Twój wewnętrzny zegar. Popraw zdrowie, sen i dietę w zgodzie z nauką ebook

Spis ilustracji

Il. 1. Przy­kłady zmian w ludz­kiej fizjo­lo­gii w ciągu doby

Il. 2. Ludzki mózg i SCN

Il. 3. Zmiany natę­że­nia świa­tła w śro­do­wi­sku i przy­bli­żone war­to­ści wraż­li­wo­ści czop­ków, prę­ci­ków oraz foto­re­cep­to­rów pRGC w ludz­kim oku

Il. 4. Wzorce snu i czu­wa­nia

Il. 5. Pro­wa­dzące do jajecz­ko­wa­nia zmiany stę­że­nia estro­genu i pro­ge­ste­ronu pod­czas cyklu mie­siącz­ko­wego

Il. 6. Dobowa zmien­ność zdol­no­ści poznaw­czych u osób doro­słych i nasto­lat­ków

Il. 7. Model zależ­no­ści mię­dzy cho­ro­bami psy­chicz­nymi a SCRD

Il. 8. Zmiany oko­ło­do­bowe w zapa­dal­no­ści na cho­roby i natę­że­niu obja­wów

Il. 9. Mecha­ni­zmy wzro­stu i spadku poziomu glu­kozy we krwi. (A) Wzrost poziomu glu­kozy(B) Spa­dek poziomu glu­kozy

Il. 10. Układ immu­no­lo­giczny

Spis tabel

Tab. 1. Wpływ SCRD na bio­lo­gię czło­wieka

Tab. 2. Czyn­niki mogące zła­go­dzić objawy SCRD

Wykaz skrótów

ADHD zespół nad­po­bu­dli­wo­ści psy­cho­ru­cho­wej z defi­cy­tem uwagi

ADP ade­no­zyno-5’-difos­fo­ran

ANP przed­sion­kowy pep­tyd natriu­re­tyczny

ASA kwas ace­ty­lo­sa­li­cy­dowy

ASD zabu­rze­nia ze spek­trum auty­zmu

ASPD zespół przy­śpie­szo­nej fazy snu

ATP ade­no­zyno-5’-tri­fos­fo­ran

ßA ß-amy­loid (blaszki amy­loidowe)

BMI wskaź­nik masy ciała

BPH łagodny prze­rost pro­staty

BSB Rada Stan­dar­dów Ban­ko­wych

BST bry­tyj­ski czas letni

CBD kan­na­bi­diol

CBTi tera­pia poznaw­czo-beha­wio­ralna bez­sen­no­ści

COVID-19 cho­roba spo­wo­do­wana przez koro­na­wi­rus SARS-CoV-2

CPAP stałe dodat­nie ciśnie­nie w dro­gach odde­cho­wych; metoda lecze­nia bez­de­chu sen­nego

CSA ośrod­kowy bez­dech senny

DDAVP desmo­pre­syna

DSD czu­wak, sys­tem zapo­bie­ga­jący zaśnię­ciu pod­czas pro­wa­dze­nia pojazdu

DSPD zespół opóź­nio­nej fazy snu

DST czas letni

EEG elek­tro­en­ce­fa­lo­gram

EMA Euro­pej­ska Agen­cja Leków

EMF pole elek­tro­ma­gne­tyczne

FDA Agen­cja Żyw­no­ści i Leków

FSH foli­ku­lo­tro­pina, hor­mon foli­ku­lo­tro­powy

GABA kwas gamma-ami­no­ma­słowy

GMT czas uni­wer­salny

GnRH gona­do­li­be­ryna

HbA1c hemo­glo­bina gli­ko­wana

hCG ludzka gona­do­tro­pina kosmów­kowa

HDL lipo­pro­te­ina o wyso­kiej gęsto­ści („dobry” cho­le­ste­rol)

HTZ hor­mo­nalna tera­pia zastęp­cza

IPP inhi­bi­tor pompy pro­to­no­wej

IVF zapłod­nie­nie in vitro

LDL lipo­pro­te­ina o niskiej gęsto­ści („zły” cho­le­ste­rol)

LE emi­tu­jący świa­tło

LH hor­mon lute­ini­zu­jący, lutro­pina

NAFLD nie­al­ko­ho­lowa cho­roba stłusz­cze­niowa wątroby

NASH nie­al­ko­ho­lowe stłusz­cze­niowe zapa­le­nie wątroby

NDD zabu­rze­nie neu­ro­ro­zwo­jowe

NREM sen głę­boki

nVNS nie­in­wa­zyjna sty­mu­la­cja nerwu błęd­nego

OBS obtu­ra­cyjny bez­dech senny

OCD zabu­rze­nie obse­syjno-kom­pul­syjne

OHS zespół hipo­wen­ty­la­cji oty­łych

OPN4 gen kodu­jący mela­nop­synę

PD cho­roba Par­kin­sona

PKC kinaza biał­kowa C

PMDD przed­mie­siącz­kowe zabu­rze­nia dys­fo­ryczne

PMS zespół napię­cia przed­mie­siącz­ko­wego

POChP prze­wle­kła obtu­ra­cyjna cho­roba płuc

pRGC świa­tło­czuła komórka zwo­jowa siat­kówki

PRR recep­tor roz­po­zna­jący wzorce/pato­geny

PTSD zespół stresu poura­zo­wego

RBD zabu­rze­nia zacho­wa­nia pod­czas snu REM

REM sen REM, sen para­dok­salny

RLS zespół nie­spo­koj­nych nóg

SBD zabu­rze­nia oddy­cha­nia pod­czas snu

SCN jądra nad­skrzy­żo­wa­niowe

SCRD zabu­rze­nia snu i rytmu oko­ło­do­bo­wego

SDB zabu­rze­nia oddy­cha­nia w cza­sie snu

SRED zabu­rze­nia odży­wia­nia zwią­zane ze snem

SRMD zabu­rze­nia ruchowe zwią­zane ze snem

SSRI selek­tywne inhi­bi­tory zwrot­nego wychwytu sero­to­niny

SWS sen wol­no­fa­lowy

THC tetra­hy­dro­kan­na­bi­nol

TIA prze­mi­ja­jący atak nie­do­krwienny

TNF czyn­nik mar­twicy nowo­two­rów

TST cał­ko­wity czas snu

Wstęp

Niczego w życiu nie należy się bać, należy to tylko zro­zu­mieć. Teraz nad­szedł czas, aby zro­zu­mieć wię­cej, aby­śmy mogli mniej się bać.

Maria Skło­dow­ska-Curie

Już czter­dzie­ści lat temu, jako stu­dent zoo­lo­gii, wie­dzia­łem, że chcę zostać naukow­cem. Nie mia­łem jed­nak poję­cia, co to wła­ści­wie ozna­cza ani z czym się wiąże. Okre­śle­nie „wewnętrzny zegar” zaś było jedy­nie mgli­stym poję­ciem w moim roz­ko­ja­rzo­nym, nie­fra­so­bli­wym umy­śle. Tym nie­mniej na ostat­nim roku stu­diów pierw­szego stop­nia zgło­si­łem się na ochot­nika do pomocy przy mię­dzy­na­ro­do­wej kon­fe­ren­cji poświę­co­nej ryt­mom bio­lo­gicz­nym. Praca nie była wyma­ga­jąca, więc krę­ci­łem się tu i tam, słu­cha­jąc wystą­pień ówcze­snych eks­per­tów w tej dzie­dzi­nie. Z wła­ściwą mło­do­ści pew­no­ścią sie­bie – a może aro­gan­cją – zało­ży­łem, że naukowe sławy będą chciały roz­ma­wiać ze mną rów­nie mocno, jak ja pra­gną­łem poroz­ma­wiać z nimi. W więk­szo­ści przy­pad­ków wspa­nia­ło­myśl­nie poświę­cali mi swój czas, nauczy­łem się jed­nak, że nie należy zaga­dy­wać pew­nego mocno sędzi­wego pro­fe­sora pod­czas śnia­da­nia (nie­sły­chane, jak wiele może powie­dzieć kamienna cisza i spoj­rze­nie utkwione w tłu­stej kieł­ba­sce…). To doświad­cze­nie ukształ­to­wało mnie pod wie­loma wzglę­dami, a wie­dzę naukową chło­ną­łem jak gąbka. Nie zda­wa­łem sobie wtedy jesz­cze sprawy, że to sym­po­zjum zde­fi­niuje moje zain­te­re­so­wa­nia na całe życie i zapali iskrę ambi­cji, by dołą­czyć do owej wspa­nia­łej mię­dzy­na­ro­do­wej grupy bada­czy stu­diu­ją­cych szybko roz­wi­ja­jącą się naukę o cza­sie bio­lo­gicz­nym. Moja kariera naukowa – od cza­sów licen­cjatu aż po obecne sta­no­wi­sko pro­fe­sora w dzie­dzi­nie neu­ro­nauki oko­ło­do­bo­wej i dyrek­tora Insty­tutu Snu i Neu­ro­nauki Oko­ło­do­bo­wej im. sir Julesa Thorna (Sir Jules Thorn Sleep and Cir­ca­dian Neu­ro­science Insti­tute) w Oks­for­dzie – pozwo­liła mi uczyć się od spe­cja­li­stów z całego świata, a cza­sem rów­nież dzie­lić się moją wie­dzą z nimi. Niniej­sza książka sta­nowi ponie­kąd kwin­te­sen­cję wie­dzy na temat czasu bio­lo­gicz­nego, jaką posia­dłem w ciągu czter­dzie­stu lat pracy. Mam nadzieję, że będę potra­fił prze­ka­zać ci choć część entu­zja­zmu, zachwytu i czy­stej przy­jem­no­ści, które przez te lata były moim udzia­łem.

W ciągu ostat­nich dzie­się­cio­leci nastą­pił wysyp eks­cy­tu­ją­cych odkryć nauko­wych bez­po­śred­nio lub pośred­nio doty­czą­cych wewnętrz­nego zegara i dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzin­nych cykli, które rzą­dzą naszym życiem. Dobowy wzo­rzec snu i czu­wa­nia jest dla wszyst­kich naj­bar­dziej oczy­wi­sty. Co zaska­ku­jące, w więk­szo­ści ksią­żek zagad­nie­nia wewnętrz­nego zegara i snu oma­wiane są osobno, tym­cza­sem naj­now­sze bada­nia dowo­dzą, że takie podej­ście do sprawy pozwala nam zoba­czyć tylko część obrazu. Nie da się pojąć zja­wi­ska snu bez zro­zu­mie­nia wewnętrz­nego zegara, który z kolei regu­luje się, gdy śpimy. W książce, którą czy­tasz, oba te tematy trak­to­wane będą łącz­nie, jako dwie dogłęb­nie ze sobą sple­cione gałę­zie bio­lo­gii, od któ­rych zależy nasze zdro­wie. W wielu przy­pad­kach twoja zdol­ność do odnie­sie­nia suk­cesu, do bez­piecz­nego powrotu z pracy samo­cho­dem czy do sku­tecz­nego sto­so­wa­nia diety odchu­dza­ją­cej zależy od tego, czy dzia­łasz w zgo­dzie ze wspo­mnia­nymi cyklami dobo­wymi, czy prze­ciwko nim. Bada­nia naukowe, w tym medyczne, przy­nio­sły tyle nowych infor­ma­cji na temat ryt­mów oko­ło­do­bo­wych, że cza­sem trudno jest odróż­nić fakty od fik­cji. Gdy mowa o zdro­wiu, sen­sowne porady brzmią zazwy­czaj jak kate­go­ryczne roz­kazy wykrzy­czane przez star­szego cho­rą­żego na para­dzie: Musisz spać osiem godzin! Musisz dzie­lić łóżko z chra­pią­cym part­ne­rem! Przed snem nie wolno ci uży­wać czyt­ni­ków elek­tro­nicz­nych emi­tu­ją­cych świa­tło! Dla­tego zamiast lojal­nych przy­ja­ciół widzimy w ryt­mach bio­lo­gicz­nych wroga, któ­rego trzeba zwal­czyć, ujarz­mić i poko­nać. A prze­cież powin­ni­śmy je rozu­mieć i akcep­to­wać.

W niniej­szej książce posta­no­wi­łem omó­wić bada­nia naukowe na temat wewnętrz­nego zegara oraz snu, aby przy­bli­żyć ci nie­które ze zdu­mie­wa­ją­cych i eks­cy­tu­ją­cych odkryć w tej dzie­dzi­nie. Mam nadzieję, że udało mi się to zro­bić w przy­stępny spo­sób, a lek­tura będzie dla cie­bie zaj­mu­jąca i przy­jemna. Czer­pię z wła­snych doświad­czeń, zgro­ma­dzo­nych w ciągu czter­dzie­stu lat mojej pracy nauko­wej w tej dzie­dzi­nie, oraz nio­są­cych wielki poży­tek dys­ku­sji z przy­ja­ciółmi i kole­gami po fachu, któ­rych bada­nia bez­po­śred­nio przy­czy­niły się do naszego obec­nego rozu­mie­nia czasu bio­lo­gicz­nego. Przy­ta­czam dowody naukowe wspie­ra­jące naszą obecną wie­dzę, tak by każdy mógł wyko­rzy­stać je do podej­mo­wa­nia bar­dziej świa­do­mych decy­zji zmie­rza­ją­cych do poprawy życia: żeby­śmy lepiej sypiali, korzyst­niej pla­no­wali dzień, a nawet zaży­wali leki czy szcze­pili się o naj­wła­ściw­szej porze. Ta książka pozwoli ci także lepiej zro­zu­mieć zacho­wa­nia innych: dla­czego nasto­latki i osoby star­sze mają kło­poty z rege­ne­ru­ją­cym snem, dla­czego nastrój i zdol­ność do podej­mo­wa­nia decy­zji mogą zmie­niać się w ciągu dnia i dla­czego ryzyko roz­wodu wzra­sta u osób wyko­nu­ją­cych pracę zmia­nową. Czę­sto pod­kre­ślam jed­nak, że każdy z nas jest inny; choć uogól­nie­nia są moż­liwe, to przyj­mo­wa­nie „war­to­ści śred­nich” może być cza­sem mylące. Mimo że prze­ciętna dłu­gość cyklu mie­sięcz­nego u kobiet wynosi 28 dni, wystę­puje ona tylko u 15% kobiet. Zegar bio­lo­giczny i bio­lo­gię snu można porów­nać do roz­miaru buta: uni­wer­salny roz­miar nie ist­nieje, a zmu­sza­nie wszyst­kich do nosze­nia tego samego numeru obu­wia byłoby nie tylko nie­mą­dre, ale poten­cjal­nie szko­dliwe. Brak uzna­nia tej róż­no­rod­no­ści spra­wia, że porady ofe­ro­wane przez media albo nad­mier­nie upra­szają sprawę, albo są kom­plet­nie nie­sku­teczne.

