¿La luz azul perturba el biorritmo humano?

Probablemente haya escuchado o leído que la iluminación azul es muy dañina para la visión y para los relojes biológicos. Con el uso generalizado de varios tipos de dispositivos con pantallas y monitores entre la población mundial, esta declaración se ha afianzado aún más en nuestra mente subconsciente. Incluso los teléfonos inteligentes cambian la configuración de sus pantallas en ciertos momentos del día para no dañar al usuario con un aterrador color azul que golpea los ojos. Se cree que es la iluminación azul la que tiene el efecto más fuerte en el reloj biológico de una persona. ¿Pero la luz azul es tan terrible como está pintada? Al final resultó que, no. Un grupo de científicos de la Universidad de Manchester (Gran Bretaña) realizó una serie de experimentos en los que determinaron la relación entre los efectos cromáticos y el ritmo circadiano de los ratones. ¿En qué momento qué tipo de iluminación es mejor que la luz azul es tan especial y por qué la declaración sobre su daño no es completamente cierta? Aprendemos sobre esto del informe del grupo de investigación. Vamos

Base de estudio

Una de las condiciones más importantes para un estilo de vida saludable es el ritmo biológico correcto. Este término puede denominarse colectivo, ya que incluye tanto los ritmos fisiológicos (ritmo cardíaco, presión arterial, etc.) como los ritmos adaptativos asociados con los cambios ambientales.

Hablando en frases comunes, el ritmo biológico puede describirse como un ejemplo: estamos despiertos durante el día y dormimos por la noche. Esto se debe a ciertos procesos dentro de nuestro cuerpo, es decir, estos son ritmos fisiológicos. Sin embargo, si las condiciones externas cambian radicalmente (por ejemplo, colocar a una persona en una habitación con iluminación constante), entonces el biorritmo cambiará debido a la activación de los ritmos adaptativos.


Christoph Gufeland

En el lejano 1797, Christoph Gufeland, un médico alemán, presentó la teoría de que muchos procesos en el cuerpo humano ocurren con cierta frecuencia, es decir. cíclicamente Es Gufeland quien es considerado el progenitor de una ciencia como la cronobiología, que estudia los fenómenos periódicos que ocurren en los organismos vivos en el tiempo, así como su adaptación a los ritmos solares y lunares.

Los ritmos circadianos, a su vez, son ritmos fisiológicos que están asociados con el medio ambiente, pero que son causados ​​por procesos internos en el cuerpo.

La luz, como una de las fuentes de señales del día de nuestros sentidos (en este caso, el ojo), cambia a lo largo del día, es decir, tiene un ciclo de 24 horas. En humanos, las reacciones circadianas más pronunciadas causan luz de onda corta que onda larga. La razón de esto es la melanopsina * , que es una parte integral de la evaluación circadiana de la intensidad de la luz, captura de manera más efectiva los fotones a una longitud de onda de aproximadamente 480 nm. Es este hecho el que se convirtió en la base de la teoría del "daño" de la iluminación azul en la forma de su fuerte efecto sobre el reloj biológico.

La melanopsina * es un tipo de fotopigmento que pertenece a la familia de proteínas retinianas fotosensibles llamadas opsinas y codificadas por el gen Opn4. En la retina de mamíferos, hay dos categorías adicionales de opsinas que participan en la formación de imágenes visuales: rodopsina (púrpura visual) en bastones y fotopsina (tipos I, II y III) en conos.

El problema es que el laboratorio y las condiciones reales son muy diferentes, y en este último a menudo no existe una correlación directa entre el color percibido y la excitación de la melanopsina. Por lo tanto, aunque el reloj biológico de los mamíferos recibe señales cromáticas basadas en barras, el efecto del color sobre las respuestas circadianas a la luz aún no se ha establecido.

En el estudio que estamos considerando hoy, los científicos decidieron determinar la naturaleza y la importancia funcional de los efectos cromáticos en el sistema circadiano del ratón. Se utilizó iluminación policromática en los experimentos, y los ratones con sensibilidad espectral alterada de los conos (Opn1mwR) desempeñaron el papel de sujetos experimentales. Por lo tanto, fue posible crear condiciones que difieren entre sí en color, al tiempo que se garantiza la activación idéntica de melanopsina y varillas.

Resultados de la investigación

Las señales de color obtenidas de las barras alcanzan los núcleos supraquiasmáticos * (SCN) y pueden afectar la fase del reloj biológico. Sin embargo, aún no está claro qué colores activan más activamente las reacciones circadianas y cómo dicho mecanismo promueve la sincronización * in vivo.

El núcleo supraquiasmático * es el núcleo de la región anterior del hipotálamo, cuya tarea principal es la regulación de los ritmos circadianos en los mamíferos.

