Chronobiológ Ranné vtáča či nočná sova? Biorytmy máme v hlave aj génoch, no nepoznáme ich

Profesor Michal Zeman je biológ a fyziológ, ktorý sa venuje chronobiológii: skúmaniu rytmov u ľudí aj u zvierat. S kolegami z Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského študuje, ako sme v dôsledku svetelnej kontaminácie v meste „stratili noc“ a čo to môže znamenať pre naše zdravie.

Prečo je niekto ranné vtáča a niekto nočná sova? Mali by sa školy začínať neskôr? Môže mať covid iný priebeh podľa toho, v ktorej časti dňa sa nakazíme? Zvyšuje práca na zmeny riziko infarktu a rakoviny? Aj o týchto fenoménoch sme sa rozprávali s profesorom Zemanom.

O chronobiológii toho veľa nevieme. Čo nám priniesla?

Naša biológia, vnímanie, myslenie aj pohoda, skrátka všetky procesy v tele sa počas dňa menia. Cítime sa inak ráno a inak večer. To vieme všetci, no pripisujeme to skôr únave. Nie je to však úplná pravda.

Takže chuť dať si poobednú siestu nie je len výsledkom ťažkého obeda a pracovného doobedia?

V priebehu dňa sa mení naša telesná teplota, srdcový tep aj tlak krvi, intenzita metabolizmu aj hormonálne výstupy. Rytmicitu má aj autonómny nervový systém. To ovplyvňuje naše myslenie, schopnosť sústrediť sa a vlastne skoro všetko. Tieto dvadsaťštyrihodinové, takzvané cirkadiálne rytmy sa vyvinuli v odpovedi na otáčanie Zeme okolo svojej osi a sú hlboko vpísané do našich génov. Náš mozog a telo preferujú pravidelné zmeny, rytmický stereotyp.

Mohli by ste uviesť príklad?

U nás skúmame takzvaný ranný kortizolový „vrchol“. Pripravuje nás na ranné stresy spojené s cestovaním či stíhaním začiatku práce a školy. Tento hormón sa nám zvýši pri každom strese, aj keď nás začne naháňať pes, no takto pripravení zdoláme záťažovú situáciu efektívnejšie. Keď sa naša časová organizácia naruší, kortizolový vrchol nastane skôr, ako je potrebný. A tak v čase, keď by sme ešte mohli mať najkvalitnejší spánok, nás kortizol vyženie z postele. A to je princíp chronobiológie. Biologické hodiny sú z hľadiska evolúcie veľmi dôležité a nájdeme ich u každého žijúceho tvora.

Ako ste sa vlastne k chronobiológii dostali?

Najskôr som sa venoval sezónnym zmenám u voľne žijúcich vtákov. Prečo každý druh začína na jar spievať v inom čase, prečo niektorí spievajú už v januári a nikdy nie v decembri? Chcel som vedieť, aký biologický mechanizmus je za tým.

Čo ste zistili?

Že biologické hodiny sú uložené v hlavách vtákov aj mravcov, všetkých zvierat aj ľudí. Dážďovníky a včeláriky od nás odlietajú, keď je tu príjemne teplo a dostatok potravy. Žiaden z týchto sťahovavých vtákov si nepovie: mne je tu dobre, mám tu frajerku, choďte vy rodičia sami. Keby tu zostal, v septembri by zmizol všetok lietajúci hmyz a dážďovník by uhynul. Tento mechanizmus zvieratám aj ľuďom avizuje, čo sa stane a na čo sa majú pripraviť, aby problémy ľahšie zvládli.

Biorytmy znejú ako doména prírodných liečiteľov či východnej medicíny. Odkedy sa im venuje západná veda?

Chronobiológia ako veda existuje približne päťdesiat rokov. V roku 2017 získal Nobelovu cenu fascinujúci objav, že základom biorytmov je bunkový cyklus, ktorý má veľmi výrazný dvadsaťštyrihodinový rytmus. Až dvadsať percent našich génov má takzvanú rytmickú expresiu. Zároveň platí, že každý orgán má vlastné hodiny a navzájom sa koordinujú. Odráža sa to v metabolizme, duševnej činnosti, ale aj pri hojení rán či nádorovom bujnení.

Ako sa tieto pohyby navzájom koordinujú?

Biologické hodiny existujú doslova. Je to maličká štruktúra v strede mozgu, v hypotalame. Z pozorovaní potkanov aj škrečkov vieme, že ak sa toto centrum naruší, všetky rytmy sa stratia. A takíto jedinci žijú kratšie ako ich rovesníci.

Bežná znalosť našich biorytmov sa končí pri tom, že máme jeden výkonový „vrchol“ doobeda a druhý poobede. Platí to?

Určite to platí pre fyzickú a mentálnu energiu. Čím sme starší, tým je táto rytmicita silnejšia a nemali by sme sa jej brániť. Takáto denná krivka existuje pre najrôznejšie fyziologické prejavy aj ľudské aktivity. Každý druh športu dosahuje maximá v iných časoch dňa. Silové športy najlepšie zvládneme dopoludnia, výbušné neskôr. Ak chce niekto prekonať svetový rekord, má väčšiu šancu vo svojom optimálnom čase. No športovci súťažia podľa vysielacích časov, nie podľa toho, čo by im odporučila chronobiológia. Svoje rytmy často nepoznáme ani neriešime.

A mali by sme?

Samozrejme. Môj endogénny rytmus trvá dvadsaťštyri hodín a osemnásť minút. Aj keď sa to môže vekom trošku meniť. Ako je možné, že cirkadiálny rytmus sa udržuje takto presne, zatiaľ nevieme, no intenzívne sa to skúma.

Naozaj to vieme u konkrétneho človeka zmerať na minútu presne?

Vieme, no treba na to veľa prípravy, zariadení a konštantné podmienky – žiaden cyklus svetla a tmy. No môžeme si to všimnúť aj na dovolenke.

Na dovolenke?

Keď máme dobre zatiahnuté rolety a nemáme nastavený budík, všimli by sme si, že každé ráno vstávame o kúsok neskôr. Aj na prázdninách u babky máme tendenciu každý večer ísť neskôr spať a neskôr vstávať. Ale babka, tá nás ráno vždy takpovediac zosynchronizuje.

Čiže ak by sme nemali babku alebo prácu, kvôli ktorej vstávame každý deň v rovnaký čas, tak by sa spánok a bdenie postupne vymenili?

Presne tak. Ľudia, ktorí v rámci experimentu žili v bunkri bez prirodzenej synchronizácie prostredníctvom svetla a tmy, sa dostali až do antifázy. V hospici, kde nie je prítomná sociálna synchronizácia, teda nutnosť vstať či ísť do práce, spozorovali, že rytmus sa za dva týždne posunul aj o sedem hodín. A to je nebezpečné pre všetkých ľudí.

Prečo je to nebezpečné?

Keď žijeme v rytme s podmienkami prostredia, sme dobre naladení. A to aj doslova, emočne. No keď sa stráca vnútorné naladenie, strácame aj náladu.

Kde to môžeme vidieť?

Deje sa nám to v zimných mesiacoch a je to odpozorované aj v škandinávskych krajinách. Takzvaná cirkadiálna desynchronizácia spôsobuje sezónnu afektívnu poruchu, akúsi zimnú depresiu. Jednou z terapií je vystavovanie pacientov bielemu svetlu, čo môže rytmy opäť synchronizovať.

Čo je pravdy na tom, že niekto je nočná sova a niekto zase ranné vtáča?

To veda potvrdila. Odborne ich voláme ranné, večerné a neutrálne chronotypy. Je to podmienené geneticky. Túto individuálnosť potrebujeme brať do úvahy.

Takže naša snaha prispôsobiť sa zamestnávateľovi, deťom či manželovi je márna?

Krátkodobo sa prispôsobiť vieme. Rozlišujeme však aj rigidné a flexibilné chronotypy. Ranných vtáčat je v populácii asi desať percent. Oni so svojím nastavením väčšinou nevedia urobiť nič. Kortizol ich z postele vyženie a musia konať. Mám známeho, ktorý od piatej ráno v posteli trpí a od šiestej už rúbe drevo. Jeho manželka je neutrálny typ, prispôsobila sa mu. Čím je niekto večernejší typ, tým je zvyčajne prispôsobivejší. Ranné chronotypy sú úplne nevhodné na prácu na zmeny.

Zahraničné štúdie potvrdzujú, že deti sa horšie sústredia v ranných hodinách a školy preto posúvajú začiatok školského vyučovania. Odporučili by ste to aj slovenským riaditeľom?

Určite áno. Cisár František Jozef I. bol skorý ranný chronotyp. Vstával o piatej a podľa neho musela vstávať ríša. My sme si to podržali dodnes. V Beneluxe či v Nemecku sa vyučovanie začína o deviatej a pomohlo by to aj našim deťom. Synchronizovanejší organizmus je výkonnejší. Ťažké hodiny, ako napríklad matematiku, zvykneme dávať v skorších ranných hodinách. To znevýhodňuje neskoršie chronotypy, no tí sú zase prispôsobivejší.

A čo spomínaná siesta? Nemusíme sa báť, že si poobedným spánkom narušíme rytmus a budeme horšie spať v noci?

Poobedná siesta je fyziologická vec. Kým ranné vstávanie alebo ponocovanie môže naše biologické hodiny narušiť, pri poobednom spánku to neplatí, ak ho stihneme do takej štvrtej. Skôr si dajme pozor na podriemkavanie večer pri televízii, posun času pri pravidelnom lietaní alebo prácu na zmeny.

Vieme, čo dlhodobá práca na zmeny spôsobuje?

Prvé štúdie na vyše stopätnásťtisíc zdravotných sestrách ukázali súvislosť medzi celoživotnou prácou na zmeny a kardiovaskulárnymi či onkologickými ochoreniami. No v druhom a treťom pokračovaní výskumu tieto závery nie sú také jednoznačné. Je to otvorená otázka, aj veľmi drahá. V Amerike už spočítali, koľko miliárd stojí zamestnávateľov to, že ľudia sú pre nezvládanie práce na zmeny „PN“ alebo z firmy odchádzajú. Ak by sa dokázalo, že dve či tri nočné služby za mesiac s určitosťou vedú k zvýšenej chorobnosti, musel by byť tento typ práce klasifikovaný ako rizikový, so všetkými dôsledkami.

Chronobiológia sa venuje aj dlhším ako dvadsaťštyrihodinovým cyklom. Je jarná únava skôr mýtus alebo fakt?

Jarná únava sa pripisuje vyčerpaniu vitamínov a minerálnych látok v našom tele po relatívne dlhom zimnom období. Môže však odrážať aj určitú sezónnosť. V našich zemepisných šírkach sa dĺžka slnečného svitu počas roka zdvojnásobuje z približne ôsmich hodín v čase zimného slnovratu na šestnásť hodín v čase letného slnovratu. To kladie na náš organizmus nároky. Ľudia žijúci bližšie k rovníku, kde sa dĺžka svetlej fázy dňa počas roka mení len minimálne, sa na jarnú únavu nesťažujú.

Čomu sa v tieto dni venujete v rámci svojho výskumu?

Spolu s tisíckami vedcov sa snažíme porozumieť, ako sa rytmicky mení citlivosť nádorového tkaniva, a nájsť optimálny čas, kedy najsilnejšie reaguje na chemoterapiu či ožarovanie. A naopak, kedy má táto liečba najmenšie negatívne účinky na pacienta. Veľkou témou sú kardiovaskulárne ochorenia, ktoré majú tiež silnú rytmicitu.

Väčšina ľudí má tlak vyšší cez deň a v noci klesá. Dokázali sme, že u ľudí, ktorí majú vysoký tlak aj v noci, čo je výrazne rizikový faktor, je znížený hormón melatonín, ktorý je priamo spojený s našimi biologickými hodinami v mozgu. Niektoré lieky je preto vhodnejšie podávať večer a niektoré ráno. Skúmame aj imunitnú odozvu, ktorá má výraznú dvadsaťštyrihodinovú variabilitu. To môže zavážiť aj pri covide.

Pri covide?

Je takmer isté, že citlivosť na mikrobiálne a vírusové podnety sa počas dňa mení. Otázka teda je, či tá istá dávka vírusu vyvolá u človeka iné účinky, ak sa nakazí v rôznych časoch dňa. Náš výskum na zvieratách to naznačuje. Aj to, že narušený cirkadiálny systém zhoršuje obranyschopnosť organizmu. Je tiež dokázané, že samotná choroba prebieha rytmicky. V prípade mikrobiálnych chorôb máme vrchol teploty navečer, pri vírusových o trochu skôr.

Pozorujete aj v rámci slovenského výskumu ľudí zavretých v bunkroch?

Náš výskum sa začal na embryách vtákov. S nimi je to ľahšie ako s ľuďmi. Embryo dám do inkubátora, nastavím všetky podmienky konštantne a viem, že embryo neutečie. Skúmame napríklad aj to, ako interná desynchronizácia v tele matky môže ovplyvniť plod a aké to má následky na rytmus človeka v dospelosti. No zaznamenať všetko, čo na mamu vplýva, a čakať dvadsať rokov je náročné. Preto je nevyhnutné skúmať fyziologické procesy aj na laboratórnych zvieratách.

Venujete sa aj výskumu umelého osvetlenia. Čo ste zistili?

Sme súčasťou európskej siete Stratená noc. Snažíme sa dostať do povedomia verejnosti, že svetelné znečistenie narúša cirkadiálny rytmus, ktorý je pre náš život taký dôležitý. Podľa celosvetových dát vieme, že zavádzaním lacnejších LED svietidiel sme neušetrili nič. Sídla aj celé krajiny majú rovnaký odber elektrickej energie na verejné osvetlenie ako predtým, zvýšila sa však svetelná kontaminácia. Na mieste je teda opatrnosť.

K znečisteniu morí, pôdy a vzduchu teda pridávame aj svetelné znečistenie?

Vôbec nemusí platiť, že mám problémy so spánkom a vysoký tlak preto, že som starý. Merania z kozmu, ktoré mapujú svetelnosť jednotlivých oblastí, dokázali, že medzi svetelnosťou a výskytom civilizačných ochorení je korelácia. Aj keď kauzalita zatiaľ dokázaná nebola. Tam, kde sa viacej svieti, sa môže aj viacej piť a všeličo ďalšie.

Na čo by sme si teda mali dať pozor?

Svietidlá s takzvaným oranžovým svetlom sú pre desynchronizáciu oveľa menej nebezpečné. 2800 až 3000 kelvinov nám na vonkajšie osvetlenie úplne stačí. No my po celom Slovensku inštalujeme svietidlá produkujúce studené svetlo aj vyše 4500 kelvinov. Pre chirurga na operačnej sále je dôležité, aby videl aj najmenšie detaily, pri verejnom osvetlení je to nezmysel. Narúša to ekológiu hmyzu, netopierov aj žiab a je to potenciálne nebezpečné aj pre človeka. Žijeme v tele, ktoré potrebuje striedanie svetla a tmy.

Čo by ste odporúčali konkrétnym domácnostiam?

Čím neskôr počas dňa, tým menej modrého svetla a s nižšou intenzitou. Modré svetlo je aktivačné, potrebujeme ho ráno, na sústredenie a prácu. Večer používajme skôr tlmenejšie, oranžové alebo červenšie svetlo.

Ako implementujete do života výsledky chronobiologického bádania vy sám?

V noci máme zatemnené a hneď ráno sa snažím „nasynchronizovať“ pohľadom na modrú oblohu. V kúpeľni máme dva typy svietidiel. Teplejšie a žltšie na večer, modrejšie na ráno. Občas si to pomýlim a nezabije ma to. Dcéra, ktorá toto všetko roky počúva, si kúpila programovateľné svietidlá, ktoré vám večer na miestach, kde ho nepotrebujete, modré svetlo neprodukujú. Keď ma naháňa termín, samozrejme, tiež večer sedím pred obrazovkou. No o pol dvanástej vypínam, nech sa deje, čo sa deje. S manželkou sa snažíme o stereotyp. Ten má, hlavne u starších ľudí, náš organizmus rád. Asi aj preto sa biologické hodiny u ľudí vyvinuli.