Wzorce snu oraz rytmy dobowe wyni­kają z naszych genów, podej­mo­wa­nych dzia­łań, oto­cze­nia i – jak więk­szość naszych zacho­wań – nie są stałe. Wpły­wają na nie nasze inte­rak­cje ze śro­do­wi­skiem i prze­miany, jakie zacho­dzą w orga­ni­zmie od naro­dzin aż do sta­ro­ści. Od dzie­ciń­stwa aż po zaawan­so­waną doro­słość wewnętrzny zegar i wzorce snu ule­gają głę­bo­kim zmia­nom, które wcale nie muszą być czymś nega­tyw­nym. Powin­ni­śmy prze­stać się zamar­twiać naszym snem i przy­jąć do wia­do­mo­ści, że „odmienny” nie musi ozna­czać „gor­szy”. Część rad, jakie sły­szymy, może nie mieć potwier­dze­nia w rze­czy­wi­sto­ści, zwłasz­cza gdy wywo­dzą się z mrocz­nej sfery „mądro­ści ludo­wej”. Ta pra­dawna „mądrość” może się­gać nawet dalej niż spi­sana histo­ria ludz­ko­ści. Z kolej­nych roz­dzia­łów dowiemy się jed­nak, że powta­rza­nie pew­nej idei nie­ko­niecz­nie gwa­ran­tuje jej praw­dzi­wość. Na przy­kład: „Trzy­ma­nie dziecka do góry nogami sprawi, że będzie lepiej spało”. Zgod­nie z tym pra­sta­rym prze­ko­na­niem obra­ca­nie dziecka głową w dół miało rese­to­wać jego zegar bio­lo­giczny, żeby spało w nocy, a czu­wało za dnia. Abso­lut­nie nie ma dowo­dów na to, by taka stra­te­gia mogła przy­nieść pozy­tywne rezul­taty. Opo­wieść ta mogła nato­miast zro­dzić się z despe­ra­cji opie­ku­nów. Prze­wle­kły nie­do­bór snu, szcze­gól­nie u rodzi­ców, może fatal­nie wpły­nąć na osąd i zdol­ność do racjo­nal­nego dzia­ła­nia! Innym czę­sto powta­rza­nym mitem jest opi­nia, że mela­to­nina wydzie­lana przez przy­sadkę mózgową jest hor­mo­nem snu. Nie jest – a w następ­nych roz­dzia­łach wyja­śnię dla­czego.

Moim zda­niem każdy z nas – jako jed­nostka i czło­nek spo­łe­czeń­stwa – powi­nien przy­swoić sobie naj­now­sze wyniki badań nauko­wych doty­czą­cych czasu bio­lo­gicz­nego i dzia­łać zgod­nie z nimi. Po co zawra­cać sobie tym głowę? Żeby­śmy w tym skom­pli­ko­wa­nym i wyma­ga­ją­cym świe­cie cie­szyli się naj­lep­szym moż­li­wym zdro­wiem fizycz­nym i umy­sło­wym. Taka wie­dza pomoże nam w zma­ga­niach z róż­no­ra­kimi kło­dami, które życie rzuca nam pod nogi. Ale to jesz­cze nie wszystko. Jeśli chcesz żyć peł­nią życia, pobu­dzić kre­atyw­ność, podej­mo­wać sen­sowne decy­zje, cie­szyć się towa­rzy­stwem innych ludzi i patrzeć pozy­tyw­nie na świat oraz na wszystko, co ma ci do zaofe­ro­wa­nia, życie w zgo­dzie z cza­sem bio­lo­gicz­nym może ci w tym pomóc. Powin­ni­śmy prze­cież jak naj­le­piej wyko­rzy­stać czas, jaki jest nam dany – a może nawet go wydłu­żyć!

Tykanie zegara biologicznego

Przy­ro­dzona gatun­kowi ludz­kiemu aro­gan­cja spra­wia, że więk­szość z nas zakłada wyż­szość czło­wieka nad pry­mi­tyw­nym świa­tem bio­lo­gii i sądzi, że wolno nam robić, co chcemy i kiedy chcemy. To zało­że­nie leży u pod­staw dzi­siej­szego spo­łe­czeń­stwa dzia­ła­ją­cego w try­bie 24/7 i gospo­darki zależ­nej od pra­cow­ni­ków zmia­no­wych, któ­rzy nocą zaopa­trują super­mar­kety, sprzą­tają biura, dbają o funk­cjo­no­wa­nie glo­bal­nych usług finan­so­wych, chro­nią nas przed prze­stęp­cami, napra­wiają infra­struk­turę dro­gową i kole­jową, a także – natu­ral­nie – czu­wają nad cho­rymi w chwi­lach, gdy są oni naj­bar­dziej potrze­bu­jący. Wszystko to dzieje się w cza­sie, gdy więk­szość ludzi śpi, albo przy­naj­mniej stara się zasnąć. Praca na nocną zmianę jest naj­bar­dziej oczy­wi­stym czyn­ni­kiem zakłó­ca­ją­cym nasz wewnętrzny zegar i sen. Wiele osób śpi zbyt krótko, sta­ra­jąc się wci­snąć jesz­cze wię­cej pracy i roz­rywki w swój codzienny gra­fik, a gdy ten zaczyna pękać w szwach, prze­suwa „dodat­kowe” zaję­cia na noc. Możemy w pełni wyko­rzy­sty­wać godziny nocne dzięki sze­roko zakro­jo­nej komer­cja­li­za­cji świa­tła elek­trycz­nego, któ­rego uży­cie roz­po­wszech­niało się w świe­cie od lat 50. XX wieku. Dzięki temu nie­zwy­kłemu wyna­laz­kowi mogli­śmy wypo­wie­dzieć wojnę nocy oraz – nie zda­jąc sobie do końca sprawy z tego, co robimy – odrzu­cić zasad­ni­czą cechę naszej bio­lo­gii.

Nie możemy jed­nak robić wszyst­kiego, co chcemy i kiedy chcemy. Naszą bio­lo­gią zawia­duje dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzinny zegar, który mówi nam, kiedy jest naj­lep­szy czas na sen, jedze­nie, myśle­nie i wyko­ny­wa­nie mnó­stwa innych waż­nych czyn­no­ści. To wewnętrzne przy­sto­so­wa­nie pozwala nam funk­cjo­no­wać opty­mal­nie w dyna­micz­nym świe­cie, pre­cy­zyj­nie „dostra­ja­jąc” naszą bio­lo­gię do wymo­gów cyklu dnia i nocy, spo­wo­do­wa­nego dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzinnym obro­tem Ziemi wokół wła­snej osi. By ciało czło­wieka dzia­łało jak należy, potrze­buje kon­kret­nych sub­stan­cji we wła­ści­wym miej­scu, w odpo­wied­niej ilo­ści i w pre­cy­zyj­nie wyzna­czo­nym momen­cie. Tysiące genów musi włą­czać się i wyłą­czać w okre­ślo­nym porządku. Pro­te­iny, enzymy, tłusz­cze, węglo­wo­dany, hor­mony i inne związki są wchła­niane, roz­kła­dane, meta­bo­li­zo­wane i pro­du­ko­wane w dokład­nie okre­ślo­nym cza­sie, żeby­śmy mogli rosnąć, roz­mna­żać się, doko­ny­wać prze­miany mate­rii, ruszać się, two­rzyć wspo­mnie­nia, chro­nić i rege­ne­ro­wać nasz orga­nizm. Wszystko to wymaga mecha­ni­zmów bio­lo­gicz­nych i zacho­wań goto­wych do wdro­że­nia we wła­ści­wym momen­cie. Bez pre­cy­zyj­nej regu­la­cji, jaką zapew­nia nasz wewnętrzny zegar, cała nasza bio­lo­gia pogrą­ży­łaby się w cha­osie.

Jak na sto­sun­kowo nową gałąź nauk bio­lo­gicz­nych i medycz­nych, bio­lo­gia oko­ło­do­bowa sięga korze­niami znacz­nie głę­biej, niż mogli­by­śmy się spo­dzie­wać, a mia­no­wi­cie do schyłku lat 20. XVIII stu­le­cia. Pro­wa­dzono wtedy bada­nia nad rośliną noszącą łaciń­ską nazwę Mimosa pudica. Drugi człon ozna­cza „nie­śmiała, wsty­dliwa, kur­cząca się”, a mimoza nazy­wana jest też „czuł­kiem”. Liście tej zna­nej ogrod­ni­kom rośliny z rodziny bobo­wa­tych po dotknię­ciu lub potrzą­śnię­ciu skła­dają się i opa­dają, by po kilku minu­tach otwo­rzyć się na nowo. Prócz reak­cji na dotyk, liście skła­dają się w nocy i roz­wi­jają w dzień. Mimozy badał fran­cu­ski uczony, Jean-Jacques d’Ortous de Mairan.

Dla naszej opo­wie­ści naj­waż­niej­szym odkry­ciem de Mairana było to, że w kom­plet­nej ciem­no­ści liście mimozy przez kilka dni na­dal ryt­micz­nie skła­dają się i roz­kła­dają. Badacz był zasko­czony: w oczy­wi­sty spo­sób cyklu tego nie napę­dzało następ­stwo świa­tła i ciem­no­ści – a zatem co? Może zmiany tem­pe­ra­tury? Hipo­tezę o dobo­wych waha­niach tem­pe­ra­tury spraw­dził w 1759 roku inny fran­cu­ski nauko­wiec, Henri-Louis Duha­mel du Mon­ceau. Zabrał rośliny do kopalni soli, gdzie pano­wały stała tem­pe­ra­tura i ciem­ność. Liście zacho­wy­wały się tak samo. Prze­szło sto lat póź­niej szwaj­car­ski uczony, Alphonse de Can­dolle, rów­nież ana­li­zo­wał fizjo­lo­gię mimozy w sta­łych warun­kach i dowiódł, że swo­bodny rytm skła­da­nia i roz­wi­ja­nia liści powta­rza się nie w cyklu dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzin­nym, ale raczej co 22–23 godziny.

W ciągu kolej­nych 150 lat rytmy dobowe powta­rza­jące się w sta­łych warun­kach w cyklu zbli­żo­nym do 24 godzin zaob­ser­wo­wano u wielu roślin i zwie­rząt. Nazwano je potem ryt­mami oko­ło­do­bo­wymi1. U ludzi zaczęto je badać sto­sun­kowo późno. Dowo­dów, że i my je posia­damy, dostar­czył Natha­niel Kle­it­man pod koniec lat 30. XX wieku. Od 4 czerwca do 6 lipca 1938 roku Kle­it­man i jego stu­dent Bruce Richard­son prze­by­wali w głębi Jaskini Mamu­ciej w sta­nie Ken­tucky (Stany Zjed­no­czone). W środku pano­wała stała tem­pe­ra­tura wyno­sząca 12,2°C. Warunki nie były jed­nak do końca stałe: nie docie­rało tam natu­ralne świa­tło, dla­tego oświe­tle­nie zapew­niały latar­nie. Bada­cze musieli dzie­lić jaski­nię z cie­kaw­skimi szczu­rami i kara­lu­chami. By powstrzy­mać je od wcho­dze­nia na posła­nie, nogi prycz męż­czyźni umie­ścili w sze­ro­kich naczy­niach wypeł­nio­nych pły­nem odka­ża­ją­cym. Kle­it­man i Richard­son zapi­sy­wali, o któ­rej godzi­nie kładą się spać i wstają, oraz noto­wali dobowe waha­nia tem­pe­ra­tury ciała. Ich obser­wa­cje wyka­zały, że na­dal funk­cjo­no­wali w mniej wię­cej dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzin­nym ryt­mie snu i czu­wa­nia oraz fluk­tu­acji tem­pe­ra­tury.