Sincronización * : en este caso, significa un término de la cronobiología que explica la coordinación del período y la fase del sistema circadiano con el período y la fase del ritmo externo.

Al amanecer y al atardecer, se produce un cambio en los espectros de luz ambiental. Se deduce que la luz cuyo color se asemeja al crepúsculo (es decir, azul) causará reacciones circadianas más débiles que el color de la misma intensidad, pero relacionado con el período diurno (es decir, de amarillo a blanco).

Esta hipótesis podría verificarse cambiando la composición espectral (ajuste de color sin referencia a la intensidad de la luz) de la iluminación policromática utilizada en los experimentos ( 1A ).


Imagen No. 1

El sistema circadiano de mamíferos rastrea la intensidad de la luz a través de una combinación de señales de melanopsina y señales retinianas externas transmitidas internamente por las células ganglionares fotosensibles * de la retina (ipRGC).

La célula ganglionar * es una neurona retiniana capaz de generar impulsos nerviosos.

Durante los experimentos, los científicos cambiaron el espectro de iluminación sin cambiar su intensidad. Los ratones experimentales tuvieron ciertos cambios: su varilla retiniana nativa M-opsina (λmax = 511 nm) fue reemplazada por L-opsina humana (λmax = 556 nm).

El hábitat de los ratones experimentales se proporcionó con iluminación cenital difusa (dispersa) de fuentes LED controladas independientemente ( 1A ).

Antes de los experimentos directos, se calibraron las características policromáticas de la iluminación (parámetros de control - 385, 460 y 630 nm), reconstruyendo así la iluminación natural (luz blanca, es decir, la luz del día) en el laboratorio.

El ajuste de los parámetros de control permitió la creación de estímulos experimentales. El primer estímulo maximizó la excitación de L-opsina y minimizó la excitación de S-opsina (L + S, luz "amarilla"). El segundo estímulo minimizó la excitación de L-opsina y maximizó la activación de S-opsina (LS + luz azul).

En los experimentos, se usó un método bastante simple pero efectivo para evaluar el efecto del color de la iluminación en el período circadiano: correr voluntariamente en la rueda.

Durante los experimentos, ocho ratones fueron expuestos a períodos alternos de 2 semanas de constante LS + (azul) y luego iluminación L + S (amarillo) a 3 intensidades espaciadas logarítmicamente ( 1B ).

Como se esperaba, el período circadiano se alargó con una intensidad creciente. Pero además de esto, también se detectó un efecto de color significativo, con períodos circadianos más largos cuando se iluminó con L + S (amarillo) que con LS + (azul) ( 1C ).

Esta observación por sí sola sugiere que la iluminación azul tiene menos efecto en el sistema circadiano que la iluminación amarilla.

A pesar del hecho de que un cambio en la intensidad de la iluminación en ambos casos condujo a una disminución en la actividad de los ratones, no se encontró una clara dependencia de la actividad y el color de la iluminación ( 1D ).

Teniendo en cuenta que la base de los experimentos es la modulación selectiva de la relación de la actividad de L-opsinas y S-opsinas, el comportamiento circadiano en ratones sin fototransducción de conducción ( 1E ) bajo iluminación uniforme no debería tener ningún cambio en el comportamiento circadiano. En otras palabras, si los ratones no tienen conos, entonces, en teoría, un cambio en el color de la iluminación no debería afectarlos.

Esto ha sido confirmado en la práctica. Siete ratones experimentales sin conos, aunque mostraron una reacción a un cambio en la intensidad de la iluminación, no reaccionaron a un cambio de color ( 1F y 1G ). A la máxima intensidad de iluminación, los ratones sin conos mostraron actividad (corrían en la rueda) con mucha más frecuencia y más tiempo (en 7 de 11 experimentos emparejados) en luz azul que en amarillo. Mientras que solo 1 de 15 experimentos emparejados con ratones comunes (con conos) mostró un resultado similar.

Cuando la intensidad de la luz era mínima, ambos grupos de ratones mostraron la misma actividad, independientemente del color de la luz.

Además, los científicos decidieron confirmar que la reducción del período circadiano (actividad) a la máxima intensidad de iluminación y con color azul es el resultado de la influencia del color en lugar de la intensidad.

Para esto, 14 ratones fueron expuestos a estímulos L + S (amarillo) y LS + (azul) con una frecuencia de 2 semanas. Esto fue seguido por un período de iluminación de un tipo intermedio (correspondiente a un día nublado en condiciones reales) con diferentes grados de iluminación ( 1H ): L + S + (brillante) y LS- (tenue).

Se esperaba que, si la disminución de la actividad bajo la luz azul refleja una disminución en la iluminación efectiva de las barras, entonces en la luz tenue la actividad debería reducirse aún más. Como en los experimentos, se detectó una disminución significativa de la actividad bajo iluminación azul, en contraste con el amarillo ( 1I y 1J ). Pero no se detectaron diferencias en la actividad con iluminación brillante y tenue.

