Greinar / 5. nóvember 2019

Sólarklukka, staðarklukka og dægurklukka

Flest þekkjum við einstaklinga sem eiga í vandræðum með að sofna á kvöldin, fara jafnvel ekki í rúmið fyrr en eftir miðnætti, þó þeir þurfi að vakna snemma og viti fullvel að svefninn þá nóttina verður of stuttur. Aðrir einstaklingar eru sérstaklega kvöldsvæfir og vakna þá mjög snemma, en langflestir kjósa að haga svefntíma sínum þarna á milli (kl. 22–23 og 6–7). En hvað er það sem hefur áhrif á að fólk flokkast sem morgunhani eða nátthrafn, A- eða B-manneskja? Í grunninn ráða erfðir um það til hvaða dægurgerðar (chronotype), morgun- eða kvöldgerðar, við teljumst. En fleira kemur til, m.a. koma við sögu þrjár ólíkar klukkur, sólar- og staðarklukka (ytri klukkur) og dægurklukka (innri klukka), sem tengjast þó innbyrðis.

Sólarklukkan hefur nokkra yfirburði, þar sem hún endurspeglar snúning jarðar um sólu en jafnframt líka um möndul sinn. Sólartími ræðst þannig af stöðu sólmiðju miðað við sjóndeildarhring; á hverjum stað er eiginlegt hádegi skilgreint þegar sólin er þar hæst á lofti (ca. kl. 12) og miðnætti 12 klukkustundum síðar.

Staðarklukkan tekur mið af sólarklukkunni – en er oft á skjön við hana. Jörðinni er skipt í 24 tímabelti (15 lengdarbaugar í hverju tímabelti) þar sem tímabelti 1 gengur í gegnum 0° lengdarbauginn. Þar er svokallaður heimstími, UTC (Coordinated Universal Time), líka kallað GMT (Greenwich Mean Time).

Staðartími er háður stjórnvaldsákvörðun í hverju landi. Dæmi:

  • Í mörgum löndum er bæði sumar- og vetrartími, og tímastillingu því breytt tvisvar á ári.
  • Í sumum löndum er sumartími festur af „hagkvæmnisástæðum“ líkt og á Íslandi þar sem staðarklukkan er 1 klst. of fljót miðað við sólarklukku (hádegi kl. 13-13:30).
  • Sami staðartími er í Kína, þó að landið spanni í raun 5 tímabelti. Þar er því óhjákvæmlega mikill munur á því hvenær dagsins (eða klukkan hvað) sólin kemur upp við vestur- og austurlandamæri þess ríkis.

Daglegt líf fólks er jafnan skipulagt miðað við staðarklukkuna.

Dægurklukkan tekur aðallega mið af sólarklukkunni, en líka af staðarklukkunni – en getur verið á skjön við þær báðar.

  • Dægurklukkan byggir á innbyggðri taktbundinni frumuvirkni í heila.
  • Hún gengur í takt við sólarhringinn, með því að styðjast við merki frá báðum ytri klukkum.
  • Sólarklukka: dagsbirta er skynjuð og upplýsingum um hvenær nótt og dagur ríkir miðlað til innra umhverfis líkamans.
  • Staðarklukka: reglulegur tímarammi sem við setjum um daglega hegðun okkar, matmálstímar, umhverfishljóð o.fl.
  • Svefn er háður stillingu dægurklukkunnar; á ákveðnum tíma sólarhrings er best að sofna.

Þegar best lætur ganga þessar þrjár klukkur saman í takti. En ef staðarklukku er t.d. flýtt miðað við sólarklukku, aukast líkur á því að dægurklukkunni seinki!

Hvað er dægurklukka?

