardów dolarów rocznie. Te badania są moim podarunkiem da ciebie – wyrazem wdzięczności, jaką żywię do tego kraju. W 2001 roku byłem zwykłym obcokrajowcem, który dopiero co obronił doktorat i dysponował jedynie wizą studencką². Z wielkim entuzjazmem myślałem o podjęciu badań podoktoranckich w GNF i złożyłem podanie o wizę pracowniczą³. Każdy obcokrajowiec starający się o tę wizę zna uczucie ściskania w dołku, jakie towarzyszy oczekiwaniu na rozpatrzenie podania.

A potem wydarzył się jedenasty września.

Około godziny siedemnastej w dniu 12 września 2001 roku kierowniczka działu personalnego w GNF podeszła do mojego biurka z kartką w ręku. Obudziły się we mnie najgorsze przeczucia: lęk, że władze odrzuciły moje podanie. Zamiast tego dowiedziałem się jednak, że kilka godzin wcześniej zostało ono zaakceptowane. Właśnie wtedy zdałem sobie sprawę, że ten kraj – mój nowy dom – musi być fantastyczny, skoro 12 września, gdy ja sam nie mogłem się skupić na pracy w laboratorium, wstrząśnięty wydarzeniami dnia poprzedniego, ktoś na Wschodnim Wybrzeżu poszedł tymczasem do pracy, spojrzał na mój wniosek i zaaprobował go. Tego dnia postanowiłem, że zostanę tu na zawsze i spłacę mój dług wdzięczności. Dlatego właśnie teraz dzielę się z tobą wynikami moich badań i mam nadzieję, że przyniosą ci pożytek.

Jak korzystać z książki

Dbanie o własny zegar biologiczny to nie tylko kwestia diety. Tak naprawdę w ogóle nie chodzi o dietę. Trzeba zacząć od tego, by wiedzieć, kiedy jeść i kiedy zgasić światło. Zwracanie uwagi na te drobne elementy dnia to już duży krok w kierunku zapobiegania chorobie lub odsuwania jej w czasie.

Przeczytasz o tym, że jesteśmy bardzo podatni na zakłócenia rytmu okołodobowego. Wystarczy niewielkie obniżenie samopoczucia po nocnym locie, niedyspozycja organizmu, niewyspanie czy niewłaściwy harmonogram pracy. Niniejsza książka może stać się potężnym narzędziem, które pomoże ci właściwie zagospodarować dzień – nieważne, czy jesteś rodzicem, czy dzieckiem (zwłaszcza nastolatkiem), milenialsem czy emerytem. Korzyść z lektury może odnieść każdy, bez względu na to, czy jest pracownikiem dziennym, zmianowym, pracującą mamą czy entuzjastą zdrowego stylu życia. Jeśli cierpisz na jedno lub więcej schorzeń przewlekłych, ta książka zdecydowanie jest dla ciebie. Kimkolwiek jesteś, dowiesz się z niej, kiedy w ciągu dnia jest najlepszy czas na jedzenie, pracę i aktywność fizyczną oraz jak zorganizować godziny wieczorne, by sen był możliwie najlepszy i najbardziej odprężający.

Pierwsza i najważniejsza sprawa: ta książka jest o zapobieganiu chorobom, ale możesz użyć zawartych w niej informacji również po to, by wieść lepsze życie już teraz. Część I skupia się na tym, jak działają zegary biologiczne naszego ciała i dlaczego dbanie o optymalny rozkład dnia jest niezwykle ważne tak dla dzieci, jak i dla dorosłych. Pierwszym krokiem na drodze do zdrowia jest rozpoznanie, czy faktycznie z naszym samopoczuciem jest coś nie w porządku; w omawianej sekcji znajdziesz więc prosty quiz, który pomoże ci zrozumieć, jak twoje zdrowie wpływa na funkcjonowanie twojego rytmu okołodobowego. Zaczniesz także monitorować swój rozkład dnia, by się zorientować, co należy w nim poprawić.

Część II zawiera wyczerpujące instrukcje, jak najlepiej zorganizować sobie dzień, by maksymalnie wykorzystać swoje wewnętrzne rytmy. Nauczysz się, kiedy (i co) jeść, ale nie dowiesz się ile. Nie ma tu żadnego liczenia kalorii. Mogę ci jednak powiedzieć, że jeśli będziesz postępować zgodnie z sugerowanymi przeze mnie wskazówkami, utrata wagi będzie niemal nieunikniona. Dowiesz się, kiedy jest najlepsza pora dnia na produktywną pracę, a kiedy na aktywność fizyczną. Odkryjesz również nowe techniki, które pomogą ci lepiej sypiać w nocy, a także poznasz technologię, która wesprze cię w pełniejszym doświadczaniu życia i monitorowaniu swoich doświadczeń.

Z wiekiem zakłócenia rytmu okołodobowego dotykają nas mocniej niż w młodości. Sądzę, że większość chorób, które nękają nas w dorosłym życiu, można przypisać zaburzeniom zegara biologicznego. Część III książki opowiada o konkretnych schorzeniach i ich związkach z naszym wewnętrznym rytmem. Mowa jest o chorobach nowotworowych oraz innych zaburzeniach układu immunologicznego, składowych zespołu metabolicznego (choroby serca, otyłość i cukrzyca) i o problemach neurologicznych, w tym o depresji, demencji, chorobie Parkinsona i innych schorzeniach neurodegeneracyjnych. Dowiesz się także, jak rytm okołodobowy wpływa na mikroflorę jelitową i jak należy postępować w przypadku takich przypadłości jak refluks, zgaga i nieswoiste choroby zapalne jelit.

Nie jestem lekarzem, nie mogę więc zalecać kuracji farmakologicznych. Moja natura naukowca przypomina mi każdego dnia, jak mało tak naprawdę wiemy na temat funkcjonowania naszego organizmu. Mogę jednak z pełnym przekonaniem podzielić się z tobą swoją wiedzą o tym potężnym, pierwotnym, nieuniknionym rytmie, który nami steruje, a także udzielić ci najlepszych możliwych porad, jak udoskonalić codzienny harmonogram działań. Proszę, podziel się ze swoimi lekarzami czy innymi pracownikami opieki zdrowotnej informacją o codziennych nawykach, optymalizujących działanie twojego rytmu okołodobowego, by mogli podejmować trafniejsze decyzje o twoim leczeniu i dalszym postępowaniu medycznym. Mając do dyspozycji narzędzia zawarte w tej książce, z dużym prawdopodobieństwem będziesz mógł powrócić do zdrowia.

A dokładniej, „dzień” to po łacinie dies; diēm to forma biernika [przyp. tłum.]. [wróć]

W oryginale: F-1 visa; student posiadający taką wizę musi dowieść, że jest w stanie sam się utrzymać [przyp. tłum.]. [wróć]

W oryginale: H-1B visa; taka wiza pozwala na tymczasowe zatrudnienie obcokrajowca na specjalistycznym stanowisku [przyp. tłum.]. [wróć]

Część I. Zegar rytmu okołodobowego

CZĘŚĆ I

ZEGAR RYTMU OKOŁODOBOWEGO

Rozdział 1

Rozdział 1

Wszyscy jesteśmy pracownikami zmianowymi

Jeśli jesteś jednym z pracowników zmianowych, którzy muszą wstawać w środku nocy, by iść do pracy, wracają z pracy nocą lub też nie śpią aż do rana, znasz to uczucie sprzeniewierzania się pierwotnemu popędowi, by nocą spać, a czuwać w ciągu dnia. Jeśli nawet jednak nim nie jesteś, na pewno pamiętasz przypadki, gdy walczyłeś ze swoim wewnętrznym zegarem. Prawda jest taka, że wszyscy jesteśmy pracownikami zmianowymi. W życiu zdarzają się okresy, gdy zmagamy się z chronicznymi zaburzeniami snu, a u wielu z nas stają się one nawykiem. Jeśli zarwiesz noc z powodu imprezy, położysz się późno, bo uczyłeś się do testu, źle prześpisz noc, w trakcie podróży będziesz musiał pokonać kilka stref czasowych, będziesz czuwał nocą, opiekując się chorym członkiem rodziny albo kilka razy wstaniesz w nocy, by nakarmić lub przewinąć dziecko – też możesz o sobie powiedzieć, że jesteś pracownikiem zmianowym. Praca na etat wymagająca długich dojazdów, połączona z normalną codzienną rutyną, jest jak zatrudnienie na dwie zmiany i oznacza chodzenie spać po północy. Nawet pojedyncza noc zarwana z powodu zabawy może przynieść takie samo zakłócenie zegara biologicznego jak podróż z jednej strefy czasowej do innej – dlatego nazywamy to zjawisko jet lagiem społecznym.

Nazywanie nas wszystkich pracownikami zmianowymi to nie jest jakiś wymysł teoretyczny. Przemawiają za tym twarde dane. Na przykład profesor Till Roenneberg, naukowiec z Monachium, przeprowadził 50 tysięcy ankiet w Europie i Stanach Zjednoczonych i odkrył, że większość respondentów albo idzie spać po północy, albo wstaje wcześnie i nie wysypia się dostatecznie1. Ludzie ponadto kładą się do łóżka o innej godzinie w dni pracujące i w weekendy. Na Światowym Kongresie Snu (World Sleep Congress) w 2017 roku Roenneberg przedstawił dane, według których około 87% dorosłych cierpi na jet lag społeczny i w weekendy kładzie się spać przynajmniej dwie godziny później niż zwykle.

Mniej więcej sześć lat temu moje laboratorium zaczęło monitorować wzorzec snu i aktywności blisko dwustu studentów i odkryliśmy tę samą prawidłowość, o której mówił Roenneberg. Jak dotąd tylko jedna osoba z całej grupy chodziła spać codziennie o tej samej porze, z dokładnością do pół godziny, włączając weekendy. Był też jeden student, który przynajmniej przez dwa dni w tygodniu kładł się przed północą.

Monitorujemy również kobiety ciężarne i pracujące mamy niemowląt; wzorzec snu i czuwania tych kobiet także jest nieregularny i w gruncie rzeczy przypomina sytuację strażaków, którzy każdej nocy spodziewają się kilkakrotnej pobudki. Dla wielu kobiet najtrudniejszym wymiarem macierzyństwa jest konieczność czuwania w nocy i próby dosypiania w nietypowych godzinach dziennych. Nic dziwnego, że jedyne okresy, gdy świeżo upieczone mamy mogły się wyspać, dotyczyły tych przypadków, gdy otrzymywały pomoc nie tylko od męża czy partnera, lecz także na przykład od teściów lub rodziców, którzy mogli przejąć na siebie część nocnych obowiązków.

Dla pracujących matek najtrudniejsza jest synchronizacja codziennego funkcjonowania z rytmem okołodobowym, gdyż na ich dzienną aktywność mają wpływ wszyscy domownicy. Zazwyczaj kobiety te wstają bardzo wcześnie, by przygotować śniadanie dla rodziny, zająć się dziećmi, spakować tornistry i drugie śniadania, zawieźć dzieci do szkoły lub przedszkola, a potem same jadą do pracy. Po kolacji pomagają w odrabianiu zadań domowych, uprawiają gimnastykę albo pracują w domu do późnej nocy. W miarę upływu tygodnia zaburzenia ich rytmu okołodobowego stają się coraz poważniejsze. Gdy moja córka była niemowlęciem, w piątki żona była już dosłownie chora i przez cały weekend dochodziła do siebie.

Wszyscy wiemy, jak czuje się człowiek po ciężkiej nocy bez względu na przyczynę niewyspania. Jesteś śpiący, ale nie możesz zasnąć. Może dokuczać ci brzuch, twoje mięśnie są słabe, ciężko ci się myśli i na pewno nie jesteś w nastroju, by iść na siłownię. Twoje ciało i umysł są zdezorientowane, zupełnie jakby jedna połowa mózgu mówiła ci, że musisz odespać, ale druga przekonywała, że jest dzień i nie czas teraz na sen. Możesz albo starać się przetrwać, sięgając po kubek mocnej kawy czy napój energetyczny, by pokonać senność, albo jak najszybciej wrócić do swojej zwykłej rutyny.

Mózg pracownika zmianowego nie jest w stanie podejmować racjonalnych decyzji. Według artykułu opublikowanego w czasopiśmie „Popular Science”2 skutki poznawcze jednej nocnej zmiany mogą ciągnąć się przez cały tydzień. Są to luki w pamięci czy chwile nieuwagi, które mogą uczynić nas podatnymi na złe nawyki. Kilka dni niewyspania może spowodować zmianę apetytu obejmującą zarówno rodzaje pożywienia, na jakie mamy ochotę, jak i jego ilość, którą spożywamy, nie śpiąc w nocy. Późną nocą, gdy nasz brzuch powinien odpoczywać i regenerować się, często jesteśmy skłonni jeść więcej kalorycznego „śmieciowego jedzenia”.

Życie na nocną zmianę może również powodować kłopoty z zasypianiem. Niektórzy sięgają wtedy po alkohol lub środki nasenne; jedno i drugie może wywołać depresję. Co jednak ważniejsze, są to substancje uzależniające, które wiodą do nałogów utrzymujących się nawet wówczas, gdy styl życia nie zmusza nas już do nocnego czuwania.

I nie koniec na tym. Życie „zmianowe” nie tylko wywiera wpływ na to, jak się czujemy następnego dnia, ale na dodatek powoduje, że nasi bliscy stają się poniekąd biernymi pracownikami zmianowymi, ponieważ możemy nieumyślnie zakłócać ich własny sen, gdy wstają wcześnie lub kładą się późno, by zgrać się z naszym szalonym rozkładem dnia lub dotrzymać nam towarzystwa. Wpływ, jaki wywiera to na ich zdrowie, również jest niepokojący. Dla przykładu: w 2013 roku badacze przeanalizowali artykuły naukowe na omawiany temat i odkryli, że dzieci pracowników zmianowych nie tylko miały więcej problemów poznawczych i behawioralnych w porównaniu z dziećmi wychowywanymi przez pracowników dziennych, lecz także było wśród nich więcej przypadków otyłości3.

