Światło słoneczne to jeden z podstawowych bodźców środowiskowych niezbędnych dla większości organizmów żywych, w tym również człowieka. Tymczasem we współczesnym świecie coraz częściej borykamy się z jego niedoborem, co może prowadzić do pogorszenia nastroju i niewystarczającej stymulacji procesów fizjologicznych. W dużym stopniu problem wynika z naszego trybu życia i częściowego izolowania się od naturalnego oświetlenia, a przecież światło słoneczne o odpowiednim natężeniu jest nam potrzebne do życia. Jeśli dodać do tego nadmierną ekspozycję na oświetlenie sztuczne w porze wieczornej, to okaże się, że przebywanie na zewnątrz, zwłaszcza przy słonecznej pogodzie i w odpowiedniej porze dnia, może przynieść nam wiele pożytku.
AUTOR: Joanna Wieczorek, IMGW-PIB/Centrum Modelowania Meteorologicznego, Zakład Analiz Meteorologicznych i Prognoz Długo-terminowych
O możliwości korzystania z kąpieli słonecznych, czyli bezpośredniej ekspozycji na oświetlenie naturalne, decydują czynniki astronomiczne i miejsce zamieszkania (długość dnia, natężenie promieniowania oraz kąt padania promieni słonecznych, ograniczenia wynikające z zasłonięcia widnokręgu w mieście), styl życia (ile czasu spędzamy w terenie otwartym, ekspozycja pomieszczeń), a przede wszystkim lokalne warunki meteorologiczne (zachmurzenie, występowanie zjawisk, przejrzystość atmosfery). Okres w jakim rośliny, zwierzęta i ludzie są wystawione na działanie światła, w cyklu dobowym lub rocznym, nazywany jest fotoperiodem. W meteorologii używa się dwóch pojęć: usłonecznienia możliwego – określającego liczbę godzin od wschodu do zachodu słońca w terenie otwartym – oraz usłonecznienia rzeczywistego – oznaczającego czas z dopływem bezpośredniego promieniowania słonecznego danej doby.
Maksymalny czas z dopływem promieniowania słonecznego w Polsce przypada 21 czerwca, w dniu przesilenia letniego, i wynosi od 16 godz. 15 min. i 18 sek. w Zakopanem do 17 godz. 19 min. i 4 sek. w Łebie. Z kolei najkrótszy okres z występowaniem naturalnego światła słonecznego to dzień przesilenia zimowego, 21 grudnia, zaledwie od 7 godz. 13 min. i 28 sek. w Łebie do 8 godz. 11 min. i 1 sek. w Zakopanem.
Jak widzimy światło?
Prosty schemat wygląda następująco. Komórki siatkówki odbierają sygnał o bodźcu świetlnym, który następnie przekazywany jest do mózgu na dwa sposoby – drogą wzrokową odpowiedzialną za widzenie (od czopków i pręcików przez nerw wzrokowy aż do kory potylicznej) oraz krótszą drogą siatkówkowo-podwzgórzową (od komórek melanopsynowych bezpośrednio do zegara biologicznego w jądrach nadskrzyżowaniowych)[1]. Obie ścieżki są ważne, ponieważ umożliwiają samoregulację naszego wewnętrznego zegara biologicznego. Co ciekawe bodźce świetlne odbieramy nawet podczas snu, gdy mamy zamknięte powieki. Również osoby niewidome doświadczają światła – aż u 77 proc. z nich stwierdza się normalną, zgodną z warunkami środowiskowymi, synchronizację zegara biologicznego[2]. Dzieje się tak, ponieważ uszkodzenie nerwu wzrokowego, które uniemożliwia widzenie, nie eliminuje możliwości percepcji światła i zachowania rytmu dobowego, choć u osób niewidomych/niedowidzących rytm dobowy bywa często opóźniony.
Zegar sterowany światłem
Światło słoneczne, poza tym, że ma zdecydowanie korzystny wpływ na nastrój, jest bardzo ważnym środowiskowym „dawcą czasu” (tzw. zeitgeber) dla wewnętrznego zegara biologicznego wielu organizmów na Ziemi. W uproszczeniu, zegar odbiera sygnały ze środowiska i analizuje ile trwa okres ze światłem, w jakich porach doby występuje, czy ulega skróceniu czy wydłużeniu oraz jaka jest ilość i jakość światła. U człowieka informacje te przetwarza szyszynka zlokalizowana w podwzgórzu, czyli w centralnej części mózgu. Pobudzenie szyszynki w okresie ciemności skutkuje uruchomieniem wydzielania przez nią melatoniny. Hormon ten jest neuroprzekaźnikiem – trafia bezpośrednio do krwioobiegu, przenika przez błony komórkowe i daje sygnał dla komórek zegara biologicznego, który z kolei generuje rytm do działania podrzędnych mu „zegarów peryferycznych”. A te zlokalizowane są na przykład w tarczycy, sercu, trzustce i wątrobie, układzie odpornościowym czy płciowym. W ten sposób melatonina kontroluje wiele fizjologicznych procesów zachodzących w organizmie[3].
Działający bez zakłóceń zegar wspomaga utrzymanie homeostazy, dzięki czemu organizm lepiej znosi zmiany zachodzące w otaczającym go środowisku, choćby uciążliwe warunki meteorologiczne. To ważne zwłaszcza w tzw. okresie przejściowym – szczególnie wiosną i jesienią. Organizm mieszkańca strefy klimatu umiarkowanego musi się wtedy przestawić z adaptacji do chłodu na adaptację do gorąca i odwrotnie. I to nawet z dnia na dzień, co bywa dużym obciążeniem. W ostatnich latach, wraz ze zmianą klimatu i większą zmiennością pogody, terminy tej okresowej adaptacji bywają zaskakujące. Wspomnijmy choćby meteorologiczną huśtawkę z przełomu tego roku. W Warszawie jeszcze 28 grudnia 2022 roku temperatura minimalna była ujemna, a cztery doby później, 1 stycznia 2023 roku, odnotowano temperaturę maksymalną 18,9°C.
Jednocześnie ten obciążający okres pogodowych i oświetleniowych fluktuacji zbiega się z urzędową zmianą czasu na tzw. czas letni – opóźniony w Polsce o godzinę w stosunku do czasu wynikającego z położenia geograficznego w strefie południka 15°E. Gdy ponad sto lat temu kolejne państwa zaczęły wprowadzać czas letni – z uwagi na szacowane oszczędności w zużyciu energii elektrycznej – nikt nie brał pod uwagę potencjalnych fizjologicznych obciążeń tego rozwiązania. W konsekwencji pojawia się różnica pomiędzy czasem biologicznym, ustalonym przez wewnętrzny zegar, a czasem społecznych aktywności. Ten drugi w pewnym stopniu wymusza dostosowanie się do podejmowania określonych czynności w konkretnej porze dnia, na co organizm, który nie zdążył się jeszcze przestawić, będzie miał za mało (wybudzony wcześniej) lub zbyt mało energii (kiedy aktywność przypada na porę opóźnioną w stosunku do tej, w której poprzednio udawał się na spoczynek).
Podobnych trudności doświadczają turyści – także Ci podróżujący z zachowaniem strefy czasowej[5] i osoby o ustalonym chronotypie (porannym – skowronek lub wieczornym – sowa), które zmuszone są podejmować aktywność (szkoła, praca) wbrew zegarowi biologicznemu. Najczęściej zegar społeczny budzi późne chronotypy zbyt wcześnie w ciągu tygodnia pracy, natomiast zegar biologiczny budzi wczesne chronotypy zbyt wcześnie w weekend[6]. Co ciekawe w grupie młodych ludzi (przed ukończeniem 30 roku życia) częściej występują chronotypy wieczorne, a wśród starszych poranne[7].
Jak zadbać o lepsze samopoczucie
Najlepiej jeśli ekspozycja świetlna przypada na odpowiednie pory dnia, a kontrast między oświetleniem w trakcie doby jest wyraźny. Jasne i intensywne światło jest szczególnie potrzebne rano. To silny sygnał dla organizmu, by pobudzić procesy fizjologiczne i zwiększyć produkcję neuroprzekaźników, np. serotoniny uznawanej za hormon szczęścia. W słoneczne poranki zdecydowanie łatwiej o wybudzenie, a nastrój i poziom aktywności psychofizycznej bywają na wyższym poziomie, gdy w ciągu dnia towarzyszy nam większe usłonecznienie. Natomiast gdy oświetlenie jest słabe może pojawić się senność i znużenie, a drzemki w ciągu dnia mogą opóźnić fazę zasypiania w nocy i zakłócić przebieg nocnego wypoczynku.