Z praw­dzi­wego zna­cze­nia tych obser­wa­cji nie zda­wano sobie sprawy aż do lat 60. Jeden z pio­nie­rów w dzie­dzi­nie bada­nia ryt­mów oko­ło­do­bo­wych, Jürgen Aschoff, zbu­do­wał pod­ziemny „bun­kier” w Andechs, bawar­skim mie­ście sły­ną­cym z klasz­toru bene­dyk­ty­nów, w któ­rym od 1455 roku pro­du­ko­wano piwo. Uczest­nicy bada­nia, stu­denci, jeśli aku­rat nie prze­by­wali w przy­klasz­tor­nej piwiarni, spę­dzali czas w bun­krze, stale oświe­tlo­nym przy­ćmio­nym świa­tłem, izo­lo­wani od wszel­kich zewnętrz­nych bodź­ców wska­zu­ją­cych porę dnia. Mieli jed­nak dostęp do lam­pek noc­nych, więc i tym razem warunki oświe­tle­niowe nie były cał­ko­wi­cie nie­zmienne. Przez wiele dni spi­sy­wano mię­dzy innymi dane doty­czące cykli snu i czu­wa­nia stu­den­tów, tem­pe­ra­turę ciała, czę­sto­tli­wość odda­wa­nia moczu. Oka­zało się, że we wspo­mnia­nych pra­wie sta­łych warun­kach pod­le­gały one ryt­micz­nemu wzor­cowi dobo­wemu zbli­żo­nemu do 24 godzin. Dzięki tego rodzaju eks­pe­ry­men­tom usta­lono, że ludzki zegar bio­lo­giczny działa w cyklu wyno­szą­cym około 25 godzin. Now­sze bada­nia prze­pro­wa­dzone przez zespół Char­lesa Cze­islera na Harvar­dzie suge­rują nato­miast, że nasz wewnętrzny zegar tyka w ryt­mie bliż­szym 24 godzi­nom i 11 minu­tom. Ta róż­nica zawsze sta­no­wiła punkt sporny w dys­ku­sjach Aschoffa i zespołu z Harvardu. Dziś przyj­muje się, że wyni­kała ona z uży­wa­nia lam­pek noc­nych pod­czas eks­pe­ry­men­tów w bun­krze. Aschoff był wybitną posta­cią i wiele się od niego nauczy­łem, zarówno pod wzglę­dem nauko­wym, jak i towa­rzy­skim. Jakieś 25 lat temu w trak­cie kur­sów let­nich w Bawa­rii uczest­ni­czy­łem w przy­ję­ciu. W pew­nym momen­cie otwo­rzy­łem butelkę wina, a kilka minut póź­niej roz­legł się ryk Aschoffa: „Kto nie zdjął korka z kor­ko­ciągu?!”. Gdy się przy­zna­łem, Aschoff powie­dział: „Ni­gdy tego nie rób, to szczyt złych manier!”. Odtąd ni­gdy wię­cej mi się to nie zda­rzyło.

Do lat 60. rytmy oko­ło­do­bowe utrzy­mu­jące się w sta­łych warun­kach, o cyklu trwa­ją­cym mniej wię­cej 24 godziny, zaob­ser­wo­wano u wielu gatun­ków roślin i zwie­rząt, rów­nież ludzi. Wszy­scy (no dobrze, pra­wie wszy­scy) przy­jęli, że rytmy te są endo­genne, czyli powstają dzięki pro­ce­som bio­lo­gicz­nym zacho­dzą­cym w orga­ni­zmie. Jak we wszyst­kich dzie­dzi­nach nauki, które nie pod­le­gają wła­dzy dyk­ta­tor­skiej, tak i w tym przy­padku bra­ko­wało powszech­nej zgody. Róż­nice zdań są jed­nak zja­wi­skiem pozy­tyw­nym – zmu­szają bada­czy do dosko­na­le­nia eks­pe­ry­men­tów, tak by argu­menty potwier­dza­jące testo­waną hipo­tezę były jak naj­moc­niej­sze. Naj­gło­śniej pro­te­sto­wał wybitny pro­fe­sor Frank Brown z Uni­wer­sy­tetu Pół­nocno-Zachod­niego w Chi­cago. Jego zda­niem ryt­mami bio­lo­gicz­nymi musiał ste­ro­wać jakiś natu­ralny cykl geo­fi­zyczny, jak elek­tro­ma­gne­tyzm, pro­mie­nio­wa­nie kosmiczne czy też inna, nie­po­znana jesz­cze siła. Głów­nym i cał­kiem roz­sąd­nym argu­men­tem Browna był fakt, że nie ist­nieje mecha­nizm bio­lo­giczny funk­cjo­nu­jący nie­za­leż­nie od tem­pe­ra­tury oto­cze­nia. Gdy tem­pe­ra­tura rośnie, reak­cje bio­lo­giczne przy­śpie­szają, ochło­dze­nie nato­miast je spo­wal­nia; a żeby zegar funk­cjo­no­wał pre­cy­zyj­nie, musi zacho­wy­wać to samo tempo dzia­ła­nia. Nie­zbędne były dal­sze bada­nia; te prze­pro­wa­dzone nad rośli­nami i zmien­no­ciepl­nymi owa­dami wyka­zały, że zegary bio­lo­gicz­nie rze­czy­wi­ście są pre­cy­zyjne – i to pomimo olbrzy­mich wahań tem­pe­ra­tury śro­do­wi­ska. Brown się mylił, ale rzu­cone przez niego wyzwa­nie zaowo­co­wało eks­pe­ry­men­tami, które osta­tecz­nie dowio­dły, że zegary bio­lo­giczne „biorą poprawkę” na tem­pe­ra­turę. Endo­genne, dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzinne zegary bio­lo­giczne musiały zatem ist­nieć naprawdę!

Wewnętrzny zegar umoż­li­wia orga­ni­zmowi nie tylko kon­tro­lo­wa­nie, ale i prze­wi­dy­wa­nie czasu róż­nych zda­rzeń, a przy­naj­mniej prze­wi­dy­wa­nie regu­lar­nych zmian w śro­do­wi­sku. Jak wspo­mi­na­łem, nasze ciało potrze­buje kon­kret­nych sub­stan­cji we wła­ści­wym miej­scu, w odpo­wied­niej ilo­ści i w pre­cy­zyj­nie wyzna­czo­nym momen­cie doby – nasz zegar prze­wi­duje te zróż­ni­co­wane potrzeby. Orga­nizm przy­go­to­wuje się do kolej­nego dnia, zanim on nadej­dzie, żeby jak naj­le­piej sko­rzy­stać z „nowego” śro­do­wi­ska bez zbęd­nej zwłoki. Ciśnie­nie krwi i tempo prze­miany mate­rii rosną jesz­cze przed świ­tem. Budzi się wtedy wiele innych pro­ce­sów bio­lo­gicz­nych. Gdy­by­śmy pole­gali jedy­nie na swo­jej reak­cji na świa­tło wscho­dzą­cego słońca, prze­łą­cza­jąc się ze snu w czu­wa­nie, to tra­ci­li­by­śmy cenny czas potrzebny na akty­wo­wa­nie zuży­cia ener­gii, dzia­ła­nia zmy­słów, układu odpor­no­ścio­wego, mię­śni i układu ner­wo­wego. Przej­ście ze snu w stan czu­wa­nia zaj­muje kilka godzin, więc słabo przy­sto­so­wana bio­lo­gia naszych ciał dzia­ła­łaby na naszą nie­ko­rzyść w walce o prze­trwa­nie.

Jak dotąd omó­wi­li­śmy dwie z trzech zasad­ni­czych cech wewnętrz­nego zegara oko­ło­do­bo­wego: zdol­ność do pracy w cyklu wyno­szą­cym około 24 godzin w sta­łych warun­kach i do utrzy­my­wa­nia tego rytmu pomimo dużych wahań tem­pe­ra­tury oto­cze­nia, czyli do kom­pen­sa­cji tem­pe­ra­tury. Trze­cia cecha to syn­chro­ni­za­cja z warun­kami zewnętrz­nymi. Jest nie­zwy­kle istotna; sze­rzej omó­wimy ją w roz­dziale 3. Być może jestem w tej kwe­stii mało obiek­tywny, bo poświę­ci­łem zja­wi­sku syn­chro­ni­za­cji więk­szość mojej kariery. Jak wspo­mi­na­łem, zegary oko­ło­do­bowe nie funk­cjo­nują w cyklu wyno­szą­cym dokład­nie 24 godziny, ale tykają nieco szyb­ciej lub nieco wol­niej. Przy­po­mi­nają ponie­kąd stary mecha­niczny zegar dziadka, który codzien­nie trzeba regu­lo­wać, żeby poka­zy­wał praw­dziwy czas astro­no­micz­nej doby. Gdyby nie był regu­lar­nie nasta­wiany, wkrótce by się roz­syn­chro­ni­zo­wał i poka­zy­wałby godzinę nie­zgodną z fak­tyczną porą dnia lub nocy. Zegar bio­lo­giczny byłby podob­nie bez­u­ży­teczny, gdyby nie odno­sił się do czasu lokal­nego. Dla więk­szo­ści roślin i zwie­rząt – łącz­nie z nami – naj­waż­niej­szym sygna­łem do syn­chro­ni­za­cji wewnętrz­nego dnia ze świa­tem zewnętrz­nym jest świa­tło, a w szcze­gól­no­ści zmiany jego natę­że­nia zwią­zane ze wscho­dem i zacho­dem słońca. Oko czło­wieka i innych ssa­ków wychwy­tuje świt i zmierzch, co pozwala dostroić rytmy oko­ło­do­bowe. Utrata oczu unie­moż­li­wia syn­chro­ni­za­cję. Ludzie, któ­rzy stra­cili oczy na sku­tek cho­roby gene­tycz­nej, nie­szczę­śli­wego wypadku czy w walce, dry­fują przez czas; jesz­cze przez kilka dni wstają i kładą się do łóżka o wła­ści­wej porze, lecz potem tracą poczu­cie czasu i chcą spać, jeść i dzia­łać nie wtedy, kiedy powinni. Ich wewnętrzny zegar funk­cjo­nujący w cyklu 24 godzin i 15 minut potrze­bo­wałby mniej wię­cej 96 dni, by ponow­nie wska­zać godzinę 12 w połu­dnie o tej samej porze – z każ­dym dniem spóź­niałby się o kolejne 15 minut. Nie­wi­domi doświad­czają cze­goś podob­nego do wiecz­nego jet lagu – są „ślepi na czas”, co omó­wię ze szcze­gó­łami w kolej­nych roz­dzia­łach.

Wielki sen

Cho­ciaż cykl snu i czu­wa­nia jest naj­bar­dziej oczy­wi­stym z ryt­mów oko­ło­do­bo­wych, na spo­tka­niach nauko­wych, w któ­rych bra­łem udział na początku kariery, pra­wie nikt o nim nie mówił. W tam­tych cza­sach sen wyda­wał się zbyt mgli­stym i enig­ma­tycz­nym zja­wi­skiem, żeby można było usta­lić coś pew­nego na jego temat. Ponadto koja­rzył się z abs­trak­cyj­nymi zagad­nie­niami filo­zo­ficz­nymi, takimi jak „umysł”, „świa­do­mość” i „marze­nia senne”. Dla więk­szo­ści z nas był zbyt nie­prze­nik­niony. Ten począt­kowy brak zain­te­re­so­wa­nia snem widoczny u więk­szo­ści bada­czy ryt­mów oko­ło­do­bo­wych (ze mną włącz­nie) odzwier­cie­dla odmienne początki nauki o ryt­mach oko­ło­do­bo­wych i nauki o śnie. Pierwsi bada­cze wewnętrz­nego zegara byli bio­lo­gami stu­diu­ją­cymi rośliny i zwie­rzęta. Bada­nia nad snem nato­miast wzięły swój począ­tek z nauk medycz­nych i reje­stra­cji aktyw­no­ści elek­trycz­nej ludz­kiego mózgu – tak zwa­nych fal mózgo­wych. Rów­nież dziś sen bada się przy uży­ciu elek­tro­en­ce­fa­lo­gra­fii (EEG), a szcze­gólne zain­te­re­so­wa­nie budzą zmiany w zapi­sach EEG widoczne pod­czas poszcze­gól­nych faz snu albo w cza­sie cho­roby. Opie­ra­jąc się na roz­mia­rze i czę­sto­tli­wo­ści fal mózgo­wych oraz na ruchach oczu i aktyw­no­ści mię­śni osoby śpią­cej, sen podzie­lono na fazy: REM, czyli fazę szyb­kich ruchów gałek ocznych (rapid eye move­ment) oraz trzy fazy NREM, w cza­sie któ­rych szybki ruch oczu nie wystę­puje. Gdy czu­wamy, obraz EEG uka­zuje drobne i szyb­kie waha­nia aktyw­no­ści elek­trycz­nej mózgu, ale gdy zapa­damy w sen NREM, stają się one coraz więk­sze i wol­niej­sze, aż pogrą­żymy się w naj­głęb­szym śnie, zwa­nym snem wol­no­fa­lo­wym (slow-wave sleep, SWS). Następ­nie EEG ponow­nie poka­zuje szyb­kie, drobne waha­nia, gdy wcho­dzimy w fazę REM, którą nazwano „snem para­dok­sal­nym”, ponie­waż zapis EEG przy­po­mina ten pod­czas czu­wa­nia. W fazie REM doświad­czamy też para­liżu od szyi w dół, pod­czas gdy pod powie­kami nasze oczy poru­szają się szybko na boki – stąd nazwa. Fazy REM i NREM wystę­pują naprze­mien­nie co 70–90 minut; w trak­cie nocy wystę­puje 4–5 takich cykli, a budzimy się w spo­sób natu­ralny pod­czas fazy REM. W 1953 roku – około 15 lat po eks­pe­ry­men­cie w Jaskini Mamu­ciej – Natha­niel Kle­it­man i inny stu­dent, Eugene Ase­rin­sky, odkryli i nazwali fazę REM i połą­czyli ją z naj­bar­dziej żywymi i zawi­łymi marze­niami sen­nymi. Jeśli masz psa, zauwa­ży­łeś pew­nie, że pod­czas snu cza­sami skomle albo war­czy, a jego łapy wyko­nują ruchy, jakby gonił kró­lika. Zacho­wa­nia te dopro­wa­dziły nie­któ­rych bada­czy do wnio­sku, że pod­czas fazy REM wła­ści­wie wszyst­kie ssaki mają marze­nia senne. Jeśli nato­miast nie masz psa, zawsze możesz przyj­rzeć się w takiej chwili part­ne­rowi lub part­nerce. To fascy­nu­jące, ale uwa­żaj, bo jeśli aku­rat w tym momen­cie się obu­dzi i zoba­czy, jak się przy­pa­tru­jesz, może poczuć się dziw­nie!