O ile późne chodzenie spać przez jedną czy dwie doby albo kilka dni podróży przez różne strefy czasowe mogą być jedynie źródłem dyskomfortu, to nieustanne zakłócanie zegara okołodobowego może wywierać negatywny wpływ na nasze zdrowie, powoduje ono bowiem nieprawidłowe funkcjonowanie wszystkich układów organizmu. Układ odpornościowy staje się tak słaby, że zarazki i pasożyty, które zazwyczaj nie czynią nam krzywdy, mogą zaatakować układ pokarmowy albo wywołać u nas objawy podobne do grypy. Dobrze udokumentowany jest fakt, że pracownicy zmianowi częściej doświadczają problemów zdrowotnych niż pracownicy dzienni, szczególnie jeśli chodzi o dolegliwości żołądkowo-jelitowe, otyłość, cukrzycę i choroby sercowo-naczyniowe4. Co zaskakujące, główną przyczyną śmierci lub niezdolności do pracy strażaków w służbie czynnej nie jest ogień ani wypadki, tylko choroby serca, które – jak się teraz przypuszcza – mają związek z zakłóceniem rytmu okołodobowego5. Liczne badania wykazują, że praca zmianowa do tego stopnia zwiększa ryzyko zachorowania na raka, że w 2007 roku Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem przy Światowej Organizacji Zdrowia (World Health Organization’s International Agency for Research on Cancer) zaklasyfikowała ten typ zatrudnienia jako potencjalnie rakotwórczy6.

Skoro zaś wszyscy jesteśmy pracownikami zmianowymi, to będziemy cierpieć wszyscy. Dlatego właśnie musimy zrozumieć, jak działa nasz zegar biologiczny – i jak zoptymalizować styl życia, by zadbać o naturalne rytmy naszego ciała.

Jakiego rodzaju pracownikiem zmianowym jesteś?

Osoba, która czuwa dłużej niż przez trzy godziny pomiędzy godziną 22 a 5 rano przez więcej niż 50 dni w roku, spełnia kryteria oficjalnej europejskiej definicji pracownika zmianowego. Niemniej jednak sądzę, że wszyscy jesteśmy pracownikami zmianowymi – ze względu na nasz tryb życia. Który z poniższych typów najlepiej oddaje Twoją sytuację?

Tradycyjna praca zmianowa: W krajach rozwijających się lub rozwiniętych z grubsza 20–25% cywilnej populacji czynnej zawodowo zatrudnionych jest jako pracownicy zmianowi. Należą do nich służby szybkiego reagowania (straż pożarna, operatorzy numerów alarmowych), policja, pracownicy opieki zdrowotnej (pielęgniarki, lekarze), pracownicy fabryk, przedsiębiorstw budowlanych, sektora użyteczności publicznej, lotnictwa (piloci, personel pokładowy, personel naziemny), pracownicy transportu lądowego, usług gastronomicznych, ochrony, operatorzy infolinii.

„Zmianowy” styl życia: W grupie tej znajdują się uczniowie szkół średnich i studenci, muzycy, artyści, świeżo upieczone matki, pracownicy opieki domowej oraz współmałżonkowie pracowników zmianowych.

Zatrudnienie w ramach gig ekonomii (od zlecenia do zlecenia): W grupie tej znajdują się niepełnoetatowi kierowcy oferujący wspólne przejazdy (ride-sharing) lub dostawcy jedzenia, osoby posiadające elastyczny czas pracy i wolni strzelcy.

Jet lag: Zespół nagłej zmiany strefy czasowej, który ma miejsce, gdy przekraczasz dwie lub więcej stref czasowych w ciągu jednego dnia. Z samolotów korzysta blisko osiem milionów podróżnych dziennie7. Połowa z nich pokonuje przynajmniej dwie strefy czasowe.

Społeczny jet lag: Zjawisko to występuje, gdy ktoś w weekendy chodzi spać późno i wstaje co najmniej dwie godziny później niż zwykle. W społeczeństwach współczesnych przeszło 50% ludzi doświadcza jet lagu społecznego.

Cyfrowy jet lag: Zjawisko to ma miejsce, gdy gawędzisz przez serwisy społecznościowe albo urządzenia elektroniczne z przyjaciółmi lub znajomymi, którzy mieszkają kilka stref czasowych od ciebie, w związku z czym nie kładziesz się spać przez więcej niż trzy godziny między godziną 22 a 5 rano.

Choroba afektywna sezonowa: Miliony ludzi żyjących na dalekiej Północy bądź na dalekim Południu (na przykład mieszkańcy północnej Kanady, Szwecji, Norwegii, a także południowego Chile) w zimie doświadczają dnia krótszego niż osiem godzin, w lecie zaś dłuższego niż 16 godzin. Owe przypadki ekstremalnej ekspozycji na światło lub jego brak zaburzają ich rytm okołodobowy.

Rytmy okołodobowe naprawdę istnieją

Zwykliśmy sądzić, że naszym cyklem dnia i nocy steruje jedynie świat zewnętrzny: budzi nas światło poranka, a widok księżyca podpowiada, że czas spać. Jeszcze w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku wielu naukowców całkowicie odrzucało chronobiologię. Chociaż już w 1700 roku wiedziano, że rośliny posługują się wewnętrznym zegarem, trudno było udowodnić tezę, że zwierzęta i ludzie są raczej napędzani wewnętrznie niż motywowani zewnętrznie. Powszechnie uważano, że ludzie, jako istoty na wyższym poziomie ewolucji, muszą kierować się zewnętrznymi czynnikami środowiskowymi, wykraczającymi poza wpływ słońca i księżyca.

Eksperymenty na roślinach były dość łatwe do wykonania: roślina umieszczona w ciemnej piwnicy nadal będzie poruszać liśćmi do góry i na dół, w określonym, codziennym rytmie8. Wiele roślin w ciągu dnia unosi liście, by mocniej wyeksponować je na światło. Nocą liście mogą opaść, gdyż trzymanie ich w górze oznaczałoby zbyt duży wydatek energii. Podobnie jest z kwiatami: wiele z nich kwitnie tylko za dnia, gdy wokół fruwają zapylacze w postaci owadów i ptaków, niektóre jednak – jak jaśmin obok domu moich dziadków – rozkwitają w nocy, zapyla je bowiem wiatr, nie zaś zwierzęta.

Potem przyszedł czas na doświadczenia dużo trudniejsze. Naukowcy wzięli pod lupę zwyczaje owadów, ptaków, a następnie ssaków. Zbadali, kiedy larwy muszek owocówek przeobrażają się w osobniki dorosłe. Procesem tym rządzi zegar biologiczny, jako że zjawisko to zachodzi jedynie rano, gdy mniej wieje, ale jest bardziej wilgotno. Badano także wędrówki ptaków oraz wzorce snu i czuwania innych zwierząt. W kontrolowanych warunkach studiowano zachowanie myszy laboratoryjnych9. Gdy gryzonie te były trzymane w całkowitej ciemności, bez żadnych wskazówek, jaka może być pora dnia lub nocy, i tak budziły się i zasypiały jak w zegarku, co 23 godziny i 45 minut. Zegary okołodobowe licznych roślin i grzybów także opierają się na cyklu bardzo zbliżonym do dwudziestoczterogodzinnego.

Niemal niemożliwe okazało się jednak zbadanie, czy ludzie także żyją według wskazań wewnętrznego zegara – nie było bowiem łatwo usunąć z otoczenia człowieka wszystkich zewnętrznych wskazówek, łączących go ze światem i podpowiadających, która może być godzina. Wreszcie w latach pięćdziesiątych naukowcy wpadli na pewien pomysł: skonstruowali prosty telefon, za pomocą którego ochotnik mógł skontaktować się tylko z jedną osobą. Ochotnik ów zszedł głęboko do jaskini położonej w Andach. Miał ze sobą wystarczająco dużo jedzenia, świeczek i książek, by mógł przebywać tam przez kilka tygodni. Za każdym razem, gdy czuł się wystarczająco śpiący, by położyć się do łóżka, dzwonił do ustalonej osoby, która zapisywała czas. Telefonował również wtedy, gdy się obudził. Badanie wykazało, że jego cykl snu i czuwania przez kilka tygodni pobytu w jaskini również działał jak w zegarku. Niemniej ochotnik każdego dnia kładł się spać nieco później niż poprzednio, co oznacza, że jego zegar wewnętrzny odliczał trochę więcej niż 24 godziny. Dokładnie rzecz biorąc, człowiek ów szedł do łóżka i wstawał w cyklu obejmującym 24 godziny i 15 minut. Ten rytm okazał się tak przewidywalny, że mógł on być sterowany wyłącznie zegarem wewnętrznym10.

Nie ma nic zaskakującego w tym, że rytm okołodobowy nie zamyka się dokładnie w 24 godzinach, ponieważ w większości lokalizacji na świecie także wschody słońca nie wydarzają się dokładnie co 24 godziny. Ponieważ oś obrotu naszej planety jest nachylona, podczas rocznego obiegu Ziemi wokół Słońca mają miejsce okresy, gdy jedna półkula (albo północna, albo południowa) skierowana jest ku Słońcu dłużej. Gdy w trakcie roku dzień wydłuża się lub skraca, pory wschodów i zachodów ulegają zmianie. Na równiku różnice te są bardzo niewielkie, ale jeśli mieszkasz w Bostonie, Sztokholmie czy Melbourne, różnica czasu pomiędzy wschodami słońca w dwa kolejne dni może wynieść kilka minut. Gdy nadchodzi lato i dzień ulega wydłużeniu, nasz wewnętrzny zegar budzi nas rankiem nieco wcześniej, właśnie wtedy, gdy wstaje słońce. Gdy podróżujemy samolotem pomiędzy strefami czasowymi, nasz cykl snu i czuwania powoli adaptuje się do nowych godzin. To zaledwie kilka przykładów, które pokazują, dlaczego mamy zegar biologiczny i jak dostraja się on do zmieniających się pór wschodu słońca lub długości dnia. Gdy już to ustalono, naukowcy założyli, iż rytmy okołodobowe związane są ze światłem lub sterowane nim.

Codzienny rytm życia

Naukowcy tacy jak ja wciąż studiują rytmy, jakim podlegają fizjologia, przemiana materii czy nawet procesy poznawcze dorosłego człowieka; odkryliśmy, że nieomal każdy wymiar życia codziennego podlega określonemu rytmowi. I chociaż ludzie nie zakwitają ani nie migrują na dalekie dystanse, posiadamy zegary okołodobowe, które przypisują właściwy moment dnia lub nocy prawie wszystkim elementom naszego zdrowego funkcjonowania. Można powiedzieć, że nasze ciało jest tak zaprogramowane, by codziennie realizować różne procesy w określonych cyklach. Co ciekawe, twoje wieczorne zajęcia mają wielki wpływ na zegar okołodobowy. Najgłębsze zmiany w twoim życiu, które może przynieść lektura tej książki, będą spowodowane obserwacją twojego własnego organizmu od godziny szóstej rano do północy.

Rankiem, zanim się obudzimy, wewnętrzny zegar przygotowuje do tego nasze ciało. Stopniowo wyłącza produkcję hormonu snu – melatoniny, wytwarzanej w szyszynce. Nasz oddech staje się nieco szybszy, serce przyśpiesza o kilka uderzeń na minutę, a ciśnienie odrobinę rośnie. Jeszcze zanim otworzymy oczy, wewnętrzna temperatura naszego ciała¹ podnosi się o pół stopnia.

Nasze ogólne wrażenie bycia zdrowym sterowane jest przez codzienne rytmy organizmu. Jeśli jesteśmy w dobrej formie, rano wstajemy wypoczęci po regenerującym śnie, mamy zdrowe wypróżnienie, które pomaga nam pozbyć się nagromadzonych nocą toksyn, czujemy się rześko, lekko i mamy apetyt na śniadanie. Wkrótce po przebudzeniu nasze nadnercza zaczynają wytwarzać więcej kortyzolu – hormonu stresu – by pomóc nam z werwą podjąć poranną rutynę. Trzustka jest przygotowana do uwolnienia insuliny, aby zająć się śniadaniem.

Jeśli jesteśmy wyspani i zjedliśmy pożywne śniadanie, przez pierwszą połowę dnia nasz mózg jest gotów do nauki i rozwiązywania problemów. Czujemy się zdrowi, jeśli po południu jesteśmy usatysfakcjonowani naszą pracą i włożonym weń wysiłkiem (jeśli w nocy źle spałeś, następnego dnia możesz mieć przemożne uczucie, że marnujesz czas). Napięcie mięśniowe osiąga szczyt u schyłku dnia. Gdy słońce zachodzi i nadciąga wieczór, temperatura naszego ciała obniża się, rośnie produkcja melatoniny i organizm przygotowuje się do snu.

Jeśli jesteśmy zdrowi, wieczorem odprężamy się, odczuwamy zmęczenie i bez wielkiego wysiłku zapadamy w głęboki sen. Sen to nie jest tryb domyślny, który polega na wyłączeniu mózgu. Tak naprawdę podczas gdy śpimy, nasz mózg jest bardzo zajęty. W oparciu o bodźce zmysłowe, które docierały do nas za dnia, utrwala nasze wspomnienia poprzez tworzenie nowych synaps, czyli połączeń między neuronami. W trakcie snu mózg produkuje także całkiem sporo różnych hormonów. W szyszynce wytwarzana jest melatonina, hormon snu. Produkowany jest także hormon wzrostu11. W organizmach ludzi, którzy za mało śpią, jego ilość jest niewystarczająca. To niezwykle ważne u dzieci, gdyż brak snu może zmniejszyć poziom tego ważnego hormonu i zahamować ich wzrost.

Nocą mózg pozbywa się ponadto toksyn. Za dnia komórki mózgowe absorbują i przetwarzają składniki odżywcze, czego skutkiem ubocznym jest wytwarzanie niepożądanych substancji toksycznych, które są usuwane właśnie w czasie snu. Także wtedy w procesie tak zwanej neurogenezy powstają nowe komórki nerwowe. Mózg można by porównać do biura: kiedy przychodzisz rano, masz wrażenie, że w nocy nikt tu nie pracował, ale tak naprawdę działo się mnóstwo rzeczy. Wyniesiono śmieci, a może przyszedł też personel techniczny, by zaktualizować serwery czy wymienić żarówki. Cała ta praca potrzebna jest po to, żebyś mógł rankiem przyjść i zacząć nowy dzień.