W naszej strefie oświetleniowej wyraźnie zaznacza się sezonowość warunków solarnych. W okresie zimowym, w którym naturalne oświetlenie pojawia się najkrócej, a wysokość słońca nad horyzontem jest niewielka (może nie górować nad przeszkodami terenowymi) i natężenie promieniowania jest mniejsze, naturalne bodźce świetlne mogą okazać się zbyt słabe, by utrzymać optymalną równowagę okołodobową. Co widać choćby w opóźnieniu rytmu i wielkości wydzielania melatoniny – latem maksimum dobowe wynosi średnio 70 pg/ml, podczas gdy w okresie zimowym zaledwie 25 pg/ml[8]. Wobec niedostatku promieniowania potrzebni są wówczas dodatkowi „dawcy czasu” w postaci stałych pór aktywności, posiłków lub oświetlenia sztucznego. Deficyt oświetlenia naturalnego może prowadzić do pojawienia się gorszego samopoczucia, senności, uczucia przygnębienia czy obniżonej sprawności psychicznej. Zwłaszcza gdy większe zachmurzenie utrzymuje się kilkanaście dni. Zimą u niektórych osób może pojawić się tzw. sezonowe zaburzenie afektywne (SAD, ang. seasonal affective disorder), czyli zespół obniżonego nastroju, o objawach przypominających depresję. W Skandynawii okresowy brak światła słonecznego często przejawia się wśród mieszkańców występowaniem nie tylko SAD, ale również poważniejszych zaburzeń psychicznych.
Światło na zdrowie
Helioterapia, czyli zażywanie kąpieli słonecznych, to naturalna forma łagodzenia i leczenia wielu dolegliwości, uznawana przez środowisko medyczne. W 1903 roku duński lekarz Niels Finsen otrzymał Nagrodę Nobla za wkład w leczenie gruźlicy skóry przy użyciu światła. Warto wspomnieć, że promieniowanie słoneczne oddziałuje na organizm w szerokim zakresie spektrum – 100-3000 nm – a więc od promieniowania UV po podczerwone. Promieniowanie ultrafioletowe pobudza wytwarzanie melaniny w warstwach skóry, a ta stanowi naturalną barierę przed przenikaniem promieniowania w głębsze jej rejony, by nie doprowadzić do niekorzystnych zmian w komórkach. Część zakresu promieniowania UV ma korzystny wpływ na organizm, ponieważ stymuluje syntezę witaminy D3, która wzmacniania układ odpornościowy oraz poprawia gospodarkę wapniową i fosforanową, co z kolei kształtuje rozwój i mineralizację kości oraz kondycję włókien mięśniowych. Ponadto większa dostępność witaminy D3 w organizmie wpływa również korzystnie na metabolizm glukozy, wchłanianie innych witamin czy poziom hormonów stresu i wolnych rodników[9]. Zatem poza łagodzeniem chorób, takich jak łuszczyca, trądzik czy atopowe zapalenie skóry, ekspozycja na naturalne światło słoneczne ma pozytywny wpływ na przyspieszenie procesów metabolicznych. Z kolei promieniowanie cieplne (fale w paśmie podczerwonym) pomagają niwelować bóle stawowe i mięśniowe, związane z procesami zapalnymi i zwyrodnieniowymi. Natomiast promieniowanie w zakresie widma tzw. światła niebieskiego (440-480 nm), czyli to samo, które wywiera najsilniejszy hamujący wpływ na wydzielanie melatoniny, pobudza dynamikę limfocytów T, czym aktywizuje reakcje układu odpornościowego.
Światło proszę!
Warunki solarne w Polsce są zróżnicowane sezonowo i regionalnie. Największe międzydobowe dysproporcje występują w okresie wiosennym, co jest uwarunkowane czynnikami astronomicznymi oraz większą zmiennością pogody. Jednak to, jak będzie wyglądała nasza indywidualna ekspozycja na naturalne światło słoneczne, w dużym stopniu zależy od nas samych. Bez względu na warunki meteorologiczne, nawet w zimowy pochmurny dzień chwilowa ilość (natężenie promieniowania) i jakość światła naturalnego (natężenie oświetlenia – lux, temperatura barwowa, rozkład widmowy) w terenie otwartym przewyższać będzie tę w pomieszczeniu (w którym nie korzystamy z oświetlenia sztucznego w ciągu dnia). I mogą to być znaczne dysproporcje, wynikające z liczby i wielkości okien w pomieszczeniu, stopnia ich przesłonięcia (np. firankami), wysokości na jakiej się znajdują nad poziomem gruntu, ich ekspozycji względem strony świata oraz przeszkód terenowych. Różnice mogą być ponad 30-krotne[10]. Warto więc korzystać z pobytu na zewnątrz i zapewniać sobie właściwą stymulację świetlną w ciągu dnia.
Jeżeli warunki oświetleniowe są niewystarczające w ciągu dnia, czujemy się senni i znużeni, można wspomagać się oświetleniem sztucznym. Warto jednak uwzględnić, by było ono zróżnicowane czasowo. Jasne oświetlenie (duże natężenie, światło o barwie zimnej bądź neutralnej – czyli CCT > 4000 K oraz natężenie oświetlenia przekraczające 500 lux) najlepiej stosować rano, zaraz po przebudzeniu. W ciągu dnia natężenie oświetlenia nie powinno być mniejsze niż 50 lux, by nie wywołać efektu senności. Warto pamiętać, że przedłużająca się wieczorna ekspozycja na oświetlenie o znacznym natężeniu może wpłynąć na opóźnienie fazy cyklu dobowego i hamować wydzielanie melatoniny, a w konsekwencji powodować kłopoty z zasypianiem. Wieczorem lepiej wybrać oświetlenie o niewielkim natężeniu, poniżej 50 lux, oraz niskiej temperaturze barwowej, np. 2700 K. Warto też zadbać, by nie było emitowane przez diody LED, których szczyt emisyjności przypada na zakres światła niebieskiego (480 nm) o działaniu tłumiącym produkcję melatoniny.
Podsumowania i prognozy usłonecznienia oraz natężenia promieniowania dostępne są na platformie Centrum Modelowania Meteorologicznego IMGW-PIB:
- Usłonecznienie rzeczywiste ubiegłej doby.
- Usłonecznienie rzeczywiste na kolejne 10 dni (model ECMWF HRES 0.1°).
- Natężenie promieniowania docierającego do powierzchni ziemi (model ICON na kolejne 4 dni).
- Natężenie promieniowania docierającego do powierzchni ziemi (model WRF GFS PL na kolejne 10 dni).
[1] Ludzkie oko jest w stanie zobaczyć tylko część widma promieniowania słonecznego, w zakresie długości fali od 400 do 700 nm. Do końca XX wieku skupiano się jedynie na aspekcie widzenia barwnego, ale w 1998 roku odkryto w siatkówce ludzkiego oka komórki melanopsynowe, które odpowiadają ze postrzeganie światła i powstają już w życiu prenatalnym (czyli wcześniej niż czopki i pręciki – około 10 dni po urodzeniu), co może świadczyć o ich dużym biologicznym znaczeniu (Lens A., Nemeth S.C., Ledford J.K., Misiuk-Hojło M., 2010, Anatomia i fizjologia narządu wzroku, Górnicki Wydawnictwo Medyczne, Wrocław).
[2] Skene D., Arendt J., 2007, Circadian rhythm sleep disorders in the blind and their treatment with melatonin, Sleep Medicine, 8 (6), 651-655, https://doi.org/10.1016/j.sleep.2006.11.013.
[3] Szczegółowy opis tych zależności znajdziecie na stronie https://docplayer.pl/6640201-Rola-zegara-biologicznego-w-synchronizacji-procesow-odpornosciowych-krystyna-skwarlo-sonta-11-grudnia-2014.html.
[4] Gaspar L., Álvaro A.R., Carmo‐Silva S., Mendes A.F., Relógio A., Cavadas C., 2019, The importance of determining circadian parameters in pharmacological studies, British Journal of Pharmacology, 176 (16), 2827-2847, https://doi.org/10.1111/bph.14712.
[5] Wieczorek J., Błażejczyk K., Morita T., 2016, Changes in melatonin secretion in tourists after rapid movement to another lighting zone without transition of time zone, Chronobiology International, 33 (2), 220-233, https://doi.org/10.3109/07420528.2015.1130050.
[6] Roenneberg T., Kumar C.J., Merrow M., 2007, The human circadian clock entrains to sun time, Current Biology, 17 (2), R44-R45, https://doi.org/10.1016/j.cub.2006.12.011.
[7] Zawilska J.B., Żytkowski A., Woldan-Tambor A., Nowak M.A., Andrzejczak D., 2008, Okołodobowy typ aktywności (chronotyp) a pora i długość snu u młodzieży i osób dorosłych, Sen, 8 (2), 61-66.
[8] Błażejczyk K., Morita T., Ueno-Towatari T., Błażejczyk A., Wieczorek J., 2014, Seasonal and regional differences in lighting conditions and their influence on melatonin secretion, Quaestiones Geographicae, 33 (3), 17-25, https://doi.org/10.2478/quageo-2014-0026.
[9] Więcej o wpływie promieniowania UV tutaj: https://obserwator.imgw.pl/uv-niebezpieczny-dar-od-slonca/.
[10] Na podstawie pomiarów przeprowadzonych w Warszawie 8 stycznia 2012 roku, LightSpex, na potrzeby badań wpływu warunków oświetleniowych na wydzielania melatoniny.
Oprac. Joanna Wieczorek | Centrum Modelowania Meteorologicznego, Zakład Analiz Meteorologicznych i Prognoz Długo-terminowych, IMGW-PIB.
Zdjęcie główne: Brian Garcia | Unsplash.