En total, estos datos confirman el efecto específico de las señales cromáticas de las barras en el ritmo circadiano. Por lo tanto, el color azul debilita significativamente las reacciones circadianas a la iluminación y, por lo tanto, los estímulos azules deberían ser menos efectivos para restablecer el reloj biológico que los amarillos equivalentes.

Para probar esta hipótesis, los científicos primero evaluaron los cambios temporales en los ritmos de comportamiento de los ratones en respuesta a pulsos agudos de iluminación L + S (amarillo) y LS + (azul) inmediatamente después de la transición del ciclo LD (claro / oscuro) a oscuridad constante. La ciclicidad de los experimentos no fue más de 5 minutos para evitar una posible adaptación con una exposición más prolongada a varios estímulos externos.

Es curioso que el cambio de fase después de la iluminación azul fue insignificante, pero incluso con la iluminación amarilla no hubo desviaciones notables. Por lo tanto, los pulsos agudos de luz azul y amarilla no tienen una diferencia en la intensidad del efecto sobre la actividad de los ratones y su comportamiento en general. Sin embargo, como los propios científicos admiten, esta experiencia es muy específica, ya que tiene parámetros claros, lo que no es natural, por lo tanto, no puede garantizar al 100% la recepción de tales resultados en condiciones naturales.

En la siguiente etapa del estudio, los científicos se dieron cuenta de una experiencia aún más inusual. Durante 7 días, los ratones (8 individuos) se mantuvieron en un ciclo LD equilibrado (12 horas - día y 12 horas - noche) con luz blanca. Después de 7 días, cuando se suponía que debía llegar la siguiente fase del día, se movió hacia adelante o hacia atrás durante 6 horas, reemplazando este período de tiempo con una fase con iluminación azul o amarilla ( 2A ).


Imagen No. 2

Se encontró que los cambios en la actividad causados ​​por la iluminación amarilla ocurrieron mucho más rápido ( 2B ) que los causados ​​por el azul, en ambos casos un cambio de fase (6 horas hacia adelante y hace 6 horas). En cuanto a los ratones sin conos, en su caso no se detectaron cambios en la actividad ni en el caso de la luz azul o amarilla ( 2C y 2D ).

Este experimento confirma que los estímulos azules modulan la actividad de las reacciones circadianas a la luz de manera mucho menos eficiente que los estímulos amarillos al reingresar al ritmo circadiano equilibrado correcto.

El color de iluminación aumenta la posibilidad de señales menores que conducen a la sincronización circadiana. Los datos de observación juntos representan un mecanismo por el cual las señales de color contribuyen a la sincronización circadiana al reducir las respuestas a las señales de luz cuyo color se asemeja al crepúsculo tardío.

Para estudiar la importancia de este mecanismo, los científicos crearon una nueva cámara de prueba para sujetos experimentales, que permite un seguimiento y control más dinámicos de la intensidad y el color de la iluminación. Además, se instalaron sensores infrarrojos en la nueva cámara, detectando los más mínimos movimientos asociados con el despertar, y no solo con los cambios diarios en el comportamiento.

En primer lugar, era necesario verificar si las señales de color admiten la sincronización cuando los cambios diarios en la intensidad de la luz son insignificantes. Para los ratones experimentales, tales circunstancias se consideran muy no estándar, es decir, no se han encontrado previamente en una situación que permita una evaluación más precisa de la relación entre sincronización, luz y color.


Imagen No. 3

El primer paso fue evaluar la capacidad de los ratones para mantener la sincronización con cambios diarios significativos en el color de la iluminación, pero sin cambiar su intensidad.

Al principio, el ciclo diario estaba equilibrado (12:12), luego la fase del día fue reemplazada por L + S (amarillo), y la fase oscura por LS + (azul), y viceversa, luz en LS + y oscuridad en L + S ( 3A ).

En ambos casos, los ratones perdieron inmediatamente la sincronización y simplemente corrieron alrededor de la cámara durante más tiempo que con el ciclo diario normal ( 3B ). Dada la misma reacción a la iluminación azul y amarilla, podemos suponer con seguridad que el comportamiento de los ratones no está relacionado con el color. El color es solo un modulador de las respuestas a los cambios en la intensidad de la luz.

Luego, los científicos decidieron verificar si los cambios diarios de color aumentarán la sincronización con la variabilidad diaria de la intensidad de la luz. Para esto, se crearon dos nuevas variantes de las condiciones experimentales. En el primero, hubo un ligero cambio en la intensidad de la luz diaria sin cambiar de color, en el segundo, la intensidad cambió de acuerdo con el mismo esquema, pero el color de la luz también cambió.

Como se esperaba, en el primer caso, los ratones perdieron inmediatamente la sincronización y su actividad se alargó en el transcurso del día ( 3D ). Sin embargo, en la segunda versión del experimento, una influencia tan fuerte en el comportamiento de los ratones de los cambios en la intensidad de la luz fue mitigada por un cambio de color. Es decir, el color contribuyó a mantener la sincronización diaria en ratones ( 3C ).

Resumiendo lo anterior, podemos decir que el color de la iluminación puede afectar la sincronización del ciclo 12:12, pero para esto es necesario cambiar no solo el color de la iluminación, sino también su intensidad.

Los científicos no descartan el hecho de que en algunas regiones del planeta los cambios diurnos en la intensidad de la luz pueden ser mucho más fuertes (el ejemplo de los científicos es el verano ártico). Por lo tanto, algunos animales pueden usar el color como un factor adicional en la sincronización circadiana. Sin embargo, la mayoría de los animales todavía usan iluminación de color para compensar las fluctuaciones estocásticas en el ritmo diario de la intensidad de la luz (por ejemplo, en el caso de clima nublado).

El aumento de la capa de nubes puede reducir significativamente la intensidad de la luz natural, lo que hace que las horas de salida y puesta del sol sean más imprecisas si confías únicamente en la intensidad. Pero esto no es así, porque el cambio del espectro de color hacia el azul todavía ocurre, independientemente de la capa de nubes.


Imagen No. 4

Naturalmente, los científicos tuvieron que verificar esta teoría, para lo cual crearon otra cámara experimental en la que se tuvieron en cuenta las nubes ( 4A ). Es decir, se simularon ciclos de verano de tres días de latitud norte con un nivel de nubes en constante cambio. En tales condiciones, la intensidad de la luz cambió, pero el color de la iluminación fue fijo, parecido a la luz del día.

12 individuos experimentales inicialmente se quedaron en la cámara con un ciclo de día y noche de 16: 8 con cambios diarios en la intensidad y el color de la iluminación. Luego, los cambios diarios en intensidad se simularon debido a las nubes con o sin cambios de color ( 4A y 4B ).

A pesar de que la sincronización fue la misma para ambas variantes de condiciones ( 4C ), la mayoría de los cambios en el comportamiento se relacionó específicamente con condiciones sin señales de color.

Una evaluación comparativa de los cambios en el comportamiento mostró un deterioro significativo en la sincronización solo con un cambio en la intensidad, pero no en condiciones naturales ( 4E ). La actividad de los ratones cambió ( 4F ) solo cuando hubo un cambio en la intensidad (sin participación del color).

Para un conocimiento más detallado de los matices del estudio, le recomiendo que consulte el informe de los científicos .

Epílogo

Si combinamos todos los resultados de los experimentos realizados en este estudio, podemos decir con confianza que un cambio en la intensidad de la luz afecta directamente la actividad de los ratones durante el día, pero los cambios de color no tienen ese efecto. Anteriormente, se suponía lo contrario. Sin embargo, en experimentos anteriores, según los científicos, se utilizó un método incorrecto: un cambio en la proporción de luz de onda corta y de onda larga, que conduce a cambios sutiles en la intensidad de la iluminación y cambios significativos en su color. Como resultado, resultó que era el color lo que afectaba la actividad, no la intensidad, porque prácticamente no cambiaba y, por lo tanto, ni siquiera se tenía en cuenta. En este trabajo, la intensidad de la iluminación se incluyó en los experimentos.

Además, la iluminación azul, como lo demuestran los experimentos, afecta el comportamiento de los ratones mucho menos que la iluminación amarilla. La totalidad de estas observaciones refuta completamente la teoría de que la iluminación azul puede afectar negativamente el biorritmo de un animal, incluidos los humanos. Gracias a este trabajo, no solo recibimos datos más precisos sobre la correlación de la iluminación (intensidad y color) y el ritmo circadiano, sino que también nos dimos cuenta de que no todos los estudios se llevan a cabo correctamente, lo que conduce a resultados inexactos y a veces completamente incorrectos. Confía pero verifica como dicen.

Según los nuevos datos, puede ajustar con mayor precisión y, lo que es más importante, corregir correctamente la iluminación de la habitación según la hora del día y su propósito. Desafortunadamente, en la mayoría de los casos observamos un desprecio total por la iluminación en muchas oficinas, centros comerciales y, lo que es más triste, en las escuelas. Sin embargo, debe entenderse que una iluminación adecuada no es un capricho banal, sino una necesidad real de nuestro cuerpo. A algunos les puede parecer que la iluminación es un aspecto insignificante que afecta la salud humana, pero incluso las omisiones leves pueden tener consecuencias significativas.

Gracias por su atención, sigan curiosos y tengan una buena semana laboral, muchachos. :)

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