Rannsóknir hafa sýnt fram á tilvist klukkugena í sérstökum frumuklasa sem kallast dægurklukka (circadian clock; einnig kölluð líkams- eða lífklukka) og að samsetning og breytileiki þeirra hafa afgerandi áhrif til að ákvarða dægurgerð einstaklings. Allflestar lífverur hafa einhvers konar afbrigði af slíkri dægurklukku og hjá manninum er aðsetur hennar í krossbrúarkjarna (SCN) í undirstúku heilans. Hlutverk dægurklukku er að miðla upplýsingum um dægur, þ.e. dag og nótt, til frumna lífverunnar. Dægurklukkan sendir áfram boð um taugabrautir til annarra heilasvæða og samhæfir fjölmarga lífeðlisfræðilega ferla í líkamanum í takti við birtuna í umhverfinu. Þannig koma fram dægursveiflur (circadian rhythms) í virkni þessara ferla. Innbyggð taktbundin virkni dægurklukkunnar er nokkurn veginn jafnlöng sólarhringnum (circa-dian). En þó ekki alveg. Hún mælist nefnilega ívið lengri en 24 tímar (um það bil 24,2 klst) við stöðugar aðstæður, þar sem alger einangrun frá ytra umhverfi er tryggð. En við eðlileg skilyrði eru henni settar skorður með tímamerkjum frá umhverfinu og mælist með 24 tíma takt. Dagsbirtan sem er háð stöðu sólar er langmikilvægasta merkið. Flest önnur merki tengjast staðarklukkunni, svo sem félagslegur tímarammi, sem fólk setur um sína daglegu hegðun (vinna, skóli) og ekki hvað síst reglubundnir matmálstímar. Raflýsing hefur líka mikil áhrif á dægurklukkuna, ljós á kvöldin seinkar henni en ljós á morgnana flýtir henni1.

En hvernig frétta frumur líkamans hvort það er dagur eða nótt?

Augu okkar skynja dagsbirtu með sérstökum skynfrumum, ljósnemum. Þessar frumur eru með litarefni sem brotna niður við tiltekna orku ljóseinda í sýnilega ljósinu (400-700 nm) og við það fara af stað taugaboð. Frá ljósnemunum sem koma að venjulegri sjónskynjun okkar (stafir og keilur) fara boð um ljós gegnum brautir til heilasjónbarkar. Úrvinnsla þar gerir okkur kleift að sjá myndir í gráskala eða lit, allt eftir því hvernig birtuskilyrði eru. En ekki fyrir ýkja löngu fundust enn aðrir birtunæmir skynnemar í sjóninni. Rannsóknir sýna að þeir birtunemar eru sérstaklega næmir fyrir bláu ljósi (nálægt 480 nm) í litrófinu. Boð frá þeim fara beint til dægurklukkunnar og þaðan áfram til heilaköngulsins (pineal gland), þar sem hormónið melatónín er framleitt. Það er þó einungis í myrkri sem melatóníni er seytt út í blóðið. Það ber því frumum líkamans þau skilaboð að nótt ríki2 . Ljósaskiptin í tengslum við sólarupprás og sólsetur eru því mjög mikilvæg merki til dægurklukkunnar.

Melatónín hlýtur þá að vera mjög breytilegt yfir sólarhringinn og líka milli árstíða?

Já – dægursveiflur eru í melatónín, það mælist í litlum styrk yfir daginn, en þegar rökkvar eykst losun melatóníns úr heilaköngli í blóðið. Um miðbik nætur hefur styrkur melatóníns margfaldast en undir morguninn fellur hann á nýjan leik.

Rannsóknir á mönnum hafa sýnt að á veturna hækkar styrkur melatóníns fyrr á kvöldin og er lengur í blóðinu – og endurspeglar þannig styttri daga3.

En nútímaraflýsing hefur afgerandi áhrif líka: á kvöldin seinkar hún melatónínaukningunni í blóði og á morgnana dregur hún úr melatónínstyrk. Díóðuljós (LED-perur) auka enn áhrifin miðað við fyrri lýsingu með glóperum, þar sem bláar ljósbylgjur eru öflugar í þeim.

Hvað hefur dægurklukkan með svefn að gera?