Potrzebujemy silnych rytmów okołodobowych

Rytmy okołodobowe optymalizują nasze funkcje biologiczne. Każda funkcja organizmu odbywa się w określonym czasie, ponieważ ciało nie może spełnić wszystkich swoich potrzeb naraz. Obserwacja noworodków daje nam lepszy pogląd na to, dlaczego potrzebne są nam rytmy okołodobowe. Przyglądając się wzorcom rozwojowym nowo narodzonych dzieci, dowiedzieliśmy się, że przychodzimy na świat wyposażeni w niezbyt funkcjonalny zegar okołodobowy. Rytmy noworodków są pozorne, niewyraźne. Na przykład dzieci próbują spać, ale w środku nocy stają się głodne albo chce im się kupkę, lecz żadna z tych potrzeb biologicznych nie jest wystarczająco silna, by je zbudzić. Potem płaczą, bo czują głód, a jednocześnie są brudne lub śpiące. Wszystko dzieje się u nich chaotycznie. Gdy jednak w wieku od pięciu do ośmiu miesięcy ich rytm okołodobowy wzmocni się, jest w stanie sprawować większą kontrolę nad funkcjami organizmu. Najpierw więc dzieci uczą się spać nieprzerwanie przez kilka godzin. Ich procesy trawienne zwalniają, toteż nie trzeba ich już karmić w nocy i mogą powstrzymać się od wypróżnienia aż do rana, gdyż w trakcie snu poziomy hormonów wpływających na oddawanie stolca są obniżone. Każdego dnia odpowiednie rytmy stają się silniejsze.

Gdy dziecko rośnie i uczy się chodzić, jego aktywność jest regulowana przez życie rodzinne. Pojawiają się ustalone pory śniadania, obiadu i kolacji. W tym samym okresie fotoreceptory w oczach uczą się postrzegać, kiedy nastaje poranek i dostrajać lekko wewnętrzny zegar, przesuwając go o kilka sekund lub minut dziennie. Owa „synchronizacja świetlna” – zestrojenie zegara wewnętrznego z naturalnym cyklem dnia i nocy – umożliwiała naszym przodkom wstawanie o świcie bez względu na porę roku.

Zegar okołodobowy jest wewnętrznym systemem mierzącym czas, współdziałającym z porami nastawania dnia i nocy oraz porami posiłków, by generować nasze codzienne rytmy. Naszym zadaniem jest utrzymać ten zegar w prawidłowym działaniu, abyśmy mogli cieszyć się doskonałym zdrowiem. Wkrótce dowiesz się, że najlepszym na to sposobem jest życie zgodnie z cyklem okołodobowym, a nie wbrew niemu. Najpierw jednak przyjrzyjmy się temu, jaką rolę pełni światło.

Krótka historia okiełznania światła

Całą historię ludzkości można podsumować jako jedną wielką próbę przezwyciężenia zegara, gdyż nasze pierwotne rytmy biologiczne wyewoluowały po to, byśmy mogli przewidywać, co się wydarzy w otaczającym nas środowisku i adaptować się do tych zmian. Aby zrozumieć, jak światło wpływa na nasze zachowanie, musimy zwrócić się ku biologii ewolucyjnej, która sytuuje początki naszego dziedzictwa gatunkowego mniej więcej przed dwoma milionami lat i łączy je z mechanizmami adaptacyjnymi, jakie rozwinęły się u ludzi po to, by mogli przetrwać w dowolnym środowisku. Zagadnienia ewolucji człowieka wciąż odgrywają ważną rolę, ponieważ nasza fizjologia – to, w jaki sposób funkcjonujemy – jest dziś w dużym stopniu taka sama jak owe dwa miliony lat temu. Nadal powinniśmy spać nocą i pracować oraz jeść za dnia, zgodnie z cyklem zaprogramowanym przez nasz wewnętrzny zegar.

Wiemy, że człowiek współczesny wyewoluował gdzieś w okolicach równika, a jego aktywność dzienna sterowana była przez słońce i związany z nim silny rytm okołodobowy. Pierwotni mężczyźni i kobiety, jeśli chcieli być skutecznymi myśliwymi, musieli wstawać przed wschodem słońca. Ich strategia polegała na oczekiwaniu, aż ich posiłek zbliży się do wodopoju. Jeśli nie mogli polować, mieli mnóstwo czasu na poszukiwanie i zbieranie jagód i innych owoców. Odnajdywanie i spożywanie pożywienia zajmowało bardzo dużo czasu, zwłaszcza że jednocześnie trzeba było strzec się drapieżników.

Ówcześni ludzie musieli też mieć wystarczającą krzepę późnym popołudniem, by przebiec z powrotem te kilka mil, na które oddalili się od jaskini czy innego schronienia w poszukiwaniu żywności. Antropolodzy zakładają, że wcześni ludzie zjadali ostatni posiłek tuż przed zmierzchem, co dawało im odpowiednio długi czas na znalezienie bezpiecznego miejsca na nocleg, zanim zapadnie ciemność. W nocy odpoczywali od dwunastu do piętnastu godzin, głównie śpiąc. Nocny post musiał przyczyniać się do opróżniania jelit, żeby o poranku, z lekkim brzuchem, na nowo byli gotowi na poszukiwanie pożywienia.

Ludzie mają unikatową zdolność do dobrowolnego przełączania się z dziennego trybu życia na nocny, w razie konieczności czuwając w nocy, przez co modyfikują i swój rytm okołodobowy i stawiają przed nim wyzwanie. Potrafimy wpływać na nasz rytm, gdyż w przeszłości zagrażały nam wielkie zwierzęta, musiał więc rozwinąć się sposób na to, by nie zasnąć w ciemnościach nocy choćby przez kilka minut. Poszczególni osobnicy zmieniali się na warcie, czuwając nad pogrążoną we śnie resztą grupy. To byli pierwsi pracownicy zmianowi.

Przezwyciężanie nocy okazało się przepustką nie tylko do przeżycia, ale również do sukcesu i bogactwa. Wielu myśliwych nauczyło się, że lepiej jest polować nocą. Pracownicy zmianowi stali się kluczową częścią ludzkiej społeczności. Z biegiem czasu odkrywcy i zdobywcy potrafiący odnajdywać drogę w ciemności i atakować wrogów z zaskoczenia byli tymi, którzy zyskiwali powodzenie i zamożność: zdobywali nowe terytoria, ziemie uprawne, minerały, kamienie szlachetne i inne zasoby naturalne.

Pierwszym narzędziem, jakie ludzie wykorzystywali przeciwko zegarowi biologicznemu, był ogień. Umiejętność krzesania i kontrolowania ognia przyniosła ludzkości podwójny pożytek. Po pierwsze użyteczne było światło samo w sobie, które pozwalało nam czuwać o parę godzin dłużej, a nawet całą noc, jeśli zaszła taka konieczność. Wieczorne migotliwe światło, emanujące z rozżarzonych węgli, było przyćmione, ale wystarczało, by pozwolić wczesnym ludziom odnaleźć drogę, odstraszyć duże drapieżniki i ogrzać się przez noc. Po drugie ogień stał się potężną bronią. Przez tysiące lat był wręcz naszym jedynym orężem. Nawet dzisiaj większość rodzajów broni oparta jest na ogniu.

Życie wokół paleniska napędzało również rozwój cywilizacji. Ogień był niezbędny do gotowania jedzenia i wody, co zwiększyło gamę produktów zdatnych do spożycia. Gotowanie zmiękcza żywność, łagodzi mocne smaki i sprawia, że jedzenie jest smaczniejsze, a przy tym bezpieczniejsze, ponieważ zabija patogeny12. Ponadto proces gotowania sprawia, że żywność łatwiej jest strawić, toteż można z niej wycisnąć więcej kalorii. Dlatego właśnie jedzenie surowych potraw może być dobrą strategią, gdy chcemy schudnąć, podczas gdy gotowanie tych samych produktów przed spożyciem nie wpływa aż tak bardzo na naszą wagę13. Gotowanie skróciło również czas poświęcany na polowanie, jako że z danej ilości jedzenia można było uzyskać dwukrotnie więcej energii. Jednocześnie mieliśmy odtąd większy wybór: mogliśmy jeść wiele rzeczy, które na surowo nie nadają się do spożycia.

Jako że ogień zapewniał ciepło w zimne noce, umożliwił wczesnym ludziom oddalenie się od równika i zapuszczenie się na wysokie szerokości geograficzne na północy Europy, Azji i Ameryki Północnej. Ludzie osiągnęli tereny najbardziej wysunięte na północ stosunkowo niedawno, zaledwie 30–40 tysięcy lat temu. Latem nie było problemu, by dostosować się do długiego dnia, trwającego nieraz przeszło dwadzieścia godzin – było niezbyt gorąco, a ludzie mogli spać w ciemnych jaskiniach lub chatach. Ale długa noc zimowa i bardzo krótki okres światła dziennego z pewnością powodowały dezorientację. Nawet dzisiaj na wysokich szerokościach geograficznych ludzie nie mogą przystosować się do długich ciemnych nocy w zimie i cierpią na chorobę afektywną sezonową, zwaną też depresją sezonową. Zimą na tych terenach liczba zarówno przypadków depresji, jak i prób samobójczych ulega zwiększeniu; obecnie rozumiemy, że jest to związane z zakłóceniem rytmu okołodobowego. Ludzie cierpiący na depresję sezonową czują się tak, jakby na kilka tygodni albo miesięcy utknęli na nocnej zmianie.

Bez względu na to, gdzie zamieszkiwali wcześni ludzie, ogień wywierał także specyficzny wpływ na życie wieczorne. Podczas gdy mężczyźni spędzali dzień na polowaniu, kobiety i dzieci pozostawały blisko domu, doglądając udomowionych zwierząt bądź susząc i przygotowując żywność na dni deszczowe lub na zimę. Wieczorne ognisko na nowo zbliżało wszystkich do siebie – był to dla rodzin czas szczególny – czas rozrywki, rozluźnienia, odprężenia. Ludzie opowiadali sobie historie, snuli plany na przyszłość, puszczali wodze fantazji i rozwijali nowe idee w nauce, kulturze i rzemiośle. Wieczorna gawęda przy ogniu była kolebką sztuki, nauki, kultury i filozofii traktującej o tym, co czyni nas ludźmi14. Wieczorne życie społeczne, skupione wokół światła, głęboko zakorzeniło się w naszej codzienności.

Ale wieczorny czas przy ognisku ograniczony był do jednej, dwóch godzin, gdyż podtrzymywanie ognia stanowiło trudność, a z czasem stało się stosunkowo kosztowne. Nawet we wczesnej epoce industrializacji ogień i dostęp do światła były rzadkością. Gdy ludzie przerzucili się na olej wielorybi, wosk pszczeli i łój jako paliwa lepszej jakości, nadal często czyniono rozróżnienie pomiędzy ogniem służącym gotowaniu potraw i ogrzewaniu oraz tym do oświetlania otoczenia. Wymienione paliwa były dla przeciętnego człowieka zbyt drogie. W przeliczeniu na dzisiejsze pieniądze cowieczorne oświetlanie typowego dziewiętnastowiecznego domu przez kilka godzin kosztowałoby 1000–1500 dolarów15. Ponieważ zaś wieczory rzadko upływały przy jasnym świetle, w dziewiętnastym stuleciu już parę godzin po zachodzie słońca ludzie robili się senni i kładli się do łóżka. W dzisiejszych czasach w Afryce, Ameryce Południowej, Australii i w Indiach mieszkają rdzenne społeczności, które prowadzą rolniczy lub myśliwsko-zbieracki tryb życia, podobny do tego, jaki ludzkość wiodła dwa, trzy wieki temu. Mając niewielki dostęp do elektryczności, ludzie ci kładą się spać wcześnie i wstają w okolicach świtu16.

W świecie zachodnim prąd i światło elektryczne upowszechniły się na początku dwudziestego wieku, ciągle jednak nie było zbyt wielu powodów ani nic szczególnego do roboty, by czuwać w nocy. Jeśli chodzi o ogrzewanie, to gaz i piecyki elektryczne stopniowo zastępowały tradycyjny ogień podsycany drewnem, co pozwoliło przenieść kuchnię z zewnątrz do centrum współczesnego domu. Dzięki temu można było bezpiecznie gotować o dowolnej porze. Przetwarzanie żywności i jej konserwacja, łącznie z chłodzeniem, umożliwiły stały dostęp do jedzenia. I właśnie wtedy kłopoty zaczęły się na dobre.

Na wczesnym etapie industrializacji wzrosła produkcja żywności, jak również wydobycie surowców i produkcja przemysłowa; wszystkie te dziedziny wymagały teraz mniejszych nakładów aktywności fizycznej, zarówno w pracy, jak i w domu. Zwiększona produkcja wkrótce przewyższyła lokalne zapotrzebowanie, co doprowadziło do rozwoju infrastruktury – dróg szybkiego ruchu i linii kolejowych, budynków i magazynów – jeszcze silniej redukując zapotrzebowanie na wysiłek fizyczny. Tworzenie i utrzymywanie tej nowoczesnej infrastruktury wymagało zaś nowego rodzaju pracowników – takich, którzy mogliby pracować w nocy. W dzisiejszych społeczeństwach uprzemysłowionych około 20–25% pracowników etatowych to pracownicy zmianowi.

Mechanizacja rolnictwa, wdrażana od początku dwudziestego wieku, przyczyniła się do dalszego zwiększania plonów, podczas gdy hodowcy roślin bezwiednie wybierali takie, które w naturalny sposób podkręciły swój zegar biologiczny. Te „zmutowane” uprawy nie musiały skrupulatnie wyliczać długości dnia, by wiedzieć, czy jest lato, czy zima. Zamiast więc ograniczać się do kwitnienia podczas długich dni letnich lub krótkich zimowych, rośliny te mogły wydawać kwiaty o dowolnej porze roku albo, jak pomidory – w szklarni, tak więc rolnicy corocznie mogli uzyskiwać dwa lub trzy plony z tego samego pola, co jeszcze bardziej przyczyniało się do wzrostu produkcji.

Zmechanizowana produkcja żywności uwolniła pracowników od konieczności spędzania całego dnia na dworze. Tymczasem światło elektryczne stawało się coraz dostępniejsze. Przeskoczmy do połowy dwudziestego wieku. Po II wojnie światowej, gdy wszystkie te systemy przemysłowe już działały, w społeczeństwach industrialnych prawie każdy zaczął odczuwać skutki zaburzenia rytmu okołodobowego. Mniejsza ilość snu oznaczała także więcej czasu spędzonego w jasnym świetle, szczególnie w nocy, gdy mózg nie spodziewa się takiej stymulacji. Podczas dnia wiele osób przebywało zaś w budynkach, nie doznając z kolei wystarczającej ekspozycji na światło słoneczne. Oba te scenariusze zaburzają nasz zegar biologiczny.

Telefony, radio i telewizja zaczęły dostarczać nam rozrywki do późnej nocy. Komputer zastąpił lokalne wieczorne rozmowy przy ognisku, zmieniając je nie do poznania: w prawdziwe, choć zarazem wirtualne sesje „czatowania” w trybie 24/7, podczas których możemy dyskutować na dowolny temat, z kimkolwiek, gdziekolwiek na świecie. Mając do dyspozycji wiadomości i programy rozrywkowe nadawane przez całą dobę i miliony aktywnych komputerów na całym globie, kto właściwie może sobie pozwolić na pozostanie poza tą siecią?

I chociaż wszystkie te przejawy postępu są pomyślane jako modernizacja wcześniej istniejących technologii i mają uczynić nasze życie lepszym, w coraz większym stopniu zakłócają nasz zegar biologiczny. Ludzki rytm okołodobowy wciąż ulega zaburzeniu na skutek jasnego światła wieczorem i ograniczonego dostępu do światła słonecznego za dnia. Po prostu nasz organizm nie zdążył na drodze ewolucji wykształcić sposobów na synchronizację zegara wewnętrznego z realiami nowoczesnego świata, w którym żyjemy – w wyniku czego zmagamy się z podobnymi problemami jak nasi przodkowie z dalekiej Północy albo jak nasi dzisiejsi nordyccy kuzyni. Bez względu na to, czy rzeczywiście jesteśmy pracownikami zmianowymi, czy też jedynie prowadzimy taki tryb życia, jakbyśmy nimi byli, ciągła ekspozycja na światło w nocy wywołuje zamęt w naszym rytmie okołodobowym i pozbawia nas snu, którego nam ciągle brakuje.

Światło dla zdrowia nie jest tym samym co światło dla wzroku

Nie możemy cofnąć się w czasie do średniowiecza, by czerpać korzyści z długich ciemnych nocy, jeśli jednak dowiemy się, jak nasz zegar biologiczny reaguje na światło, być może będziemy umieli go okiełznać, a tym samym także okiełznać własne zdrowie. Gdy zaczynałem studia doktoranckie, miałem mnóstwo pytań. Chciałem wiedzieć dokładnie, jaki wpływ wywiera światło na rytm okołodobowy. Dlaczego wpatrywanie się w ekran komputera powoduje, że w nocy nie śpimy, ale rano nasz mózg ewidentnie potrzebuje znacznie więcej światła, by działać na wysokich obrotach? Czy światło określonego koloru silniej wpływa na nasz wewnętrzny zegar niż inne?

Gdybyśmy znaleźli odpowiedź na pytanie, w jaki sposób jasność i kolor światła o różnych porach dnia wpływają na nasz wewnętrzny zegar, moglibyśmy kontrolować wykorzystanie światła, by wzmacniać nasze zdrowie. Chociaż wiesz prawdopodobnie, że ekspozycja skóry na jasne światło słoneczne jest konieczna dla wytwarzania witaminy D, nie ma to nic wspólnego z naszym zegarem. Jedyna droga, jaką światło wpływa na nasz rytm, przebiega przez oczy. Zobaczmy więc, jak one funkcjonują.

Ludzkie oko działa jak kamera. Zawiera miliony komórek, zwanych pręcikami i czopkami, które rejestrują szczegóły obrazu w wysokiej rozdzielczości i wysyłają tę informację do mózgu za pośrednictwem długich, podobnych do kabli komórek nerwowych. Siatkówka, światłoczuła tkanka wyściełająca wnętrze tylnej części naszego oka, zawiera kilka milionów fotoreceptorów w postaci wspomnianych pręcików i czopków. Promienie świetlne padają na siatkówkę, pokonawszy rogówkę, źrenicę i soczewkę. Siatkówka przekształca promienie w impulsy elektryczne, które przez nerw optyczny docierają do mózgu, gdzie interpretowane są jako obrazy. Gdy pręciki i czopki obumierają, tracimy zdolność widzenia, jak dzieje się w niektórych przypadkach wrodzonej ślepoty.

A jednak osoby niewidome także posiadają zegar biologiczny sterowany światłem. Co zadziwiające, wielu niewidomych potrafi „wyczuwać” światło. Gdy idą w kierunku słońca, wielu z nich zgłasza, że czują, że ich oczy wypełnia jasność, a ich źrenice faktycznie zwężają się w jasnym świetle i rozszerzają, gdy osoby te znajdą się z powrotem w pomieszczeniu. Owi ludzie, podobnie jak niektóre niewidzące zwierzęta, potrafią dostosować swój rytm snu i czuwania do sezonowych zmian długości dnia.

Zjawisko to uświadomiono sobie na początku dwudziestego wieku i przez niemal 80 lat większość naukowców sądziła, że niewidomi mogą nadal posiadać działające pręciki i czopki, które mogłyby dawać im poczucie światła. Bardzo skrupulatne eksperymenty pokazały jednak, że w oczach znajduje się trudno wykrywalny fotoreceptor, o którym nic nie wiedzieliśmy17. W 2002 roku trzy niezależne zespoły badawcze, w tym mój, odkryły światłoczułą proteinę znajdującą się poza komórkami czopków i pręcików, która okazała się fotoreceptorem synchronizującym cykl snu i czuwania ze światłem18. Została ona nazwana melanopsyną19. Spośród 100 tysięcy komórek siatkówki, które przewodzą całą informację o świetle do mózgu, tylko pięć tysięcy zawiera melanopsynę. Pręciki i czopki również mogą dostrajać zegar biologiczny, ale tylko pod nieobecność melanopsyny, przy czym nie są tak wydajne. Dlatego właśnie ludzie niewidomi, którzy utracili pręciki i czopki, ale wspomniane komórki w ich siatkówce pozostały nietknięte, mogą nadal mieć poczucie światła. Komórki te są jednak na tyle nieliczne, że nie wystarczają do wytworzenia obrazu świata zewnętrznego.

By zrozumieć, jak działa opisywany fotoreceptor, przeprowadziliśmy eksperyment z myszami, które były pozbawione albo genu kodującego melanopsynę, albo komórek melanopsynowych, ale poza tym ich oczy były najzupełniej w porządku; zwierzęta widziały dobrze i bez trudu odnajdywały się w świecie. Kiedy gen jest uszkodzony, komórki melanopsynowe pozostają żywe, ale kiedy brak komórek, ustaje również ekspresja genu. U myszy pozbawionej genu kodującego melanopsynę informacja o świetle nadal płynie do mózgu przez komórki melanopsynowe. Gdy jednak ich zabraknie, wszelkie połączenia pomiędzy okiem a mózgowym systemem regulującym zegar okołodobowy zanikają.

Normalne myszy zazwyczaj budzą się wieczorem (są zwierzętami nocnymi), w dzień zaś śpią. Ale myszy pozbawione komórek melanopsynowych nie mają poczucia światła i ciemności. Jeśli jednak trzymane są w całkowitym mroku, ich zegar okołodobowy mimo wszystko działa normalnie: zasypiają i budzą się jak zwykłe myszy, w cyklu powtarzającym się co 23 godziny i 45 minut. Niemniej myszy pozbawione melanopsyny mają większe trudności w dostosowaniu się do niewielkich zmian dobowych zachodzących na przestrzeni tygodnia. Podczas gdy normalne myszy potrafią w ciągu tygodnia dostroić swój rytm snu i czuwania do cyklu światła i ciemności, myszom pozbawionym genu kodującego melanopsynę zajmowało to cały miesiąc lub dłużej. Co więcej, normalne myszy – tak samo jak jelenie – zastygają w bezruchu, jeśli w nocy zobaczą jasne światło. Ale myszy pozbawione melanopsyny nie reagują w ten sposób i na widok jasnego światła nie przestają biegać tu i tam. Ponadto u myszy pozbawionych zarówno genu melanopsyny, jak i komórek melanopsynowych, ekspozycja na światło w nocy nie wpływa na system wytwarzania melatoniny.

Ponieważ myszy i ludzie dzielą większość genów, łącznie z genem kodującym melanopsynę, eksperymenty z tymi gryzoniami mają oczywiste przełożenie na zagadnienie ludzkiego rytmu okołodobowego. Sugerują, że melanopsyna może wpływać na nasz zegar okołodobowy, cykl snu i czuwania oraz produkcję melatoniny. Następnym krokiem naszego zespołu była próba dowiedzenia się, jaki typ światła najbardziej i najmniej skutecznie aktywuje melanopsynę – tak abyśmy mogli zapewnić sobie właściwe światło o danej porze doby, w celu optymalizacji naszego zegara biologicznego.

Światło widzialne zawiera wszystkie kolory tęczy. Każdemu kolorowi odpowiada inna długość fali. Światłem o najdłuższej fali jest czerwień, o najkrótszej – fiolet. Gdy widzimy naraz wszystkie długości fal, postrzegamy światło białe, czyli słoneczne. Różne kolory zawarte w tym świetle aktywują trzy różne typy białek zwanych opsynami (reagują one na światło czerwone, zielone i niebieskie), białka te z kolei identyfikują widziane kolory pojedynczo lub zbiorczo (jako światło białe). Melanopsyna jest najbardziej wrażliwa na fale światła niebieskiego, a mniej czuła na światło czerwone. Gdy melanopsyna jest stymulowana obecnością światła niebieskiego, wysyła do mózgu sygnał o obecności światła w ogóle, mózg zaś interpretuje to zjawisko jako dzień, bez względu na to, która tak naprawdę jest godzina. Jeśli w nocy wejdziesz do sklepu spożywczego, melanopsyna w twoich komórkach wzrokowych zarejestruje oświetlenie na suficie, a twój mózg uzna, że jest dzień i nie powinieneś teraz spać.

Wyobraź sobie, że masz dwie żarówki o identycznej jasności – niebieską i pomarańczową. Jeśli w środku nocy zapalisz żarówkę pomarańczową, światło pobudzi opsyny w czopkach odpowiedzialnych za postrzeganie światła zielonego (czopki te mogą po części reagować na światło pomarańczowe, jako że kolor pomarańczowy w tęczy leży blisko zieleni), a twój mózg będzie mógł rozpoznać, co znajduje się w pokoju. Jeśli zapalisz światło niebieskie, pobudzeniu ulegną czopki odpowiedzialne za postrzeganie tej właśnie barwy i zobaczysz w pokoju te same przedmioty. Ale komórki melanopsynowe słabo reagują na światło pomarańczowe i wyślą do mózgu sygnał, że jest noc, podczas gdy światło niebieskie zostanie zinterpretowane jako dzień. Tak więc, jeśli spędzisz godzinę przy zapalonym świetle pomarańczowym, działanie twojego zegara okołodobowego nie zostanie nadmiernie zakłócone, jeśli zaś spędzisz godzinę w świetle niebieskim, zostanie on zrestartowany jak o poranku.

Wraz ze zmianami pór roku i długości dnia nasz rytm okołodobowy dostosowuje się do przesuwających się godzin wschodu i zachodu słońca. Przez długi czas nie mieliśmy pojęcia, jak ten rytm przestawia się na nowy czas wschodów i zachodów ani jak reaguje na światło. Ale nasze badania wykazały, że te same fotoreceptory wrażliwe na światło niebieskie resetują zegar mózgowy zarówno wtedy, gdy wraz ze zmianą pór roku zmienia się długość dnia, jak i wtedy, gdy podróżujemy przez różne strefy czasowe. Fotoreceptory te łączą się również bezpośrednio lub pośrednio z obszarami w mózgu kontrolującymi depresję, czujność, sen, produkcję hormonu snu – melatoniny, a nawet z tymi ośrodkami, które regulują pojawianie się bólu głowy, w tym migrenowego.

Melanopsyna ma jeszcze jedną osobliwą cechę: aby ją aktywować, potrzeba bardzo dużo światła. Jeśli na przykład na kilka sekund otworzysz oczy w słabo oświetlonym pokoju, twoje pręciki i czopki zarejestrują obraz pomieszczenia, ale komórki melanopsynowe zareagują tak, jakby było zbyt ciemno, by cokolwiek zobaczyć.

Dzięki tym odkryciom zaczęliśmy rozumieć, jak światło wpływa na nasze zdrowie. Współczesny tryb życia, w ramach którego większość czasu spędzamy w budynkach, patrząc na jasne ekrany monitorów i włączając w nocy jasne światła, aktywuje melanopsynę o niewłaściwych porach dnia i nocy, co zaburza nasz rytm okołodobowy i obniża produkcję melatoniny. W rezultacie sen nie przynosi nam regeneracji sił. Gdy budzimy się następnego ranka i znowu spędzamy większość czasu w pomieszczeniu, przytłumione światło niewystarczająco pobudza melanopsynę, co oznacza, że nie możemy dostroić naszego zegara okołodobowego do cyklu dnia i nocy – a to powoduje, że czujemy się senni i jesteśmy mniej czujni. Po kilka dniach lub tygodniach popadamy w depresję i zaburzenia lękowe.

Teraz, kiedy mamy lepsze pojęcie o tym, jak natężenie, jakość i ilość światła mogą kształtować lub zaburzać nasze zdrowie, możemy zacząć wyobrażać sobie, jak proste zmiany w użytkowaniu żarówek, ekranów komputerowych czy okularów mogą na dłuższą metę przyczynić się do poprawy naszego samopoczucia lub do uleczenia nas z różnych dolegliwości.

Mowa o temperaturze wewnątrz organizmu, nie zaś mierzonej na skórze [przyp. tłum.]. [wróć]

Rozdział 2

Rozdział 2

Jak działają rytmy okołodobowe — liczy się odpowiedni moment

Dalsza część moich badań pozwoliła uzyskać nowe informacje na temat naszego wewnętrznego zegara. Wszystkie istoty żywe na naszej planecie doświadczają codziennej zmiany w środowisku, nieuniknionej i przewidywalnej: dzień przeistacza się w noc. Nieważne, czy organizmy te bytują na pustyni, czy w lesie tropikalnym albo czy żyły miliard lat temu bądź żyją obecnie. By poradzić sobie z tą łatwą do przewidzenia przemianą światła w ciemność, niemal każdy żywy organizm wykształcił wewnętrzny system pomiaru czasu, czyli zegar okołodobowy.

Każdy żywy organizm w ciągu doby:

pozyskuje energię (pożywienie),

optymalizuje zużycie energii poprzez częściowe wykorzystywanie jej dla podtrzymania codziennego funkcjonowania – i oszczędzanie zapasu na później,

chroni się przed szkodliwymi czynnikami oraz przed drapieżnikami,

regeneruje się lub rośnie,

rozmnaża się.

Funkcje te sterowane są zegarem okołodobowym, który usprawnia zdolność wszystkich istot żywych do wykonywania owych kluczowych zadań, przydzielając każdemu z nich najlepszą porę dnia lub nocy.

