Timo Partonen TEEMA: KESÄNUMERO 2013 Tieteellisin tutkimuksin on vähitellen voitu valottaa niitä mekanismeja, joilla silmiin tuleva valo vaikuttaa elimistön toimintaan. Tutkimukset ovat myös antaneet tietoa valon merkityksestä ihmisen terveydelle. Etenkin mielialahäiriötä sairastavat kokevat vointinsa vaihtuvan vuodenaikojen vaihtuessa. Käyttäytymisen ja mielialan vuodenaikaisvaihtelu on monisyinen ilmiasu, johon vaikuttavat esimerkiksi niin vuodenajan kuin vuorokauden ajan suhteen vaihtuvat ilmanalan valoisuus ja ulkoilman lämpötila. Tämän takia ei ole yksinkertaista arvioida, voiko valo tehdä hulluksi. Uuno Kailas (1901 1933) kirjoitti runossaan Hymni valolle: Valon tulva tää / miten maan yli kirmaa! Se päihdyttää. / On kuin jokin kristallimalja väikkyis / kädess enkelin viiniä maahan läikkyis; / / kuin lainehtis / povi maan, valo aivoja kirvelis, / pääkopassa ois ilot heinäsirkkain, / sydämissä sois sävel kiurun kirkkain / ja alla maan / myös tuntisi vainajat haudoissaan: / kuin mahla ja paisuvat silmut puihin / elo ehtynyt taas palas suonihin, luihin / Runo pukee sanoiksi sen, että valolla on vaikutuksensa ihmisiin. Valoon on ihmiskunnan historiassa liitetty jopa myyttisiä merkityksiä, mutta vielä nykyisinkin sen voimasta näyttävät todistavan myös monet maalliset elämänalat. Esimerkiksi aurinkoisina päivinä osakekurssit lähes poikkeuksetta nousevat tavallista enemmän (Kaustia ja Rantapuska 2012). Selvimmin valon vaikutus on ollut havaittavissa maailmanlaajuisesti pohjoisimpien pörssien noteerauksissa, ja tähän joukkoon kuuluu myös Helsingin pörssi. Suomessa 85 % yli 30-vuo tiaista aikuisista huomaa vuodenaikojen vaihtumisen vaikuttavan käyttäytymiseensä ja mieli alaansa (Grimaldi ym. 2009). Heillä mieliala on useimmiten matalimmillaan syksyn ja talven harmaiden, pilvisten kuukausien aikana. Kesää kohti mieliala suurimmalla osalla ihmisistä kohenee, mutta joillakin mieliala nousee ylikierroksille, ja heistä osalla jopa hämärtäen todellisuudentajun. Tämä ei ole uusi havainto, sillä jo saksalainen Emil Kraepelin (1856 1926) havaitsi, että viisi sadasta maanis-depressiivisestä potilaasta kärsi toistuvasti maniasta keväisin, kun mahla nousi puihin. Näiden potilaiden masennustilat taas näyttivät useimmiten ajoittuvan syksyyn. Osalla mielialahäiriötä sairastavista ilmenee oireissa ja hoitotoimenpiteissä selkeää jaksollisuutta siten, että ympäristötekijöistä valon tai lämpötilan voidaan ajatella vaikuttavan vahvasti taudinkulkuun (Wehr ja Rosenthal 1989, Björkstén ym. 2009). Valon reitit Ihminen saa tiedon valoisan ja pimeän vaihtelusta silmiensä kautta. Huolimatta innokkaasta etsimisestä (Wehr ym. 1987, Kern ja Lewy 1990, Oren ja Terman 1998) ihmisellä ei tiedetä olevan muita aivojen toimintaan vaikuttavia valon reittejä kuin ne, jotka kulkevat silmien kautta (KUVA). Eräillä muilla eläinlajeilla valo voi vaikuttaa muitakin reittejä pitkin tai myös muut sähkömagneettisen spektrin aallonpituudet kuin näkyvä valo voivat vaikuttaa niihin silmien kautta. Verkkokalvolta lähtee näköhermojen yhteydessä erillisiä säikeitä paitsi elimistön sisäiseen keskuskelloon, myös yläkukkulalle (colliculus superior), näkökukkulalle (talamus) ja näkö- 1369 Duodecim 2013;129:1369 73
KESÄNUMERO 2013 Pulvinar Talamus Hypotalamus Suprakiasmaattinen tumake Valo Silmät KUVA. Näkyvän valon reitit. Ihmisellä silmään tuleva valo uppoaa silmän pohjaan verkkokalvolle. Verkkokalvolta lähtevistä hermosäikeistä 99 % kulkee näköhermoa (nervus opticus) pitkin, ja osa niistä päätyy aivojen näkökukkulan (talamus) leveähköön takakärkeen näkökukkulan patjalle (pulvinar). Tähän perustuu valon välitön virkistävä vaikutus. Verkkokalvolta lähtevistä hermosäikeistä 1 % kulkee suoraan näköhermoristin (kiasma) yläpuolella olevaan (suprakiasmaattiseen) tumakkeeseen, jonka hermosolut ovat ihmisen sisäinen keskuskello. Tähän perustuu valon vuorokausirytmejä tahdistava vaikutus, joka ilmenee 2 3 päivän kuluessa aina samaan kellonaikaan toistetusta valoaltistuksesta. Muita näkyvän valon reittejä aivoihin ei ihmisellä tiedetä olevan. 1370 kukkulan patjalle (pulvinar) sekä pretektaalitumakkeisiin (Perrin ym. 2004, Vandewalle ym. 2006, Noseda ym. 2010). Radix retinohypothalamica kulkee verkkokalvolta aivolisäkkeen edessä sijaitsevaan näkö radaston risteykseen asti ja sieltä edelleen näköhermoristin yläpuolella sijaitseviin eli suprakiasmaattisiin tumakkeisiin. Niiden yhteensä noin 20 000 solua muodostavat elimistön sisäisen keskuskellon (Moore 1996). Keskuskellosta hermoradat kulkevat läheisiin tumakkeisiin, muun muassa kolmannen aivokammion vieressä sijaitseviin paraventrikulaarisiin tumakkeisiin. Hermorataärsytyksen viestinviejä keskuskellon ja näiden tumakkeiden välillä on valvetilaa ja liikeaktiivisuutta edistävä hormoni, prokinetisiini 2, joka osaltaan säätelee myös muun muassa mahasuolikanavan supistuksia, lämmönsäätelyä ja energia-aineenvaihduntaa (Li ym. 2012). Käpyrauhaseen päättyvä hermorata laskeutuu kolmannen aivokammion viereisistä tumakkeista alas selkäytimeen noustakseen sieltä sympaattisen hermorungon mukana ylimpään kaulahermosolmuun. Sieltä edelleen nousevien hermosäikeiden ja käpyrauhassolujen välisen kemiallisen viestinsiirron pääroolissa on noradrenaliini ja sivurooli on varattu serotoniinille. Käpyrauhassoluissa sijaitsevien noradrenaliinin ja serotoniinin vastaanottimien välityksellä elimistö säätelee käpyrauhasen melatoniinin tuotantoa. Melatoniinin vaikutus Melatoniini on ihmisellä yöhormoni, sillä tämä tuottaa sitä suuria määriä vain yöllä, minkä avulla elimistö saa tiedon siitä, että päivä on vaihtunut yöksi. Valo estää melatoniinin erittymisen käpyrauhasen soluista (Lewy ym. 1980). Jos yö sitä vastoin on pimeä, melatoniini helpottaa ihmisen nukahtamista, koska se veressä runsaana kiertävänä laskee ruumiinlämpöä. Tästä seuraa vireystason lasku, joka puolestaan luo otolliset olosuhteet nukahtamiselle, jos ulkoisia häiriöitä ei ole. Melatoniinin vaikutuksesta ruumiinlämpö laskee illasta aamuun ja vireystaso pysyy matalana. Melatoniinin tuotanto jatkuu yön aikana sykäyksittäin ja voimistuu yöllä heräämisten yhteydessä. Näin T. Partonen
elimistö ilmeisesti pyrkii melatoniinin tuotantoa säätelemällä turvaamaan katkottoman yöunen ( Jan ym. 2009). Ennen kuin keinovalaistus yleistyi julkisilla paikoilla, ihmisillä oli täydenkuun aikaan tapana valvoa tavallista pitempään ja nukkua vähemmän (Raison ym. 1999). Tämä on voinut aiheuttaa paitsi univajetta, myös univelkaa univajeen kertyessä. Etenkin maanis-depressiivisestä sairaudesta kärsivien mieliala saattaa muuttua univajeen seurauksena: mieliala muuttuu masennustilasta maniaksi jo yhden yön univajeen seurauksena kolmella neljästä niistä potilaista, joilla masennustilat ja maniat tiheästi vuorottelevat (Wehr 1989). Mitä pikemmin potilaat nukkuvat kunnon yöunet, sitä nopeammin heidän oireensa helpottuvat. Serotoniinin merkitys Millä mekanismilla voisi selittää runossa ilmaistun ilmiön, jonka mukaan valo aivoja kirvelis, / pääkopassa ois ilot heinäsirkkain? Tiedetään, että ihmisellä aivoissa serotoniinin käyttö hermosolujen kemialliseen viestinsiirtoon on laiskinta talven aikana ja vilkastuu nopeasti auringonpaisteen voimistuessa keväällä (Lambert ym. 2002). Lisäksi tiedetään, että silmiin tuleva valo edistää serotoniinin vapautumista aivosillan saumasta keskiaivojen saumaan jatkuvasta tumakkeesta (Moyer ja Kennaway 2000) ja että valon puute karsii monoamiinia välittäviä hermopäätteitä ja johtaa masennuksen tapaiseen käyttäytymiseen (Gonzalez ja Aston-Jones 2008). Valon verkko kalvolla alulle saattamat ärsykkeet päätyvät myös keskiaivojen peitteeseen, mistä herätysreaktio, motivaatio ja mielihyvä vahvistuvat dopamiinin välittäminä (Brainard ja Morgan 1987, Luo ja Aston-Jones 2009). Sen sijaan valon verkkokalvolla sytyttämät ja sieltä edelleen näkökukkulalle päätyvät hermo ärsykkeet voivat aiheuttaa kipua (Noseda ym. 2010). Tämä voinee osin selittää sitä, että joillakin ihmisillä keväisin valon voimistuessa hyvinvointi ei kohene, kuten suurimmalla osalla, vaan valo ahdistaa, saa olon levottomaksi ja aiheuttaa jopa suoranaista kipua. Klinikassa on jo pitkään tiedetty, että keväisin potilaiden masennus pyrkii syvenemään, missä voimistuneella ahdistuneisuudella ja äkillisesti ilmaantuneella unettomuudella on osansa. Suomessa sekä itsemurhayritysten (huhtikuu) että itse murhakuolemien (touko kesäkuu) tilastohuiput ajoittuvat kevään ja kesän kynnykselle (Hiltunen ym. 2011). Serotoniinia tarvitaan ilmeisesti yhdistämään vireystilassa ilmenevät vuorokautta lyhyemmät rytmit keskuskellon toimintaan, mikä luo säännöllisyyttä uni-valverytmiin (Miyamoto ym. 2012). Tämän takia se, miten paljon tai hyvin hermosoluilla on käytettävissään serotoniinia kemialliseen viestinsiirtoonsa, voi heijastua vireyteen, liikeaktiivisuuteen ja mielialaan. Etenkin serotoniinin 2A-reseptorien toiminnassa ilmenevät muutokset voivat muuttaa mielialaa ja aiheuttaa aistiharhoja, jotka epäedullisissa olosuhteissa lisäävät itsemurhan riskiä (Pandey ym. 2002). Stressin tiedetään aktivoivan serotoniinin 2A-reseptorien toimintaa, mikä heijastuu myös niihin serotoniinia käyttäviin hermoratoihin, jotka osallistuvat elimistöön lämpöä tuottavan ruskean rasvan säätelyyn (Ootsuka ym. 2008). Serotoniinin 2A-reseptorien aktivoituminen lisää sympaattisen hermoston ruskeaa rasvaa piiskaavaa vaikutusta, kun sitä vastoin serotoniinin 1A-reseptorien toiminnan voimistuminen vähentää tätä vaikutusta (Ootsuka ja Blessing 2006). Ruumiinlämmön muutokset vuorokauden aikana seuraavat ruskean rasvan toiminnassa tapahtuvia muutoksia (Ootsuka ym. 2009). Myös aikuisilla ihmisillä on toimivaa ruskeaa rasvaa, jonka toimintaan muun muassa ulkoilman lämpötila vaikuttaa (Enerbäck 2010). On myös tehty löydös siitä, että masentuneilla on ruskean rasvan liikatoimintaa (Huttunen ja Kortelainen 1990). Eräässä masennustilan mallissa lapsuudessa kylmälle altistumisen jälkeen ilmenee serotoniinin 1Areseptorien toiminnassa poikkeavan vaimentunutta aktivoitumista, joka vaihtuu aikuisiällä poikkeavan voimistuneeksi aktivoitumiseksi (Shayit ym. 2003). Näiden löydösten valossa on mahdollista, että ruskean rasvan toiminnan säätely on poikkeavaa mielialahäiriöissä (Partonen 2012). Sen takia ruskean rasvan 1371
KESÄNUMERO 2013 YDINASIAT 88Silmiin tuleva valo voi, tosin harvoin, hämärtää todellisuudentajun. 88Osassa mielialahäiriöistä taudinkulkuun vaikuttavat myös vuodenajat ja valo. 88Elimistön sisäisen keskuskellon rytmihäiriöt ovat mielialahäiriöissä tavallisia. 88Mielialahäiriöiden patogeneesin mekanismeja valotetaan myös tutkimalla ruskeaa rasvaa. tutkiminen masentuneilta voi mekanismien valottamisen jälkeen avata uusia hoitokeinoja. Sisäisen kellon rytmihäiriöt Suomessa vuorokauden valoisa aika pitenee keväisin nopeasti koko maassa, ja etenkin maamme pohjoisilla seuduilla tämä tapahtuu ennen kuin päivät alkavat merkittävästi lämmetä. Sitä vastoin muuna aikana vuodesta vuorokauden keskilämpötilan muutos edeltää päivänpituuden muutosta. Koska vuorokauden keskilämpötilan ja päivän pituuden muutokset eivät tapahdu samassa tahdissa, seuraa tästä niin kutsuttu vuodenaikojen ristiveto. Suomessa ristiveto alkaa tavallisesti helmikuussa, jolloin sydäntalven jälkeen ulkoilman lämpötila laskee pakkasen kiristyessä. Ristiveto voimistuu maaliskuussa, kun vuorokauden valoisa aika alkaa nopeasti pidentyä. Elimistöön välittyy ristivedon seurauksena ristiriitaista tietoa elinpiirissä tapahtuvien muutosten aikataulusta, mikä altistaa keskuskellon rytmihäiriöille (Partonen 2005). Se, onnistuuko vuorokausirytmien tahdistaminen, riippuu sekä ulkoilman lämpötilan että valoisan ajanjakson elimistölle antamien viestien yhteensovittamisesta. Mielialahäiriöissä keskuskellon rytmihäiriöt ovat verraten tavallisia. Ulkona ilmenevän ristivedon lisäksi uni vaje haastaa keskuskellon toiminnan ja häiritsee vuorokausirytmien tahdistamista ulkoiseen aika tauluun. Tästä seuraa helposti sisäisen ja ulkoisen aikataulun epätahti, jonka seurauksena nopeat mielialan muutokset masennustilasta maniaan ovat mahdollisia ja jopa todennäköisiä. Säkkipimeät yöt ovatkin erään ajatusleikin mukaan suojanneet mielialan epätavalliselta kohoamiselta, joskin niiden suojaava merkitys on keinovalaistuksen voimistumisen myötä selvästi vähentynyt. Näkemystä tukevat tieteelliset havainnot, joiden mukaan silmän kautta otettava kirkasvalohoito voi, tosin harvoin, kääntää masentuneen mielialan maaniseksi (Schwitzer ym. 1990) ja maaninen mieliala tasaantuu pimeässä vietetyn levon jälkeen (Barbini ym. 2005). Keskuskellon rytmihäiriöt voivat siten johtaa etenkin keväisin henkilön uni-valverytmin viivästymiseen ja käyttäytymisessä ilmeneviin muutoksiin siten, että hän hallitsee huonommin mielijohteitaan. Jos tätä ei huomata ajoissa, se voi kääntää mielialahäiriön taudinkulun epäedulliseen suuntaan. Lopuksi Silmiin tulviva valo voi joissakin tilanteissa hämärtää todellisuudentajun. Jatkuvan pi meyden tavoin myöskään ylenmääräinen valo ei ole ihmiselle yksinomaan hyväksi. Tarvitsemme valoisan ja pimeän säännöllistä, rauhallista vaihtelua: lepohetkiä valotulvasta ja virkistystä pitkistä pimeän kausista. Timo Partonen, LT, psykiatrian dosentti, tutkimusprofessori Terveyden ja hyvinvoinnin laitos, Mielenterveys ja päihdepalvelut, Helsinki 1372 Sidonnaisuudet Asiantuntijapalkkio (Leiras Finland, Servier Finland), luentopalkkio (Algol Pharma, AstraZeneca, JKL Helsinki, Janssen-Cilag, Koulutus Oy Lernen, Leiras Finland, MCD-team, Nordea, Orton, Servier Finland, Suomen MSD, Suomen Messut, Väestöliiton klinikat, Writing Media), lisenssitulo tai tekijänpalkkio (Informa UK Ltd, Kotimaa-yhtiöt, Kustannus Oy Duodecim, Oxford University Press, Sanoma Magazines Finland, Yleisradio) T. Partonen
Kirjallisuutta Barbini B, Benedetti F, Colombo C, ym. Dark therapy for mania: a pilot study. Bipolar Disord 2005;7:98 101. Björkstén KS, Kripke DF, Bjerregaard P. Accentuation of suicides but not homicides with rising latitudes of Greenland in the sunny months. BMC Psychiatry 2009;9:20. Brainard GC, Morgan WW. Light-induced stimulation of retinal dopamine: a dose-response relationship. Brain Res 1987;424:199 203. Enerbäck S. Human brown adipose tissue. Cell Metab 2010;11:248 52. Gonzalez MM, Aston-Jones G. Light deprivation damages monoamine neurons and produces a depressive behavioral phenotype in rats. Proc Natl Acad Sci U S A 2008;105:4898 903. Grimaldi S, Partonen T, Haukka J, Aromaa A, Lönnqvist J. Seasonal vegetative and affective symptoms in the Finnish general population: testing the dual vulnerability and latitude effect hypotheses. Nord J Psychiatry 2009;63:397 404. Hiltunen L, Suominen K, Lönnqvist J, Partonen T. Relationship between daylength and suicide in Finland. J Circadian Rhythms 2011;9:10. Huttunen P, Kortelainen ML. Longterm alcohol consumption and brown adipose tissue in man. Eur J Appl Physiol 1990;60:418 24. Jan JE, Reiter RJ, Wasdell MB, Bax M. The role of the thalamus in sleep, pineal melatonin production, and circadian rhythm sleep disorders. J Pineal Res 2009;46:1 7. Kaustia M, Rantapuska E. Does mood affect trading behavior? SAFE Working Paper Series No. 4. Frankfurt am Main: Center of Excellence SAFE Sustainable Architecture for Finance in Europe 2012, s. 1 50. http://dx.doi.org/10.2139/ssrn. 1875645 Kern HE, Lewy AJ. Corrections and additions to the history of light therapy and seasonal affective disorder. Arch Gen Psychiatry 1990;47:90 1. Lambert GW, Reid C, Kaye DM, Jennings GL, Esler MD. Effect of sunlight and season on serotonin turnover in the brain. Lancet 2002;360:1840 2. Lewy AJ, Wehr TA, Goodwin FK, Newsome DA, Markey SP. Light suppresses melatonin secretion in humans. Science 1980;210:1267 9. Li JD, Hu WP, Zhou QY. The circadian output signals from the suprachiasmatic nuclei. Prog Brain Res 2012;199:119 27. Luo AH, Aston-Jones G. Circuit projection from suprachiasmatic nucleus to ventral tegmental area: a novel circadian output pathway. Eur J Neurosci 2009;29: 748 60. Miyamoto H, Nakamaru-Ogiso E, Hamada K, Hensch TK. Serotonergic integration of circadian clock and ultradian sleep-wake cycles. J Neurosci 2012; 32:14794 803. Moore RY. Neural control of the pineal gland. Behav Brain Res 1996;73:125 30. Moyer RW, Kennaway DJ. Serotonin depletion decreases light induced c-fos in the rat suprachiasmatic nucleus. Neuroreport 2000;11:1021 4. Noseda R, Kainz V, Jakubowski M, ym. A neural mechanism for exacerbation of headache by light. Nat Neurosci 2010;13:239 45. Ootsuka Y, Blessing WW. Thermogenesis in brown adipose tissue: increase by 5-HT2A receptor activation and decrease by 5-HT1A receptor activation in conscious rats. Neurosci Lett 2006;395:170 4. Ootsuka Y, Blessing WW, Nalivaiko E. Selective blockade of 5-HT2A receptors attenuates the increased temperature response in brown adipose tissue to restraint stress in rats. Stress 2008;11:125 33. Ootsuka Y, de Menezes RC, Zaretsky DV, ym. Brown adipose tissue thermogenesis heats brain and body as part of the brain-coordinated ultradian basic rest-activity cycle. Neuroscience 2009; 164:849 61. Oren DA, Terman M. Tweaking the human circadian clock with light. Science 1998;279:333 4. Pandey GN, Dwivedi Y, Rizavi HS, ym. Higher expression of serotonin 5-HT2A receptors in the postmortem brains of teenage suicide victims. Am J Psychiatry 2002;159:419 29. Partonen T. Valo käy sisäisen kellon rytminsiirtoon. Duodecim 2005;121: 2544 50. Partonen T. Hypothesis: cryptochromes and brown fat are essential for adaptation and affect mood and mood-related behaviors. Front Neurol 2012;3:157. Perrin F, Peigneux P, Fuchs S, ym. Nonvisual responses to light exposure in the human brain during the circadian night. Curr Biol 2004;14:1842 6. Raison CL, Klein HM, Steckler M. The moon and madness reconsidered. J Affect Disord 1999;53:99 106. Schwitzer J, Neudorfer C, Blecha HG, Fleischhacker WW. Mania as a side effect of phototherapy. Biol Psychiatry 1990;28:532 4. Shayit M, Yadid G, Overstreet DH, Weller A. 5-HT(1A) receptor subsensitivity in infancy and supersensitivity in adulthood in an animal model of depression. Brain Res 2003;980:100 8. Vandewalle G, Balteau E, Phillips C, ym. Daytime light exposure dynamically enhances brain responses. Curr Biol 2006;16:1616 21. Wehr TA. Sleep loss: a preventable cause of mania and other excited states. J Clin Psychiatry 1989;50 Suppl:8 16. Wehr TA, Rosenthal NE. Seasonality and affective illness. Am J Psychiatry 1989;146:829 39. Wehr TA, Skwerer RG, Jacobsen FM, Sack DA, Rosenthal NE. Eye versus skin phototherapy of seasonal affective disorder. Am J Psychiatry 1987;144:753 7. Summary Can exposure to light drive you crazy? Scientific research efforts have elucidated the mechanisms with which light exposure to the eyes influences the functions of the body. These reports have also provided information about the importance of light exposures in terms of health. Individuals with mood disorder in particular experience the seasonal changes in general wellbeing. Seasonal variation in mood and behavior is a complex phenotype, to which the photoperiod and ambient temperatures over the day and across the year contribute. Therefore, to evaluate, whether exposure to light can drive you mad, is not a simple task. 1373