Tak naprawdę dopiero w ciągu ostat­nich 20 lat, a zwłasz­cza minio­nych 10, bada­cze ryt­mów oko­ło­do­bo­wych i snu zaczęli pro­wa­dzić poważne roz­mowy i jeź­dzić na wspólne sym­po­zja, które są teraz orga­ni­zo­wane w taki spo­sób, by przy­cią­gnąć naukow­ców z obu dzie­dzin. Uwa­żam się za bada­cza ryt­mów oko­ło­do­bo­wych oraz snu. Co więc przy­cią­gnęło mnie do tego ostat­niego? Mogę wska­zać kon­kretny moment, który o tym zade­cy­do­wał: była to pewna krótka dys­ku­sja, która nie­sły­cha­nie mnie ziry­to­wała. W poprzed­niej pracy spę­dza­łem sporo czasu w budynku, gdzie urzę­do­wali neu­ro­lo­dzy i psy­chia­trzy. Któ­re­goś dnia w 2001 roku wpa­dłem na pew­nego psy­chia­trę w jed­nej z kiep­sko funk­cjo­nu­ją­cych wind w szpi­talu Cha­ring Cross w zachod­nim Lon­dy­nie.

– Pra­cu­jesz nad snem, prawda? – zagad­nął mnie.

– Nie – odpar­łem uprzej­mie. – Nad ryt­mami oko­ło­do­bo­wymi.

– Moi pacjenci ze schi­zo­fre­nią fatal­nie sypiają – kon­ty­nu­ował, pusz­cza­jąc moją odpo­wiedź mimo uszu. – Moim zda­niem to dla­tego, że nie mają pracy. Cho­dzą spać późno, późno wstają, nie zdą­żają do kli­niki, alie­nują się i nie mogą się z nikim zaprzy­jaź­nić.

„Bez­ro­bo­cie” jako wyja­śnie­nie pro­blemu ze snem nie miało dla mnie więk­szego sensu, więc połą­czy­łem siły z innym psy­chia­trą, by zba­dać wzorce snu wśród 20 pacjen­tów cier­pią­cych na schi­zo­fre­nię. Porów­ny­wa­li­śmy ich z grupą bez­ro­bot­nych w tym samym wieku. Wyniki zwa­liły mnie z nóg. Wzo­rzec snu i czu­wa­nia u pacjen­tów ze schi­zo­fre­nią nie był po pro­stu nie­pra­wi­dłowy: był kom­plet­nie zruj­no­wany i zupeł­nie inny od wzorca snu u bez­ro­bot­nych, któ­rzy sypiali podob­nie jak ludzie mający pracę.

Osoby ze schi­zo­fre­nią spę­dzały bar­dzo mało czasu we śnie wol­no­fa­lo­wym (albo w ogóle u nich nie wystę­po­wał), a faza REM miała u nich nie­ty­powy prze­bieg. Chcia­łem się dowie­dzieć, z czego wyni­kały zabu­rze­nia snu u tych pacjen­tów. Tak zaczęły się moje bada­nia nad snem osób z cho­ro­bami psy­chicz­nymi, a potem także z innymi pro­ble­mami zdro­wot­nymi. Co cie­kawe, w cza­sie minio­nej dekady z róż­nych powo­dów wielu spo­śród moich kole­gów stu­diu­ją­cych rytmy oko­ło­do­bowe rów­nież zain­te­re­so­wało się tema­tem snu i roz­po­częło swoje bada­nia. Może z wie­kiem zyska­li­śmy na mądro­ści albo na odwa­dze? Co jed­nak waż­niej­sze, nowe poko­le­nie neu­ro­nau­kow­ców uzbro­jo­nych w zaawan­so­wane tech­no­lo­gie zde­cy­do­wało się badać sen i zaczęło dostar­czać nowych, zadzi­wia­ją­cych infor­ma­cji na ten temat.

Cho­ciaż wciąż wiele pytań fun­da­men­tal­nej natury pozo­staje bez odpo­wie­dzi, sen nie jest już „czarną skrzynką”, za jaką uwa­żano go w cza­sach, gdy zaczy­na­łem swoje bada­nia. Nowe wybitne prace naukowe pozwo­liły nam zro­zu­mieć, w jaki spo­sób sen jest gene­ro­wany w mózgu i jakim wpły­wom oto­cze­nia pod­lega. Wiemy ponadto, że więk­szość naszych wspo­mnień powstaje wła­śnie w cza­sie snu. Wtedy też roz­wią­zu­jemy pro­blemy i prze­twa­rzamy emo­cje; z orga­ni­zmu usu­wane są nie­bez­pieczne tok­syny, które gro­ma­dzą się pod­czas stanu czu­wa­nia. Ścieżki meta­bo­liczne się rege­ne­rują, a zapasy ener­gii wra­cają do rów­no­wagi. Jeśli jed­nak nie śpimy wystar­cza­jąco długo, funk­cje mózgowe, stany emo­cjo­nalne i zdro­wie fizyczne szybko ule­gają pogor­sze­niu. Sen złej jako­ści czyni nas podat­niej­szymi na przy­kład na cho­robę nie­do­krwienną serca (cho­robę wień­cową), cukrzycę typu 2, infek­cje, a nawet nowo­twory. Krótko mówiąc, sen decy­duje o naszej moż­li­wo­ści funk­cjo­no­wa­nia za dnia, a jego brak czy też zakłó­ce­nia rytmu oko­ło­do­bo­wego wywie­rają olbrzymi wpływ na nasze zdro­wie i samo­po­czu­cie. Choć dys­po­nu­jemy licz­nymi dowo­dami na to, jak istotne zna­cze­nie ma sen, w któ­rym spę­dzamy aż 36% życia, wciąż nie jest on w pełni doce­niany przez wiele sek­to­rów spo­łecz­nych. W trak­cie pię­cio­let­niej nauki stu­denci uczelni medycz­nych mają zale­d­wie jeden czy dwa wykłady na temat snu, doty­czące głów­nie aktyw­no­ści elek­trycz­nej mózgu, nie zaś naj­now­szych donie­sień nauko­wych na temat snu i ryt­mów oko­ło­do­bo­wych, które sta­no­wią temat niniej­szej książki. Opi­nia publiczna ma na temat snu dość kiep­skie poję­cie. Pra­co­dawcy zakła­dają, że ich pra­cow­nicy przy­sto­sują się do wymo­gów zatrud­nie­nia na nocną zmianę. Nie mają jed­nak racji, a ich pod­władni mogą zapaść na poważne cho­roby, nad­mier­nie przy­brać na wadze czy gorzej rozu­mo­wać; są też bar­dziej nara­żeni na roz­wody i wypadki dro­gowe. Spo­łe­czeń­stwo coraz chęt­niej prze­łą­cza się w tryb 24/7, sta­ra­jąc się wci­snąć coraz wię­cej aktyw­no­ści w prze­ła­do­wane gra­fiki, czego ofiarą nie­stety padł sen.

Co mam nadzieję osiągnąć

Moim nad­rzęd­nym celem jest prze­ka­za­nie ci kon­kret­nych infor­ma­cji i prak­tycz­nych porad, bazu­ją­cych na naj­now­szych bada­niach nauko­wych. Dzięki nim lepiej zro­zu­miesz, co wpra­wia w ruch wska­zówki two­jego wewnętrz­nego zegara, a przede wszyst­kim zyskasz moż­li­wość uży­cia tej wie­dzy do takiego zarzą­dza­nia cza­sem, jakie przy­nie­sie ci naj­wię­cej korzy­ści, bez względu na wiek czy inne oko­licz­no­ści. Chcę też oba­lić parę mitów i roz­pra­wić się z róż­nymi ste­reo­ty­pami, na przy­kład z takim, że nasto­latki są leniwe, a mena­dżer wsta­jący o 4 nad ranem i roz­po­czy­na­jący pracę przed świ­tem to wzór do naśla­do­wa­nia. Jak się prze­ko­nasz, niniej­sza książka sze­roko oma­wia roz­ma­ite aspekty bio­lo­gii czło­wieka; mam nadzieję, że zain­spi­ruje cię do dal­szego pogłę­bia­nia wie­dzy na wiele z poru­szo­nych tema­tów.

Każdy z roz­dzia­łów kon­cen­truje się na kon­kret­nym zagad­nie­niu. Rela­cjo­nuje bada­nia naukowe na jego temat, a następ­nie sku­pia się na kwe­stiach wpły­wa­ją­cych na nasze zdro­wie i samo­po­czu­cie. Nie­które z opi­sów nauko­wych mogą wyda­wać się nieco zawiłe, ale są nie­zbędne, aby zro­zu­mieć swoje zdro­wie i bio­lo­gię. Książka jest zor­ga­ni­zo­wana w taki spo­sób, aby bez trudu można było dla przy­po­mnie­nia się­gnąć do wcze­śniej­szych czę­ści. Każdy roz­dział zakoń­czony jest sek­cją pytań i odpo­wie­dzi. Są to pyta­nia czę­sto zada­wane mnie i moim kole­gom bada­czom. Te sek­cje zawie­rają dodat­kowe, cza­sami nie­oczy­wi­ste infor­ma­cje. Pra­gnę pod­kre­ślić, że moim celem nie jest udzie­la­nie porad medycz­nych; zawsze szu­kaj ich u swo­jego leka­rza. Chcę ci jed­nak poka­zać, że pewne dzia­ła­nia mogą oka­zać się istotne dla two­jego zdro­wia i dla unik­nię­cia poten­cjal­nych zagro­żeń. Cho­dzi tu mię­dzy innymi o to, dla­czego naj­le­piej jeść posiłki, tre­no­wać czy przyj­mo­wać leki o okre­ślo­nej porze i dla­czego nie powin­ni­śmy pro­wa­dzić samo­chodu we wcze­snych godzi­nach poran­nych. Ale nie zamie­rzam gro­zić ci pal­cem! Pra­gnę jedy­nie dostar­czyć ci naj­now­szych infor­ma­cji, które możesz przy­jąć lub odrzu­cić – ale podej­miesz tę decy­zję z pełną świa­do­mo­ścią kon­se­kwen­cji swo­ich dzia­łań.

W książce zamie­ści­łem rów­nież dodatki. Doda­tek 1 dostar­czy ci wska­zó­wek, jak pro­wa­dzić dzien­nik snu, by moni­to­ro­wać swój wzo­rzec snu i czu­wa­nia. Zawiera także kwe­stio­na­riusz, który pomoże ci usta­lić twój chro­no­typ: czy jesteś typem sło­wika, sowy, a może typem neu­tral­nym. Doda­tek 2 oma­wia układ immu­no­lo­giczny, zagłę­bia­jąc się nieco w zawi­ło­ści tej jakże waż­nej czę­ści naszej bio­lo­gii, opi­sa­nej w roz­dziale 11. Jeśli cho­dzi o szcze­góły, książka zawiera przy­pisy do licz­nych publi­ka­cji; prze­wod­ni­kiem był dla mnie jeden z moich boha­te­rów nauko­wych, Tho­mas Henry Hux­ley, który powie­dział: „Skoro nie­do­sta­teczna wie­dza jest nie­bez­pieczna, to gdzie znajdę kogoś, kto wie wystar­cza­jąco dużo, by unik­nąć nie­bez­pie­czeń­stwa?”. By pomóc ci posze­rzać ową „nie­do­sta­teczną wie­dzę” zawartą w książce, powo­ła­łem się na istotne arty­kuły naukowe, z któ­rych czer­pa­łem infor­ma­cje. Wiele spo­śród tych arty­ku­łów już teraz można (lub wkrótce będzie można) prze­czy­tać online w wol­nym dostę­pie, za darmo. Więk­szość arty­ku­łów nauko­wych można prze­czy­tać bez opłat na por­ta­lach cza­so­pism spe­cja­li­stycz­nych 12 mie­sięcy po publi­ka­cji dru­kiem.

Mam nadzieję, że lek­tura tej książki sprawi ci przy­jem­ność, a roz­wi­ja­jąca się nauka o ryt­mach oko­ło­do­bo­wych zain­spi­ruje cię do zasto­so­wa­nia jej odkryć na korzyść wła­snego zdro­wia, szczę­ścia i dobrego samo­po­czu­cia. Liczę rów­nież na to, że – po odpo­wied­nio dłu­giej reflek­sji – zgo­dzisz się ze mną, że akcep­ta­cja tej wie­dzy pozy­tyw­nie wpływa na twoją kre­atyw­ność, podej­mo­wa­nie decy­zji, czer­pa­nie satys­fak­cji ze spo­tkań z ludźmi oraz spo­glą­da­nie na świat i wszystko, co ma nam do zaofe­ro­wa­nia, z więk­szą cie­ka­wo­ścią i zachwy­tem.

Oks­ford, sty­czeń 2022 r.

Rozdział 1. W biały dzień

Roz­dział 1

W biały dzień

Czym jest wewnętrzny zegar?

Gdy wsta­łem dziś rano, wie­dzia­łem, kim jestem; sądzę jed­nak, że od tego czasu kil­ka­krot­nie się zmie­ni­łem.

Lewis Car­roll

Synkopa to ter­min muzyczny ozna­cza­jący zło­że­nie kilku róż­nych ryt­mów w jed­nym utwo­rze. Przez ana­lo­gię, nasza bio­lo­gia jest syn­ko­po­wana, a my jeste­śmy tego rezul­ta­tem. Cały nasz orga­nizm działa na bazie ryt­mów. Impulsy elek­tryczne gene­ro­wane przez układ ner­wowy, bicie serca, wydzie­la­nie hor­mo­nów z gru­czo­łów dokrew­nych, skur­cze mię­śni regu­lu­jące tra­wie­nie i wiele innych pro­ce­sów napę­dzają endo­genne, ryt­miczne zmiany w orga­nizmie. Nie­które z tych ryt­mów zwią­zane są z miej­scem, w któ­rym żyjemy.

Jed­nym z naj­star­szych wyzwań inte­lek­tu­al­nych, jakim musiały spro­stać wszyst­kie cywi­li­za­cje, było zro­zu­mie­nie natury świata. Obecny roz­kład pla­net w naszym Ukła­dzie Sło­necz­nym usta­lił się około 4,6 miliarda lat temu. Zie­mia, jak inne pla­nety, powstała na sku­tek gra­wi­ta­cji przy­cią­ga­ją­cej wiru­jące gazy i pyły, z któ­rych ufor­mo­wały się osobne ciała nie­bie­skie. Ziemi przy­pa­dło miej­sce trze­ciej z kolei pla­nety obra­ca­ją­cej się wokół Słońca. Na sku­tek licz­nych koli­zji z innymi obiek­tami we wcze­snej fazie była sto­pioną bryłą. Sądzi się wręcz, że około 100 milio­nów lat po ufor­mo­wa­niu się Układu Sło­necz­nego w proto-Zie­mię ude­rzył obiekt wiel­ko­ści Marsa, nazwany Theią, a z czę­ści mate­rii wyrzu­co­nej w prze­strzeń na sku­tek tej koli­zji powstał Księ­życ. Naukowcy uwa­żają, że zde­rze­nie wytrą­ciło Zie­mię z jej dotych­cza­so­wej osi obrotu dobo­wego, która teraz odchyla się o około 23,4° wzglę­dem osi obrotu wokół Słońca, a ponadto „chwieje się” o kilka stopni. Wła­śnie to odchy­le­nie powo­duje, że pod­czas obrotu wokół Słońca na Ziemi wystę­pują pory roku. Przez część roku pół­kula pół­nocna nachy­lona jest w kie­runku Słońca (lato), a połu­dniowa odchy­lona w prze­ciwną stronę (zima). Sześć mie­sięcy póź­niej sytu­acja jest odwrotna. Co naj­waż­niej­sze, przy­cią­ga­nie gra­wi­ta­cyjne Księ­życa sta­bi­li­zuje odchy­le­nie osi ziem­skiej, zmniej­sza­jąc wspo­mnianą „chwiej­ność”. Dla­tego przez miliardy lat na Ziemi utrzy­my­wał się sto­sun­kowo sta­bilny kli­mat, a wielu bada­czy sądzi, że gdyby nie ów sta­bi­li­zu­jący wpływ Księ­życa, życie na Ziemi w ogóle nie mogłoby powstać. Para­fra­zu­jąc pio­senkę Rol­ling Sto­ne­sów – wszy­scy jeste­śmy dziećmi Księ­życa2.

Pod­su­mujmy: żyjemy dziś na względ­nie sta­bil­nej pla­ne­cie, któ­rej wiek wynosi około 4,5 miliarda lat, a pełny obrót wokół wła­snej osi trwa 24 godziny, a ści­ślej rzecz bio­rąc, 23 godziny, 56 minut i 4 sekundy. Miej wię­cej 600 milio­nów lat temu, gdy zło­żone życie dopiero powsta­wało, doba trwała tylko 21 godzin, a więc Zie­mia zwal­nia. Ale to inna histo­ria. Nasza pla­neta wyko­nuje pełny obrót dookoła Słońca w cza­sie 365,26 dnia, a jej nachy­le­nie odpo­wiada za zmiany pór roku. Księ­życ okrąża Zie­mię co około 29,53 dnia, a oddzia­ły­wa­nie gra­wi­ta­cyjne obu ciał nie­bie­skich odpo­wiada za pływy. Wszyst­kie te ruchy geo­fi­zyczne gene­rują dzień, noc, pory roku, przy­pływy i odpływy. U więk­szo­ści form życia wykształ­ciły się roz­ma­ite wewnętrzne zegary, które potra­fią prze­wi­dy­wać co naj­mniej jeden, a cza­sami wszyst­kie cykle zmian w śro­do­wi­sku: dobowy, roczny i księ­ży­cowy.

Ryt­micz­ność jest tak wszech­obecną cechą życia i codzien­nego doświad­cze­nia, że trak­tu­jemy ją jak coś oczy­wi­stego. Obo­jęt­ność na to zja­wi­sko nie powinna w zasa­dzie zaska­ki­wać. Zazwy­czaj nie odczu­wamy, co się dzieje z naszymi narzą­dami, a w spo­łe­czeń­stwach uprze­my­sło­wio­nych natu­ralny cykl dnia i nocy został znie­siony przez świa­tło elek­tryczne i ogrze­wa­nie. Dla więk­szo­ści z nas słońce ni­gdy tak naprawdę nie zacho­dzi, a pory roku nie dyk­tują nam już, co mamy jeść albo gdzie miesz­kać. Żyw­ność jest powszech­nie dostępna. W Zjed­no­czo­nym Kró­le­stwie możemy teraz kupić tru­skawki z Kenii albo z Kali­for­nii przez cały rok, choć jesz­cze 25 lat temu ogra­ni­czał nas sezon na te owoce, trwa­jący tylko 6 tygo­dni. Wystar­czy pstryk­nąć prze­łącz­ni­kiem i w domu lub w pracy robi się cie­pło. Żyjemy w izo­la­cji od cykli śro­do­wi­sko­wych, które rzą­dziły naszą ewo­lu­cją. Głów­nym celem niniej­szej książki jest ponowne zazna­jo­mie­nie cię z jed­nym z nich: trwa­jącym 24 godziny cyklem dnia i nocy.

Zada­niem fizjo­lo­gii jest zro­zu­mie­nie, jak funk­cjo­nują orga­ni­zmy żywe. To sze­roka dys­cy­plina nauki, obej­mu­jąca takie zagad­nie­nia jak pro­cesy mole­ku­larne wewnątrz komó­rek, praca układu ner­wo­wego, regu­la­cja wydzie­la­nia hor­mo­nów, funk­cjo­no­wa­nie narzą­dów czy powsta­wa­nie wszel­kiego rodzaju zacho­wań. Fizjo­lo­gia czło­wieka, tak jak więk­szo­ści innych zwie­rząt, zor­ga­ni­zo­wana jest wokół dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzin­nego cyklu aktyw­no­ści i odpo­czynku. Pod­czas fazy aktyw­nej, gdy orga­nizm poszu­kuje żyw­no­ści i wody, jego narządy muszą być przy­go­to­wane do pobie­ra­nia, prze­twa­rza­nia, przy­swa­ja­nia i maga­zy­no­wa­nia skład­ni­ków odżyw­czych. Funk­cjo­no­wa­nie

Il. 1. Przy­kłady zmian zacho­dzą­cych w ludz­kiej fizjo­lo­gii w ramach cyklu dobo­wego. Na dia­gra­mie przed­sta­wiono zmiany, jakim pod­le­gają roz­ma­ite pro­cesy i zja­wi­ska fizjo­lo­giczne w ciągu doby: wydzie­la­nie mela­to­niny przez szy­szynkę (zob. il. 2)3; wydzie­la­nie hor­monu wzro­stu przez przy­sadkę mózgową4; tem­pe­ra­tura ciała5; wydzie­la­nie kor­ty­zolu – „hor­monu stresu” – przez nad­ner­cza6; dokład­ność wyko­ny­wa­nia zadań na mno­że­nie, obra­zu­jąca jedną z naszych zdol­no­ści poznaw­czych7. Wiele spo­śród hor­mo­nów wydzie­la­nych jest „pul­sa­cyj­nie”, tak więc uka­zana została uśred­niona war­tość ich stę­że­nia w danym momen­cie doby. Trzeba tu wspo­mnieć o dwóch waż­nych kwe­stiach. Po pierw­sze, przed­sta­wi­łem war­to­ści śred­nie, a mię­dzy poszcze­gól­nymi oso­bami należy spo­dzie­wać się róż­nic co do naj­wyż­szych war­to­ści stę­że­nia hor­mo­nów, dłu­go­ści czy ampli­tudy cykli. Po dru­gie, wiele spo­śród tych ryt­mów nie było obser­wo­wa­nych w warun­kach sta­łych. Ponie­waż nie­mal na pewno można w nich wyróż­nić kom­po­nent oko­ło­do­bowy – co ozna­cza, że w sta­łych warun­kach utrzy­my­wa­łyby się na prze­strzeni wielu cykli – pre­cy­zyj­niej byłoby nazwać je „zmien­no­ściami dzien­nymi”. Zna­cze­nie tych zmien­no­ści omó­wimy w kolej­nych roz­dzia­łach.

narzą­dów takich jak żołą­dek, wątroba, jelito cien­kie bądź trzustka, a także zaopa­try­wa­nie ich w krew, musi być odpo­wied­nio dostro­jone do pory doby. We śnie utrzy­mu­jemy się przy życiu dzięki wyko­rzy­sty­wa­niu nagro­ma­dzo­nej ener­gii. Napę­dza ona wiele klu­czo­wych pro­ce­sów: rege­ne­ra­cję tka­nek ciała, usu­wa­nie tok­syn, two­rze­nie wspo­mnień czy nowych pomy­słów w mózgu. Ponie­waż fizjo­lo­gia wyka­zuje tak silny dobowy wzo­rzec dzia­ła­nia, nic dziw­nego, że nasza wydaj­ność, natę­że­nie obja­wów cho­ro­bo­wych czy dzia­ła­nie leków prze­pi­sa­nych przez leka­rza zmie­nia się na prze­strzeni 24 godzin. Kilka przy­kła­dów owych ryt­micz­nych zmian oko­ło­do­bo­wych poka­zuje il. 1. Rytmy te obser­wo­wano od stu­leci, a odwieczne pyta­nie brzmiało oczy­wi­ście: skąd one się biorą?

Przez całe stu­le­cia naj­waż­niej­sze pyta­nie, jakie zada­wali sobie bada­cze pró­bu­jący zro­zu­mieć naturę mózgu, doty­czyło tego, czym zaj­mują się poszcze­gólne jego czę­ści. W wielu pod­ręcz­ni­kach możesz prze­czy­tać, że w mózgu czło­wieka znaj­duje się 100 miliar­dów neu­ro­nów. Wła­ści­wie nie wia­domo, skąd wzięła się ta liczba, wiedz jed­nak, że jest błędna. Bra­zy­lij­ska naukow­czyni Suzana Her­cu­lano-Houzel prze­pro­wa­dziła pre­cy­zyjne bada­nia, by ją sko­ry­go­wać, i oka­zało się, że prze­ciętny ludzki mózg mie­ści około 86 miliar­dów komó­rek ner­wo­wych8. Brzmi to tro­chę jak śre­dnio­wieczna debata poświę­cona pyta­niu, ile anio­łów może tań­czyć na łebku od szpilki, ale 14 miliar­dów róż­nicy to dużo. Mniej wię­cej tyle zawiera cały mózg pawiana. By podać jesz­cze kilka przy­kła­dów: mózg myszy liczy 75 milio­nów neu­ro­nów, kota – 250 milio­nów, a sło­nia – 257 miliar­dów. Tak więc 86 miliar­dów komó­rek ner­wo­wych to mnó­stwo – dla­tego też wybit­nym osią­gnię­ciem należy nazwać odkry­cie, że „nad­rzędny zegar bio­lo­giczny”, koor­dy­nu­jący nasze dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzinne rytmy oko­ło­do­bowe, składa się jedy­nie z 50 tysięcy komó­rek ner­wo­wych pra­cu­ją­cych razem.

Zarówno u czło­wieka, jak i u innych ssa­ków ten nad­rzędny zegar znaj­duje się w rejo­nie mózgu zwa­nym jądrami nad­skrzy­żo­wa­nio­wymi (supra­chia­sma­tic nuc­lei, SCN; zob. il. 2). Histo­ria odkry­cia tej struk­tury jest fascy­nu­jąca! W latach 20. XX wieku bada­cze zaob­ser­wo­wali, że szczury trzy­mane w ciem­no­ści bie­gają w koło­wrotku (podob­nym do takiego, jaki w skle­pie zoo­lo­gicz­nym możesz kupić dla cho­mika), są aktywne i odpo­czy­wają w cyklu wyno­szą­cym nie­całe 24 godziny. Odkry­cie zszo­ko­wało naukow­ców, któ­rych więk­szość sądziła, że zacho­wa­nie poja­wia się na sku­tek bodźca – tro­chę jak odruch. Dostar­czasz kon­kret­nego bodźca i wywo­łu­jesz kon­kretną reak­cję. Tym­cza­sem szczury wyka­zy­wały ryt­miczny wzo­rzec codzien­nych zacho­wań bez żad­nego wyraź­nego bodźca z zewnątrz. Wzo­rzec aktyw­no­ści zda­wał się pocho­dzić z wewnątrz orga­ni­zmu zwie­rzę­cia i nie pod­le­gać zmia­nom natę­że­nia świa­tła ani żad­nym innym czyn­ni­kom śro­do­wi­sko­wym. Co więc napę­dzało ten rytm?

W ramach eks­pe­ry­men­tów prze­pro­wa­dza­nych w latach 50. i 60. szczu­rom usu­wano roz­ma­ite narządy, sta­ra­jąc się wykryć ów napęd, ale nawet wtedy w sta­łych warun­kach dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzinny wzo­rzec odpo­czynku i aktyw­no­ści na­dal się utrzy­my­wał. Posta­no­wiono więc przyj­rzeć się szczu­rzemu mózgowi. Usu­wano (uszka­dzano) różne drobne obszary i spraw­dzano, jak zacho­wuje się wzo­rzec odpo­czynku i aktyw­no­ści. Jeśli przy­szło ci do głowy, że szczu­rom to szko­dziło, pamię­taj, że w tam­tym cza­sie ludzi ruty­nowo pod­da­wano lobo­to­mii; był to zabieg chi­rur­giczny, w ramach któ­rego prze­ci­nano więk­szość połą­czeń mię­dzy korą przed­czo­łową (zob. il. 2) a resztą mózgu, pró­bu­jąc w ten spo­sób „leczyć” zabu­rze­nia psy­chiczne. Facet, który to wymy­ślił, dostał nagrodę Nobla. Eks­pe­ry­menty na szczu­rach suge­ro­wały, że „zegar” musi mie­ścić się gdzieś głę­boko w mózgu, praw­do­po­dob­nie w pod­wzgó­rzu (zob. il. 2), gdyż znisz­cze­nie tego maleń­kiego rejonu skut­ko­wało „aryt­mią”, czyli zupełną utratą jakie­go­kol­wiek dobo­wego wzorca odpo­czynku i aktyw­no­ści9. Bada­nia kon­ty­nu­owano w latach 70. i na pro­wa­dze­nie wysu­nął się inny kan­dy­dat: jądra nad­skrzy­żo­wa­niowe (SCN)10. Nie­mal 20 lat póź­niej klu­czową rolę SCN potwier­dzono osta­tecz­nie u cho­miczka syryj­skiego. W póź­nych latach 80. Mar­tin Ralph i Michael Mena­ker, moi bli­scy kole­dzy z Uni­ver­sity of Vir­gi­nia, odkryli cho­mika z muta­cją tau, u któ­rego cykl aktyw­no­ści i odpo­czynku wyno­sił 20 godzin, pod­czas gdy u zwie­rząt pozba­wio­nych muta­cji był on bliż­szy 24 godzi­nom. SCN cho­mika z muta­cją (20 godzin) zostały wsz­cze­pione do pod­wzgó­rza w mózgu cho­mika bez muta­cji (24 godziny), któ­rego SCN uszko­dzono, zno­sząc tym samym ryt­micz­ność cyklu. Co zna­mienne, zmu­to­wane SCN nie tylko przy­wró­ciło rytmy oko­ło­do­bowe prze­ja­wia­jące się bie­ga­niem zwie­rzę­cia w koło­wrotku, ale przede wszyst­kim spra­wiło, że rytmy te zamy­kały się w cyklu 20, a nie 24 godzin! Prze­szczep innych czę­ści mózgu cho­mika nie dawał rezul­ta­tów. Odkry­cia te dowio­dły, że prze­szcze­pione SCN muszą zawie­rać poszu­ki­wany „zegar”11. Dobrze pamię­tam te eks­pe­ry­menty i towa­rzy­szącą im eks­cy­ta­cję, gdy codzien­nie otrzy­my­wa­li­śmy nowe dane, a z naszych obser­wa­cji wyni­kało, że przy­wró­cony rytm oko­ło­do­bowy cho­mika wyno­sił 20, a nie 24 godziny.

Jak już wspo­mnia­łem, na SCN składa się około 50 tysięcy neu­ro­nów12. Nie­ba­ga­tel­nym odkry­ciem był fakt, że każdy z nich ma wła­sny zegar. To rów­nież wyka­zano w trak­cie eks­pe­ry­men­tów na szczu­rach. Szczu­rze SCN podzie­lono na poszcze­gólne komórki i umiesz­czono je w kul­tu­rze komór­ko­wej. Moni­to­ru­jąc aktyw­ność elek­tryczną każ­dej komórki, bada­cze zaob­ser­wo­wali, że funk­cjo­no­wały one w ramach wyraź­nego, nie­za­leż­nego rytmu oko­ło­do­bo­wego, przy czym każda „tykała” w nieco innym tem­pie niż pozo­stałe. Co wię­cej, poje­dyn­cze komórki SCN funk­cjo­no­wały na szalce całymi tygo­dniami13. Skoro neu­rony z SCN zawie­rają zegar, musi on być zlo­ka­li­zo­wany wewnątrz każ­dej komórki, a więc jest to zegar mole­ku­larny! Odkry­cia te były doprawdy zna­czące, ale rodziły kolejne pyta­nie: jak ten rytm powstaje?

W 2017 roku trzej naukowcy ze Sta­nów Zjed­no­czo­nych – Jef­frey C. Hall, Michael Ros­bash i Michael W. Young – zostali uho­no­ro­wani nagrodą Nobla za odkry­cie, co spra­wia, że zegar bio­lo­giczny „cho­dzi”. Doko­nali tego po nie­mal 40 latach badań. W tym cza­sie nie­kiedy dzia­łali razem, nie­kiedy rywa­li­zo­wali mię­dzy sobą, a wielu drob­nych ele­men­tów ukła­danki dostar­czali współ­pra­cu­jący z nimi mło­dzi bada­cze. Kiedy na jaw wyszły nie­które z klu­czo­wych odkryć, pra­co­wa­łem aku­rat na Uni­wer­sy­te­cie Wir­gi­nij­skim. Hall, Ros­bash i Young odwie­dzali cza­sami uczel­nię i opo­wia­dali o postę­pach prac. Jako naukowcy wszy­scy byli rów­nie bły­sko­tliwi, ale bar­dzo róż­nili się cha­rak­te­rami, a każdy z nich był nie­pod­ra­bialny. Na przy­kład Jeff Hall jest także wybit­nym bada­czem wojny sece­syj­nej. Pod­czas pew­nej pamięt­nej wizyty na Uni­wer­sy­te­cie Wir­gi­nij­skim wygło­sił wykład o swo­ich ostat­nich osią­gnię­ciach w bada­niach nad zega­rem mole­ku­lar­nym, ubrany w strój i czapkę unio­ni­sty z Armii Pół­noc­nej. Ta poten­cjalna pro­wo­ka­cja została jed­nak cał­ko­wi­cie zigno­ro­wana przez człon­ków wydziału uczelni miesz­czą­cej się w samym sercu Sta­rego Połu­dnia. Nauka czę­sto przed­sta­wiana jest jako marsz od igno­ran­cji ku oświe­ce­niu. Nic bar­dziej myl­nego – zawsze zda­rzają się błędy i ślepe uliczki. Rze­czą fascy­nu­jącą jest obser­wo­wać, jak czę­sto zna­mie­nici naukowcy się mylą, nie­raz bar­dzo poważne, ale też w miarę pozna­wa­nia nowych fak­tów uczą się na błę­dach, kory­gują hipo­tezy i wra­cają na drogę postępu. Na tym polega praw­dziwa nauka.

Il. 2. A. Poło­że­nie mózgu w czaszce i pod­sta­wowe płaty mózgowe (cie­mie­niowy, czo­łowy, poty­liczny, skro­niowy), jakie można wyróż­nić, oglą­da­jąc mózg od zewnątrz. B. Prze­krój przez śro­dek mózgu, widok z boku. Wska­zane są klu­czowe struk­tury wewnętrzne. Mózg prze­cięt­nego czło­wieka sta­nowi zale­d­wie 2% jego masy ciała, ale pobiera aż 20% ener­gii. Wystar­czy na 5 minut pozba­wić mózg tlenu, by neu­rony zaczęły umie­rać, powo­du­jąc poważne uszko­dze­nia. Mózgo­wie w 73% składa się z wody, ale wystar­czy odwod­nie­nie o 2%, by funk­cje mózgowe takie jak uwaga, pamięć i inne zdol­no­ści poznaw­cze ule­gły poważ­nemu pogor­sze­niu. Mózg czło­wieka zazwy­czaj roz­wija się do 25 roku życia. C. Jądra nad­skrzy­żo­wa­niowe (SCN) w powięk­sze­niu, widok z przodu. SCN to nad­rzędny zegar bio­lo­giczny. Jądra umiesz­czone są po obu stro­nach trze­ciej komory mózgu (III), nad skrzy­żo­wa­niem wzro­ko­wym (to w tym miej­scu nerwy wzro­kowe wcho­dzą do mózgu i się łączą). Nie­wiel­kie pasmo neu­ro­nów z nerwu wzro­kowego – zwane szla­kiem siat­ków­kowo-pod­wzgó­rzo­wym – łączy się z SCN, by prze­ka­zy­wać zega­rowi infor­ma­cje na temat świa­tła i ciem­no­ści, celem jego dostro­je­nia (zob. roz­dział 3). D. Poje­dyn­czy neu­ron SCN, o śred­nicy około 10 μm (0,01 mm). SCN zawie­rają około 50 tysięcy neu­ronów, z któ­rych każdy gene­ruje wła­sny rytm oko­ło­do­bowy. W nor­mal­nej sytu­acji wszyst­kie te neu­rony są ze sobą połą­czone. W jądrze każ­dej z komó­rek ner­wo­wych SCN znaj­dują się geny zega­rowe ste­ru­jące pro­duk­cją bia­łek zega­ro­wych. Powstają one w cyto­pla­zmie ota­cza­ją­cej jądro, następ­nie zaś łączą się w kom­pleks biał­kowy, który wnika do jądra, by zaha­mo­wać dal­szą pro­duk­cję bia­łek zega­ro­wych. Po chwili kom­pleks ulega roz­pa­dowi, co umoż­li­wia ponowny start pro­duk­cji bia­łek. W rezul­ta­cie otrzy­mu­jemy trwa­jący mniej wię­cej 24 godziny cykl pro­duk­cji i roz­padu bia­łek zega­ro­wych. Ta mole­ku­larna pętla sprzę­że­nia zwrot­nego zostaje prze­two­rzona na sygnał (elek­tryczny lub hor­mo­nalny), który koor­dy­nuje dzia­ła­nie zega­rów bio­lo­gicz­nych w pozo­sta­łych rejo­nach orga­ni­zmu.

Postęp w bada­niach Halla, Ros­ba­sha i Younga doko­nał się nie dzięki ludziom czy myszom, ale dzięki bar­dzo odle­głemu kuzy­nowi ze świata zwie­rząt: maleń­kiej muszce owo­cówce, zwa­nej Dro­so­phila. Chmary tych muszek krążą latem wokół patery z owo­cami i nie­raz są bez­re­flek­syj­nie roz­kwa­szane. Muszki owo­cówki są czę­sto wyko­rzy­sty­wa­nym „gatun­kiem mode­lo­wym”, pozwa­la­ją­cym zro­zu­mieć, jak funk­cjo­no­wa­nie genów prze­kłada się na fizjo­lo­gię i zacho­wa­nie. Bada się je już od prze­szło stu lat14. Opieka nad musz­kami jest dość tania, szybko się roz­mna­żają i świet­nie rozu­miemy ich gene­tykę. Wszystko to spra­wia, że stały się nie­odzow­nym ele­men­tem eks­pe­ry­men­tów, także w bada­niach nad zega­rem bio­lo­gicz­nym. Cóż takiego odkryli Hall, Ros­bash i Young w musz­kach owo­ców­kach? Szlaki komór­kowe gene­ru­jące „zegar mole­ku­larny” sta­no­wią „pętlę ujem­nego sprzę­że­nia zwrot­nego”, na którą skła­dają się nastę­pu­jące etapy (zob. il. 2D): geny zega­rowe w jądrze komórki ini­cjują two­rze­nie bia­łek zega­ro­wych. Białka te pro­du­ko­wane są w cyto­pla­zmie (śro­do­wi­sku komórki ota­cza­ją­cym jądro). Następ­nie łączą się w kom­pleks biał­kowy, który wnika do jądra, by powstrzy­mać („wyłą­czyć”) dal­szą pro­duk­cję bia­łek zega­ro­wych. Po chwili kom­pleks ten jest roz­kła­dany, co umoż­li­wia genom zega­ro­wym ponowne uru­cho­mie­nie wytwa­rza­nia bia­łek zega­ro­wych. W rezul­ta­cie otrzy­mu­jemy trwa­jący 24 godziny cykl pro­duk­cji i roz­padu bia­łek. To jest wła­śnie zegar bio­lo­giczny… Cóż, mniej wię­cej! Tempo wszyst­kich wymie­nio­nych pro­ce­sów: akty­wo­wa­nia genów zega­ro­wych, pro­duk­cji bia­łek, for­mo­wa­nia kom­pleksu biał­ko­wego, jego wni­ka­nia do jądra komórki, wyłą­cza­nia genów zega­ro­wych, roz­padu kom­pleksu biał­ko­wego i reak­ty­wa­cji genów wspól­nie wywa­rza dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzinny rytm, a zmiany (muta­cje gene­tyczne) wpły­wa­jące na każdy z eta­pów mogą przy­śpie­szyć, opóź­nić albo kom­plet­nie roz­re­gu­lo­wać zegar15. Wła­śnie taka muta­cja gene­tyczna u cho­mika z muta­cją tau skró­ciła cykl jego rytmu oko­ło­do­bo­wego z 24 do 20 godzin16. Zegar mole­ku­larny wszyst­kich zwie­rząt – włą­cza­jąc mnie i cie­bie – zbu­do­wany jest na bar­dzo podob­nej zasa­dzie. Robi to jesz­cze więk­sze wra­że­nie, gdy pomy­ślimy, że ostatni wspólny przo­dek muszek owo­co­wych i ludzi żył ponad 570 milio­nów lat temu, kiedy doba na Ziemi trwała 22 do 23 godzin. To ozna­cza, że przez setki milio­nów lat nasz zegar bio­lo­giczny musiał zwol­nić o parę godzin.

Dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzinny cykl pro­duk­cji i roz­padu bia­łek zega­ro­wych jest sygna­łem włą­cza­ją­cym i wyłą­cza­ją­cym nie­zli­czone geny oraz oko­ło­do­bową pro­duk­cję przy­pi­sa­nych im bia­łek, które z kolei regu­lują ryt­miczne pro­cesy fizjo­lo­giczne i zacho­wa­nia orga­ni­zmu (zob. il. 1). W żad­nej z nauk bio­lo­gicz­nych nie ma dokład­niej opi­sa­nego przy­kładu na to, w jaki spo­sób geny wpły­wają na zacho­wa­nie, niż nasza obecna inter­pre­ta­cja zegara mole­ku­lar­nego. Pierw­szym opi­sem rytmu oko­ło­do­bo­wego na pozio­mie mole­ku­lar­nym u muszki owo­cówki Hall, Ros­bash i Young zde­cy­do­wa­nie zasłu­żyli sobie na wyprawę do Sztok­holmu po nagrodę Nobla, na któ­rej wrę­cze­niu szczę­śli­wie byłem obecny.

Co cie­kawe, drobne zmiany w genach zega­ro­wych (poli­mor­fizm) spra­wiają, że ludzie są skow­ron­kami, sowami lub typami pośred­nimi. Ranne ptaszki – skow­ronki – wolą wcze­śnie kłaść się spać, wcze­śnie też wstają. Wydaje się, że ich zegar wewnętrzny działa szyb­ciej na sku­tek odmien­no­ści jed­nego czy kilku genów zega­ro­wych17. Zegary sów dzia­łają zaś wol­niej, więc osoby te wolą poło­żyć się do łóżka póź­niej, a rano dłu­żej spać. W ten oto spo­sób rodzice, prze­ka­zu­jąc nam swoje geny, na­dal narzu­cają nam, kiedy mamy iść spać i kiedy wstać! Typ wewnętrz­nego zegara nazy­wany jest czę­sto chro­no­ty­pem; w dal­szych czę­ściach książki omó­wimy, jaki wpływ na nasz chro­no­typ mają wiek i eks­po­zy­cja na świa­tło w porze świtu i zmierz­chu. Na temat wła­snego chro­no­typu dowiesz się wię­cej z dodatku 1.

SCN są u ssa­ków zega­rem nad­rzęd­nym, ale nie­je­dy­nym18. Wiemy już, że swoje zegary mają komórki wątroby, mię­śni, trzustki, tkanki tłusz­czo­wej, a bar­dzo moż­liwe, że także wszyst­kich innych narzą­dów i tka­nek w orga­ni­zmie19. Co zna­mienne, owe „komór­kowe zegary pery­fe­ryjne” wydają się wyko­rzy­sty­wać ten sam mole­ku­larny mecha­nizm ujem­nego sprzę­że­nia zwrot­nego co SCN. To odkry­cie było praw­dzi­wym szo­kiem. Pamię­tam, jak Ueli Schi­bler z Uni­wer­sy­tetu Genew­skiego pierw­szy raz zapre­zen­to­wał swoje odkry­cie na sym­po­zjum na Flo­ry­dzie w 1998 roku, dowo­dząc, że komórki poza SCN też dys­po­nują zega­rami20. Widow­nia gło­śno wcią­gnęła powie­trze. Już dawno wykryto geny zega­rowe w komór­kach poza SCN21, lecz przez wiele lat sądzono, że geny te mają inną funk­cję. Nikt nie myślał poważ­nie o zega­rach w tych komór­kach, ponie­waż znisz­cze­nie SCN likwi­do­wało dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzinny rytm aktyw­no­ści i wydzie­la­nia hor­mo­nów takich jak poka­zane na il. 1. Z badań nad uszko­dzo­nymi SCN wywnio­sko­wano, że struk­tura ta „napę­dza” rytmy dobowe w orga­ni­zmie. Teraz wiemy jed­nak, że było to nad­mierne uprosz­cze­nie. Zanik obser­wo­wal­nych ryt­mów po uszko­dze­niu SCN nastę­puje z dwóch powo­dów: po pierw­sze, liczne pery­fe­ryjne zegary komór­kowe ule­gają „stłu­mie­niu”, a po kilku cyklach ich rytmy zamie­rają – bez deli­kat­nych kuk­sań­ców ze strony SCN zegary te tracą parę. Co jed­nak waż­niej­sze, po dru­gie, przy braku sygnału od SCN poszcze­gólne zegary komór­kowe prze­stają dzia­łać w spo­sób zsyn­chro­ni­zo­wany. Każda komórka tyka indy­wi­du­al­nie, w nieco innym ryt­mie niż pozo­stałe – a więc sko­or­dy­no­wany rytm dobowy w danym narzą­dzie czy tkance prze­staje funk­cjo­no­wać22. To tak, jak­by­śmy odwie­dzili maje­sta­tyczną rezy­den­cję, w któ­rej wszyst­kie antyczne zegary zaczy­nają bić o nieco róż­nych porach. Uznano więc, że SCN dzia­łają jak roz­rusz­nik, który nie napę­dza, ale koor­dy­nuje oko­ło­do­bową aktyw­ność miliar­dów poje­dyn­czych zega­rów w tkan­kach i narzą­dach orga­ni­zmu. SCN przy­po­mi­nają dyry­genta: podają sygnał, który zestraja orkie­strę/orga­nizm. Bez dyry­genta wszyst­kie mecha­ni­zmy dzia­łają w spo­sób nie­sko­or­dy­no­wany i zamiast sym­fo­nii mamy bio­lo­giczną kako­fo­nię – nic nie działa tak, jak powinno, i wtedy, kiedy powinno.

Szlaki sygna­łowe, któ­rych SCN używa do koor­dy­na­cji czy też dostra­ja­nia zega­rów pery­fe­ryj­nych, są wciąż słabo poznane, ale wiemy już, że SCN nie roz­syła nie­zli­czo­nych sygna­łów po całym orga­ni­zmie, by dotarły do róż­nych tka­nek i narzą­dów. Wydaje się raczej, że liczba sygna­łów jest ogra­ni­czona: otrzy­muje je mię­dzy innymi auto­no­miczny układ ner­wowy (czyli część układu ner­wo­wego odpo­wia­da­jąca za te funk­cje orga­ni­zmu, któ­rych nie kon­tro­lu­jemy świa­do­mie). SCN wysyła też sze­reg sygna­łów che­micz­nych. Ponadto odbiera dostra­ja­jące infor­ma­cje zwrotne od poszcze­gól­nych czę­ści ciała, wpły­wa­jąc na przy­kład na cykl snu i czu­wa­nia, co pozwala na funk­cjo­no­wa­nie całego orga­ni­zmu w spo­sób zsyn­chro­ni­zo­wany pomimo zmien­nych wyma­gań róż­nych pór doby23. W rezul­ta­cie otrzy­mu­jemy zło­żoną sieć oko­ło­do­bową, która koor­dy­nuje ryt­miczną naturę fizjo­lo­gii i zacho­wań. Utrata syn­chro­ni­za­cji pomię­dzy zega­rami oko­ło­do­bo­wymi, czy to w obrę­bie jed­nego organu, czy też pomię­dzy narzą­dami – na przy­kład mię­dzy żołąd­kiem i wątrobą – nazy­wana jest desyn­chro­ni­za­cją wewnętrzną i może pro­wa­dzić do poważ­nych pro­ble­mów zdro­wot­nych, które omó­wię w kolej­nych roz­dzia­łach.

Sys­tem oko­ło­do­bowy dostraja nasz orga­nizm do zmien­nych wymo­gów dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzin­nego cyklu dnia i nocy. Gdyby jed­nak ten wewnętrzny sys­tem koor­dy­na­cji nie był zgrany ze świa­tem zewnętrz­nym, nie byłoby zeń prak­tycz­nego pożytku. Wła­śnie to zestro­je­nie dnia „wewnętrz­nego” z „zewnętrz­nym” chciał­bym omó­wić w roz­dziale 3. Naj­pierw jed­nak zajmę się naj­oczy­wist­szym spo­śród naszych dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzin­nych wzor­ców zacho­wa­nia: snem.

Pytania i odpowiedzi

1. Ile genów liczy zegar molekularny?

Dawno minęły czasy, gdy mówi­li­śmy o genie zega­ro­wym w licz­bie poje­dyn­czej. Trudno podać dokładną ich liczbę, bo zależy ona od tego, co kryje się dla nas pod tym poję­ciem. Robo­cza defi­ni­cja mogłaby porów­nać geny zega­rowe do kółek zęba­tych w werku zegara mecha­nicz­nego. Współ­dzia­łają one ze sobą w kon­kretny spo­sób, wytwa­rza­jąc cykl trwa­jący 24 godziny, ale jeśli usu­niemy lub uszko­dzimy jeden z „ząb­ków”, zegar zacznie cho­dzić ina­czej lub w ogóle się zatrzyma. Bazu­jąc na tej defi­ni­cji, możemy powie­dzieć, że zarówno ludzie, jak i inne ssaki, na przy­kład myszy, mają 20 róż­nych genów napę­dza­ją­cych zegar mole­ku­larny24. Stwier­dze­nie to jest jed­nak nieco mylące, ponie­waż w rze­czy­wi­sto­ści wię­cej genów przy­czy­nia się do regu­la­cji i sta­bi­li­za­cji zegara, a także do spo­sobu, w jaki napę­dza on oko­ło­do­bową fizjo­lo­gię. Jeśli uwzględ­nimy i te geny, razem mogą ich być setki. Należy także mieć świa­do­mość, że wszyst­kie geny „zega­rowe” peł­nią także inne funk­cje, czu­wa­jąc nad klu­czo­wymi pro­ce­sami bio­lo­gicz­nymi, takimi jak podziały komór­kowe czy regu­la­cja meta­bo­li­zmu.

2. Czy pola elektromagnetyczne działają na ludzkie rytmy okołodobowe?

Obec­nie nie ma twar­dych dowo­dów na to, że pola elek­tro­ma­gne­tyczne wpły­wają na funk­cjo­no­wa­nie ludz­kich ryt­mów oko­ło­do­bo­wych25. Ale brak dowodu nie dowo­dzi braku. Myślę, że uczci­wie będzie uznać, iż wpływ ten jest zni­komy.

3. Czy u ludzi występuje zegar roczny?

Nasze życie rze­czy­wi­ście wyka­zuje całą gamę ryt­mów rocz­nych, zwią­za­nych z takimi zja­wi­skami jak wskaź­niki uro­dzeń, samo­bójstw, zacho­ro­wań na raka i zgo­nów. Dla przy­kładu, na pół­kuli pół­noc­nej, może wbrew intu­icji, wię­cej osób odbiera sobie życie wio­sną niż zimą (w oko­li­cach grud­nia wskaź­niki samo­bójstw są naj­niż­sze)26. Nie­któ­rzy uwa­żają, że mamy cykl roczny jak owce, jele­nie i wiele innych ssa­ków. Trudno jed­nak byłoby to udo­wod­nić eks­pe­ry­men­tal­nie, gdyż osoba badana musia­łaby prze­by­wać w warun­kach sta­łego oświe­tle­nia i tem­pe­ra­tury przez co naj­mniej trzy lata. Taki eks­pe­ry­ment byłby wysoce nie­etyczny, nie mówiąc już o pro­ble­mie ze zna­le­zie­niem ochot­ni­ków. Inni bada­cze sądzą, że nie kie­ruje nami zegar roczny – jak czyni to oko­ło­do­bowy – a jedy­nie reagu­jemy bez­po­śred­nio na zmiany w śro­do­wi­sku, takie jak zmiana tem­pe­ra­tury czy dłu­go­ści dnia27.

4. Czy wszystkie zwierzęta mają jądra nadskrzyżowaniowe (SCN)?

Wszyst­kie ssaki, włą­cza­jąc tor­ba­cze (na przy­kład kan­gury) i jajo­rodne ste­kowce (na przy­kład dzio­baki), mają w mózgu struk­turę przy­po­mi­na­jącą SCN. Eks­pe­ry­menty wyka­zały, że SCN u tych zwie­rząt wydaje się dzia­łać jak zegar nad­rzędny, koor­dy­nu­jący rytmy oko­ło­do­bowe zega­rów pery­fe­ryj­nych. W przy­padku pta­ków, gadów, pła­zów i ryb jest jed­nak ina­czej. Mają one kilka narzą­dów mogą­cych funk­cjo­no­wać jak zegar nad­rzędny. Miesz­czą się one w podob­nych do SCN struk­tu­rach w pod­wzgó­rzu, w szy­szynce, a nawet w oczach. Wielką zagadką pozo­staje fakt, że nawet u bli­sko spo­krew­nio­nych gatun­ków rola SCN i jego inte­rak­cje z szy­szynką oraz oczami znacz­nie się róż­nią. U wró­bla na przy­kład domi­nu­ją­cym zega­rem wydaje się być szy­szynka, pod­czas gdy u prze­piórki funk­cję tę peł­nią oczy. U gołębi wszyst­kie trzy narządy współ­pra­cują ze sobą!28 Zagad­nie­nie to zafa­scy­no­wało Micha­ela Mena­kera, jed­nego z pio­nie­rów badań nad ryt­mami oko­ło­do­bo­wymi, który stał się moim bli­skim przy­ja­cie­lem i kolegą z pracy, gdy pro­wa­dzi­łem bada­nia na Uni­wer­sy­te­cie Wir­gi­nij­skim.

5. Czy geny i białka zegara molekularnego regulują też zachowania niezwiązane z zegarem wewnętrznym?

Tak. W roz­dziale 10 prze­czy­tasz, że muta­cje w genach zega­ro­wych powią­zano z rakiem oraz innymi scho­rze­niami, jak zabu­rze­nia psy­chiczne (roz­dział 9). Co zna­mienne, nad­mierna chęć spo­ży­wa­nia alko­holu też została powią­zana ze zmia­nami w nie­któ­rych genach zega­ro­wych29. Gdy jeden gen pełni kilka funk­cji, mamy do czy­nie­nia z ple­jo­tro­pi­zmem. To raczej reguła, a nie wyją­tek.

6. Czy u ludzi wyewoluował rytm tygodniowy albo miesięczny?

Wiele na ten temat dys­ku­to­wano. Jasne jest, że życie na naszej pla­ne­cie wykształ­ciło zegary powią­zane z cyklami geo­fi­zycz­nymi takimi jak dwu­dzie­stocz­te­ro­go­dzinny obrót Ziemi wokół Słońca, pory roku czy pływy wywo­łane oddzia­ły­wa­niem Księ­życa. Nie mamy jed­nak prze­ko­nu­ją­cych dowo­dów na ist­nie­nie zega­rów wewnętrz­nych powią­za­nych z cyklami utwo­rzo­nymi przez czło­wieka, jak tydzień i mie­siąc. Hipo­teza ta miała swo­ich gorą­cych zwo­len­ni­ków30, ale więk­szość bio­lo­gów oko­ło­do­bo­wych opo­wiada się prze­ciwko ist­nie­niu cykli trwa­ją­cych 7 czy 31 dni, wska­zu­jąc na brak sil­nych dowo­dów.

Rozdział 2. Pradawne dziedzictwo

Roz­dział 2

Pra­dawne dzie­dzic­two

Czym jest sen i do czego jest nam potrzebny?

Nie ma waż­niej­szej gałęzi nauki niż bada­nia nad ludz­kim mózgiem. Od nich zależy nasza wizja wszech­świata.

Fran­cis Crick

W mito­lo­gii grec­kiej bogiem snu jest Hyp­nos, syn Nyks (Nocy) i Ereba (Ciem­no­ści), brat bliź­niak Tana­tosa (Śmierci). Hyp­nos i Tana­tos miesz­kają w świe­cie pod­ziemi – Hade­sie. Już od antyku sen był więc koja­rzony z ciem­no­ścią, śmier­cią i pie­kłem. Nic dziw­nego, że sta­ro­żytni nie żywili wobec niego szcze­gól­nego entu­zja­zmu. Jeśli prze­sko­czymy 2000 lat póź­niej, zoba­czymy, że sprawy mają się nie­wiele lepiej. Wielki wyna­lazca Tho­mas Edi­son miał powie­dzieć, że sen to strata czasu i relikt cza­sów jaski­nio­wych. Może nie tak dokład­nie brzmiały jego słowa, ale na pewno zgo­dziłby się z innym Ame­ry­ka­ni­nem, Edga­rem Alla­nem Poem, który ponoć pisał: „Sen to przed­sio­nek, w któ­rym czyha śmierć, och, jakiż czuję do niej wstręt”.

Od naj­daw­niej­szych cza­sów sen nie cie­szył się apro­batą. Co wię­cej, w ostat­nich stu­le­ciach darzono go pogardą, gdyż za zaję­cie cno­tliwe i godne pochwały uzna­wano jedy­nie ciężką pracę. Skoro sen unie­moż­li­wia nam pracę, musi być czymś grzesz­nym. Natu­ral­nie, jak możesz się domy­ślać, nie wszy­scy zga­dzali się z tym poglą­dem. Oscar Wilde przy­jął nieco inną postawę, twier­dząc, że życie to kosz­mar, który nie pozwala nam spać.

Nie­stety, poglądy Edi­sona, Poego i innych podob­nie myślą­cych osób w XIX i XX wieku zostały przy­jęte rów­nież przez wła­dze. Cho­ciaż ostat­nimi czasy sytu­acja zaczęła ule­gać popra­wie, sen na­dal uwa­żany jest za rodzaj „cho­roby”, którą należy leczyć; coś, co z wielką nie­chę­cią musimy tole­ro­wać. Wie­dząc bar­dzo mało o fun­da­men­tal­nej czę­ści skła­do­wej naszej bio­lo­gii, jaką jest sen, wypo­wie­dzie­li­śmy mu wojnę. To fatalne posu­nię­cie miało prze­ra­ża­jące kon­se­kwen­cje dla naszego zdro­wia i dobro­stanu, a ponadto oka­zało się zbrod­nią na gospo­darce.

By wyge­ne­ro­wać cykl snu i czu­wa­nia, konieczna jest wysoce skom­pli­ko­wana współ­praca wielu obsza­rów mózgu: tyło­mó­zgo­wia, śród­mó­zgo­wia, pod­wzgó­rza, wzgó­rza i kory mózgo­wej (zob. il. 2), a także całego sys­temu neu­ro­prze­kaź­ni­ków (na przy­kład hista­miny, dopa­miny, nora­dre­na­liny, sero­to­niny, ace­ty­lo­cho­liny, kwasu glu­ta­mi­no­wego, hipo­kre­tyny, GABA, czyli kwasu gamma-ami­no­ma­sło­wego) i sze­regu hor­mo­nów, z któ­rych każdy pełni rów­nież inne funk­cje. Sys­temy te łączą siły, by prze­sta­wiać nas ze stanu czu­wa­nia w sen i odwrot­nie – można to porów­nać do huś­tawki, która wychyla się albo w kie­runku snu, albo w kie­runku świa­do­mo­ści. Sen nie jest jed­nak rów­no­znaczny z „wyłą­cze­niem” orga­ni­zmu; to zawiły i zmienny stan.

Fazy snu REM i NREM

Przez wieki sądzono, że pod­czas snu mózg jest wyłą­czony i nic się z nim wła­ści­wie nie dzieje. To prze­ko­na­nie utrzy­my­wało się po czę­ści dla­tego, że do lat 50. XX wieku prak­tycz­nie nie mie­li­śmy porząd­nych narzę­dzi do bada­nia śpią­cego mózgu. Od połowy ubie­głego wieku ruty­nowo badano sen w labo­ra­to­riach, przy­twier­dza­jąc do skóry głowy osoby śpią­cej elek­trody, utrzy­mu­jące się na miej­scu dzięki żelowi prze­wo­dzą­cemu prąd. W ten spo­sób, przy pomocy elek­tro­en­ce­fa­lo­grafu (EEG), mie­rzono wzorce aktyw­no­ści elek­trycz­nej mózgu. Wspo­mi­na­łem o tym we wstę­pie, ale pozwól, że ci przy­po­mnę: kiedy czu­wasz i pod­czas wcze­snej, lek­kiej fazy snu, wzo­rzec EEG poka­zuje szyb­kie i drobne zmiany (fale o wyso­kiej czę­sto­tli­wo­ści i małej ampli­tu­dzie). Pomyśl o ska­kance napię­tej mię­dzy dwiema oso­bami i wpro­wa­dza­nej w szyb­kie koły­sa­nie. Ale gdy zaśniesz i stop­niowo zapa­dasz w coraz głęb­szy sen (SWS), aktyw­ność elek­tryczna zwal­nia – mamy do czy­nie­nia z falami o niskiej czę­sto­tli­wo­ści i dużej ampli­tu­dzie. W tym przy­padku ska­kanka trzy­mana jest luźno, a koły­sa­nie jest deli­katne. Stop­niowo prze­cho­dzisz przez kilka faz snu (1–3), aż do snu głę­bo­kiego, czyli snu wol­no­fa­lo­wego (SWS), zwa­nego także snem delta. Następ­nie wzo­rzec snu szybko prze­cho­dzi z fazy 3 do 2, a potem do 1. To „odwró­ce­nie” wzorca elek­trycz­no­ści mózgo­wej poprze­dza kolejną fazę snu, w któ­rej EEG wygląda bar­dzo podob­nie jak pod­czas czu­wa­nia: znów mamy do czy­nie­nia z falami o wyso­kiej czę­sto­tli­wo­ści i małej ampli­tu­dzie. Powieki pozo­stają zamknięte, ale oczy wyko­nują szyb­kie ruchy. Tętno i ciśnie­nie rosną, lecz od szyi w dół ciało jest spa­ra­li­żo­wane. Z oczy­wi­stych powo­dów fazę tę nazy­wamy fazą snu o szyb­kich ruchach gałek ocznych, czyli snem REM. Mijają kolejne minuty i prze­łą­czasz się z powro­tem w sen NREM. Następ­nie prze­cho­dzisz przez fazy 1–3 i ponow­nie wra­casz do snu REM. Cykl NREM/REM trwa prze­cięt­nie 70–90 minut (w zależ­no­ści od wieku) i pod­czas nocy doświad­czasz prze­cięt­nie 5 takich cykli. Nie są one jed­nak iden­tyczne. W pierw­szej poło­wie nocy wię­cej czasu spę­dzasz we śnie SWS (faza 3), w dru­giej zaś doświad­czasz częst­szych i dłuż­szych faz REM. W spo­sób natu­ralny budzisz się zazwy­czaj ze snu REM.

Sen NREM, pamięć i lęk

Odkryto, że sen NREM bie­rze udział w for­mo­wa­niu wspo­mnień i roz­wią­zy­wa­niu pro­ble­mów. Można to wyka­zać na kilka róż­nych spo­so­bów. W jed­nym z badań mózgi osób, które spały w kon­tro­lo­wa­nych warun­kach labo­ra­to­ryj­nych, pobu­dzano do gene­ro­wa­nia dłuż­szej fazy SWS. Bada­cze uży­wali do tego dźwię­ków o spe­cy­ficz­nej czę­sto­tli­wo­ści. Dodat­kowy sen SWS wią­zał się z lep­szym zapa­mię­ty­wa­niem fak­tów i zda­rzeń z dnia poprzed­niego31. W innych eks­pe­ry­men­tach pozba­wiano ludzi fazy SWS, moni­to­ru­jąc aktyw­ność elek­tryczną mózgu i budząc bada­nych w chwili, gdy wcho­dzili w fazę snu wol­no­fa­lo­wego. Depry­wa­cja fazy SWS oka­zała się upo­śle­dzać for­mo­wa­nie wspo­mnień32. Z kon­so­li­da­cją pamięci praw­do­po­dob­nie mają zwią­zek także nagłe skoki aktyw­no­ści elek­trycz­nej zwane wrze­cio­nami snu, poja­wia­jące się w 2 fazie NREM33. By to spraw­dzić, wyko­rzy­sty­wano far­ma­ceu­tyki zwięk­sza­jące lub zmniej­sza­jące wrze­ciona snu, co skut­ko­wało polep­sze­niem lub pogor­sze­niem zdol­no­ści do zapa­mię­ty­wa­nia34. Inną cechą 2 fazy NREM są fale o wyso­kiej ampli­tu­dzie zwane zespo­łami K. Uważa się, że ich rolą jest chro­nie­nie nas przed wybu­dze­niem w odpo­wie­dzi na hałas czy inne zda­rze­nia w oto­cze­niu35. Nie­dawne bada­nia wska­zują jed­nak, że zespoły K mogą rów­nież brać udział w for­mo­wa­niu wspo­mnień. Sen wol­no­fa­lowy wystę­puje przede wszyst­kim w pierw­szej poło­wie nocy, może stąd wzięło się zatem powie­dze­nie, że godzina snu przed pół­nocą jest warta tyle, co dwie po pół­nocy. Mimo wszystko uwa­żam, że to kolejny z mitów zwią­za­nych ze snem. Słaby sen wiąże się z wyż­szym pozio­mem lęku, a nie­dawno prze­pro­wa­dzone bada­nia wyka­zały, że sen wol­no­fa­lowy w trak­cie fazy NREM może peł­nić zna­czącą rolę w reduk­cji nie­po­koju poprzez odpo­wied­nie orga­ni­zo­wa­nie sieci mózgo­wych w korze przed­czo­ło­wej (zob. il. 2)36. Co cie­kawe, osoby ze schi­zo­fre­nią doświad­czają mniej snu SWS. Być może wła­śnie z tego względu u pacjen­tów obser­wuje się zwięk­szony nie­po­kój oraz inne dole­gli­wo­ści psy­chiczne.

Sen REM, marzenia senne i nastrój

Śnimy zarówno pod­czas fazy NREM, jak i REM, ale marze­nia senne w fazie REM zwy­kle trwają dłu­żej, są bar­dziej inten­sywne, zawiłe i dzi­waczne. Gdy budzimy się w spo­sób natu­ralny ze snu w fazie REM, przez krótką chwilę możemy pamię­tać ostatni sen. Marze­nia senne wydają się trwać przez całą fazę REM, a prze­świad­cze­nie, że poja­wiają się na moment przed prze­bu­dze­niem, uważa się za nie­praw­dziwe. Treść marzeń sen­nych jest róż­no­rodna, ale zazwy­czaj wystę­puje w nich osoba śniąca i ludzie, któ­rych zna: przy­ja­ciele, rodzina, cza­sem sławne posta­cie. Dla więk­szo­ści z nas marze­nia senne to głów­nie doświad­cze­nie wizu­alne, rzadko kiedy śnimy o smaku czy zapa­chu. Sny osób nie­wi­do­mych od uro­dze­nia zdo­mi­no­wane są zaś przez wra­że­nia słu­chowe, doty­kowe i emo­cje37. Marze­nia senne czę­sto są oso­bliwe, zwy­kle jed­nak na bar­dzo pod­sta­wo­wym pozio­mie zawie­rają ele­menty naszych doświad­czeń. Co istotne, osoby pozba­wione snu REM w ciągu dnia wyka­zują więk­szy nie­po­kój, podat­ność na iry­ta­cję, agre­sję i halu­cy­na­cje, co może prze­ma­wiać na korzyść tezy, że marze­nia senne i faza REM są nie­zbędne do pra­wi­dło­wego prze­twa­rza­nia emo­cji i for­mo­wa­nia wspo­mnień emo­cjo­nal­nych38. Do tematu marzeń sen­nych jesz­cze wrócę, muszę jed­nak dodać, że są one nie­sły­cha­nie trudne w inter­pre­ta­cji. Nie dostar­czają nam poli­czal­nych danych, są cał­ko­wi­cie subiek­tywne i opo­wie­dzieć je może tylko osoba, któ­rej się przy­śniły. Nie mamy spo­sobu na ich zba­da­nie! Zyg­munt Freud wie­rzył, że marze­nia senne poka­zują nie­speł­nione pra­gnie­nia, a bada­nie snów wie­dzie do zro­zu­mie­nia pod­świa­do­mo­ści. W jego cza­sach ana­liza marzeń sen­nych była klu­czową czę­ścią psy­cho­ana­lizy. Obec­nie rola snów w psy­cho­ana­li­zie została poważ­nie zde­gra­do­wana. Naj­więk­szy pro­blem polega na tym, że bez obiek­tyw­nych, nie­za­wod­nych narzę­dzi inter­pre­ta­cja snów jest czy­stą spe­ku­la­cją; dla­tego ta domena była czę­sto zawłasz­czana przez szem­ra­nych przed­sta­wi­cieli pseu­do­nauki.

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki