Jet Lag: Minimizing It’s Effects with Critically Timed Bright Light and Melatonin Administration



Yüklə 89,41 Kb.

tarix20.09.2017
ölçüsü89,41 Kb.


Jet Lag: Minimizing It’s Effects with Critically Timed

Bright Light and Melatonin Administration

Barbara L. Parry, M.D.*

Professor of Psychiatry, University of California,

San Diego, 9500 Gilman Dr., La Jolla, CA 92093-0804,

USA


‘‘Truly the light is good and it is beneficial

for the eyes to behold the sun.’’

— Ecclesiastes 11:7

Abstract


The symptoms of jet lag cause distress to an

increasing number of travelers. Potentially they

may impair sleep, mood and cognitive performance.

Critically timed exposure to bright light and

melatonin administration can help to reduce symp-

toms. Bright light is one of the most powerful

synchronizers of human rhythms and melatonin

serves as a ‘‘dark pulse’’ helping to induce night-

time behaviors. Thus, enhancing day and night

signals to the brain, appropriate to the environ-

mental light/dark cycle of the new time zone, can

serve to reestablish adaptive timing relationships

between the body’s internal biological rhythms and

the external environment, and thereby reduce the

symptoms of jet lag. Specific recommendations

using bright light and melatonin for eastward and

westward travel before and after departure are

provided for time zone changes of up to 6, 7–9 and

10 or more hours.

Introduction

An increasing segment of the population experiences

the symptoms of jet lag. These groups include not only

tourists, but also transmeridian business travelers,

military personnel, politicians, diplomats, athletes and

night shift workers, whose functioning and performance

can be impaired by the attendant sleep deprivation that

may occur. Leger et al. (1993) reported that among 507

business travelers, nearly half suffered from fatigue

during international business trips, approximately 78%

reported disturbed sleep and approximately 27%

complained of intellectual disability. It is interesting to

speculate that the Yalta conference may have had a

different outcome if its major participants had not been

suffering from symptoms of jet lag.

Jet lag is characterized by symptoms of fatigue,

lethargy, mood changes, cognitive impairment,

gastrointestinal disturbances and sleep disturbances.

It results from a desynchrony between the endogenous

circadian clock that regulates important biological

rhythms such as melatonin, cortisol and the core body

temperature rhythm and the sleep-wake cycle regu-

lated largely by the environmental light/dark cycle.

Normally the body’s internal biological rhythms are

synchronized with an individual’s approximately 24-h

sleep/wake cycle and the environmental light/dark

cycle. With travel to a different time zone, in which

the environmental light/dark cycle no longer coincides

with the same time intervals as those of the body’s

underlying biological rhythms, the traveler, for exam-

ple, often must try to sleep at times of the day conducive

to waking, not sleeping.

Light is one of the most powerful synchronizers

of human circadian rhythms. Light in the morning

advances circadian rhythms; light in the evening delays

them. Perhaps because the human species has ad-

apted over the years to fire and indoor lighting, however,

it generally requires light in the range of 2,500 lux (five

times the intensity of normal room light of about 500 lux)

to significantly shift human rhythms. Wavelengths in the

blue-green spectrum (400–500 nanometers) appear to

be the most effective in shifting human rhythms. Based

on these principles, bright light then can be used to help

advance underlying biological rhythms when under-

going a phase-advance (in which rhythms shift earlier)

associated with eastward travel, and to delay rhythms

when undergoing a phase-delay (in which rhythms shift

later) associated with westward travel. Alternatively, by

wearing dark sunglasses or goggles or avoiding light

exposure at critical times during evening hours (based

on the body’s internal clock time, which may be different

from the local time) after eastward flight can help

prevent the delay of rhythms antagonistic to the

phase-advance needed to adjust to the earlier time

zone. Likewise, avoiding morning light on westward

travel helps to prevent a phase-advance antagonistic to

the phase-delay needed to adjust to the later time zone.

Advancing or delaying underlying biological rhythms

with light serves to shift these rhythms more rapidly than

would normally occur and allow them to be more in

accordance with the environmental light/dark cycle of

the destination zone. With his/her own biological rhy-

thms readjusted to the new time zone, the traveler then

can sleep at a circadian phase more congruous with the

environmental light/dark cycle. Without specific inter-

ventions, an individual’s biological rhythms generally

shift 1–2 h/day with changing time zones (although this

change generally occurs more slowly for older indivi-

duals). For destinations with time zone differences of

less than 3 h, jet lag symptoms are minimal. For time

zone changes for  3 h, however, interventions can

*For correspondence. Email bparry@ucsd.edu; Tel. (619) 543-5592;

Fax. (619) 543-7519.

J. Mol. Microbiol. Biotechnol. (2002) 4(5): 463–466.

JMMB Review

# 2002 Horizon Scientific Press



• MALDI-TOF Mass Spectrometry in Microbiology 

  

   Edited by: M Kostrzewa, S Schubert (2016) 



   www.caister.com/malditof 

• Aspergillus and Penicillium in the Post-genomic Era 

  

   Edited by: RP Vries, IB Gelber, MR Andersen (2016) 



   www.caister.com/aspergillus2 

• The Bacteriocins: 

Current Knowledge and Future Prospects

 

  

   Edited by: RL Dorit, SM Roy, MA Riley (2016) 



   www.caister.com/bacteriocins 

• Omics in Plant Disease Resistance 

  

   Edited by: V Bhadauria (2016) 



   www.caister.com/opdr 

• Acidophiles: 

Life in Extremely Acidic Environments

 

  

   Edited by: R Quatrini, DB Johnson (2016) 



   www.caister.com/acidophiles 

• Climate Change and Microbial Ecology: 

Current Research 

and Future Trends

 

  

   Edited by: J Marxsen (2016) 



   www.caister.com/climate 

• Biofilms in Bioremediation: 

Current Research and Emerging 

Technologies

 

  

   Edited by: G Lear (2016) 



   www.caister.com/biorem 

• Microalgae: 

Current Research and Applications

 

  

   Edited by: MN Tsaloglou (2016) 



   www.caister.com/microalgae 

• Gas Plasma Sterilization in Microbiology: 

Theory, 

Applications, Pitfalls and New Perspectives

 

  

   Edited by: H Shintani, A Sakudo (2016) 



   www.caister.com/gasplasma 

• Virus Evolution: 

Current Research and Future Directions

 

  

   Edited by: SC Weaver, M Denison, M Roossinck, et al. (2016) 



   www.caister.com/virusevol 

• Arboviruses: 

Molecular Biology, Evolution and Control

 

  

   Edited by: N Vasilakis, DJ Gubler (2016) 



   www.caister.com/arbo 

• Shigella

Molecular and Cellular Biology

 

  

   Edited by: WD Picking, WL Picking (2016) 



   www.caister.com/shigella 

• Aquatic Biofilms: 

Ecology, Water Quality and Wastewater 

Treatment

 

  

   Edited by: AM Romaní, H Guasch, MD Balaguer (2016) 



   www.caister.com/aquaticbiofilms 

• Alphaviruses: 

Current Biology

 

  

   Edited by: S Mahalingam, L Herrero, B Herring (2016) 



   www.caister.com/alpha 

• Thermophilic Microorganisms 

  

   Edited by: F Li (2015) 



   www.caister.com/thermophile 

• Flow Cytometry in Microbiology: 

Technology and Applications

 

  

   Edited by: MG Wilkinson (2015) 



   www.caister.com/flow 

• Probiotics and Prebiotics: 

Current Research and Future Trends

 

  

   Edited by: K Venema, AP Carmo (2015) 



   www.caister.com/probiotics 

• Epigenetics: 

Current Research and Emerging Trends

 

  

   Edited by: BP Chadwick (2015) 



   www.caister.com/epigenetics2015 

• Corynebacterium glutamicum

From Systems Biology to 

Biotechnological Applications

 

  

   Edited by: A Burkovski (2015) 



   www.caister.com/cory2 

• Advanced Vaccine Research Methods for the Decade of 

Vaccines 

  

   Edited by: F Bagnoli, R Rappuoli (2015) 



   www.caister.com/vaccines 

• Antifungals: 

From Genomics to Resistance and the Development of Novel 

Agents

 

  

   Edited by: AT Coste, P Vandeputte (2015) 



   www.caister.com/antifungals 

• Bacteria-Plant Interactions: 

Advanced Research and Future Trends

 

  

   Edited by: J Murillo, BA Vinatzer, RW Jackson, et al. (2015) 



   www.caister.com/bacteria-plant 

• Aeromonas 

  

   Edited by: J Graf (2015) 



   www.caister.com/aeromonas 

• Antibiotics: 

Current Innovations and Future Trends

 

  

   Edited by: S Sánchez, AL Demain (2015) 



   www.caister.com/antibiotics 

• Leishmania

Current Biology and Control

 

  

   Edited by: S Adak, R Datta (2015) 



   www.caister.com/leish2 

• Acanthamoeba

Biology and Pathogenesis (2nd edition)

 

  

   Author: NA Khan (2015) 



   www.caister.com/acanthamoeba2 

• Microarrays: 

Current Technology, Innovations and Applications

 

  

   Edited by: Z He (2014) 



   www.caister.com/microarrays2 

• Metagenomics of the Microbial Nitrogen Cycle: 

Theory, Methods 

and Applications

 

  

   Edited by: D Marco (2014) 



   www.caister.com/n2 

Caister  Academic  Press  is  a  leading  academic  publisher  of 

advanced  texts  in  microbiology,  molecular  biology  and  medical 

research.       Full details of all our publications at  caister.com

Further Reading

Order from caister.com/order

       



help speed the process of adaptation. The primary

mode of action of light in shifting rhythms is thought to

be mediated by stimulation of impulses originating in

the retina and propagated via the retinohypo-

thalamic tract to the suprachiasmatic nucleus of the

anterior ventral hypothalamus, the anatomic location of

the biological clock. Via a multisynaptic pathway, fibers

subsequently impinge on primarily B-adrenergic recep-

tors in the pineal gland where serotonin is converted to

melatonin by a process of acetylation and methylation.

From the majority of evidence available to date, the

eyes then need to be open to receive the light impulses

in order to shift human rhythms, although a recent

report by Campbell and Murphy (1998) suggest that

light exposure to vascular areas such as the popliteal

region (behind the knee) also may shift these rhythms.

The hormone, melatonin, synthesized from seroto-

nin in the pineal gland, also can serve to shift human

circadian rhythms. It serves as a chemical ‘‘dark pulse’’

indicating to the body that physiological responses and

behaviors appropriate to night are to be instituted. Thus,

it serves as a chemical transducer which sends a signal

to the brain opposite to that of light: Melatonin admin-

istration in the morning delays circadian rhythms;

melatonin in the evening advances them. Since mela-

tonin is regarded as a food supplement, it is not

approved by the Food and Drug Administration. At

present, therefore, it generally must be obtained from

health food stores, where dosages may not be regulated

accurately. Studies to date indicate that <1 mg is suf-

ficient to shift human rhythms. Slightly larger dosages

(5 mg) may have soporific side effects and may be used

to help induce sleep, although the use of melatonin as a

hypnotic for insomnia has not been established in

persons sleeping at normal circadian phases. It seems

to be most useful as a chronobiotic, to induce shifts in

circadian phase for short term usage. The safety and

efficacy of long term use has not been established.

Bright light has its maximum phase-shifting effects

when administered in the middle of the night; alterna-

tively, melatonin has its most potent phase-shifting

effects during the middle of the day. It is not practical to

administer light in the middle of the night, and admin-

istration of melatonin in the middle of the day at higher

dosages may induce sleepiness. Thus to mitigate jet lag

symptoms, often combining (not simultaneously) light

and melatonin administration, each approximately at

their critical time points, can be beneficial. The timing of

the light or melatonin administration should be based

on internal body clock time at the point of departure,

not the local time of the destination zone, as the inter-

nal clock time must gradually shift to that of the new

local time zone. Critically timed light administration of

sufficient intensity then can be used, in conjunction

with melatonin in appropriate dosages, to shift human

circadian rhythms so that they are more in phase with

the environmental light/dark cycle of the destination

time zone. By realigning these rhythms, the traveler

can adjust to the new time zone more rapidly and

thereby minimize the symptoms of jet lag. Such inter-

ventions may reduce symptoms by up to 50%, but they

may not be beneficial in all individuals. More specific

recommendations for light and melatonin administra-

tion for eastward and westward change in time zones

of 3–6, 7–9 or  10 h, before and after the day of

departure are described below. (The effects of 1–2 h

time zone changes generally are minimal, but the same

recommendations for 3–6 h. time zone changes also

would apply in these cases).

Travel from West to East

In going from west to east, the traveler is shifting to an

earlier time zone and thereby undergoing a phase-

advance. In order to adjust to the new time zone, he/she

must shift their internal biological rhythms earlier. Since

the sleep/wake cycle can be more readily shifted than

other biological rhythms, treatment is aimed at shifting

the timing or phase of melatonin, cortisol, core body

temperature and other internal rhythms, that once re-

aligned, allows sleep to occur more readily at app-

ropriate circadian phases. Ideally, interventions should

be instituted prior to departure, and depending on the

time zones crossed, maintained for 3–4 days following

departure.

For a 3–6 h (h) eastward time zone change (for

example, 3 h. from Los Angeles, California to New York

City or 6 h. from New York City to Paris, France):

The day before and the day of departure: Light: Get

bright light (outdoor if possible, or from commercially

available light sources-see references, Rosenthal,

1998) in the morning shortly after awakening (before

9:00 a.m.) to advance rhythms. For light intensity in the

range of 2,500 lux, 2 h. of exposure is required; for

10,000 lux, 30 minutes. Avoid evening light exposure

that would delay circadian rhythms. Melatonin: Before

departure, take melatonin in the afternoon (about

3:00 p.m.) in small dosages (< 1 mg to avoid sleepi-

ness) to help advance circadian rhythms. For eastward

travel of 6 time zones (e.g. New York City to Paris,

France at specific times of the year), taking melatonin at

3:00 p.m. in the departure time zone (in New York City)

would be 9:00 p.m. in the destination time zone (in

Paris). Allowing 1–2 h. for absorption of the drug, taking

melatonin in New York City in the mid-afternoon would

be prior to bedtime in Paris. By using this intervention at

this time, the brain would receive the chemical message

that it was ‘‘dark’’ and begin to respond by inducing

nighttime behavior, including sleep, in preparation for

the new time zone change. For eastward travel of 3 h.

(e.g., from Los Angeles, California to New York City), it

would not be necessary to take the melatonin until 6:00

p.m. (Los Angeles time), as bedtime in the destination

zone (New York City) at that time would be 9:00 p.m.,

although melatonin in the midafternoon (at 3:00 p.m.

Los Angeles time) is likely to induce maximum phase-

shifting effects (Lewy et al., 1998).

Upon arrival: Light: Get morning light to advance

circadian rhythms and avoid evening light that would

delay them. Melatonin: On day 1, take the medication

when it is the same time at your destination point that

you took it the previous day at your departure point. For

example, if you took the melatonin at 3:00 p.m. in New

464 Parry




York City prior to departure, take melatonin at 9:00 p.m.

upon arrival in Paris. As circadian rhythms advance

1–2 h. each day with time zone changes, on day 2 and 3

after arrival in the destination zone, take melatonin

1–2 h. earlier each day. For example, upon arrival in

Paris from New York City as described above, if you

took melatonin at 9:00 p.m. on day 1, take it at 7:00 or

8:00 p.m. on day 2, and 6:00 or 7:00 p.m. on day 3.

For a 7–9 h. eastward time zone change (for exam-

ple, from Los Angeles, California, to London, England):

The day before and the day of departure: Light:

Get morning light to advance circadian rhythms, and

avoid evening light that would delay them. Melatonin:

Take a small dose (< 1 mg) of melatonin about

2:00 p.m. (about 10:00 p.m. destination time).

Upon arrival: Light: Avoid morning light (as it would

be evening time at your departure point, reflective of the

timing of your own internal rhythms), which would delay

circadian rhythms, antagonistic to the desired phase-

advance. Get afternoon light (as this time would be

morning in your departure zone), to advance circadian

rhythms. Melatonin: Take melatonin (a larger dose of

5 mg is appropriate to induce sleepiness, a side-effect

of higher dosages) prior to bedtime when it is the same

time at your departure point that you took it the previous

day. For example, if you took melatonin at 2:00 p.m. Los

Angeles time prior to departure (10:00 p.m. London

time), upon arrival, take melatonin at 10:00 p.m. London

time on day 1 of arrival. On day 2 and 3 after arrival,

take melatonin 1–2 h. earlier each day (for example at

9:00 p.m. on day 2 and 8:00 p.m. on day 3).

For 10 or more eastward time zone changes (for

example, from Los Angeles to Jerusalem): Note that for

a time zone change near 12 h., it is easier to delay rather

than advance rhythms, as the human free-running pe-

riod (the duration of a rhythm without external influences

such as the light/dark cycle) is slightly greater than 24 h.

Therefore, given the human tendency to delay rhythms

on a daily basis when there are not external constraints,

jet lag symptoms generally are shorter and less severe

for westward travel (when undergoing a phase-delay)

than for eastward travel (when undergoing a phase-

advance).

The day before and the day of departure: Light:

Get light in the evening and avoid light in the morning

to delay circadian rhythms. Melatonin: Take melatonin

(< 1 mg) on awakening.

Upon arrival: Light: Get morning bright light, and

avoid light the rest of the day. Melatonin: On day 1, take

melatonin when it is the same time at your departure

point that you took it the previous day. For example, if

you took melatonin at 7:00 a.m. Los Angeles time before

departure, take melatonin at 5:00 p.m. Jerusalem time

upon arrival. On day 2 and 3, take melatonin 1–2 h.

earlier each day, for example at 4:00 p.m. on day 2 and

3:00 p.m. on day 3.

Travel from East to West

For 3–6 h. westward time zone change (for example,

3 h. from New York City to Los Angeles, California and

6 h. from Paris, France to New York City):

The day before and the day of departure: Light:

Get light late in the day to help delay circadian rhythms

and avoid light early in the day that would advance

circadian rhythms. Melatonin: Take melatonin (< 1 mg

to avoid sleepiness) on awakening.

Upon arrival: Light: Get light late in the day to help

delay circadian rhythms and avoid light early in the day

that would advance them. Melatonin: Take a small dose

(< 1 mg) of melatonin on awakening. On days 2 and 3,

take melatonin 1–2 h. later than on the previous day.

For 7–9 h. westward time zone change (for exam-

ple, from London, England to Los Angeles, California):

The day before and the day of departure: Light:

Get light in the evening to delay circadian rhythms and

avoid light in the morning that would advance them.

Melatonin: Take a small dose (< 1 mg) of melatonin on

awakening.

Upon arrival: Light: Get midday light (that repre-

sents evening light body clock time at your point of

departure in London) to delay circadian rhythms and

avoid late-day light (that represents morning light body

clock time in London) which would advance circadian

rhythms. Melatonin: Take melatonin on awakening

(< 1 mg) to delay circadian rhythms. On days 2 to 4

after arrival, take a small dose of melatonin (< 1 mg)

1–2 h. later each day than on the previous day (e.g., at

8:00 and 9:00 a.m. on subsequent days Los Angeles

time).


For 10 or more westward time zone changes (for

example, from Jerusalem to Los Angeles):

The day before and the day of departure: Light: Get

bright light in the evening to delay circadian rhythms

and avoid light in the morning that would advance them.

Melatonin: Take a small dose (< 1 mg) of melatonin on

awakening.

Upon arrival: Light: Get morning light (which would

be evening light Jerusalem time) to help delay circadian

rhythms; avoid evening light (which would be morning

light in Jerusalem) that would advance circadian

rhythms. Melatonin: Take melatonin (5 mg to induce

sleepiness if needed) when it is the same time at the

point of departure that you took it yesterday. For

example, if traveling from Jerusalem to Los Angeles,

if you took melatonin at 7:00 a.m. Jerusalem time

before departure (9:00 p.m. Los Angeles time), take

melatonin at 9:00 p.m. Los Angeles time on day 1 of

arrival and take it 1–2 h. later than on the previous day

for days 2–4 after arrival (for example, at 10:00 p.m.

and 11 p.m. on subsequent days).

Summary


Appropriately timed bright light and melatonin admin-

istration, by helping to adjust underlying circadian rhy-

thms to the new time zone, can serve to mitigate the

symptoms of jet lag. Bright morning light advances

circadian rhythms; bright evening light delays them.

Melatonin in the evening advances circadian rhythms;

melatonin in the morning delays them. These princi-

ples, applied to the timing of the body’s internal

biological rhythms, can advance rhythms for eastward

travel and delay them for westward travel. Reducing

Jet Lag: Minimizing It’s Effects 465



the symptoms of jet lag by these methods can lessen

the mood, cognitive and behavioral symptoms resulting

from these desynchronized rhythms.

References

Arendt, J., Aldhous, M., English, J., Marks, V., and Arendt, J.H. 1987.

Some effects of jet-lag and their alleviation by melatonin. Ergonomics

30(9): 1379–1393.

Arendt, J., Deacon, S., English, J., Hampton, S., and Morgan, L. 1995.

Melatonin and adjustment to phase shift. J. Sleep Res. 4(2): 74–79.

Boulos, Z., Campbell, S.S., Lewy, A.J., Terman, M., Dijk, D.J., and

Eastman, C.I. 1995. Light treatment for sleep disorders: Consensus

Report VII. Jet Lag. J. Biological. Rhythms. 10(2): 167–176.

Campbell, S.S., and Murphy, P. 1998. Extraocular circadian photo-

transduction in humans. Science 279(16): 396–399.

Claustrat, B., Brun, J., David, M., Sassolas, G., and Chazot, G. 1992.

Melatonin and jet lag: confirmatory result using a simplified protocol.

Biol. Psychiatry 32: 705–711.

Jauhar, P., and Weller, P.I. 1982. Psychiataric morbidity and time

zone changes: A study of patients form Heathrow airport. Brit. J.

Psychiat. 140: 231–235.

Leger, D., Badet, D., and De La Giclais, B. 1993. The prevalence of

jet-lag among 507 traveling businessman. Sleep Res. 22: 409.

Lewy, A.J., Bauer, V.K., Ahmed, S., Thomas, K.H., Cutler, N.L.,

Singer, C.M., Moffit, M.T., and Sack, R.L. 1998. The human phase

response curve (PRC) to melatonin is about 12 h out of phase with

the PRC to light. Chronobiol. Int. 15: 71–83.

Oren, D.A., Reich, W., Rosenthal, N.E., and Wehr, T.A. 1993. How to

Beat Jet Lag. A Practical Guide for Air Travelers. Henry Holt and

Company. New York.

Rosenthal, N.E. 1998. Winter Blues. The Guilford Press, New York.



466 Parry


Dostları ilə paylaş:


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2019
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə