Умело проектираното изкуствено осветление може да не причини негативни ефекти върху циркадния ритъм на човек. Всъщност дори може да донесе ползи за здравето му. Изкуственото осветление удължава продължителността на времето, през което хората са изложени на светлина всеки ден, за добро или за лошо. Системите за динамично осветление, базирани на LED, които са в състояние да регулират цвета и интензитета на светлината, която доставят, трябва да дадат възможност за проектиране на осветени среди, които са по-малко вредни за здравето. По надолу с помощта на специалистите от Ultralight.bg ще разберем малко повече за влиянието на LED осветлението, флуоресцентните осветителни тела, крушките с нажежаема жичка и др. върху циркадния ни ритъм.
LED осветителните тела в Международната космическа станция
Подобно на много други сгради и съоръжения, построени в края на двадесети век, така и Международната космическа станция (МКС) е проектирана да използва флуоресцентни лампи. В момента те се подменят, парче по парче, със светодиоди (LED). В сравнение с конвенционалните крушки с нажежаема жичка или флуоресцентни лампи, светодиодите използват по-малко енергия, издържат по-дълго и не съдържат стъкло или живак. Така отпада риска от стъклени парчета или токсичен метал, да попаднат в космическата станция, ако лампите се счупят при нулевата гравитация. Но изследователите всъщност се надяват, че новата система за осветление ще помогне на астронавтите и да спят по-добре през нощта и да бъдат нащрек през деня. Нека да видим как всичко това може да се случи, благодарение само на вида осветителни тела, които се използват.
Проблемът, който инженерите се опитват да решат, е, че в космоса няма „ден“ или „нощ“. МКС обикаля Земята на всеки 90 минути, което дава на астронавтите честа възможност да виждат как Слънцето изгрява и залязва. Също така обаче и причинява хаос на циркадния им ритъм. Сред многото вредни ефекти на космическите полети върху здравето, нарушаването на циркадния ритъм и придружаващото го лишаване от сън са едни от най-значителните - особено когато хората обмислят пътуване до по-далечни места в Слънчевата система, казва Джордж Брейнард, директор на Light Research Програма в университета Томас Джеферсън във Филаделфия, Пенсилвания.
Базираната на LED осветителна система, която се въвежда на МКС, е предназначена за фоторецепторните клетки в окото, които отговарят за виждането, но и за фоторецепторни клетки, които бяха открити почти преди 20 години - ipRGCs. Известни като фоточувствителни ретинални ганглийни клетки, тези фоторецептори съдържат светлочувствителен протеин, наречен меланопсин. Те нямат голяма роля във виждането; вместо това служат като основна входна точка на тялото за светлина, която регулира биологичните функции като цикъла сън-събуждане, бдителността и настроението.
Изследователите започват да разбират до каква степен твърде много или твърде малко светлина в грешно време на деня може да извади важни физиологични процеси извън синхрон, независимо дали сте астронавт в космически кораб, медицинска сестра на нощна смяна или просто играете компютърни игри след лягане. Лампата, която свети до вас, колкото и да не ви се вярва, има значение, дали ви се е доспало или не.
Да изтрием нощта
В продължение на хиляди години, дните на хората са били управлявани от изгрева и залеза на слънцето. След това идва американският изобретател Томас Едисън и неговата крушката с въглеродна нишка. Тя позволява на хората да поддържат дневните си дейности през нощта. Така осветлението с нажежаема жичка се превръща в крайъгълен камък на съвременния живот.
И все пак Едисън не може да предвиди хаоса, който електрическата крушка ще предизвика върху циркадните часовници на хората. Комбинацията от 24-часовата икономика и наличието на електрическа светлина ни кара да пренебрегваме факта, че хората сме с дневен характер.
До 90-те години много изследователи започват да подозират, че зрението е нещо повече от пръчки и конуси. Основна улика идва от мишки, генетично модифицирани да нямат пръчки и конуси, които следователно са слепи. Точно както при техните зрящи колеги обаче, светлината управлява циркадния часовник на тези животни и потиска експресията на мелатонин, хормон, произвеждан от мозъка през нощта, който регулира цикъла сън-будност. По подобен начин някои слепи хора също имат нормални цикли сън-будност.
През 2001 г. екипът на Брейнард и изследователи от друга лаборатория в Университета в Съри, Обединеното кралство, съобщават независимо, че потискането на мелатонина е най-силно при хора, които са изложени на светлина с дължина на вълната от 446–477 нанометра, което съответства на синьото на видимата светлина. Това предполага, че рецептор, настроен на тази светлина, регулира циркадния часовник. През 2002 г. протеинът меланопсин е открит точно като такъв рецептор.
Епидемиологичните проучвания през последните няколко десетилетия показват, че изкуствената светлина нарушава циркадния ни ритъм и това нарушение е свързано с депресия, метаболитни нарушения, имунни и сърдечно-съдови заболявания и рак.
Лампите с нажежаема жичка и флуоресцентното осветление в домовете и офисите не вършат лоша работа при възпроизвеждането на спектъра на слънчевите лъчи. Добре настроеният светодиод обаче би могъл по-добре да стимулира ipRGCs на хората, които са на закрито през деня, помагайки да поддържат циркадните си часовници в правилната посока.
Но замяната на конвенционалното осветление със светодиоди носи свои собствени проблеми: за разлика от крушките с нажежаема жичка и флуоресцентните крушки, LED светлините често са обогатени със сини дължини на вълната, които нарушават съня, когато се използват през нощта. Светлината, която светодиодите произвеждат, също е по-интензивна, което означава, че те имат двоен удар. Ярката жълта светлина може да има точно толкова активиране на меланопсин, колкото и слаба синя светлина.
По-интелигентно осветление
Голяма част от биологията, която е в основата на ipRGCs, все още се проучва - например досега се смяташе, че тези фоторецептори не играят никаква роля във зрението, но сега е известно, че взаимодействат с пръчиците и конусите.
Препоръките на изследователите за създаване на здравословна осветена среда са хората да търсят ярка и синя светлина през деня и да минимизират излагането и на двете през нощта.
Вече се появиха няколко здравни интервенции, базирани на светлина. Доказано е, че светлинните кутии, които излъчват интензивна синя светлина, помагат на хора с форма на депресия, наречена сезонно афективно разстройство. Много мобилни устройства вече включват и функции за намаляване на излъчването на синя светлина вечер и се предлагат очила, които филтрират тези дължини на вълната. В сътрудничество с партньори в индустрията, изследователите също проучват начини да направят осветлението в офисите, болниците и жилищните помещения по-малко вредно за здравето.
Реа и неговата колежка Мариана Фигейро, която ръководи Центъра за изследване на осветлението в Rensselaer, изследват ефектите от интервенциите чрез осветление върху възрастни хора с болестта на Алцхаймер и свързаните с нея форми на деменция.
Тъй като по-малко светлина достига до ретината с възрастта, е необходима по-голяма интензивност на светлината за активиране на фоторецепторите, казва Фигейро. Простото увеличаване на количеството синя светлина през деня помага да се регулират циклите на хората сън-събуждане, които често са нарушени при хора с деменция. Но постигането на това може да не винаги е практично.
Междувременно Лукас и неговият екип използват проектори за тестване на нов тип компютър или телевизионен дисплей, който може да бъде модифициран, за да се намали способността му да стимулира ipRGCs8. Конвенционалните дисплеи произвеждат изображения чрез комбиниране на три цвята светлина - червено, зелено и синьо. Вместо да източват сините дължини на вълната от изображенията, изследователите са използвали оптични филтри, за да настроят изхода на два проектора, като заменят синьото с виолетово и циан. Пети цвят, жълт, също е използван, за да осигури на изследователите по-голям контрол.
Учените успяха да произведат изображения, които са по-малко ефективни в стимулирането на меланопсин в ipRGCs, но имат сравним цвят и яркост. Доброволците не могат да разберат дали изображенията, които са гледали, са произведени от модифицираните дисплеи. Те обаче съобщават, че се чувстват по-сънливи и произвеждат повече мелатонин в слюнката си, когато гледат филми вечер, използвайки по-малко стимулиращата обстановка.
Като се имат предвид ефектите от изкуственото осветление върху тялото, много изследователи настояват за насоки при интериорния дизайн и осветлението.
Инсталирането на системата за динамично осветление на МКС се очаква да приключи по-късно тази година. Тя е проектирана да предлага три настройки: една, която произвежда ярка бяла светлина за използване през работно време, втора, която прави слаба светлина, изчерпана със сини дължини на вълната, за да подпомогне подготовката на астронавтите за сън „вечер“ и светлина с по-висок интензитет, обогатена със сини дължини на вълната, която ще се използва за повишаване на бдителността, когато е необходимо и за нулиране на циркадния ритъм след работа през нощта. Астронавтите ще проведат същите тестове в космоса, за да определят дали такова осветление може да отмени ефекта от преживяването на 16 изгрева на ден.
Демонстрирането, че е възможно да се модулира екстремното циркадно смущение, свързано с живота в космоса, ще помогне да се изгради основата на бъдещето на интелигентното осветление.
Предоставено от: Ултра Лайт