Beeinträchtigt blaues Licht den menschlichen Biorhythmus?

Sie haben wahrscheinlich gehört oder gelesen, dass blaues Licht für das Sehen und die biologischen Uhren sehr schädlich ist. Mit der weit verbreiteten Verwendung verschiedener Arten von Geräten mit Bildschirmen und Monitoren in der Weltbevölkerung hat sich diese Aussage in unserem Unterbewusstsein weiter verstärkt. Sogar Smartphones ändern die Einstellungen ihrer Bildschirme zu bestimmten Tageszeiten, um dem Benutzer keine schreckliche blaue Farbe zuzufügen, die auf die Augen trifft. Es wird angenommen, dass es sich um blaues Licht handelt, das die biologische Uhr einer Person am stärksten beeinflusst. Aber ist das blaue Licht so schrecklich, wie es gemalt wird? Wie sich herausstellte, nein. Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Universität Manchester (Großbritannien) führte eine Reihe von Experimenten durch, in denen sie die Beziehung zwischen chromatischen Effekten und dem circadianen Rhythmus von Mäusen bestimmten. Zu welcher Zeit welche Art von Beleuchtung besser ist als das blaue Licht, ist so besonders und warum die Aussage über seinen Schaden nicht ganz zutreffend ist. Dies erfahren wir aus dem Bericht der Forschergruppe. Lass uns gehen.

Studienbasis

Eine der wichtigsten Voraussetzungen für einen gesunden Lebensstil ist der richtige biologische Rhythmus. Dieser Begriff kann als kollektiv bezeichnet werden, da er sowohl physiologische Rhythmen (Herzrhythmus, Blutdruck usw.) als auch adaptive Rhythmen im Zusammenhang mit Umweltveränderungen umfasst.

Der biologische Rhythmus lässt sich in alltäglichen Sätzen beschreiben - wir sind tagsüber wach und schlafen nachts. Dies ist auf bestimmte Prozesse in unserem Körper zurückzuführen, d. H. Auf physiologische Rhythmen. Wenn sich jedoch die äußeren Bedingungen radikal ändern (z. B. wenn eine Person in einen Raum mit konstanter Beleuchtung gebracht wird), ändert sich der Biorhythmus aufgrund der Aktivierung adaptiver Rhythmen.


Christoph Gufeland

Im fernen Jahr 1797 vertrat der deutsche Arzt Christoph Gufeland die These, dass viele Vorgänge im menschlichen Körper mit einer bestimmten Häufigkeit ablaufen, d.h. zyklisch. Es ist Gufeland, der als Vorläufer einer solchen Wissenschaft wie der Chronobiologie gilt, die die periodischen Phänomene untersucht, die in lebenden Organismen in der Zeit auftreten, sowie deren Anpassung an den Rhythmus von Sonne und Mond.

Zirkadiane Rhythmen sind wiederum physiologische Rhythmen, die mit der Umgebung verbunden sind, aber durch innere Prozesse im Körper verursacht werden.

Licht, als eine der Signalquellen des Tages unserer Sinne (in diesem Fall des Auges), verändert sich im Laufe des Tages, dh es hat einen 24-Stunden-Zyklus. Beim Menschen verursachen stärker zirkadiane Reaktionen kurzwelliges Licht als langwelliges. Der Grund dafür ist Melanopsin * , das ein wesentlicher Bestandteil der circadianen Bewertung der Lichtintensität ist und Photonen mit einer Wellenlänge von etwa 480 nm am effektivsten einfängt. Diese Tatsache wurde zur Grundlage der Theorie des „Schadens“ des blauen Lichts in Form seiner starken Wirkung auf die biologische Uhr.

Melanopsin * ist eine Art von Photopigment, das zur Familie der lichtempfindlichen Netzhautproteine ​​gehört, die als Opsine bezeichnet werden und vom Opn4-Gen kodiert werden. In der Netzhaut von Säugetieren gibt es zwei zusätzliche Kategorien von Opsinen, die an der Bildung visueller Bilder beteiligt sind: Rhodopsin (visuelles Purpur) in Stäbchen und Photopsin (Typen I, II und III) in Zapfen.

