Artificielt lys om natten

Siden opfindelsen af den elektriske glødepære er udbredelsen og brugen af kunstigt (artificielt) lys vokset [1] (Figur 1). Stigningen i lys om natten (gadebelysning, lysreklamer m.m.) (engelsk: artificial light at night - ALAN) er konsekvens af det moderne samfunds behov for at udnytte døgnets 24 timer til produktion. Dog skyldes ALAN i høj grad også rejseaktivitet og underholdning, herunder et stort forbrug af elektronik.

Selv om udviklingen kan opfattes positivt både fra et produktions- og menneskeligt synspunkt, kan øget ALAN have en negativ påvirkning på vores biologi og adfærd. Systemet, som er under pres i vores moderne industrialiserede samfund, kaldes det circadiane (døgnrytme) system (fra græsk circa diem = en dag). Det circadiane system regulerer og kontrollerer adskillige essentielle biologiske og adfærdsmæssige processer. Lys på de »forkerte« tidspunkter, dvs. i hvilefasen/natten, er blevet en så stor udfordring, at kunstigt lys er kommet på listen over »farlige stoffer« med indflydelse på helbredet [2]. Andre konsekvenser af ALAN er ændrede vaner og tidspunkter for socialisering, arbejde og fødeindtagelse, som også påvirker det circadiane system.

I denne artikel vil vi redegøre for lysets betydning for reguleringen af vores døgnrytme samt mulige risici ved »døgnrymeforstyrrelser« (engelsk; circadian disruption) [3], herunder helbredseffekter og velfærdssygdomme. Døgnrytmeforstyrrelser kan være et resultat af 1) eksterne faktorer såsom skifteholdsarbejde, flyvning over tidszoner (jetlag) eller af interne faktorer såsom blindhed, 2) circadian dysfunktion som følge af sygdomme i eller omkring hjerneområder herunder psykiske sygdomme eller genetik, der er involveret i døgnrytmeregulering [3].

Det circadiane system

Som en del af livet på jorden har alle levende individer tilpasset sig til skiftet mellem dag og nat betinget af jordens rotation omkring sin egen akse i forhold til solen. Længden af denne periode svarer til det astronomiske døgn på 24 timer. For mennesker deler lys og mørke således døgnet i en aktiv fase med lys samt en passiv fase med mørke. En række fysiologiske og adfærdsmæssige faktorer ændres rytmisk over døgnet, hvorved der skabes de optimale omstændigheder for bl.a. fødeindtagelse, reproduktion og søvn. Systemet, som styrer fysiologi og adfærd, kaldes det circadiane system. Døgnrytmeforskning har kortlagt systemet fra molekyle til adfærd og blev belønnet med Nobelprisen i medicin i 2017 [4]. Systemet består grundlæggende af hjernes biologiske ur, »masteruret«, nucleus suprachiasmaticus (SCN) beliggende i hypothalamus. Herfra udgår signaler til resten af kroppens organer og celler, som indeholder egne biologiske ure [5]. De molekylære komponenter i masteruret og i de perifere ure er de samme, nemlig en gruppe af såkaldte transskriptionsfaktorer, populært benævnt »klokkegener« [5]. Masteruret kan opfattes som en dirigent i et orkester, der dirigerer kroppens perifere ure, så organ- og vævsure er i fase. De enkelte ure synkroniseres med forskellig hastighed, hvilket ved rejser over flere tidszoner giver forstyrrelser (jetlag)/symptomer (Figur 2).

Da det circadiane systems periodelængde ofte afviger en smule fra det astronomiske døgn, kræver hjernens ur daglig justering. Justeringen kaldes entrainment og sker via en række eksterne påvirkninger såkaldte »zeitgebers« (tidsgivere). Den vigtigste »zeitgeber« er døgnets lys/mørke-cyklus (fotisk »zeitgeber«) [6]. I øjets nethinde findes en specialiseret gruppe af direkte lysfølsomme ganglieceller, hvis indhold af fotopigmentet melanopsin gør dem sensitive for specielt blåt lys (460-500 nm). Disse ganglieceller sender lysinformation til SCN, hvor signaler direkte påvirker nervecellernes biologiske urkomponenter (klokkegener) [7]. Da det biologiske ur ikke går så præcist som det astronomiske ur, vil der dagligt ske en lille justering, som sikrer, at et ur, som går for hurtigt eller for langsomt, justeres til det astronomiske døgn [8]. SCN-urets følsomhed for blåt lys er tids- og intensitetsafhængigt. Hvis individet stimuleres med lys om natten, har det forskellig virkning på fasen, idet lyseksponering i den første halvdel af natten rykker rytmen (søvn, hormonsekretion, temperatur etc.) tilbage (sænker urets hastighed), mens lysstimulation i den sidste halvdel af natten og tidlig morgen fremrykker fasen (øger urets hastighed) [7]. Denne faseafhængighed for lysfølsomhed er en grundlæggende egenskab i det circadiane system, som sikrer, at en person med et hurtigtgående ur (populært kaldet A-mennesker) eller et langsomt gående ur (populært kaldet B-mennesker) tilpasser sig den astronomiske lys-mørke-rytme [8]. Ved total retinal blindhed eller isolation fra dagslys, som det f.eks. kan ses ved depression, bliver hjernens ur ikke længere justeret, og uret udvikler en fritløbende rytme, som hos de fleste mennesker betyder, at søvnen kommer tiltagende sent.

Selv om dagslyset er den primære »tidsgiver«, spiller andre stimuli (nonfotiske »zeitgebers«) også en rolle i justering af hjernens ur [8]. For blinde uden nogen form for syns- eller lysopfattelse, kan indtagelse af føde på faste tidspunkter fungere som tidsgiver for det indre ur. Fødemangel påvirker specielt leverens ure, og signaler herfra kan påvirke dele af hjernen, så fødeindtagelse bliver det vigtigste justeringssignal for døgnrytmen, så længe kroppen er i kalorieunderskud [9]. Høj fysisk aktivitet, hormoner (bl.a. melatonin), social aktivitet samt visse lægemidler kan også medvirke til justering af hjernens ur [8] (se også afsnit om psykiske lidelser).

Mørkets signal, hormonet melatonin, spiller en vigtig rolle som feedback-signal på SCN-neuronerne. Det udskilles fra koglekirtlen/corpus pineale, idet koncentrationen stiger efter solnedgang og ophører ved solopgang [8]. Det enkelte individ begynder at udskille melatonin på et specifikt tidspunkt før sovetid, og melatoninkoncentrationen på dette tidspunkt kan bruges som en markør for døgnrytmen. Den kan fastlægges ved gentagne målinger af spyt- eller plasmamelatonin om aftenen. Melatonin binder sig til specifikke receptorer, som findes i mange forskellige områder af hjernen, bl.a. i SCN. Melatonin kan forsinke fasen af den endogene rytme og indgår således i den daglige justering af døgnrytmen og virker omvendt af lys på søvnfasen. Dvs. at melatonin om aftenen giver tidligere søvnfase, og melatonin om morgenen giver senere søvnfase [10].

Circadiane forstyrrelser, metabolisme, kardiovaskulær sygdom og kræft

En længerevarende forstyrrelse af synkroniseringen mellem det indre ur og nonfotiske tidsgivere kan resultere i forstyrrelse af det circadiane system [11]. Dette kan være en følge af fødeindtagelse om natten, idet metabole processer i bl.a. lever, tarm og endokrine kirtler medvirker til den metaboliske homøostase [9]. Studier tyder på, at en længerevarende circadian disruption af de metabole processer øger risiko for udvikling af sygdomme som diabetes, fedme, metabolisk syndrom og kardiovaskulær sygdom (Figur 3) [12, 13]. Undersøgelser af gen- og proteinekspression har vist, at mere end 50% af leverens gener udviser døgnrytmeændringer, og at en forstyrrelse i disse geners udtryk og deraf metabole ændringer kan korreleres til udviklingen af metabole forstyrrelser/metabolt syndrom [14, 15].

Undersøgelser har vist, at mennesker, som indtager føde om natten under skiftende vagtarbejde, kan udvikle stigende blodtryk, øget BMI, forhøjede blodsukker- og insulinniveauer samt en nedsat søvnkvalitet [15]. Data peger også på, at mennesker med en sen kronotype (B-mennesker) har en øget risiko for udvikling af metaboliske sygdomme sammenlignet med personer med en tidligere kronotype (A-mennesker) [16], og at dette kan kobles til mutationer i centrale klokkegener, som associeres til udvikling af et metabolisk syndrom [14, 17].

Brystkræft er den mest undersøgte kræftform i forhold til betydning af ALAN og circadiane forstyrrelser [18]. En række molekylære mekanismer er foreslået som årsag til den øgede risiko for kræft ved eksponering for ALAN. En ALAN-induceret hæmning af den endogene produktion af melatonin menes at øge tumorgenesen, mens nedregulering af specifikke klokkegener kan øge proliferation, migration og invasion af brystkræftceller [19]. Hos personer, der arbejder i natarbejde, er der fundet en sammenhæng mellem arbejde og et nedsat melatoninniveau [19]. Hos yngre kvinder ses en øget risiko for brystkræft ved en specifik variant af et af de centrale klokkegener [20].

Søvnforstyrrelser

Da menneskers normale hvile/søvn-periode er om natten, har lyseksponering i denne periode betydning for søvnkvalitet [2, 21]. Specielt brug af elektroniske devices (smartphones, tablets, TV), hvor det blå lys ikke er dæmpet, er med til at forstyrre døgnrytmen. Læsning på en tablet inden søvn kan sammenlignet med læsning i en fysisk bog associeres med en timinutters forsinkelse af indsovning, et lavere melatoninniveau samt en forsinkelse af den circadiane rytme [22]. Skifteholdsarbejde øger også risikoen for insomni, som selvstændigt er relateret til metabolisk og kardiovaskulær sygdom [23].

Psykiske lidelser

Indenfor de psykiske sygdomme, peger epidemiologiske studier primært på en sammenhæng mellem ALAN og affektive lidelser (depression og mani) [24], hvor de øvrige lidelser ikke er sufficient undersøgt. De affektive lidelsers patogenese og symptomatologi står i et komplekst samspil med døgnrytme- og søvnsystemet, hvilket er dokumenteret i omfattende klinisk, genetisk og dyreeksperimentel forskning [25]. I et bidirektionelt forhold kan søvn- og døgnrytmeforstyrrelser udvikles som led i affektiv sygdom ligesom søvn- og døgnrytmeforstyrrelser kan udløse affektive sygdomsepisoder. Sen kronotype er associeret med højere risiko for depression og ringere respons på antidepressiv behandling [26]. En fremrykning af døgnrytmen er associeret med et antidepressivt respons, og nogle typer antidepressiv og stemningsstabiliserende medicin har i sig selv døgnrytmestabiliserende effekter [25]. Musemodeller med fravær af centrale døgnrytmegener resulterer i fænotyper, som både imiterer den maniske og den depressive tilstand [25]. Kronoterapeutiske behandlingsmodaliteter, som direkte retter sig mod døgnrytmestabilisering (entrainment), såsom lys- og mørketerapi, søvndeprivation, social rhythm therapy og melatonerge præparater finder i tiltagende grad anvendelse i psykiatrisk behandling [25, 27]. Det biologiske grundlag for en association mellem ALAN og affektive lidelser varierer mellem de forskellige lidelser (vinterdepression, uni- og bipolar depression), men involverer forstyrrelser i døgnrytmehormonerne melatonin og kortisol samt monoaminerne serotonin og dopamin. Ved bipolar lidelse ses hyppigt komorbide metaboliske forstyrrelser, som ikke udelukkende kan forklares af livsstil eller medicinsk behandling, men muligvis kan relateres til de beskrevne metaboliske effekter af ALAN. Skifteholdsarbejde, som medfører circadiane forstyrrelser, er associeret med depression [28].

Konklusion

Udsættelse for ALAN forstyrrer menneskers circadiane system og har en negativ påvirkning på kroppen i form af en øget risiko for kræft, depression, søvnproblemer og metaboliske forstyrrelser. Nonfotiske tidsgivere, herunder fødeindtagelse under hvilefasen, fører også til en uhensigtsmæssig påvirkning af det circadiane system, ligesom for ringe eksponering for dagslys har en betydning [29]. Det enkelte individ kan gøre flere ting for at forhindre udsættelse for ALAN bl.a. undlade brug af elektronik i soveværelset, ikke sove med lyset tændt og undlade at spise sent om aftenen eller natten. Generelt giver udskiftning af traditionelle LED-pærer til dynamiske alternativer (med reduceret blåt lys) en mulighed for at mindske lysforureningen om natten [30].