Zaburzenia rytmów biologicznych pod wpływem zanieczyszczenia światłem - wybrane fizjologiczne aspekty niedoboru melatoniny oraz witaminy D

• Autorzy: Jurkowlaniec E.

Identyfikatory

DOI

10.15584/pjsd.2017.21.2.5

Warianty tytułu

EN

Disorders of biological rhythms resulting from light pollution - selected physiological aspects of melatonin and vitamin D deficiency

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wzrost czasu ekspozycji na sztuczne oświetlenie wpływa na przebieg procesów fizjologicznych u zwierząt i ludzi. Zmiana rytmów fizjologicznych jest głównie następstwem nieprawidłowego funkcjonowania głównego zegara, zlokalizowanego u człowieka w jądrze nadskrzyżowaniowym przedniego podwzgórza, a w konsekwencji - zmniejszenia ilości wytwarzanej w szyszynce melatoniny, wydzielanej do krwiobiegu wyłącznie w ciemności. Hormon ten reguluje szereg funkcji organizmu, a jego niedobór w warunkach zwiększonej ekspozycji na światło wiązany jest m.in. z różnymi postaciami nowotworów, w tym nowotworów piersi. Antykancerogenne działanie melatoniny wynika z jej właściwości antyoksydacyjnych, immunomodulacyjnych i antyestrogenowych. Obniżenie poziomu melatoniny zaburza również prawidłowy rytm snu i czuwania, spłycając sen i zwiększając ryzyko depresji. Zwiększona ekspozycja na sztuczne światło, z ograniczeniem czasu przebywania w warunkach naturalnego, słonecznego oświetlenia wywołuje również deficyt kalcytriolu - witaminy D, której początkowy etap syntezy zachodzi w skórze pod wpływem promieniowania UV. Niedobór witaminy D może prowadzić do chorób sercowo-naczyniowych i miażdżycy, wzrostu insulinooporności i cukrzycy oraz otyłości. W artykule zostaną przedstawione wybrane aspekty mechanizmów fizjologicznych, prowadzących do powstania powyższych zaburzeń.

EN

The increase in time of exposure to artificial lighting affects physiological processes in animals and humans. Changes in physiological rhythms result mainly from malfunction of the master clock, located in humans in the nucleus suprachiasmaticus of the anterior hypothalamus, and in consequence – from reduction of melatonin amount produced in the pineal gland and secreted into the circulation only in the dark. That hormone regulates a number of body functions, and its deficiency in the conditions of increased exposure to light is associated, among others, with various forms of cancer, including breast cancer. Anticarcinogenic effects of melatonin are due to its antioxidant, immunomodulatory and antiestrogen properties. Reducing the level of melatonin also interferes with the normal rhythm of sleep and wakefulness, making sleep lighter and increasing the risk of depression. Increased exposure to artificial light, with limited time spent under natural, solar light also causes deficit of calcitriol - vitamin D, whose initial synthesis takes place in the skin due to UV radiation. Vitamin D deficiency may lead to cardiovascular disease and atherosclerosis, increased insulin resistance and diabetes, as well as obesity. In the paper, selected aspects of the physiological mechanisms leading to the development of the above disorders.

Słowa kluczowe

PL

zanieczyszczenie świetlne; melatonina; witamina D

EN

light pollution; melatonin; vitamin D

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej w Rzeszowie, Oddział Południowo-Wschodni ; Polskie Towarzystwo Gleboznawcze Oddział w Rzeszowie
• Czasopismo: Polish Journal for Sustainable Development
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 21, cz. 2
• Strony: 47--57
• Opis fizyczny: Bibliogr. 48 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jurkowlaniec E.

• Katedra Fizjologii Zwierząt i Człowieka, Uniwersytet Gdański, Wydział Biologii

Bibliografia

• 1. Blask D.E., Hill S.M., Dauchy R.T., Xiang S., Yuan L., Duplessis T., Mao L., Dauchy E., Sauer L.A. 2011. Circadian regulation of molecular, dietary, and metabolic signaling mechanisms of human breast cancer growth by the nocturnal melatonin signal and the consequences of its disruption by light at night. J. Pineal. Res. 51 (3). 259-269.
• 2. Caprio M., Infante M., Calanchini M., Mammi C., Fabbri A. 2016. Vitamin D: not just the bone. Evidence for beneficial pleiotropic extraskeletal effects. Eat Weight Disord. [Epub ahead of print].
• 3. Danielczyk K., Dzięgiel P. 2009. Receptory melatoninowe MT1 oraz ich rola w onkostatycznym działaniu melatoniny. Postepy Hig. Med. Dosw. 63. 425-434.
• 4. DeLuca H.F., Cantorna M.T. 2001. Vitamin D: its role and uses in immunology FASEB J. 15 (14). 2579-2585.
• 5 Dittfeld A., Gwizdek K., Koszowska A., Fizia K. 2014. Wielokierunkowe działanie witaminy D. Ann. Acad. Med. Siles. 68 (1). 47-52.
• 6 Emet M., Ozcan H., Ozel L., Yayla M., Halici Z., Hacimuftuoglu A. 2016. A review of melatonin, its receptors and drugs. Eurasian J. Med. 48 (2). 135-141.
• 7. Feychting M., Osterlund B., Ahlbom A.1998. Reduced cancer incidence among the blind. Epidemiology. 9 (5). 490-494.
• 8. Flynn-Evans E.E., Stevens R.G., Tabandeh H., Schernhammer E.S., Lockley S.W. 2009. Total visual blindness is protective against breast cancer. Cancer Causes Control. 20 (9). 1753-1756.
• 9. Gonzalez-Molero I., Morcillo S., Valdés S., Pérez-Valero V., Botas P., Delgado E., Hernández D., Olveira G., Rojo G., Gutierrez-Repiso C., Rubio-Martín E., Menéndez E., Soriguer F. 2011. Vitamin D deficiency in Spain: a population-based cohort study. Eur. J. Clin. Nutr. 65 (3). 321-328.
• 10. Grabińska K., Wróbel M., Mykała-Cieśla J., Wichary H. 2010. Przegląd doniesień na temat wpływu melatoniny na patogenezę i terapię raka piersi. Ann. Acad. Med. Siles. 64 (3-4). 58-69.
• 11. Grygiel-Górniak B., Puszczewicz M. 2014. Witamina D – nowe spojrzenie w medycynie i reumatologii. Postepy Hig. Med. Dosw. 68. 359-368.
• 12. Hannibal J., Hindersson P., Ostergaard J., Georg B., Heegaard S., Larsen P.J., Fahrenkrug J. 2004. Melanopsin is expressed in PACAP-containing retinal ganglion cells of the human retinohypothalamic tract. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 45 (11). 4202-4209.
• 13. Haussler M.R. 1986. Vitamin D receptors: nature and function. Annu. Rev. Nutr. 6. 527-562.
• 14. Hill S.M., Belancio V.P., Dauchy R.T., Xiang S., Brimer S., Mao L., Hauch A., Lundberg P.W., Summers W., Yuan L., Frasch T., Blask D.E. 2015. Melatonin: an inhibitor of breast cancer. Endocr. Relat. Cancer. 22 (3). R183-R204.
• 15. Holick M.F. 2004. Vitamin D: importance in the prevention of cancers, type 1 diabetes, heart disease, and osteoporosis. Am. J. Clin. Nutr. 79. 362-371.
• 16. Holick M.F., Binkley N.C., Bischoff-Ferrari H.A., Gordon C.M., Hanley D.A., Heaney R.P., Murad M.H., Weaver C.M. 2011. Evaluation, treatment, prevention of vitamin D deficiency: an Endocrine Society clinical practice guideline. J. Clin. Endocrinol. Metab. 96. 1911-1930.
• 17. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Painting, firefighting, and shiftwork. 2010. IARC Monogr. Eval. Carcinog. Risks Hum. 98. 563-764.
• 18. IOM (Institute of Medicine). 2011. Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D. Washington, DC: The National Academies Press. 362-365.
• 19. Kliukiene J., Tynes T., Andersen A. 2001. Risk of breast cancer among Norwegian women with visual impairment. Br. J. Cancer. 84 (3). 397-399.
• 20. Kloog I., Haim A., Stevens R.G., Barchana M., Portnov B.A. 2008. Light at night co-distributes with incident breast but not lung cancer in the female population of Israel. Chronobiol. Int. 25 (1). 65-81.
• 21. Kloog I., Haim A., Stevens R.G., Portnov B.A. 2009. Global co-distribution of light at night (LAN) and cancers of prostate, colon, and lung in men. Chronobiol. Int. 26 (1). 108-125.
• 22. Kloog I., Stevens R.G., Haim A., Portnov B.A. 2010. Nighttime light level co-distributes with breast cancer incidence worldwide. Cancer Causes Control. 21 (12). 2059-2068.
• 23. Kloog I., Portnov B.A. Rennert H.S., Haim A. 2011. Does the modern urbanized sleeping habitat pose a breast cancer risk? Chron. Int. 28 (1). 76-80.
• 24. Kmieć P., Żmijewski M., Waszak P., Sworczak K., Lizakowska-Kmieć M. 2014. Vitamin D deficiency during winter months among an adult, predominantly urban, population in northern Poland. Endokrynol. Pol. 65 (2). 105-113.
• 25. Kmieć P., Sforczak K. 2015. Vitamin D deficiency in early autumn among predominantly non-elderly, urban adults in Northern Poland (54°N). Postepy Hig. Med. Dosw. 69. 918-924.
• 26. Lee J.H., O'Keefe J.H., Bell D., Hensrud D.D., Holick M.F. Vitamin D deficiency: an important, common, and easily treatable cardiovascular risk factor? 2008. J. Am. Coll. Cardiol. 52 (24). 1949-1956.
• 27. Lips P. 2006. Vitamin D physiology. Prog. Biophys. Mol. Biol. 92 (1). 4-8.
• 28. Lips P. 2010. Worldwide status of vitamin D nutrition. J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 121 (1-2). 297-300.
• 29. Nooshinfar E., Safaroghli-Azar A., Bashash D., Akbari M.E. 2016. Melatonin, an inhibitory agent in breast cancer. Breast Cancer. DOI 10.1007/s12282-016-0690-7 [Epub ahead of print].
• 30. Pacini N., Borziani F. 2016. Oncostatic-cytoprotective effect of melatonin and other bioactive molecules: a common target in mitochondrial respiration. Int. J. Mol. Sci. 17 (3). 341.
• 31. Pandi-Perumal S.R., Trakht I., Srinivasan V., Spence D.W., Maestroni G.J., Zisapel N., Cardinali D.P. 2008. Physiological effects of melatonin: role of melatonin receptors and signal transduction pathways. Prog. Neurobiol. 85 (3). 335-353.
• 32. Perzanowska-Brzeszkiewicz K., Marcinowska-Suchowierska E. 2012. Witamina D a choroby przewodu pokarmowego. Post. Nauk Med. 25 (3). 247-251.
• 33. Płudowski P., Ducki C., Konstantynowicz J., Jaworski M. 2016. Vitamin D status in Poland. Pol. Arch. Med. Wewn. 126 (7-8). 530-539.
• 34. Provencio I., Jiang G., De Grip W.J., Hayes W.P., Rollag M.D.1998. Melanopsin: an opsin in melanophores, brain, and eye. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95 (1). 340-345.
• 35. Provencio I., Rodriguez I.R., Jiang G., Hayes W.P., Moreira E.F., Rollag M.D. 2000. A novel human opsin in the inner retina. J. Neurosci. 20 (2). 600-605.
• 36. Rosenwasser A.M., Turek F.W. 2017. Physiology of the mammalian circadian system. [In:] Kryger M.H. Roth T. (eds). Principles and Practice of Sleep Medicine. 6 ed. Elsevier. China. 351-361.
• 37. Rybnikova A.N., Haim A., Portnov B.A. 2016. Is prostate cancer incidence worldwide linked to artificial light at night exposures? Earlier findings' revisit and current trends' analysis. Arch. Environ. Occup. Health. Mar 30. 1-12. [Epub ahead of print].
• 38. Skwarło-Sońta K., Majewski P. 2010. Melatonina, wielofunkcyjna cząsteczka sygnałowa w organizmie ssaka: miejsca biosyntezy, funkcje, mechanizmy działania. Folia Med. Lodz. 37 (1). 15-55.
• 39. Slominski R.M., Reiter R.J., Schlabritz-Loutsevitch N., Ostrom R.S., Slominski A.T. 2012. Melatonin membrane receptors in peripheral tissues: distribution and functions. Mol. Cell. Endocrinol. 351(2). 152-166.
• 40. Stevens R.G. 1987. Electric power use and breast cancer: a hypothesis. Am. J. Epidemiol. 125 (4). 556-561.
• 41. Tukaj C. 2008. Właściwy poziom witaminy D warunkiem zachowania zdrowia. Postepy Hig. Med. Dosw. 62. 502-510.
• 42. Van Dijk A., den Outer P., van Kranen H., Slaper H. 2016. The action spectrum for vitamin D3: initial skin reaction and prolonged exposure. Photochem. Photobiol. Sci. 15 (7). 896-909.
• 43. Verkasalo P.K., Pukkala E., Stevens R.G., Ojamo M., Rudanko S.L. 1999. Inverse association between breast cancer incidence and degree of visual impairment in Finland. Br. J. Cancer. 80 (9). 1459-1460.
• 44. Wang T.J., Pencina M.J., Booth S.L., Jacques P.F., Ingelsson E., Lanier K., Benjamin E.J., D'Agostino R.B., Wolf M., Vasan R.S. 2008. Vitamin D deficiency and risk of cardiovascular disease. Circulation. 117 (4). 503-511.
• 45. Webb A.R., DeCosta B.R., Holick M.F. 1989. Sunlight regulates the cutaneous production of vitamin D3 by causing its photodegradation. J. Clin. Endocrinol. Metab. 68 (5). 882-887.
• 46. Wimalawansa S.J. 2016. Non-musculoskeletal benefits of vitamin D. J. Steroid Biochem. Mol. Biol. (16). 30252-30257. doi: 10.1016/j.jsbmb.2016.09.016. [Epub ahead of print].
• 47. Wojciechowska U., Didkowska J. 2015. Zachorowania i zgony na nowotwory złośliwe w Polsce. Krajowy Rejestr Nowotworów, Centrum Onkologii - Instytut im. Marii Skłodowskiej - Curie. http://onkologia.org.pl/raporty/dostęp z dnia 06.10.2016.
• 48. Wortsman J., Matsuoka L.Y., Chen T.C., Lu Z., Holick M.F. 2000. Decreased bioavailability of vitamin D in obesity. Am. J. Clin. Nutr. 72 (3). 690-693.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).