Der Haken ist, dass die Laborbedingungen und die realen Bedingungen sehr unterschiedlich sind und in letzteren häufig kein direkter Zusammenhang zwischen der wahrgenommenen Farbe und der Anregung durch Melanopsin besteht. Obwohl die biologische Uhr von Säugetieren auf der Basis von Stäbchen chromatische Signale empfängt, ist die Auswirkung der Farbe auf die zirkadiane Reaktion auf Licht noch nicht nachgewiesen worden.

In der Studie, die wir heute betrachten, beschlossen die Wissenschaftler, die Art und funktionelle Bedeutung der chromatischen Effekte auf das circadiane System der Maus zu bestimmen. In den Experimenten wurde polychromatische Beleuchtung verwendet, und Mäuse mit veränderter spektraler Empfindlichkeit von Zapfen (Opn1mwR) spielten die Rolle von Versuchspersonen. So konnten farblich voneinander abweichende Bedingungen geschaffen und eine identische Aktivierung von Melanopsin und Stäbchen sichergestellt werden.

Forschungsergebnisse

Die von den Stäben erhaltenen Farbsignale erreichen die suprachiasmatischen Kerne * (SCN) und können die Phase der biologischen Uhr beeinflussen. Es ist jedoch noch nicht klar, welche Farben die circadianen Reaktionen am aktivsten aktivieren und wie ein solcher Mechanismus die Synchronisation * in vivo fördert.

Der suprachiasmatische Kern * ist der Kern der vorderen Region des Hypothalamus, dessen Hauptaufgabe die Regulation des circadianen Rhythmus bei Säugetieren ist.

Synchronisation * - in diesem Fall ein Begriff aus der Chronobiologie, der die Koordination der Periode und Phase des circadianen Systems mit der Periode und Phase des externen Rhythmus erklärt.

Im Morgengrauen und während des Sonnenuntergangs kommt es zu einer Verschiebung der Spektren des Umgebungslichts. Daraus folgt, dass Licht, dessen Farbe der Dämmerung ähnelt (d. H. Blau), schwächere circadiane Reaktionen hervorruft als eine Farbe mit der gleichen Intensität, die jedoch mit der Tageszeit zusammenhängt (d. H. Von gelb nach weiß).

Diese Hypothese konnte bestätigt werden, indem die spektrale Zusammensetzung (Farbanpassung ohne Berücksichtigung der Lichtintensität) der in den Experimenten verwendeten polychromatischen Beleuchtung geändert wurde ( 1A ).


Bild Nr. 1

Das circadiane System von Säugetieren verfolgt die Lichtintensität durch eine Kombination von Melanopsinsignalen und Signalen von außen, die intern von lichtempfindlichen Ganglienzellen der Netzhaut * (ipRGCs) übertragen werden.

Die Ganglienzelle * ist ein Netzhautneuron, das Nervenimpulse erzeugen kann.

Während der Experimente änderten die Wissenschaftler das Beleuchtungsspektrum, ohne die Intensität zu verändern. Die experimentellen Mäuse hatten bestimmte Veränderungen - ihr natives M-Opsin des Netzhautstabs (λmax = 511 nm) wurde durch menschliches L-Opsin (λmax = 556 nm) ersetzt.

Der Lebensraum der experimentellen Mäuse wurde mit diffuser (gestreuter) Deckenbeleuchtung von unabhängig gesteuerten LED-Quellen ( 1A ) versehen.

Vor den direkten Experimenten wurden die polychromatischen Eigenschaften der Beleuchtung kalibriert (Kontrollparameter - 385, 460 und 630 nm), wodurch das natürliche Licht (weißes Licht, d. H. Tageslicht) im Labor rekonstruiert wurde.

Die Einstellung der Kontrollparameter ermöglichte die Erzeugung von experimentellen Stimuli. Der erste Stimulus maximierte die Erregung von L-Opsin und minimierte die Erregung von S-Opsin (L + S, "gelbes" Licht). Der zweite Stimulus minimierte die Erregung von L-Opsin und maximierte die Aktivierung von S-Opsin (LS + blaues Licht).

In den Experimenten wurde eine ziemlich einfache, aber effektive Methode verwendet, um die Wirkung der Lichtfarbe auf die circadiane Periode zu bewerten - freiwilliges Laufen im Rad.

Während der Experimente wurden acht Mäuse abwechselnd zweiwöchigen Perioden konstanter LS + (blau) und dann L + S (gelb) -Beleuchtung mit 3 logarithmisch beabstandeten Intensitäten ( 1B ) ausgesetzt.

Wie erwartet verlängerte sich die circadiane Periode mit zunehmender Intensität. Daneben wurde aber auch ein signifikanter Farbeffekt mit längeren circadianen Perioden bei Beleuchtung mit L + S (gelb) als mit LS + (blau) ( 1C ) festgestellt.

Diese Beobachtung allein legt nahe, dass blaues Licht weniger Einfluss auf das circadiane System hat als gelbes Licht.

Trotz der Tatsache, dass eine Änderung der Beleuchtungsstärke in beiden Fällen zu einer Abnahme der Aktivität von Mäusen führte, wurde keine klare Abhängigkeit der Aktivität und Farbe der Beleuchtung ( 1D ) gefunden.

In Anbetracht der Tatsache, dass die Grundlage der Experimente die selektive Modulation des Aktivitätsverhältnisses von L-Opsinen und S-Opsinen ist, sollte das circadiane Verhalten bei Mäusen ohne Phototransduktion ( 1E ) unter gleichmäßiger Beleuchtung keine Änderungen des circadianen Verhaltens aufweisen. Mit anderen Worten, wenn Mäuse keine Zapfen haben, sollte sich eine Änderung der Beleuchtungsfarbe theoretisch nicht auf sie auswirken.

Dies wurde in der Praxis bestätigt. Sieben experimentelle Mäuse ohne Zapfen reagierten, obwohl sie auf eine Änderung der Beleuchtungsstärke reagierten, nicht auf eine Farbänderung ( 1F und 1G ). Bei maximaler Beleuchtungsstärke zeigten Mäuse ohne Zapfen im blauen Licht viel häufiger und länger (in 7 von 11 Experimenten) Aktivität (im Rad) als im gelben. Während nur 1 von 15 gepaarten Experimenten mit gewöhnlichen Mäusen (mit Zapfen) ein ähnliches Ergebnis zeigten.

Wenn die Lichtintensität minimal war, zeigten beide Gruppen von Mäusen unabhängig von der Farbe des Lichts die gleiche Aktivität.

Darüber hinaus beschlossen die Wissenschaftler zu bestätigen, dass die Verringerung der circadianen Periode (Aktivität) bei maximaler Beleuchtungsstärke und blauer Farbe eher auf den Einfluss der Farbe als auf die Intensität zurückzuführen ist.

Hierzu wurden 14 Mäuse mit einer Häufigkeit von 2 Wochen den Reizen L + S (gelb) und LS + (blau) ausgesetzt. Darauf folgte eine Beleuchtungsperiode von mittlerem Typ (entsprechend einem bewölkten Tag unter realen Bedingungen) mit unterschiedlichen Beleuchtungsgraden ( 1H ): L + S + (hell) und LS- (dunkel).

Es wurde erwartet, dass, wenn die Abnahme der Aktivität unter blauem Licht eine Abnahme der effektiven Beleuchtung der Stäbe widerspiegelt, die Aktivität bei schwachem Licht weiter verringert werden sollte. Wie in den Experimenten wurde unter blauer Beleuchtung im Gegensatz zu Gelb ( 1I und 1J ) eine signifikante Abnahme der Aktivität festgestellt. Unterschiede in der Aktivität bei hellem und schwachem Licht wurden jedoch nicht festgestellt.

Insgesamt bestätigen diese Daten die spezifische Wirkung der chromatischen Signale der Stäbchen auf den circadianen Rhythmus. Somit schwächt die blaue Farbe die circadianen Reaktionen auf Beleuchtung signifikant ab, und daher sollten blaue Stimuli die biologische Uhr weniger wirksam zurücksetzen als äquivalente gelbe.

Um diese Hypothese zu testen, bewerteten die Wissenschaftler zunächst vorübergehende Änderungen im Verhaltensrhythmus von Mäusen als Reaktion auf scharfe Impulse von L + S (gelb) und LS + (blau) unmittelbar nach dem Übergang vom LD-Zyklus (hell / dunkel) zur konstanten Dunkelheit. Die Zyklizität der Versuche betrug nicht mehr als 5 Minuten, um eine mögliche Anpassung bei längerer Einwirkung verschiedener externer Reize zu vermeiden.

Es ist merkwürdig, dass die Phasenverschiebung nach blauer Beleuchtung unbedeutend war, aber selbst bei gelber Beleuchtung gab es keine merklichen Abweichungen. Daher haben scharfe blaue und gelbe Lichtimpulse keinen Unterschied in der Stärke der Auswirkung auf die Aktivität von Mäusen und deren Verhalten im Allgemeinen. Diese Erfahrung ist jedoch, wie die Wissenschaftler selbst zugeben, sehr spezifisch, da sie eindeutige Parameter aufweist, die nicht in der Natur liegen und daher nicht 100% ig den Erhalt solcher Ergebnisse unter natürlichen Bedingungen garantieren können.

In der nächsten Phase der Studie stellten die Wissenschaftler eine noch ungewöhnlichere Erfahrung fest. 7 Tage lang wurden Mäuse (8 Individuen) in einem ausgeglichenen LD-Zyklus (12 Stunden am Tag und 12 Stunden in der Nacht) mit weißem Licht gehalten. Nach 7 Tagen, als die nächste Phase des Tages kommen sollte, wurde sie 6 Stunden vorwärts oder rückwärts geschoben und ersetzte diese Zeit durch eine Phase mit blauer oder gelber Beleuchtung ( 2A ).


Bild Nr. 2

Es wurde festgestellt, dass durch gelbe Beleuchtung verursachte Aktivitätsänderungen viel schneller auftraten ( 2B ) als durch Blau, in beiden Fällen eine Phasenverschiebung (vor 6 Stunden und vor 6 Stunden). Bei den Mäusen ohne Zapfen wurden bei blauem oder gelbem Licht ( 2C und 2D ) keine Aktivitätsänderungen festgestellt.

Dieses Experiment bestätigt, dass blaue Stimuli die Aktivität von circadianen Reaktionen auf Licht viel weniger effizient modulieren als gelbe Stimuli, wenn sie wieder in den richtigen, ausgeglichenen circadianen Rhythmus eintreten.

Die Lichtfarbe erhöht die Wahrscheinlichkeit von geringfügigen Signalen, die zu einer circadianen Synchronisation führen. Die Beobachtungsdaten stellen zusammen einen Mechanismus dar, durch den Farbsignale zur circadianen Synchronisation beitragen, indem sie die Reaktionen auf Lichtsignale reduzieren, deren Farbe der späten Dämmerung ähnelt.

Um die Bedeutung dieses Mechanismus zu untersuchen, haben die Wissenschaftler eine neue Testkammer für Versuchspersonen geschaffen, mit der Intensität und Farbe der Beleuchtung dynamischer verfolgt und gesteuert werden können. Außerdem wurden Infrarotsensoren in die neue Kamera eingebaut, die kleinste Bewegungen im Zusammenhang mit dem Erwachen und nicht nur mit täglichen Verhaltensänderungen erfassen.

Zunächst musste geprüft werden, ob die Farbsignale die Synchronisation unterstützen, wenn die täglichen Änderungen der Lichtintensität unerheblich sind. Für experimentelle Mäuse werden solche Umstände als sehr unüblich angesehen, das heißt, sie sind bisher nicht auf eine solche Situation gestoßen, die eine genauere Beurteilung der Beziehung zwischen Synchronisation, Licht und Farbe ermöglicht.


Bild Nr. 3

Der erste Schritt bestand darin, die Fähigkeit von Mäusen zu bewerten, die Synchronisation mit signifikanten täglichen Änderungen der Beleuchtungsfarbe aufrechtzuerhalten, ohne jedoch deren Intensität zu ändern.

Zuerst wurde der Tageszyklus ausgeglichen (12:12), dann wurde die Tagesphase durch L + S (gelb) und die Dunkelphase durch LS + (blau) und umgekehrt durch Licht an LS + und Dunkel an L + S ( 3A ) ersetzt.

In beiden Fällen verloren die Mäuse sofort die Synchronisation und liefen einfach länger um die Kamera als beim normalen täglichen Zyklus ( 3B ). Bei gleicher Reaktion auf blaues und gelbes Licht können wir davon ausgehen, dass das Verhalten von Mäusen nicht mit der Farbe zusammenhängt. Farbe ist nur ein Modulator der Reaktionen auf Änderungen der Lichtintensität.

Als nächstes beschlossen die Wissenschaftler zu prüfen, ob tägliche Farbänderungen die Synchronisation mit der täglichen Variabilität der Lichtintensität erhöhen. Hierfür wurden zwei neue Varianten der Versuchsbedingungen geschaffen. Im ersten Fall änderte sich die tägliche Lichtintensität geringfügig, ohne dass sich die Farbe änderte, im zweiten Fall änderte sich die Intensität nach demselben Schema, aber die Farbe des Lichts änderte sich ebenfalls.

Wie erwartet verloren die Mäuse im ersten Fall sofort die Synchronisation und ihre Aktivität verlängerte sich im Laufe des Tages ( 3D ). In der zweiten Version des Experiments wurde jedoch ein derart starker Einfluss von Änderungen der Lichtintensität durch eine Farbänderung auf das Verhalten von Mäusen gemildert. Das heißt, die Farbe trug zur Aufrechterhaltung der täglichen Synchronisation bei Mäusen bei ( 3C ).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Farbe der Beleuchtung die Synchronisation des 12: 12-Zyklus beeinflussen kann. Dazu ist es jedoch erforderlich, nicht nur die Farbe der Beleuchtung, sondern auch deren Intensität zu ändern.

Wissenschaftler werfen die Tatsache nicht zurück, dass in einigen Regionen des Planeten die täglichen Änderungen der Lichtintensität viel stärker sein können (das Beispiel von Wissenschaftlern ist der arktische Sommer). Daher können einige Tiere die Farbe als zusätzlichen Faktor für die circadiane Synchronisation verwenden. Die meisten Tiere verwenden jedoch weiterhin Farblicht, um stochastische Schwankungen im täglichen Rhythmus der Lichtintensität auszugleichen (z. B. bei bewölktem Wetter).

Eine erhöhte Wolkendecke kann die Intensität des natürlichen Lichts erheblich verringern, wodurch die Zeiten für Sonnenaufgang und Sonnenuntergang ungenauer werden, wenn Sie sich ausschließlich auf die Intensität verlassen. Dies ist jedoch nicht der Fall, da die Verschiebung des Farbspektrums in Richtung Blau unabhängig von der Wolkendecke weiterhin auftritt.


Bild Nr. 4

Natürlich mussten die Wissenschaftler diese Theorie überprüfen, für die sie eine weitere experimentelle Kammer erstellten, in der Wolken berücksichtigt wurden ( 4A ). Das heißt, es wurden dreitägige Sommerzyklen der nördlichen Breite mit einem sich ständig ändernden Wolkenniveau simuliert. Unter solchen Bedingungen änderte sich die Lichtintensität, aber die Farbe der Beleuchtung war fest und ähnelte dem Tageslicht.

Anfangs blieben 12 Versuchspersonen mit einem 16: 8-Tages- und Nachtzyklus in der Kammer, wobei sich die Intensität und Farbe der Beleuchtung täglich änderten. Dann wurden tägliche Intensitätsänderungen aufgrund von Wolken mit oder ohne Farbänderungen simuliert ( 4A und 4B ).

Obwohl die Synchronisation für beide Bedingungsvarianten ( 4C ) gleich war, bezogen sich die meisten Verhaltensänderungen speziell auf Bedingungen ohne Farbsignale.

Eine vergleichende Bewertung der Verhaltensänderungen ergab eine signifikante Verschlechterung der Synchronisation nur bei Änderung der Intensität, jedoch nicht unter natürlichen Bedingungen ( 4E ). Die Aktivität der Mäuse änderte sich ( 4F ) nur bei Änderung der Intensität (ohne Farbbeteiligung).

Um die Nuancen der Studie genauer kennenzulernen, empfehle ich Ihnen, in den Bericht der Wissenschaftler zu schauen.

Nachwort

Wenn wir alle Ergebnisse der in dieser Studie durchgeführten Experimente kombinieren, können wir mit Sicherheit sagen, dass eine Änderung der Lichtintensität die Aktivität von Mäusen im Laufe des Tages direkt beeinflusst, Farbänderungen jedoch keinen solchen Effekt haben. Früher wurde das Gegenteil angenommen. In früheren Experimenten wurde jedoch nach Ansicht der Wissenschaftler eine falsche Methode angewendet - eine Änderung des Verhältnisses von kurzwelligem und langwelligem Licht, die zu subtilen Änderungen der Beleuchtungsstärke und zu signifikanten Änderungen der Farbe führt.Infolgedessen stellte sich heraus, dass die Farbe die Aktivität und nicht die Intensität beeinflusste, da sie sich praktisch nicht änderte und daher nicht einmal berücksichtigt wurde. In dieser Arbeit wurde die Beleuchtungsstärke in die Experimente einbezogen.

Zusätzlich beeinflusst blaues Licht, wie durch Experimente gezeigt, das Verhalten von Mäusen viel weniger als gelbes Licht. Die Gesamtheit dieser Beobachtungen widerlegt vollständig die Theorie, dass blaues Licht den Biorhythmus eines Tieres, einschließlich des Menschen, nachteilig beeinflussen kann. Dank dieser Arbeit haben wir nicht nur genauere Daten zur Korrelation von Beleuchtung (Intensität und Farbe) und Tagesrhythmus erhalten, sondern auch festgestellt, dass nicht alle Studien korrekt durchgeführt wurden, was zu ungenauen und manchmal völlig falschen Ergebnissen führt. Vertraue aber überprüfe, wie sie sagen.

Basierend auf neuen Daten können Sie die Beleuchtung des Raums in Abhängigkeit von der Tageszeit und ihrem Zweck genauer und vor allem korrekt einstellen. Leider beobachten wir in den meisten Fällen eine völlige Missachtung der Beleuchtung in vielen Büros, Einkaufszentren und, am traurigsten, Schulen. Es sollte jedoch klar sein, dass die richtige Beleuchtung keine banale Laune ist, sondern eine echte Notwendigkeit für unseren Körper. Es mag einigen scheinen, dass die Beleuchtung ein unbedeutender Aspekt ist, der die menschliche Gesundheit beeinträchtigt, aber selbst geringfügige Auslassungen können zu erheblichen Konsequenzen führen.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und haben Sie eine gute Arbeitswoche, Jungs. :)

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