Rośliny żyją według zegara liczącego z grubsza 24 godziny; przewiduje on wschód i zachód słońca, tak aby organizmy te mogły w najlepszy możliwy sposób korzystać ze światła słonecznego oraz dwutlenku węgla, które przetwarzają na składniki odżywcze. Zegar zapewnia im odpowiedni rytm działania: roślina wie, że musi unieść liście na godzinę lub dwie przed wschodem słońca i aktywować szereg genów, by pozyskać światło już z pierwszych promieni słonecznych. Pod koniec dnia rośliny wyłączają mechanizm poboru światła mniej więcej na godzinę czy dwie, zanim słońce zajdzie, by bezproduktywnie nie napędzać fabryki pożywienia w czasie, gdy światła już nie będzie. Pod wieczór ich liście opadają, jakby rośliny szykowały się do snu.

Rośliny kierują się też rytmami dobowymi, które mówią im, kiedy mają kwitnąć, zgodnie z porą roku lub czasem w ciągu dnia czy nocy. Rytmy te są zsynchronizowane z rytmem aktywności zapylających rośliny pszczół i owadów, które szukają pożywienia w kwiatach. Duże zwierzęta roślinożerne, takie jak krowy czy wielbłądy, pasą się w ciągu dnia; małe gryzonie żywią się owocami i warzywami w nocy, by uniknąć drapieżników. Innymi słowy, używają zegara wewnętrznego, by obudzić się, rozpocząć aktywność i pobierać pokarm wtedy, gdy jest najbezpieczniej. Nawet pleśń z rodzaju Neurospora, która rozwija się na żywności, ma swój dwudziestoczterogodzinny zegar biologiczny, instruujący ją, kiedy rosnąć i wytwarzać więcej zarodników. Ta ostatnia funkcja jest przypisana do odpowiedniej pory dnia, by zapewnić możliwie najlepsze roznoszenie zarodników przez wiatr.

Jak dowiedziałeś się z poprzedniego rozdziału, może się wydawać, że owo doskonałe wyczucie czasu jest sterowane światłem. Tymczasem jednak to badania z zakresu genetyki pokazały naukowcom mojego pokroju, jak właściwie działają zegary okołodobowe. Dowiedzieliśmy się, że – chociaż światło wywiera wpływ na rytmy dobowe – to precyzyjne sterowanie kontrolowane jest wewnętrznie: przez geny.

Zegar okołodobowy i genetyka

Ciało ludzkie składa się z milionów wyspecjalizowanych komórek, których funkcja zależy od ich umiejscowienia. Cały twój organizm, od palców u nóg aż po mózg, tworzą konkretne klasy wyspecjalizowanych komórek. Każda z nich ma jednak ten sam genom, który zawiera całą informację odziedziczoną przez ciebie po rodzicach. Informacja ta zakodowana jest w DNA, którego poszczególne segmenty noszą nazwę genów. Niektóre geny odpowiadają za widoczne cechy organizmu, takie jak kolor oczu. Inne związane są z cechami biologicznymi, jak grupa krwi, ryzyko zapadnięcia na określone choroby, a także tysiące procesów biochemicznych, włączając w to mechanizm zegara okołodobowego.

Procesy te są realizowane przez różnego typu proteiny, czyli białka. Niektóre proteiny są enzymami i działają niby narzędzia (wiertarka, młotek, dłuto itd.). Wykonują wiele zadań wewnątrz każdej komórki, na przykład wytwarzają cholesterol albo rozkładają tłuszcz. Inne są proteinami strukturalnymi – budują poszczególne elementy komórek niczym cegiełki, jakby chodziło o dom (ściany, okna itd.). Niektóre maleńkie proteiny są zaś hormonami (chociaż nie wszystkie hormony są niewielkimi proteinami) – to chemiczni posłańcy, kontrolujący funkcjonowanie narządów. Jedne proteiny istnieją długo, żywot innych jest natomiast krótki.

Zdrowie naszych organów oraz to, czy cierpimy na jakąś dolegliwość, zależy od posiadanych przez nas genów i ich ekspresji – to znaczy od tego, czy dany gen jest aktywny, czy też nie, albo czy jest to gen normalny, czy zmutowany. Na pewno zauważyłeś, że niektórzy ludzie mogą jeść, co tylko chcą, inni zaś skarżą się, że pewne produkty – często mleczne – powodują u nich kłopoty trawienne, takie jak gazy, wzdęcia lub zaparcia. Otóż okazało się, że osoby z dolegliwościami trawiennymi mają mutację genu odpowiedzialnego za rozkład i absorpcję składników odżywczych z mleka.

Porównując geny zmutowane z normalnymi, możemy nauczyć się wiele o tym, jak powinny działać geny i jakie są konsekwencje ich anomalii. W dziedzinie chronobiologii naukowcy zrozumieli, jak działa nasz wewnętrzny zegar dopiero wtedy, gdy przyjrzeli się organizmom, których zegary chodziły zbyt szybko lub zbyt wolno. W 1971 roku profesor Seymour Benzen, genetyk z Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego (California Institute of Technology) specjalizujący się w muszkach owocówkach, oraz doktorant Ron Konopka przebadali tysiące takich muszek, trzymanych w izolacji i w kompletnych ciemnościach. Młode muszki zwykle są aktywne o świcie i o zmierzchu; w dzień odpoczywają, a w nocy śpią. Muszki owocówki utrzymują ten niemal dwudziestoczterogodzinny rytm nawet wtedy, gdy przez cały czas przebywają w ciemności. Benzer i Konopka skonstruowali kilka bardzo pomysłowych narzędzi, by nawet w tych warunkach móc monitorować, kiedy młode muszki zasypiają i kiedy się budzą. Poddawszy badaniom tysiące muszek, odkryli trzy typy mutacji: niektóre muszki szły spać wcześnie, inne późno, a jeszcze inne nie przejawiały określonego wzorca1. Badacze zorientowali się też, że potomstwo zmutowanych muszek dziedziczyło lub podtrzymywało te same typy zaburzeń zegara okołodobowego: badane zjawisko miało więc komponent genetyczny. Ta sama mutacja wpływała również na moment, kiedy muszki się wykluwały, co sugeruje, że mają one tylko jeden zegar biologiczny. Benzer i Konopka ten zmutowany gen nazwali genem period (Period gene), w skrócie genem per.

Proces dokonywania odkryć naukowych przypomina rozwiązywanie zagadek kryminalnych. Na podstawie kilku wskazówek można stworzyć profil zabójcy – ale zanim znajdzie się podejrzanego i udowodni, że popełnił on zbrodnię, mogą upłynąć miesiące lub nawet lata. Potrzeba było trzynastu lat i pracy dwóch niezależnych zespołów badawczych, by dojść do tego, jak gen per faktycznie wygląda. A potem minęło jeszcze kilka lat, zanim dowiedziano się, w jaki sposób ów gen wytwarza mechanizm zegara biologicznego.

Dziś wiemy, że każda komórka otrzymuje od genu per instrukcje, by wytworzyć pewne białko (białko PER), które powoli rośnie, po czym po 24 godzinach się rozpada. Dzieje się tak w każdym organizmie: glony tworzące kożuch na powierzchni wody mają trzy geny kontrolujące zegar biologiczny, zwierzęta i ludzie – przeszło tuzin. Zobaczmy, jak to działa. Wyobraź sobie, że wspomniane białko jest kostką lodu wytworzoną w twojej lodówce. Gen per jest lodówkową maszyną do lodu, która kontroluje dokładną liczbę kostek, jaką należy wyprodukować. Maszyna robi jedną kostkę lodu naraz, po czym upuszcza ją do wiaderka umieszczonego poniżej. Gdy w wiaderku jest kilkadziesiąt kostek, staje się ono wystarczająco ciężkie, by kostkarka się wyłączyła (podobnie gen per wyłącza się, gdy powstanie wystarczająco dużo białka PER).

Codziennie wyjmujemy wszystkie kostki lodu i robimy koktajle owocowe dla całej rodziny. Następnie wkładamy wiaderko z powrotem, kostkarka resetuje się i znów zaczyna wytwarzać lód, póki wiaderko się nie zapełni. A ponieważ „gen per” maszyny do lodu jest niezmienny, liczba kostek wytwarzanych każdego dnia również jest taka sama – podobnie jak nie zmienia się czas potrzebny na wyprodukowanie kostek i opróżnienie przez nas wiaderka. Okres ten uważamy za pojedynczy cykl. Jeśli cykl ten trwa 24 godziny, rozumiemy go jako zegar okołodobowy.

Gdyby każda kostkarka przez cały czas działała idealnie, wszyscy żylibyśmy według tych samych codziennych rytmów. Problem polega jednak na tym, że to, jak dbasz o maszynę do lodu, wpływa na jej funkcjonowanie. Jeśli wybierasz tylko kilka kostek lodu dziennie, proces produkcji kostek koniecznych do zapełnienia całego wiaderka zajmie mniej czasu. Jeśli natomiast o późnej porze będziesz chciał się napić margarity i opróżnisz wiaderko w nocy, gdy kostkarka wytwarza właśnie świeże kostki, to zabraknie jej czasu, by do rana napełnić wiaderko ponownie. Tak właśnie zaburzasz rytm okołodobowy, czuwając w jasnym świetle lub śpiąc długo w ciągu dnia.

Inny problem pojawia się wtedy, gdy twoja maszyna do lodu jest uszkodzona: to odpowiada mutacji. Jeśli kostkarka ma zmutowany „gen per”, może wytwarzać lód za szybko albo za wolno. Czujnik wyłączający maszynę może być wadliwy, przez co kostkarka wyłączy się, gdy wiaderko będzie napełnione zaledwie do polowy, albo będzie produkowała za dużo kostek, przepełniając pojemnik. Uszkodzenie maszyny wpływa więc na to, jak długo trwa codzienne wytwarzanie i kompletne zużywanie kolejnych porcji kostek lodu.

Każdy narząd ma swój zegar

Naukowcy uznali nieomal za pewnik, że do kontroli całego organizmu potrzebny jest tylko jeden zegar i założyli, że znajduje się on w mózgu. Tymczasem przekonanie to obalił eksperyment przeprowadzony przez pewnego doktoranta. Jeff Plautz, który wyprzedzał mnie o zaledwie kilka lat na studiach doktoranckich, zaopatrzył geny per muszek owocówek w znaczniki fluorescencyjne. Muszki te, jeśli miały wystarczająco dużo pożywienia i wody, rozświetlały się na zielono i przygasały w dwudziestoczterogodzinnym rytmie, nawet w zupełnie ciemnym pomieszczeniu. Pewnego dnia Plautz sprzątał w laboratorium i postanowił rozczłonkować kilka żywych muszek, by użyć części ich ciała – skrzydełek, czułków, aparatów gębowych, odnóży, odwłoka i tak dalej – w innym doświadczeniu. Słyszał bowiem, że nawet po pokrojeniu muszki poszczególne jej narządy mogą żyć jeszcze przez kilka dni. Następnie wyjechał na urlop do Las Vegas. Gdy wrócił po tygodniu i wszedł do zaciemnionego laboratorium, spostrzegł, że czułki, odnóża, skrzydełka i odwłoki – zupełnie oddzielone od głowy – nadal żarzyły się w idealnym rytmie, zupełnie tak samo, jak robiłaby to cała muszka. A zatem narządy nie muszą mieć połączenia z głową, by świecić i przygasać w cyklu 24 godzin. Eksperyment ten dowiódł, że każdy narząd w ciele zwierzęcia ma swój własny zegar, który do funkcjonowania nie potrzebuje instrukcji od mózgu. Czasopismo „Science” okrzyknęło odkrycie Plautza jednym z dziesięciu najważniejszych przełomów w nauce w 1997 roku.

Wyobraź sobie, że ludzkie ciało jest jak dom, każdy jego narząd to inne pomieszczenie, a w każdym pomieszczeniu znajduje się zegar. Zegar w sypialni mówi ci, kiedy iść spać, a kiedy wstać. Zegar w gabinecie – kiedy powinieneś pracować. Zegar w kuchni – kiedy jest pora na jedzenie, a zegar w łazience… No, sam wiesz. Dziś już wiemy, że zegar w układzie pokarmowym ustala, kiedy należy wytwarzać hormony odpowiedzialne za uczucie głodu i sytości oraz soki trawienne potrzebne do rozkładu pożywienia, skłania bakterie wchodzące w skład mikroflory jelitowej, by wykonywały swoją pracę, i kontroluje usuwanie stolca przez okrężnicę. Zegar w trzustce decyduje, kiedy należy wytworzyć więcej insuliny, kiedy zaś mniej. Podobnie robią zegary w mięśniach, wątrobie czy tkance tłuszczowej, którą gromadzimy – wykonują przydzielone im zadania, regulując funkcjonowanie danego narządu czy tkanki.

Postanowiłem pójść o krok dalej w swoich badaniach nad zegarem okołodobowym i postawiłem sobie pytanie: Jak w kontekście działania zegarów w mózgu ma się monitorowanie snu do kontroli metabolizmu w wątrobie? Podczas gdy inni badacze skupiali się na tym, w jaki sposób tuzin genów zegarowych włącza się i wyłącza o różnych porach doby w mózgu i wątrobie, ja chciałem, żeby mój zespół wypłynął na szerokie wody i przetestował, jak 20 tysięcy genów w naszym genomie włącza się i wyłącza o różnych porach i w różnych narządach. Rozpoczęliśmy realizację tego projektu w 2002 roku2, używając bardzo nowoczesnej technologii genomicznej; prace wciąż trwają, a badania stają się coraz bardziej wyrafinowane – ale dzięki nim dowiedzieliśmy się już, że w każdym narządzie tysiące genów ulegają aktywacji i dezaktywacji o różnych porach doby, i to w sposób zsynchronizowany.

Każdy gen w naszym genomie ma swój cykl okołodobowy. Nie znaczy to jednak, że wszystkie cykle są jednakowe. Niektóre geny działają tylko w jednym narządzie. Oznacza to, że w każdej tkance ludzkiego ciała ukryty jest genetyczny kod zegarowy. I choć każda komórka naszego organizmu zawiera pełen genom, podczas owych badań zapoczątkowanych w 2002 roku odkryliśmy na przykład, że do 20% wszystkich genów może być włączonych lub wyłączonych o różnych porach doby; pamiętaj, że nie może być tak, iż wszystkie funkcje biologiczne są aktywne jednocześnie. Co jeszcze ciekawsze, te 20% genów, które przez określony czas są wyłączone w mózgu, to nie te same geny, które są wówczas wyłączone w wątrobie, sercu czy mięśniach. Szczegółowa wiedza o funkcjonowaniu genów w czasie pozwoliła nam pojąć, jak rytm okołodobowy reguluje działanie komórek.

