Skażenie światłem: co dziś wiemy o jego wpływie na funkcjonowanie organizmu człowieka?

• Authors: Krystyna Skwarło-Sońta

Title variants

EN

Light pollution - what do we know about its effect on human physiology?

• Languages of publication: PL EN

Abstracts

PL

Funkcjonowanie organizmu człowieka i pozostałych mieszkańców Ziemi dostosowuje się do cyklicznych zmian środowiska, czyli naturalnych okresów światła i ciemności (dzień i noc) następujących po sobie z niezmienną regularnością i zawsze zamykających się w 24 godzinach doby. Rytmiczny przebieg procesów fizjologicznych generuje endogenny mechanizm molekularny, tzw. zegar biologiczny, wymagający stałej synchronizacji ze zmieniającymi się warunkami zewnętrznymi. Najważniejszym sygnałem środowiskowym, tzw. dawcą czasu, jest światło odbierane przez specjalne receptory melanopsynowe siatkówki, skąd informacja jest kierowana do głównego (centralnego) zegara mieszczącego się u ssaków w jądrach nadskrzyżowaniowych podwzgórza (SCN). Zegar SCN kontroluje procesy fizjologiczne i zachowanie, przekazuje też informację do szyszynki, produkującej i uwalniającej do krwi melatoninę, która jako hormon ciemności odpowiednio modyfikuje funkcjonowanie narządów docelowych. Zakłócenie naturalnych cykli światła i ciemności zarówno desynchronizuje pracę zegara, jak i zaburza naturalny rytm syntezy melatoniny, w istotny sposób wpływając na funkcje całego organizmu. Coraz powszechniejsze skażenie światłem, czyli jego obecność w niewłaściwym czasie i ilości, wydaje się wiązać z ogromnym wzrostem zachorowań na tzw. choroby cywilizacyjne oraz z postępującą opornością na tradycyjne środki terapeutyczne. W artykule są omówione niektóre aspekty tego wpływu na ludzi na podstawie dostępnych badań populacyjnych.

EN

Diurnal rhythms and seasonal cycles operating in humans and other living organisms adjust their function to the sequence day/night, and allow to anticipate the next day sunrise. Generated by the endogenous molecular mechanism (i.e. biological clock), diurnal rhythms are synchronized with the actual external conditions by the environmental cues, with light being the most potent of them. Coordinating effect of light is exerted through the non-visual pathway starting in the melanopsin containing receptors of the retina and going to the master clock. Located in mammals in the suprachiasmaticus nucleus (SCN), master clock controls majority of downstream physiological processes and behavior. Information on the daily light cycle is sent also to the pineal gland, producing and releasing its main hormone melatonin as a biochemical substrate of darkness, perceived by the effector organs. Interruption of the natural circadian light-dark cycle desynchronizes functioning of the master clock and disrupts the normal melatonin rhythm, leading to the serious pathophysiological consequences. Increasing prevalence of the inappropriate presence of light, i.e. light pollution, adversely affects human physiology, and seems to be responsible for an important increase in several civilization-related illness and, even more dangerous, increased resistance to the conventional treatments. Present article discusses some aspects of the effect of light pollution based on the population studies.

Keywords

PL

zegar biologiczny; skażenie światłem; światło w nocy; melatonina; choroby cywilizacyjne

• Journal: Kosmos
• Year: 2015
• Volume: 64
• Issue: 4
• Pages: 633-642

Dates

published

2015

Contributors

author

Krystyna Skwarło-Sońta

• Zakład Fizjologii Zwierząt, Instytut Zoologii, Wydział Biologii, Uniwersytet Warszawski, Miecznikowa 1, 02-096 Warszawa, Polska

References

• Balsalobre A., 2002. Clock genes in mammalian peripheral tissue. Cell Tiss. Res. 309, 193-199.
• Bell-Pedersen D., Cassone V. M., Earnest D. J., Golden S. S., Hardin P. E., Thomas T. L., Zoran M. J., 2005. Circadian rhythms from multiple oscillators: lesson from diverse organisms. Nat. Rev. Genet. 6, 544-556.
• Berson D. M., Dunn F. A., Takao M., 2002. Phototransduction by retinal ganglion cells that set the circadian clock. Science 295, 1070-1073.
• Bębas P., 2010. O złożoności zegara biologicznego owadów, czyli jak narządy odmierzają czas. Kosmos 59, 497-511.
• Fonken L. K., Nelson R. J., 2014. The effect of light at night on circadian clocks and metabolism. Endocrine Rev. 35, 648-670.
• Fonken L. K., Aubrecht T. G., Melendez-Fernandez O. H., Weil Z. M., Nelson R. J., 2013. Dim light at night disrupts molecular circadian rhythms and increases body weight, J. Biol. Rhyth. 28, 262-271.
• Froy O., 2007, The relationships between nutrition and circadian rhythms in mammals. Frontiers Neuroendocrinol. 28, 61-71.
• Fu L., Lee C. C., 2003. The circadian clock: pacemaker and tumor suppressor. Nat. Rev Cancer 3, 350-361.
• Gangwisch J. E., 2014. Invited commentary: Nighttime light exposure as a risk factor for obesity through disruption of circadian and circannual rhythms. Am. J. Epidemiol, 180, 251-253.
• Haim A., Zubidat A. E., 2015. Artificial light at night: melatonin as a mediator between the environment and epigenome. Phil. Trans R Soc. B 370, dx.doi.org/10.1098/rstb.2014.0121
• Hastings M. H., Reddy A. B., Maywood E. S., 2003. A clockwork web: circadian timing in brain and periphery, in health and disease. Nat. Rev. Neurosci. 4, 649-661.
• Hunt T., Sassone-Corsi P., 2007. Riding tandem: Circadian clocks and the cell cycle. Cell 129, 461-464.
• Krzeptowski W. D., 2012. Molekularne mechanizmy zegara okołodobowego, czyli jak organizmy mierzą czas. Kosmos 61, 305-318
• Kudo T., Horikawa K., Shibata S., 2007. Circadian rhythms in the SCN and peripheral clock disorders: the circadian clock and hyperlipidemia. J. Pharmacol. Sci. 103, 139-143.
• Leproult R., Holmback U., Van Cauter E., 2014. Circadian misalignment augments markers of insulin resistance and inflammation, independently of sleep loss. Diabetes 63, 1860-1869.
• McFadden E., Jones M. E., Schoemaker M. J., Ashworth A., Swerdlow A. J., 2014. The relationship between obesity and exposure to light at night: cross-sectional analyses of over 100,000 women in the breakthrough generation study. Am. J. Epidemiol, 180, 245-250.
• Papantoniou K., Castano-Vinyals G., Espinosa A., Aragones N., Perez-Gomez B., Burgos J., Gomez-Acebo I., Llorca J., Jimenez-Moleon J. J., Arredondo F., Tardon A., Pollan M., Kogevinas M., 2015. Night shift work, chronotype and prostate cancer risk in the MCC-Spain case-control study. Int. J. Cancer 137, 1147-1157.
• Parent M.-E., El-Zein M., Rousseau M.-C., Pintos J., Siemiatycki J., 2012. Night work and the risk of cancer among men. Am. J. Epidemiol, 176, 751-759.
• Reutrakul A., Van Cauter E., 2014. Interactions between sleep, circadian function, and glucose metabolism: implications for risk and severity of diabetes. Ann. NY Acad. Sci. 1311, 151-173.
• Sanchez-Barcelo E. J., Cos S., Mediavilla D., Martinez-Campa C., Gonzalez A., Alonso-Gonzalez C., 2005. Melatonin-estrogen interactions in breast cancer. J. Pineal Res. 38, 217-222.
• Sigurdardottir L. G., Valdimarsdottir U. A., Fall K., Rider J. R., Lockley S. W., Schemhammer E., Mucci L. A., 2012. Circadian disruption, sleep loss, and prostate cancer risk: a systematic review of epidemiologic studies. Cancer Epidemiol. Biomark. Prev. 21, 1002-1011.
• Skwarło-Sońta K., 2014a. Funkcjonowanie zegara biologicznego człowieka w warunkach skażenia światłem. Prace Studia Geograficzne 53, 129-144.
• Skwarło-Sońta K., 2014b. Melatonina: hormon snu czy hormon ciemności? Kosmos 63, 223-231.
• Skwarło-Sońta K., Majewski P. M., 2010. Melatonina, wielofunkcyjna cząsteczka sygnałowa w organizmie ssaka: miejsca biosyntezy, funkcje, mechanizmy działania. Folia Med. Lodziensia 37, 1-41.
• Stevens R. G., Zhu Y., 2015. Electric light, particularly at night, disrupts human circadian rhythmicity: is that a problem? Phil. Trans R Soc. B, 370, doi.org/10.1098/rstb.2014.0120.
• Stevens R. G., Blask D. E., Brainard G. C., Hansen J., Lockley S. W., Provencio I., Rea M. S., Reinlib L., 2007. Meeting report: The role of environmental lighting and circadian disruption in cancer and other diseases. Environ. Health Perspect. 115, 1357-1362.
• Wood B., Rea M. S., Plitnick B., Figueiro M. G., 2012. Light level and duration of exposure determine the impact of self-luminous tablets on melatonin suppression. Appl. Ergonom., http://dx.doi.org/10.1016/j.apergo.2012.07.008.
• Wright Jr. K. P., McHill A. W., Birks B. R., Griffin B. R., Rusterholz T., Chinoy E. D., 2013. Entrainment of the human circadian clock to the natural light-dark cycle. Curr. Biol. 23, 1554-1558.
• Xiang S., Dauchy R. T., Hauch A., Mao L., Yuan L., Wren M. A., Belancio V. P., Mondal D., Frasch T., Blask D. E., Hill S. M., 2015. Doxorubicin resistance in breast cancer is driven by light at night-induced disruption of the circadian melatonin signal. J. Pineal Res. 59, 60-69.