Í stuttu máli má segja að dægurklukkan knýi áfram og samhæfi margbreytilega virkni í líkamanum, sem sveiflast yfir sólarhringinn. Dæmi um það eru dægursveiflur melatóníns og líkamshita, sem eru í takti en andhverfar. Styrkur melatóníns nær hámarki þegar líkamshitinn er hvað lægstur og öfugt (sjá 1. mynd). Svefn og vaka sýna líka dægursveiflur. Við eigum auðveldast með að sofna fyrri hluta nætur, þegar líkamshitinn er að lækka og melatónín hækkar og þá eru mestar líkur á djúpsvefni. Djúpsvefninn er reyndar sá hluti svefns sem er mest endurnærandi, nauðsynlegur til vaxtar (vaxtarhormóni er seytt í djúpsvefni) og viðhalds líkamans. Nýlegar rannsóknir sýna einnig að þá fer fram mikilvæg hreinsun niðursbrotsefna í heilanum. Þegar líkamshiti okkar hækkar á ný, sofum við léttar og draumsvefn verður algengari. Og loks vöknum við! Þannig gefur dægurklukkan okkur óbeinar upplýsingar um hvenær sólarhringsins hagstæðustu skilyrði eru til að fá góðan svefn.

klukka mynd 1.jpg

En skipta þær upplýsingar einhverju máli? Við getum jú vakað þegar við viljum – og svo sofum við! Þetta er að hluta til rétt. Við búum yfir vilja, sem gerir okkur auðveldlega kleift að vaka lengur en 16 klst. á sólarhring (ef miðað er við 8 klst. svefn), ef og þegar það hentar okkur – og þar hjálpar raflýsingin okkur. Við getum hins vegar ekki vakað í ótakmarkaðan tíma; að því kemur að svefninn sigrar okkur. Svefnþörfin sem safnast upp í vöku, byggir á lífeðlisfræðilegri stjórnun og hana má mæla (heilarit, blóðborin efni). Hún er háð lengd vökutímans á undan og gæðum og magni fyrri svefns. Þess vegna m.a. getum við ekki alltaf sofnað, þegar við viljum. Almennt má fullyrða að bestu svefngæðin fáist þegar vilji stendur til þess að leggjast til svefns með uppsafnaða svefnþörf eftir eðlilega vöku og dægurklukkan er stillt á nótt, þ.e. á kjörsvefntíma.

Getur dægurklukkunni seinkað – og við hvaða aðstæður?

Já, því eins og áður hefur komið fram hefur dægurklukkan innbyggðan eiginleika til að seinka sér (ívið lengri en 24 klst). Fjölmargar rannsóknir hafa sýnt að í algerri einangrun frá umhverfinu þá seinkar henni jafnt og þétt um nokkrar mínútur (9-15 mín) á dag og þar með líka líkamsferlum, sem sýna dægursveiflur.

Melatónín hækkun verður seinna, líkamshitinn fellur seinna og þess vegna er sterk tilhneiging til að seinka svefntíma (2. mynd). Þá þyrfti fótaferðartíma líka að seinka til þess að viðhalda eðlilegri svefnlengd. Fyrir langflesta er möguleiki á því um helgar og á frídögum, þegar möguleiki er á því að lengja svefninn með því að sofa út, en á vinnudögum er annað uppi á teningnum. Þá þarf oftast að vakna snemma (kl. 6-8) til að mæta til vinnu eða skóla og þá aukast heldur betur líkur á því að svefninn styttist í annan endann. Enda eru einstaklingar sem hafa seinkaða dægurklukku gjarnan vansvefta á virkum dögum.

klukka mynd 2.jpg

Það misræmi sem algengt er að verði á tímasetningu svefnsins á frídögum og vinnudögum hefur verið nefnt klukkuþreyta (social jetlag)4 . Einkenni klukkuþreytu líkist um margt því sem fylgir þotuþreytu (jetlag): ófullnægjandi svefn, syfja, skert einbeiting, pirringur, meltingartruflanir o.fl. Einkenni þotuþreytu ganga yfirleitt til baka á nokkrum dögum, þegar dægurklukkan er stillt til samræmis við staðarklukkuna. En klukkuþreyta aftur á móti og afleiðingar hennar geta verið viðvarandi. Þá ná einstaklingar ekki þessari samstillingu og dægurklukkan er stöðugt seinkuð.

Rétt er að taka fram, að ef seinkun dægurklukku er smávægileg (t.d. helgarseinkun) tekst okkur oftast að leiðrétta án mikilla vandkvæða, en eftir því sem henni seinkar meira þeim mun erfiðara er að snúa henni til baka.

Hvaða þættir ýta undir seinkun dægurklukkunnar?

  • Vaka fram á nótt - sofa út. Flest þekkjum við það að seinka háttatíma á frídögum, þegar ekki er þörf á að vakna snemma morguninn eftir. Freistandi er t.d. að vaka lengur á föstudags- og laugardagskvöldi og sofa bara út morguninn eftir. En þegar við reynum að sofna snemma á sunnudagskvöldi, með þeim ásetningi að ná góðum nætursvefni í upphafi nýrrar vinnuviku, er það hægara sagt en gert. Dægursveiflum okkar hefur seinkað og það gengur frekar treglega að tosa þær fram. Oftast höfum við þó rétt svefntímann af þegar komið er að næstu helgi!
  • Raflýsing og notkun snjalltækja á kvöldin. Mikil birta á kvöldin kemur í veg fyrir að eðlileg boð um nótt (myrkur, minni dagsbirta) berist heilanum. Töf verður á losun melatóníns í blóðið og kjöraðstæður til svefns skapast í raun ekki fyrr en ljósin hafa verið slökkt. Lýsing í snjalltækjum er sérstaklega bagaleg, þar sem það ljós innheldur mikið af bláum ljósbylgjum (ca 480 nm), sem birtunemarnir í auganu eru mjög næmir fyrir. Þess vegna er eitt helsta ráð til að stuðla að góðum svefni að dempa ljósin heima á kvöldin og hætta að nota snjalltækin 1-2 klukkutíma fyrir áætlaðan háttatíma5 . Þannig má draga úr líkum á klukkuþreytu.
  • Kynþroski. Rannsóknir sýna að hormónabreytingar við kynþroska valda lengingu dægurklukkunnar, sveiflan verður enn lengri en 24,2 klst. Þannig verður innbyggð tilhneiging til seinkunar enn meiri hjá unglingum en öðrum aldurshópum6 – og auknar líkur á klukkuþreytu.
  • Vaktavinna. Vaka að nóttu í upplýstu umhverfi ýtir undir seinkun dægurklukku og hætta á klukkuþreytu eykst. Nútímasamfélag krefst þess æ meir að unnið sé nánast allan sólarhringinn. Skipulag vakta er lykilatriði í því að draga úr neikvæðum áhrifum vaktavinnu á líðan. Meginreglan er sú að færa vaktir með sólarganginum: morgunn ® síðdegi/kvöld ® nótt, með nauðsynlegum vaktafríum á milli. Ef um langvarandi tímabil er að ræða, þar sem unnið er um nætur og sofið á daginn geta dægursveiflur raunar snúist algerlega við – og það er í góðu lagi ef einstaklingurinn heldur og getur þrifist í þeim takti. En af sjálfu leiðir að í nútímasamfélagi reynist slíkt vaktafyrirkomulag erfitt fyrir langflesta.
  • Flugferð yfir mörg tímabelti - þotuþreyta. Eftir að hafa þverað nokkur tímabelti gæti dægurklukka verið stillt á dag (eða nótt) þegar staðartíminn í komulandinu er nótt (eða dagur). Þá reynist flestum erfitt að sofa að nóttu, þegar líkaminn er í raun stilltur á vöku og öfugt. Nokkra sólarhringa tekur venjulega að samræma dægurklukku og staðarklukku – og óþægindin sem af þessu stafa ganga yfir. Hversu vel það gengur er m.a. háð því í hvora áttina flogið er, austur eða vestur. Þegar ferðast er í vesturátt er misræmið leiðrétt með því að seinka dægurklukkunni, sem er okkur jú eðlislægt. Aftur á móti þegar flogið er í austurátt er nauðsynlegt að flýta henni til að samstilla klukkurnar tvær og það er mun erfiðara, eins og áður hefur komið fram er, vegna lengdar dægurklukkunnar (>24 klst).
  • Of fljót klukka og/eða sumartími. Víða um heim, er staðarklukkunni flýtt snemma á vorin og síðan seinkað að hausti. Tilgangurinn er að fjölga birtustundum í vöku, með því að nýta morgunbirtuna á sumrin betur og lengja birtutímann á kvöldin. Með því að flýta staðarklukkunni verða eiginlegar dagsbirtubreytingar, sólarupprás og sólsetur, seinna miðað við nýja klukkustillingar. Þeir einstaklingar sem lifa nokkuð reglubundnu daglegu lífi, m.ö.o. eiga ekki í vandræðum með að stilla dægurklukkuna með merkjum sem byggja á staðarklukkunni, ráða allflestir þokkalega við þetta. Þekkt er þó að slysatíðni eykst dagana fyrir og eftir klukkubreytingar og einnig margvísleg heilsutengd áföll7,8. Rétt er að hafa í huga að yfirleitt er klukkan eingöngu stillt of fljót yfir sumarið, þegar birtutími er hvort sem er langur. Á veturna er þetta leiðrétt og henni aftur seinkað. Evrópuþjóðir stefna nú að því að hætta þessu klukkuhringli, en ekki hefur verið enn tekin ákvörðun um hvort verður fyrir valinu, réttur tími (vetrartími) eða sumartími. Í Bandaríkjunum er það sama uppi á teningnum og í ýmsum fylkjum hefur sumartími þegar verið lögboðinn. Sérfræðingar í svefni og dægursveiflum mæla sterklega gegn því síðarnefnda vegna líklegra neikvæðra áhrifa á heilsuna7,8. Hér á landi var klukkunni breytt vor og haust fram til 1968, en þá var ákveðið að festa tímann og fyrir valinu varð einmitt sumartími.

Íslendingar á norðurhjara veraldar!

Sólargangur á hverju landsvæði er háður hnattstöðu þess og árstíðum. Rannsóknir hafa sýnt þá tilhneigingu að dægurklukku fólks seinki því fjær frá miðbaugi sem búsetulandið er9 . Enn aðrar rannsóknir sýna að einstaklingar sem búa vestast í tilteknu landi hafa seinni dægurgerð (fara seinna að sofa) en þeir sem búa austast, þrátt fyrir sama staðartíma10,11. Þetta er talið skýrast af tímasetningu ljósaskiptanna, vestast rís sólin seinna upp og sest líka seinna en austast.

Sú staðreynd að Ísland liggur norðarlega á hnettinum leiðir óhjákvæmilega til þess að birtustundir varða fáar um hávetur, en nær sífelld birta yfir hásumarið. Landið er jafnframt vestast í því tímabelti sem staðarklukkan er miðuð við, sem seinkar sólargangi á landinu um 1 klst. að meðaltali á dag (60 mín. austast og 90 mín. vestast). Í svartasta skammdeginu verður því ekki birting fyrr en upp úr kl. 10 á morgnana. Jafnvel þó birtumerkið sé veikt eins og á veturna benda rannsóknir til þess að við búum yfir hæfileika til að skynja breytileikann í birtustigi og samsetningu ljóssins12. Það á einnig við á sumrin þegar birtan ein ríkir nær allan sólarhringinn. Samstilling sólar- og dægurklukku er með öðrum orðum möguleg allt árið um kring.

En eins og áður hefur komið fram gegna aðrir þættir en dagsbirtan veigamiklu hlutverki til að stilla dægurklukkuna og við nýtum þá ekki hvað síst á veturna. Vekjaraklukkan, umhverfishljóð (umferð, útvarp), reglubundnir matmálstímar og annað skipulag á vökutímanum sem byggist á staðarklukkunni; allir þessir þættir hjálpa okkur að tengja við tíma dagsins. Og því er það þannig, að þrátt fyrir of fljóta staðarklukku og seinkun á ljósaskiptum hér á landi, getur fólk haldið dægurklukku sinni nokkuð réttri og fengið nægan svefn. Þannig er það ofmælt, að þegar Reykvíkingar vakna t.d. kl. 7 á morgnana sé innri klukka þeirra allra stillt á 5:30. En þeir eru fjölmargir sem ekki tekst að stilla dægurklukkuna miðað við klukkuna á veggnum eða símanum, og seinka sér; þeir fara almennt seint í háttinn og hafa því ekki fengið fullan svefn, þegar þeir neyðast til að vakna. Nýlegar rannsóknir sýna raunar að svefn íslenskra unglinga (16 ára) mælist um það bil 6 klukkustundir13, en styttri svefn er talinn skaðlegur heilsunni. Fyrri rannsóknir staðfesta það að Íslendingar fara almennt seint í rúmið og íslensk ungmenni fara seinna að sofa en jafnaldrar víðs vegar um heim14,15.

Íslendingar búa á norðurhjara veraldar, þar sem birtuskilyrði eru alls ólík að sumri og vetri. Landið liggur jafnframt vestast í því tímabelti sem ákvarðað var fyrir rúmri hálfri öld.

Því fyrrnefnda verður ekki breytt, landinu verður ekki hnikað sunnar á hnöttinn. Það síðara er hins vegar í okkar höndum að breyta. Með því að leiðrétta staðarklukku yrði dregið úr líkum á misræmi hennar og dægurklukkunnar. En vissulega þarf að horfa til fleiri þátta í okkar daglega lífi í þessu sambandi, eins og tæpt hefur verið á hér að framan. Samstilling dægurklukku og staðarklukku er forsenda þess að við fáum góðan og endurnærandi svefn, sem er ein af grunnstoðum góðrar heilsu.

Heimildir:

  1. Duffy JF, Czeisler CA (2009). Effect of light on human circadian physiology. Sleep Med Clin.
  2. Pfeffer M, Korf HW, Wicht H (2018). Synchronizing effects of melatonin on diurnal and circadian rhythms. Gen Comp Endocrinol.
  3. Stokkan KA, Reiter RJ (1995). Melatonin rhythms in Arctic urban residents. J Pineal Res.
  4. Wittman M et al. (2006). Social jetlag: misalignment of biological and social time. Chronobiol Int.
  5. Cabré-Riera A et al. (2019). Telecommunication devices use, screen time and sleep in adolescents. Env Res.
  6. Hagenauer MH, Lee TM (2012) The endocrine control of the circadian system: adolescent chronotype. Front Neuroendocrinol
  7. Roenneberg T, Wirz-Justice A, Skene D (2019). Why should we abolish Daylight Saving Time? J Biol Rhythms
  8. Watson NF (2019). Time to show leadership on the Daylight Saving Time debate. J Clin Sleep Med
  9. Porcheret K et al. (2018). Chronotype and environmental light exposure in a student population. Chronobiol Int.
  10. Roenneberg T, Kumar CJ, Merrow M (2007). The human circadian clock entrains to sun time. Curr Biol.
  11. Borisenkov MF (2011). The pattern of entrainment of the human sleep- -wake rhythm by the natural photoperiod in the north. Chronobiol Int.
  12. Woelders T et al. (2018). Intergration of color and intensity increases time signal stability for the human circadian system when sunlight is obscured by clouds. Sci Report
  13. Rögnvaldsdottir V et al. (2018). Hreyfing og svefn reykvískra ungmenna. Læknablaðið
  14. Gradisar M et al. (2011) Recent worldwide sleep patterns and problems during adolescence: A review and meta-analysis of age, region and sleep. Sleep Medicine.
  15. Thorleifsdottir B et al. (2002). Sleep and sleep habits from childhood to young adulthood over a 10-year period. J Psychosom Res.

Nýtt á vefnum