A single day of natural daylight exposure and physical activity does not conclusively change circadian phase: A Bayesian crossover experiment

あらゆる人間の体内には、単一の1日よりもわずかに長い周期で刻むマスタークロック、すなわち生物学的リズムが流れています。この内部の時計を太陽の1日と一致させるために、脳は利用可能な最も強力な信号である、光と闇の日常的なサイクルに大きく依存しています。光が目に入ると、それは専用の経路を通って脳の中枢ペースメーカーへと伝わり、体が目覚めるべきか、あるいは休息に入るべきかを伝えます。このシステムは非常に敏感であり、光の露出のタイミング、強度、および持続時間が、私たちの睡眠、ホルモン、および覚醒のスケジュール全体を変化させることがあります。朝の明るい光が体内時計を早める方向に、夜の光が遅らせる方向に作用することは分かっていますが、現代の生活において重要な疑問が残っています。それは、自然な日光を浴び、おそらく身体を動かして過ごしたたった1日の屋外での時間が、この時計をリセットするのに十分な力を持っているのか、という問いです。

バーゼル大学の研究チームは、厳格な実験的制御の下で、被験者を現実の世界へと連れ出すことで、この問いに答えるべく取り組みました。彼らは、自然な日光を浴びること（身体活動の有無にかかわらず）が、体内時計のタイミングを変化させるのに、たった1日の自然光で十分であるかどうかを調べたいと考えました。この変化を測定するために、彼らは、体が休息の合図となるホルモンであるメラトニンを生成し始めることを示す精密な生物学的指標、すなわち「薄明下メラトニン分泌開始時刻」に着目しました。典型的な1日において、このホルモンは夕方に上昇し始め、体を休息へと準備させます。この上昇が始まる正確な時刻を、特定の露出の前と後で測定することで、科学者たちは時計がシフトしたかどうかを判断することができました。

研究には、数週間にわたる非常に厳格なルーチンに従うことに同意した、主に20代前半の健康な成人41名が参加しました。彼らは、実験開始前に身体が安定したリズム状態にあることを確実にするため、毎日同じ睡眠・起床時間を守り、カフェイン、アルコール、および昼寝を避けました。その後、参加者はそれぞれ約40時間続く3回の個別のラボ訪問を行いました。各訪問中、彼らは午前中に始まる8時間の異なる光露出時間を経験しました。ある条件では、彼らは自然な日光の下で屋外で過ごしました。別の条件では、同じ屋外の場所にいましたが、体内時計に最も効果的な短波長の青色光を遮断する特別なアンバー色の眼鏡を着用しました。3つ目の条件では、標準的な電灯の下で屋内に留まりました。

身体活動の役割を検証するため、研究者たちは参加者を2つのグループに分けました。一方のグループは、バーゼル周辺の丘にあるトレイルをハイキングして、その8時間のうち約4時間を過ごしました。もう一方のグループは、屋内での座位または緩やかな歩行にとどまりました。これにより、いくつかのシナリオが組み合わされました。つまり、明るい自然光を浴びて身体を動かした人もいれば、明るい光を浴びながらも静止していた人もおり、また、より暗い光の下で動きがあった場合と無かった場合もありました。これらの日を通じて、研究者は各個人が受け取った光の量と、心拍数がどのように変化したかを注意深く追跡しました。また、その日の活動が気分や注意力に即時的な影響を与えたかどうかを確認するために、参加者がどの程度眠気、疲労、あるいは覚醒を感じているか、また単純な音に対してどの程度素早く反応できるかも測定しました。

結果は驚くほど静かなものでした。高度な統計モデルを用いてデータを分析した結果、研究者たちは、身体活動の有無にかかわらず、たった1日の自然な日光が体内時計をシフトさせるのに十分であるという決定的な証拠は見出せませんでした。データは、より多くの光や活動を伴う日数の後に時計が早まる傾向をわずかに示してはいたものの、その変化は小さく、一貫性に欠けていました。時計が早まった参加者もいれば、遅くなった参加者もおり、変化が見られなかった参加者も多く存在しました。統計的な証拠は、光や運動がこれらのシフトを引き起こしたと言えるほど強力ではありませんでした。あたかも、単一日の露出では、身体の既存のリズムの安定性を克服するには不十分であったかのようでした。

研究では、参加者がその日およびその後どのように感じていたかも調査されました。ハイキングを行ったグループは、予想通り明らかに身体的な疲労を感じていましたが、気分や覚醒への影響は混合していました。より多くの光が日中の気分のわずかな改善に関連しているという小さな兆候は見られましたが、その効果は極めて微細で、ほとんど気づかない程度でした。興味深いことに、運動を行ったグループは夕方に反応速度が速くなりましたが、これは実験前の段階ですでに彼らの反応が速かったためであり、その日の活動の結果ではありませんでした。研究者たちは、光と運動は私たちの睡眠サイクルを調節するための強力なツールではあるものの、単一日の露出では体内時計のタイミングに測定可能な変化をもたらすには不十分である可能性が高い、と結論付けました。

これは、日光や運動がサーカディアン・ヘルス（概日リズムの健康）にとって重要ではないという意味ではありません。むしろ、この知見は、身体がそのリズムを大幅に調整するためには、時間の経過とともに、これらの信号への反復的かつ習慣的な露出が必要であることを示唆しています。たった1日のダイエットが人の長期的な体重の変化をもたらすことが稀であるのと同様に、たった1日の明るい光と運動は、長年のルーチンによって設定された生物学的時計をリセットするには不十分である可能性があります。この研究は、私たちの内部の時間に真に影響を与えるためには、たった1回の完璧な屋外での一日から即効性のある解決策を期待するのではなく、数週間、数ヶ月にわたる日常の習慣に目を向ける必要があることを浮き彫りにしています。人体は回復力を持っており、その時計は、単一日の変動に耐え、一貫した光と活動のパターンが永続的な変化をもたらすのを待っているのです。