Spójrzmy zatem, jakie typy aktywności na poziomie komórkowym odbywają się w sposób cykliczny:

Szlaki sygnałowe zależne od poziomu składników odżywczych i energii – a więc komórkowe mechanizmy sygnalizacji głodu i sytości – działają w rytmie okołodobowym. Analogicznie do całego organizmu, który czuje się głodny, gdy wyczerpuje się łatwo dostępna energia, a ma uczucie sytości, gdy spożyjemy posiłek i nie bywa szczególnie głodny nocą – tak samo każda komórka w każdym narządzie dysponuje mechanizmem, który wywołuje uczucie głodu i otwiera „drzwi”, by wpuścić składniki odżywcze, a gdy komórka już się nasyci, zamyka te drzwi, aby się nie przepełnić. Dzieje się to za dnia.

Szlak sygnałowy przemiany materii działa w rytmie okołodobowym, wpływając na funkcjonowanie komórek i metabolizm kluczowych składników odżywczych. Wykorzystywanie i magazynowanie węglowodanów, tłuszczów czy białek nie jest procesem ciągłym. Gdy cukier wchłaniany jest z krwi i przekształcany w tłuszcz lub glikogen do wykorzystania w przyszłości, funkcja rozkładu tłuszczu w naszym organizmie jest wyłączana. Spalanie tłuszczu aktywuje się ponownie wówczas, gdy zabraknie cukru.

Procesy życiowe komórki działają w rytmie okołodobowym. Każda reakcja chemiczna, szczególnie ta, podczas której komórka produkuje energię, powoduje bałagan w postaci tak zwanych reaktywnych form tlenu. Przypomina to tłusty brud gromadzący się w kuchni lub oleiste opary nad gorącą patelnią. By uporać się z kuchennym bałaganem, włączamy okap i zakładamy fartuch. Komórki także mają uruchamiany czasowo mechanizm, dzięki któremu mogą po sobie posprzątać – włączając w to procesy detoksykacji.

Procesy naprawy i podziału komórki działają w rytmie okołodobowym. Nasze ciało codziennie podlega procesom naprawy i odnowy. Instalacja hydrauliczna w naszym domu z biegiem czasu zużywa się i zaczyna przeciekać; na podobnej zasadzie działają setki kilometrów naczyń krwionośnych, które codziennie muszą być sprawdzane pod względem szczelności i reperowane. Również śluzówka jelit i skóra potrzebują codziennych napraw, by do organizmu nie przedostały się bakterie, substancje chemiczne czy toksyny. Wewnątrz każdego narządu wiele komórek umiera i muszą one zostać usunięte. Komórki krwi też trzeba wymieniać. Produkowanie komórek zamiennych potrzebnych do naprawy uszkodzeń nie odbywa się w sposób przypadkowy, ale o konkretnej porze doby, a mianowicie w nocy, gdy śpimy.

Komunikacja na poziomie komórkowym działa w rytmie okołodobowym. Nasze narządy muszą się porozumiewać, a czynią to w określonym cyklu. Na przykład gdy jesteśmy nasyceni, produkowany w tkance tłuszczowej hormon zwany leptyną wysyła sygnał do mózgu, by powstrzymać nas od dalszego jedzenia. Podczas gdy jemy, hormony z naszego układu pokarmowego nakazują trzustce produkować insulinę, by glukoza z pożywienia mogła zostać wchłonięta przez wątrobę i mięśnie. O pewnych porach dnia ta komunikacja jest bardziej intensywna, o innych zaś mniej.

Wydzielanie komórkowe działa w rytmie okołodobowym. Każda komórka wytwarza jakąś substancję wartościową dla jej sąsiadów albo dla całego organizmu. A zatem każdy narząd produkuje substancje, które dostają się do krwi lub są dostarczane do sąsiednich tkanek. Produkcja i wydzielanie tych molekuł podlegają cyklowi okołodobowemu. Dla przykładu – wątroba wytwarza szereg rodzajów molekuł, które są niezbędne w procesie krzepnięcia krwi. Czynniki wywołujące krzepnięcie też działają w rytmie okołodobowym, jeśli więc uważnie zmierzymy czas krwawienia i krzepnięcia, bez trudu poznamy ów cykl. Może to wpłynąć na takie planowanie zabiegów chirurgicznych, by rekonwalescencja przebiegała szybciej. Ponadto nabłonek nosa, jelit i płuc wytwarza śluz, którego produkcja także przebiega w cyklu okołodobowym.

Niemal każdy gen docelowy dla leku działa w rytmie okołodobowym. To jedno z najważniejszych odkryć w dziedzinie chronobiologii, szczególnie jeśli pomyślimy o ludziach cierpiących na choroby przewlekłe lub nowotworowe. Pamiętaj, że tysiące genów w danym narządzie włącza się i wyłącza o określonych porach. Wyobraź sobie, że namierzamy gen, który odpowiada za produkcję proteiny wspomagającej wytwarzanie cholesterolu w wątrobie. Proteina ta rządzi się rytmem okołodobowym, wytwarzając więcej cholesterolu rano, a mniej w nocy. Jeśli chcielibyśmy ograniczyć produkcję cholesterolu¹, czyż nie byłoby dobrze mieć lekarstwo, które zablokowałoby tę proteinę wówczas, gdy jest najbardziej aktywna?

SCN: nadrzędny zegar biologiczny

Naukowcy wiedzieli już, że komórki komunikują się między sobą, zastanawialiśmy się jednak, czy porozumiewają się także wewnętrzne zegary poszczególnych narządów. Badacze odkryli niewielkie skupisko komórek, które działa jak zegar nadrzędny – zupełnie tak samo, jak zegary atomowe są nadrzędne w stosunku do wszystkich innych zegarów na świecie. Komórki te, tworzące tzw. jądro nadskrzyżowaniowe – lub w skrócie SCN² – są strategicznie zlokalizowane w podwzgórzu, stanowiącym centrum podstawy mózgu³. W podwzgórzu znajdują się ośrodki zawiadujące między innymi uczuciami głodu i sytości, snem, równowagą płynów bądź reakcją na stres. 20 tysięcy komórek tworzących SCN ma pośrednie połączenie z przysadką mózgową, która wytwarza hormon wzrostu, z nadnerczami produkującymi hormony stresu, z tarczycą produkującą hormony tarczycowe i z gruczołami rozrodczymi produkującymi hormony płciowe. SCN jest również pośrednio połączony z szyszynką, która wytwarza hormon snu – melatoninę3.

Działanie zegara SCN jest tak kluczowe dla codziennych rytmów organizmu, że jeśli zostanie chirurgicznie usunięty, co naukowcy zrobili w przypadku gryzoni – dochodzi do utraty zegara biologicznego. Jeżeli SCN ulegnie degeneracji w stadium terminalnym chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, pacjent traci poczucie czasu. Kładzie się spać, pozostaje rozbudzony, czuje silny głód lub chodzi do łazienki o dowolnej porze doby.

SCN jest łącznikiem pomiędzy światłem a regulacją cykli dobowych, ponieważ otrzymuje informację o obecności światła ze świata zewnętrznego i przekazuje ją reszcie organizmu. Komórki melanopsynowe w siatkówce mają bezpośrednie połączenie z SCN – i właśnie dlatego nasz nadrzędny zegar jest najbardziej wrażliwy na światło niebieskie. Kiedy zostaje zresetowany przez światło, resetuje z kolei wszystkie inne zegary znajdujące się w podwzgórzu: przysadki, nadnerczy, szyszynki i innych narządów. Inne zegary organizmu, na przykład te w wątrobie czy jelitach, ustalają swój rytm okołodobowy w oparciu o sygnały z SCN oraz o pory, kiedy spożywamy posiłki. Zegar SCN ma połączenie z mózgowym ośrodkiem głodu, któremu komunikuje, kiedy organizm powinien czuć łaknienie, a kiedy nie. W ten więc sposób SCN służy nam za przewodnika instruującego nas, kiedy należy jeść – co pośrednio wpływa na działanie zegarów wątroby, jelit, serca i tak dalej.

Istnieje również rytm okołodobowy związany z piciem wody, który pomaga naszej wątrobie i mięśniom w wykonywaniu wielu zadań. Gdy jesz, komórki wątroby nabrzmiewają, produkując własne białko (wątroba wytwarza większość białek krwi). Ale komórki mogą nabrzmieć jedynie wtedy, gdy mają do dyspozycji wodę. Nawodnienie pomaga więc narządom przeprowadzać niezbędne reakcje chemiczne, by generować energię i podtrzymywać kluczowe procesy życiowe.

System ten jest na tyle elastyczny, że potrafi przestawić się w ciągu kilku dni, jeśli jedzenie pojawia się o niewłaściwej porze. Układ pokarmowy zaczyna produkować soki trawienne tuż przed pojawieniem się pożywienia, a zegar w wątrobie resetuje się, by móc przetwarzać składniki odżywcze wchłaniane z jelit. Powoli, mniej więcej po tygodniu, wywiera to wpływ na zegary w mózgu: nastawiają się one na nowe godziny przyjmowania posiłków. Widzisz teraz, w jaki sposób zarówno światło, jak i harmonogram odżywiania się wpływają na wiele naszych zegarów.

Trzy fundamentalne rytmy

Zegary różnych narządów działają niczym orkiestra, wytwarzając trzy zasadnicze rytmy, które leżą u podstawy naszego zdrowia: rytm snu, odżywiania i aktywności fizycznej. Co więcej, rytmy te są głęboko powiązane – i znajdują się pod naszą kontrolą. Kiedy działają idealnie, cieszymy się doskonałym zdrowiem. Jeśli jeden z rytmów się zgubi, pozostałe też ulegają zakłóceniu, nakręcając spiralę złego samopoczucia.

Działanie rytmów twojego ciała przypomina ruchliwe skrzyżowanie sterowane sygnalizacją świetlną. Dowolna aktywność, poczynając od pracy mózgu, a kończąc na trawieniu, funkcjonuje jak ruch uliczny: każda funkcja nadciąga z określonego kierunku, ale ostatecznie wszystko zbiega się razem. Jeżeli sygnalizacja świetlna nie jest odpowiednio zsynchronizowana, rytm traci płynność. Ponieważ zaś funkcje organizmu nie mogą być włączone wszystkie naraz, to albo ciągle tkwimy na czerwonym świetle, albo nasze rytmy zderzają się ze sobą jak samochody podczas kolizji. A jeśli nie zwracamy uwagi na sygnalizator – czyli działamy wbrew optymalnemu rytmowi – sygnały ulegają zakłóceniu i narażamy nasze zdrowie na szwank.

Rytm pierwszy. Sen: Mit sów i skowronków

Wiele osób twierdzi, że kładą się spać szczególnie wcześnie lub szczególnie późno albo też że wstają odpowiednio wcześnie lub późno. Przypisują te zwyczaje genom i określają samych siebie jako sowy, które mogą czuwać nawet w środku nocy, bądź jako skowronki, zdolne do zrywania się o świcie.

Prawda jest jednak taka, że to, czy jesteś sową, czy skowronkiem, może zmieniać się z wiekiem. Niemowlęta i małe dzieci zazwyczaj budzą się wcześnie, bo i zasypiają we wczesnych godzinach wieczornych. Jeśli sprawiasz, że twoje dziecko wciąż czuwa, choć jest już dobrze po godzinie 21 czy 22, zakłócasz jego naturalną tendencję do zapadnięcia w sen. Opóźnianie naturalnego dla dzieci rytmu zasypiania stało się poważnym problemem zdrowotnym, ponieważ odbija się negatywnie na rozwoju mózgu. W rzeczy samej, nawet u dorosłych zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD) i zaburzenia ze spektrum autyzmu (ASD) wiązane są obecnie ze zwyczajem późnego kładzenia się spać, z niewysypianiem się i przebywaniem przez większość dnia w zamkniętych pomieszczeniach4. Oczywiście bywa i tak, że rodzice późno kładą dzieci spać, bo chcą spędzać z nimi więcej czasu. Stało się to poważnym problemem w Chinach i w Indiach, gdzie wielu rodziców pracuje bardzo daleko od domu, co wiąże się z długimi dojazdami.

Późno zwykle spać chodzą nastolatki, które też późno wstają. Wielu uczniów szkoły średniej kładzie się do łóżka po północy, przez co nie wysypiają się, jeśli muszą wstać przed siódmą rano, by zdążyć do szkoły.

Gdy mamy po trzydzieści, czterdzieści lat, w naturalny sposób wracamy do wczesnego wstawania. Wieczorem łatwiej nam jest zasnąć i jest bardziej prawdopodobne, że zbudzimy się o świcie. Przy czym dojrzałe płciowo kobiety mają tendencję do wstawania wcześniej niż mężczyźni. Różnica ta znika w wieku średnim, gdy działanie hormonów płciowych ulega osłabieniu – widać wtedy jasno, jak ten proces wpływa na wzorzec snu i czuwania5.

Jesteśmy tak zaprogramowani, by sypiać przynajmniej 9 godzin w wieku dziecięcym i 7 godzin przez resztę życia, ale z wiekiem nasz rytm okołodobowy słabnie i staje się mniej efektywny. Gdy przybywa nam lat, wewnętrzne dążenie organizmu do mocnego snu i czujności za dnia powoli zanika – łatwiej budzi nas światło lub hałas, a potem mamy trudności z ponownym zaśnięciem. Właśnie wtedy pielęgnowanie naszego wewnętrznego zegara poprzez dobre nawyki staje się niesłychanie ważne.

Podczas gdy wiele osób sądzi, że zmiany w ich rytmie snu i czuwania wynikają z genów, w istocie posiadanie przez nie mutacji genetycznej jest co najmniej mało prawdopodobne. Bardzo nieliczne osoby cierpią na defekt genetyczny przeobrażający ich zegar biologiczny tak dalece, że z trudem mogą wyrobić w sobie nawyki, które by go skorygowały. Lecz to właśnie badania z udziałem takich osób dały nam wgląd w ludzki rytm okołodobowy.

Pewna kobieta imieniem Betty miała problemy ze snem, które powodowały u niej tak silne osłabienie, że postanowiła poszukać ratunku. Betty sypiała siedem godzin na dobę, jak to jest powszechnie zalecane, ale godziny jej snu dalekie były od normalności. Każdego dnia szła spać o dziewiętnastej, a wstawała o drugiej nad ranem. Był to dla niej poważny kłopot, gdyż sytuacja ta uniemożliwiała jej prowadzenie normalnego życia towarzyskiego. Betty odwiedziła wielu specjalistów od snu – każdy z nich zbadał ją, po czym zawyrokował, że wszystko jest z nią w porządku, bo przecież śpi siedem godzin na dobę. Kobieta nie dawała rady zmienić swojego wzorca snu, choć usilnie próbowała.

Ostatnim lekarzem, do którego poszła Betty, był Christopher Jones z Uniwersytetu Utah. On także z początku myślał, że rytm snu i czuwania pacjentki to błahostka, ale Betty powiedziała mu, że to samo dotyczy kilkorga członków jej rodziny. Chris od razu pomyślał, że może chodzić o dziedziczną mutację genetyczną. Opowiedział historię Betty genetykowi molekularnemu Louisowi Ptackowi i jego żonie biolożce molekularnej Ying-Hui Fu, którzy potraktowali ten przypadek jak wyzwanie. Po kilkuletnich badaniach Ptacek i Fu znaleźli pojedynczą zmianę w genie per Betty – tym samym, który wykazywał zmiany w przypadku zmutowanych muszek owocówek z eksperymentów Seymoura Benzera i Rona Konopki. Po raz pierwszy prosta zmiana w genomie człowieka została bezapelacyjnie powiązana z modyfikacją rytmu snu i czuwania, czyli zegara okołodobowego6.

Ta pojedyncza, niezwykle rzadka mutacja powodowała, że zegar okołodobowy Betty chodził szybciej niż powinien, i nie można było tego zmienić. Rano, gdy zegar w naszym mózgu synchronizuje się ze światłem słońca, zaczyna odliczać, przez ile godzin czuwamy. W przypadku większości ludzi po dwunastu godzinach czuwania zegar mózgowy delikatnie skłania nas, byśmy zaczęli przygotowywać się do snu. Po szesnastu godzinach większość z nas będzie już chciała iść do łóżka. Ale zegar Betty śpieszył się. Jej mózg traktował dwanaście godzin czuwania jak gdyby to było czternaście. A po czternastu godzinach od obudzenia się jej mózg sądził, że nie śpi od szesnastu – i po prostu musiała się położyć.

Kilka lat później Fu znalazła rodzinę, która mogła mieć odmienną mutację – w genie zwanym Dec2, co powodowało zredukowaną potrzebę snu. Ludzie z tą mutacją mogą spać zaledwie pięć godzin, ale budzą się zupełnie wypoczęci i mogą bez problemu oddawać się swoim codziennym zajęciom7.

Nawet jeśli posiadasz nieprawidłowy gen, zdrowe nawyki często mogą zneutralizować jego szkodliwe działanie. Chociaż Betty miała trudności z czuwaniem do późna i nie mogła spotykać się z przyjaciółmi, ludzie jej pokroju zwykle starają się obrócić tę sytuację na swoją korzyść – na przykład chodzą do pracy wcześnie, by móc także wrócić do domu o wcześniejszej porze, albo wydłużają swój dzień pracy. Niemniej większość ludzi, szczególnie ci, którzy kładą się późno, nie ma żadnej mutacji genetycznej. Ich czuwanie do późna może być nawykiem, który jest sprzeczny z zegarem okołodobowym.

Kiedyś spotkałem odnoszącego sukcesy biznesmena, który skarżył się, że każdej nocy długo się męczy, zanim zaśnie, i z trudem przesypia kilka godzin z rzędu. Był przekonany, że to jakiś problem genetyczny. Ale po kilku minutach rozmowy o życiowych zwyczajach i nawykach żywieniowych stało się dla mnie jasne, że jego kłopoty ze snem miały źródło w trzech filiżankach mocnej kawy, które wypijał codziennie pomiędzy obiadem a położeniem się spać. Gdy tylko porzucił zwyczaj picia kawy po obiedzie, był w stanie zasnąć około 22 i potrafił przespać pełne siedem godzin.

Z drugiej strony nasza wiedza o tym, że myślenie o sobie jako o sowie lub skowronku wiąże się ze złymi nawykami, znajduje potwierdzenie w eksperymencie, jaki przeprowadził Ken Wright Jr. z Uniwersytetu Kolorado w Boulder. Zorganizował on obóz dla ludzi, którzy uważali się za umiarkowane sowy: chodzili spać późno i codziennie długo spali. Przed wyprawą wszyscy monitorowali swój wzorzec snu i czuwania i pobierali próbki śliny, by można było zbadać, o której godzinie ich mózgi wytwarzają najwięcej hormonu snu – melatoniny. Ken odkrył, że u wielu sów melatonina była produkowana z opóźnieniem: stężenie hormonu nie zaczynało wzrastać przed godziną 22 i było największe po północy.

Po dwóch dniach biwakowania na łonie natury ponownie sprawdzili, kiedy poziom melatoniny w ich organizmach wzrasta. Co zaskakujące, u wszystkich tych, którzy sądzili, że są sowami z powodów genetycznych, proces wytwarzania melatoniny okazał się całkowicie normalny; jej poziom zaczynał wzrastać we wcześniejszych godzinach wieczornych w porównaniu z wynikami testów sprzed wycieczki. Co więcej, byli w stanie położyć się spać przed godziną 22. Stężenie melatoniny zaczynało rosnąć już około 19 czy 20, a nie po 21–22 i nie byli w stanie dłużej czuwać8. Zmiana ta nastąpiła nie z powodu niewygodnych warunków do spania, ale z racji braku ekspozycji na jasne światło wieczorem oraz usunięcia okazji do nieprawidłowych nawyków, takich jak wieczorna praca albo późne picie kawy. Bez dostępu do jasnego światła w nocy ludzie ci byli zdolni powrócić do normalniejszego rytmu okołodobowego.

Między innymi właśnie dzięki temu eksperymentowi żywię tak mocne przekonanie, że jesteśmy panami swojego zdrowia. Korekta naszych zwyczajowych zachowań jest kluczem do poprawy funkcjonowania rytmu okołodobowego. Przede wszystkim doświadczyłem tego sam. Obozując w kenijskim rezerwacie narodowym Masai Mara, gdzie nie było elektryczności i otaczały nas dzikie zwierzęta, nie czuliśmy wraz z kolegami ochoty, by późno kłaść się spać. Przez całe lata nie spałem tak dobrze jak wtedy – i przez szereg dni z rzędu budziłem się wypoczęty przynajmniej na pół godziny przed wschodem słońca. Po powrocie do San Diego mój stary wzorzec snu i czuwania powrócił: czuwałem do późnej nocy i starałem się wstawać godzinę po wschodzie słońca. Kiedy opowiedziałem o tym kolegom, zwrócili mi uwagę na wiele różnic pomiędzy moim stylem życia w San Diego i w rezerwacie Masai Mara: w Kenii wiele czasu spędzałem w pełnym świetle dnia, w nocy zaś pozbawiony byłem światła sztucznego, ponadto było ciszej i stosunkowo chłodniej, a do tego wcześniej jadłem kolację. Jak się okazało, każdy z tych czynników przyczyniał się do lepszego snu.

Rytm drugi. Pory posiłków wpływają na twój zegar biologiczny

Skoro głównym zadaniem systemu okołodobowego jest optymalizacja poboru energii i zapewnienie przetrwania organizmu, to co dzieje się z tym systemem, jeśli pożywienie pojawia się o nieodpowiednich porach? Co stanie się z gryzoniami, jeśli będą dostawać pokarm jedynie w ciągu dnia, gdy te nocne zwierzęta akurat powinny spać i pościć? Czy nadrzędny zegar SCN zignoruje jedzenie? Miałoby to co najmniej szkodliwy wpływ na ich zdrowie – gdyby bowiem zwierzęta zdecydowały się ignorować jedzenie, padłyby z głodu. Tymczasem gdy myszy uczą się, że pożywienie jest dostępne tylko w dzień, zaczynają się budzić na godzinę przed jego podaniem, by go poszukać. Innymi słowy, wyrabiają w sobie mechanizm oczekiwania na jedzenie. Gdy jednak się pożywią, z powrotem idą spać – jak zwykle w ciągu dnia – żeby wznowić aktywność nocą. Innymi słowy, ich zegar SCN, kontrolując dobowy cykl snu i czuwania, nadal działa należycie, z wyjątkiem krótkiej przerwy w ciągu dnia, gdy myszy budzą się i pożywiają.

Ale co się dzieje, jeśli myszy pobierają pokarm w dzień, kiedy akurat nie powinny? Czy to jedzenie jest trawione, a następnie metabolizowane w wątrobie, gdzie miejscowy zegar reguluje przemianę materii? To było zagadką. Jak wówczas sądziliśmy, wątroba – mimo że ma swój zegar – częściowo kontrolowana jest przez mózg, który wysyła do niej sygnały. Zarazem pozostawaliśmy jednak nieco sceptyczni, gdyż taka zależność od mózgu implikowałaby poważny wysiłek i wydatek energii ze strony zegara wątroby. Jeśli bowiem zwierzę codziennie je o niewłaściwej porze (w przypadku naszych myszy – w dzień), podczas gdy zegar w wątrobie zaprogramowany jest na metabolizowanie żywności nocą, to proces ten nie powinien przebiegać w ciągu dnia.

W 2009 roku przeprowadziliśmy więc prosty eksperyment. Wybraliśmy kilka myszy, które są zazwyczaj stworzeniami nocnymi, i karmiliśmy je tylko w dzień. Potem zaś przyjrzeliśmy się, jak funkcjonowały ich wątroby. Okazało się, że niemal każdy gen wątroby, który włącza się i wyłącza w cyklu dwudziestoczterogodzinnym, zupełnie ignorował czas ekspozycji na światło, za to śledził pojawianie się pożywienia9. Czyli zegar wątroby resetowało jedzenie, nie zaś sygnał z mózgu.

To odkrycie kompletnie zmieniło nasze myślenie o rytmie okołodobowym w relacji do światła i pożywienia. Przedtem sądziliśmy, że wszelka informacja pomagająca ustalić rozkład dobowy, płynąca ze świata zewnętrznego do każdego naszego narządu, musi przejść przez fotoreceptory światła niebieskiego. Teraz jednak dowiedzieliśmy się, że organizm może synchronizować swoje zegary na podstawie innych wskazówek. Tak samo jak pierwsze światło poranka restartuje nasz zegar mózgowy, pierwszy pobrany kęs jedzenia restartuje zegary naszych organów wewnętrznych. W istocie pory posiłków mogą więc stanowić potężny sygnał, silniejszy od sygnałów z nadrzędnego zegara SCN.

Pomyśl o śniadaniu. Czy zauważyłeś, że każdego poranka jesteś głodny mniej więcej o tej samej porze, bez względu na to, co jadłeś na kolację poprzedniego dnia? Dzieje się tak dlatego, że nasz zegar mózgowy, czy też zegar ośrodka głodu, mówi nam, kiedy powinniśmy czuć głód. W tym samym czasie mózg i układ trawienny komunikują się ze sobą – zegar w układzie pokarmowym informuje mózg, że powinien przygotować się na śniadanie. Trzustka jest gotowa wytworzyć insulinę, mięśnie – wchłonąć cukier, a wątroba przygotowuje się, by zmagazynować glikogen, wyprodukować tłuszcz i odłożyć go na zapas.

Jeśli zazwyczaj jesz śniadanie o ósmej, to oznacza, że umówiłeś się na spotkanie ze swoim żołądkiem, wątrobą, trzustką i tak dalej – i będą one gotowe do przetwarzania składników odżywczych właśnie o ósmej. Ów pierwszy kęs jest także jednym z łączników pomiędzy twoim zegarem biologicznym a światem zewnętrznym: śniadanie staje się wskazówką, która pomaga zsynchronizować twój wewnętrzny zegar z czasem zewnętrznym. Póki będziesz jadać śniadanie o ósmej (z dokładnością do kilku minut), twój wewnętrzny zegar będzie zestrojony ze światem poza tobą.

Wyobraź sobie teraz, że musisz wcześnie wstać, by złapać samolot z Los Angeles do Chicago – i twój rozkład dnia ulega zakłóceniu. Zamiast o ósmej, „musisz” zjeść o szóstej. W końcu nauczono cię, że śniadanie to „najważniejszy posiłek dnia”. I kiedy siedzisz nad miską płatków zbożowych, zapewne dociera do ciebie, że tak naprawdę wcale nie jesteś głodny. To dlatego, że mózg nie wysłał do twojego żołądka sygnału, że trzeba przygotować soki trawienne. Twoja wątroba i reszta narządów także nie są jeszcze gotowe.

Ale nieważne, ty wiesz lepiej, więc jednak jesz. Z pierwszym kęsem twój żołądek włączy tryb awaryjny i zacznie przetwarzać jedzenie. Organizm musi zatem rzucić wszystko, co powinien robić o szóstej rano, i poświęcić swoją uwagę przybywającemu posiłkowi. Mógłby co prawda zignorować żywność, która pozostałaby przez kilka godzin niestrawiona. Zwykle jednak ciało wybiera pierwszy wariant – przerywa swoje zwykłe przedśniadaniowe czynności, takie jak oczyszczanie się i czerpanie zmagazynowanej energii. Gdy więc pojawia się wczesne śniadanie, organizm porzuca procesy samooczyszczania, wyłącza spalanie tłuszczu – i używa jako paliwa świeżego jedzenia, którego mu dostarczasz.

Co więcej, zegary w twoim żołądku, wątrobie, mięśniach, trzustce i innych narządach również zdadzą sobie sprawę z niespodziewanego nadejścia śniadania i będą zdezorientowane. Prawdopodobnie pomyślą, że się pomyliły i jednak jest już ósma. Żeby więc nadrobić stracony czas, będą starały się przyśpieszyć funkcjonowanie danych narządów. Ale twój zegar okołodobowy ma wiele trybików i nie jest tak łatwo przyśpieszyć od razu wszystkie zegary organów wewnętrznych, a do tego na nowo je zsynchronizować. Zwykle są one w stanie zestrajać się o godzinę dziennie.

Kiedy następnego dnia przychodzisz na śniadanie, w Chicago jest ósma rano, ale twój organizm myśli, że jest to szósta rano w Los Angeles – i żołądek wciąż nie jest gotowy. Znów przechodzi na tryb awaryjny i usiłuje przetwarzać to, co zjadasz. I znowu próbuje przyśpieszyć swoje zegary.

W ciągu czterech dni twojemu organizmowi udało się wytworzyć zupełnie nowy rytm okołodobowy, który dostosował się do twojego rozkładu dnia. I zgadnij, co teraz? – Pora wracać do domu! Gdy więc jesteś z powrotem w Los Angeles i zasiadasz do śniadania o ósmej rano, twój wewnętrzny system myśli, że jest dziesiąta. Tym razem twoje narządy były gotowe na przyjęcie śniadania o szóstej, ale nie otrzymały żadnego jedzenia, więc przeszły do następnych zadań na swojej liście. Ale gdy tylko zaczniesz jeść śniadanie, twój żołądek, wątroba, mięśnie, trzustka i inne narządy znowu muszą porzucić to, co właśnie robiły, i wziąć się za przetwarzanie posiłku. Tym razem decydują się na tryb wielozadaniowy. Zegary ponownie próbują przestawić się na nową porę śniadania, przez następne kilka dni spowalniając pracę.

Przykład ten pokazuje, jak zmienna pora śniadania dezorientuje twoje narządy i wpływa negatywnie na ich działanie. Każdy narząd jest tak zaprogramowany, by – przy użyciu zegara okołodobowego – przetwarzać żywność przez kilka godzin, poczynając od śniadania. Jeśli jesz śniadanie o ósmej, cały system działa optymalnie przez około osiem do dziesięciu godzin. Za każdym razem, gdy coś spożyjemy, cały proces trawienia, wchłaniania i przemiany materii trwa kilka godzin. Na przetworzenie małego kęsa jedzenia potrzeba jednej czy dwóch godzin. Po okresie około dziesięciu godzin jelita i inne narządy odpowiedzialne za metabolizm nadal przetwarzają składniki odżywcze, ale ich wydajność powoli spada, gdyż nie są zaprogramowane na funkcjonowanie w trybie 24/7. Zegary rozmaitych narządów nie są aż tak efektywne. Soki żołądkowe i hormony jelitowe wytwarzane są teraz w innym tempie, proces trawienia zwalnia i masz uczucie niestrawności albo zgagi.

Co więcej, skoro późne śniadanie przeszkadza w wykonywaniu innych zadań, jakie spoczywają na twoich narządach, późna kolacja działa tak samo. Tym razem zakłócenie jest jeszcze poważniejsze. Ta sama porcja jedzenia, do której strawienia potrzeba kilku godzin, jeśli spożyjesz ją o osiemnastej, będzie trawiona dłużej, gdy zjesz ją o dwudziestej – bo znajdujesz się już poza optymalnym „oknem” dziesięciu godzin. Ta dodatkowa praca twoich organów koliduje z ich następnym zadaniem albo zupełnie usuwa je z grafiku.

Pewnie myślisz teraz: „Doktorze Panda, ale co z tego? I tak przecież wtedy śpię!” Jest pewien szkopuł: nasze komórki nie mogą jednocześnie wytwarzać i rozkładać tłuszczu. Za każdym razem, gdy coś jemy, włącza się program produkcji tłuszczu – komórki w wątrobie i mięśniach wytwarzają i magazynują pewną jego ilość. Program spalania tłuszczu aktywuje się powoli dopiero wtedy, gdy do narządów dotrze informacja, że napływ jedzenia się skończył. Dzieje się to w trakcie kilku godzin po ostatnim posiłku. I potrzeba kolejnych kilku godzin, by zużyć sporą porcję nagromadzonego tłuszczu.

Załóżmy, że zacząłeś jeść kolację o dwudziestej i skończyłeś pół godziny później. Twój wewnętrzny zegar nadal tyka – proces wytwarzania tłuszczu powoli ustaje i wtedy, o 22.30, masz ochotę na coś małego. Kawałek owocu, miskę płatków, batonik zbożowy, garść orzechów, wszystko jedno. Gdy tylko jedzenie trafia do żołądka, jego zegar – który już wywiesił szyld „Kuchnia zamknięta” – musi wracać do pracy i przetwarzać twoją przekąskę. Ta sama porcja spożyta rano zostałaby strawiona w ciągu mniej więcej godziny, ale teraz twój żołądek nie był na nią przygotowany i zajmie mu to kilka godzin. Proces produkcji tłuszczu będzie trwał jeszcze po północy, a proces jego spalania nie rozpocznie się aż do rana – ale gdy zjesz śniadanie, twój organizm znów przełączy się na wytwarzanie tłuszczu.

Siedząc w laboratorium, wyobrażam sobie teraz, jak skrobiesz się w głowę; „Doktorze Panda, ale o co ten cały szum? Przecież mówimy tylko o kilku gramach tłuszczu, o które przytyję po tej nocnej przekąsce!”. Cóż, jest gorzej, niż myślisz. Dla organizmu wystarczająco ciężkim zadaniem jest monitorowanie hormonów, genów i zegarów wewnętrznych nawet w przypadku osoby, która ściśle trzyma się ustalonych zwyczajów żywieniowych. Ale kiedy pory posiłków przypadają na losowe godziny dnia i nocy, proces wytwarzania tłuszczu jest aktywny bez przerwy. Jednocześnie glukoza produkowana podczas trawienia węglowodanów zalewa nasz układ krwionośny, przez co wątroba wchłania ją coraz mniej wydajnie. Jeśli ta sytuacja powtarza się przez jakiś czas, poziom glukozy we krwi wciąż rośnie i osiąga niebezpieczny pułap stanu przedcukrzycowego lub cukrzycy.

Jeśli więc zastanawiałeś się, dlaczego do tej pory diety nie przynosiły efektu, może chodzi właśnie o niewłaściwy harmonogram. Nawet jeśli pilnie trenowałeś, liczyłeś kalorie, unikałeś tłuszczów, węglowodanów i słodyczy, za to dokładałeś sobie protein – całkiem możliwe, że nie zwracałeś uwagi na swój zegar okołodobowy. Jeżeli jadasz późno w nocy albo zaczynasz śniadanie każdego ranka o zupełnie innej porze, wciąż wytrącasz swój organizm z rytmu. Nie martw się jednak, bo łatwo to naprawić: po prostu ustal sobie konkretny rozkład posiłków i trzymaj się go. Liczy się właściwy moment.

Rytm trzeci. Wpływ aktywności fizycznej na wewnętrzny zegar

Jeśli nie jemy i nie śpimy, powinniśmy oddawać się jakiejś formie aktywności fizycznej. W istocie metabolizm i fizjologia wyewoluowały w taki sposób, żeby nasz organizm mógł pozostawać aktywny w okresie czuwania, od rana do wieczora. Gdy jesteśmy aktywni, powinniśmy używać większości mięśni, które stanowią niemal 50% naszej wagi. Wiele grup mięśni pozostaje pod kontrolą autonomicznego układu nerwowego i działa bez naszej wiedzy. Są to na przykład mięsień sercowy lub mięśnie gładkie układu trawiennego. Nawet te mięśnie działają jednak w oparciu o rytm okołodobowy: w dzień funkcjonują wydajniej niż nocą.

Mięśnie jelit automatycznie kurczą się i rozciągają, co nazywamy perystaltyką. Właśnie ten ruch powoduje przesuwanie treści żołądkowej przez jelita. Perystaltyka jelit jest szybsza w dzień i wolniejsza w nocy – dlatego, jeśli jemy późno, jedzenie przesuwa się przez układ trawienny powoli, co może prowadzić do niestrawności.

Aktywność płuc i serca w ramach rytmu okołodobowego jest zmienna. W ciągu dnia nasze serce bije nieco szybciej, a oddech jest głębszy niż nocą. Wyższa częstotliwość skurczów serca za dnia pomaga rozprowadzać tlen i składniki odżywcze po organizmie, w tym do mięśni, przygotowując nas do aktywności fizycznej. W nocy mięśnie nie potrzebują takich ilości składników odżywczych i tlenu jak za dnia, kiedy jest bardziej prawdopodobne, że będziemy ich używać. To może być powód, który sprawia, że w nocy częstotliwość skurczów serca i oddychania zwalnia, co pomaga ciału ochłodzić się, żebyśmy mogli lepiej spać.

Gdy działamy fizycznie, uaktywnia się większość mięśni. Aktywność fizyczna ma niezwykle dobroczynny wpływ na nasze zdrowie, a niektóre jej rodzaje mogą oddziaływać na zegar okołodobowy. Pewne wczesne eksperymenty badające wpływ aktywności na rytm okołodobowy były przeprowadzane na myszach, które miały swobodny dostęp do kołowrotka. Jeśli mogły wskoczyć do kołowrotka kiedy tylko chciały, robiły to z własnej woli każdej nocy. Badacze odkryli, że aktywne myszy mają bardziej wyrazisty rytm okołodobowy. Lepiej śpią, gdy spać powinny, a jednocześnie są mniej senne w okresie czuwania10. Wpływ aktywności fizycznej na sen zdawał się nie mieć nic wspólnego z jedzeniem i nie wywierał efektu na pragnienie.

Te wczesne obserwacje zachęciły naukowców do przeprowadzenia szeregu badań z udziałem ludzi; rozpiętość wiekowa uczestników obejmowała zarówno nastolatków, jak i dorosłych w starszym wieku. Wszystkie te badania dały te same wyniki: aktywność fizyczna poprawia jakość snu. W przypadku nastolatków energiczna aktywność fizyczna nie tylko wpływała pozytywnie na to, jak szybko zasypiali i jak dobrze spali, ale także poprawiała ich nastrój w ciągu dnia, wzmacniała koncentrację oraz redukowała poziom lęku czy objawy depresji11. W przypadku dorosłych między 50 a 75 rokiem życia umiarkowana aktywność fizyczna czy nawet regularne ćwiczenia rozciągające pomagały w zasypianiu, poprawiały jakość i długość snu, a także redukowały konieczność brania środków nasennych. Osoby starsze uprawiające umiarkowaną aktywność fizyczną rzadziej odczuwały również senność w ciągu dnia12. A gdy poprawia się wzorzec czasowy naszego snu, poprawia się również funkcjonowanie rytmu okołodobowego.

Co można zaliczyć do aktywności fizycznej?

Każdy rodzaj ruchu, który skutkuje wydatkowaniem energii, rozumiany jest jako aktywność fizyczna uprawiana w codziennym życiu. Zdolność do jej podejmowania nazywamy sprawnością fizyczną. Uprawianie sportu jest aktywnością fizyczną, która zakłada rywalizację, wymaga myślenia i planowania. Regularny wysiłek fizyczny to inny jej rodzaj, który także ma swoją strukturę – jest planowany i definiuje się go na podstawie częstości jego wykonywania, czasu trwania oraz intensywności. Praca w ogrodzie, przesuwanie ciężkich przedmiotów, nieśpieszny spacer czy prace domowe również się do niej zaliczają. W rozdziale 7. znajdziesz tabelę zawierającą wiele rodzajów aktywności fizycznej i ich klasyfikację.

Autor nieco upraszcza swój wywód; należy pamiętać, że istnieją dwa typy cholesterolu: „dobry” – HDL i „zły” – LDL, choć to także jest uproszczenie [przyp. tłum.]. [wróć]

Od angielskiej nazwy suprachiasmatic nucleus lub …nuclei; po łacinie nuclei suprachiasmatici [przyp. tłum.]. [wróć]

To określenie może być trochę mylące. Anatomicznie rzecz ujmując, podwzgórze stanowi część tzw. międzymózgowia. Nie ma to nic wspólnego z na pozór podobnie nazywającą się podstawą czaszki oraz z mieszczącym się w niej pniem mózgu, który obejmuje zupełnie inne struktury [przyp. tłum.]. [wróć]

Rozdział 3

Rozdział 3

Zbadaj i sprawdź — czy jesteś zgrany ze swoim rytmem?

Oczekiwana długość życia dziecka urodzonego w 1900 roku wynosiła 47 lat1. Tylko jedno na sto takich dzieci dożywało dziewięćdziesiątki, a co trzecie umierało przed piątym rokiem życia. Największe zagrożenie dla zdrowia stanowiły choroby zakaźne wywoływane przez bakterie i inne patogeny. Naukowcy walczyli z nimi za pomocą poprawiających się warunków sanitarnych, a także szczepionek i antybiotyków ratujących życie. Dziś typowy noworodek wydany na świat na Zachodzie może dożyć osiemdziesięciu lat. Lecz niemal każdy z nas cierpi na jedną lub więcej chorób przewlekłych takich jak cukrzyca, otyłość, choroba serca, depresja czy zaburzenia lękowe. Dolegliwości te nie są wprawdzie zakaźne, ale mają ścisły związek z niewłaściwym trybem życia. A leki, które przyjmujemy, działają jedynie objawowo – nie istnieją sprawdzone terapie gwarantujące wyleczenie. Lekarstwa są zaś najskuteczniejsze, gdy połączymy je z lepszym, zdrowszym stylem życia. Związany jest on z naszym rytmem okołodobowym.

Specjaliści przeważnie definiują zdrowy styl życia, odwołując się do zdrowej żywności, którą powinniśmy spożywać, i do regularnego wysiłku fizycznego. Ja natomiast chciałbym, abyś skupił się tutaj nie tyle na zaleceniu, co należy zrobić, ale na zaleceniu, kiedy. Na zdrowy styl życia składa się to, co i kiedy jesz, kiedy i jak długo śpisz oraz kiedy i jak często się ruszasz. Poświęcając uwagę zagadnieniu czasu, ujarzmiasz moc swojego rytmu okołodobowego, co pomoże ci zrekompensować te chwile, kiedy podejmujesz decyzje niezbyt godne pochwały. A co więcej, żyjąc w zgodzie ze swoim zegarem, możesz odnieść znacznie więcej korzyści związanych z prawidłowym stylem życia.

Jak silny jest twój rytm?

Zapewne rodzimy się z silnym zegarem okołodobowym, który odpowiada za wydajne działanie każdego procesu w naszym organizmie. Zegar ten ustala codzienny rytm, w jakim powinniśmy kłaść się spać i wstawać, jeść i oddawać się aktywności fizycznej. Najzdrowsi jesteśmy wówczas, gdy żyjemy w tempie dostosowanym do owego idealnego rytmu. Czasem jednak życie decyduje inaczej. Jak już wiesz, jest mało prawdopodobne, że to geny wysyłają twojemu zegarowi niewłaściwy sygnał, który zakłóca funkcjonowanie rytmu okołodobowego. Winę za to zakłócenie ponoszą raczej złe nawyki, które w sobie wykształcamy. Niestety wystarczy tylko kilka dni, by zupełnie zaburzyć prawidłowy rytm. Jeśli pracujemy w trybie zmianowym albo późno chodzimy spać, nasz wewnętrzny zegar ulega dezorientacji, co w konsekwencji prowadzi do osłabienia zdrowia fizycznego i umysłowego.

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki