Anda mungkin pernah mendengar atau membaca bahwa pencahayaan biru sangat berbahaya bagi penglihatan dan jam biologis. Dengan meluasnya penggunaan berbagai jenis perangkat dengan layar dan monitor di antara populasi dunia, pernyataan ini semakin diperkuat dalam pikiran bawah sadar kita. Bahkan smartphone mengubah pengaturan layar mereka pada waktu-waktu tertentu dalam sehari agar tidak membahayakan pengguna dengan warna biru menakutkan yang menyentuh mata. Dipercaya bahwa itu adalah pencahayaan biru yang memiliki efek paling kuat pada jam biologis seseorang. Tapi apakah cahaya biru begitu mengerikan seperti yang dilukis? Ternyata, tidak. Sekelompok ilmuwan dari Universitas Manchester (Inggris) melakukan serangkaian percobaan di mana mereka menentukan hubungan antara efek kromatik dan ritme sirkadian tikus. Pada jam berapa pencahayaan yang lebih baik daripada cahaya biru begitu istimewa dan mengapa pernyataan tentang kerugiannya tidak sepenuhnya benar. Kami belajar tentang ini dari laporan kelompok penelitian. Ayo pergi.
Dasar studi
Salah satu kondisi terpenting untuk gaya hidup sehat adalah ritme biologis yang benar. Istilah ini dapat disebut kolektif, karena mencakup irama fisiologis (irama jantung, tekanan darah, dll.) Dan irama adaptif yang terkait dengan perubahan lingkungan.
Berbicara dalam frasa yang umum, ritme biologis dapat digambarkan sebagai contoh - kita terjaga di siang hari dan tidur di malam hari. Ini disebabkan oleh proses-proses tertentu dalam tubuh kita, yaitu ini adalah ritme fisiologis. Namun, jika kondisi eksternal berubah secara radikal (misalnya, menempatkan seseorang di ruangan dengan pencahayaan konstan), maka biorhythm akan berubah karena aktivasi irama adaptif.
Christoph GufelandPada tahun 1797 yang jauh, Christoph Gufeland, seorang dokter Jerman, mengemukakan teori bahwa banyak proses dalam tubuh manusia terjadi dengan frekuensi tertentu, yaitu secara siklis. Adalah Gufeland yang dianggap sebagai nenek moyang dari ilmu seperti chronobiology, yang mempelajari fenomena periodik yang terjadi pada organisme hidup dalam waktu, serta adaptasinya terhadap irama matahari dan bulan.
Ritme sirkadian, pada gilirannya, adalah ritme fisiologis yang berhubungan dengan lingkungan, tetapi disebabkan oleh proses internal dalam tubuh.
Cahaya, sebagai salah satu sumber sinyal dari hari indera kita (dalam hal ini, mata), berubah sepanjang hari, yaitu memiliki siklus 24 jam. Pada manusia, reaksi sirkadian yang lebih jelas menyebabkan cahaya gelombang pendek daripada gelombang panjang. Alasannya adalah
melanopsin * , yang merupakan bagian integral dari penilaian intensitas cahaya sirkadian, paling efektif menangkap foton pada panjang gelombang sekitar 480 nm. Fakta inilah yang menjadi dasar teori “bahaya” pencahayaan biru dalam bentuk efek kuatnya pada jam biologis.
Melanopsin * adalah jenis fotopigmentasi milik keluarga protein retina fotosensitif yang disebut opsins dan dikodekan oleh gen Opn4. Dalam retina mamalia, ada dua kategori tambahan opsins yang berpartisipasi dalam pembentukan gambar visual: rhodopsin (visual ungu) di batang dan photopsin (tipe I, II, dan III) di kerucut.
Tangkapannya adalah bahwa kondisi laboratorium dan nyata sangat berbeda, dan yang terakhir sering tidak ada korelasi langsung antara warna yang dirasakan dan eksitasi melanopsin. Oleh karena itu, meskipun jam biologis mamalia menerima sinyal kromatik berdasarkan batang, efek warna pada respons sirkadian terhadap cahaya belum ditetapkan.
Dalam penelitian yang kami pertimbangkan saat ini, para ilmuwan memutuskan untuk menentukan sifat dan signifikansi fungsional dari efek kromatik pada sistem sirkadian mouse. Penerangan polikromatik digunakan dalam percobaan, dan tikus dengan sensitivitas spektral kerucut yang berubah (Opn1mwR) memainkan peran sebagai subyek percobaan. Dengan demikian, adalah mungkin untuk menciptakan kondisi yang berbeda satu sama lain dalam warna, sambil memastikan aktivasi melanopsin dan batang yang identik.
Hasil penelitian
Sinyal warna yang diperoleh dari batang mencapai
inti suprachiasmatic * (SCN) dan dapat mempengaruhi fase jam biologis. Namun, belum jelas warna mana yang paling aktif mengaktifkan reaksi sirkadian dan bagaimana mekanisme tersebut mendorong
sinkronisasi * in vivo.
Inti suprachiasmatic * adalah inti dari daerah anterior hipotalamus, tugas utamanya adalah pengaturan ritme sirkadian pada mamalia.
Sinkronisasi * - dalam hal ini, ini berarti istilah dari chronobiology yang menjelaskan koordinasi periode dan fase sistem sirkadian dengan periode dan fase ritme eksternal.
Saat fajar dan saat matahari terbenam, pergeseran spektrum cahaya sekitar terjadi. Ini mengikuti bahwa cahaya yang warnanya menyerupai senja (yaitu biru) akan menyebabkan reaksi sirkadian yang lebih lemah daripada warna dengan intensitas yang sama, tetapi terkait dengan periode siang hari (mis., Dari kuning menjadi putih).
Hipotesis ini dapat diverifikasi dengan mengubah komposisi spektral (penyesuaian warna tanpa mengacu pada intensitas cahaya) dari pencahayaan polikromatik yang digunakan dalam eksperimen (
1A ).
Gambar No. 1Sistem sirkadian mamalia melacak intensitas cahaya melalui kombinasi sinyal melanopsin dan sinyal retina eksternal yang ditransmisikan secara internal oleh
sel ganglion retina * (ipRGC) yang peka terhadap cahaya.
Sel ganglion * adalah neuron retina yang mampu menghasilkan impuls saraf.
Selama percobaan, para ilmuwan mengubah spektrum pencahayaan tanpa mengubah intensitasnya. Tikus percobaan memiliki perubahan tertentu - batang retina asli mereka M-opsin (λmax = 511 nm) digantikan oleh L-opsin manusia (λmax = 556 nm).
Habitat tikus percobaan dilengkapi dengan pencahayaan overhead tersebar (tersebar) dari sumber LED yang dikontrol secara independen (
1A ).
Sebelum percobaan langsung, karakteristik polikromatik pencahayaan dikalibrasi (parameter kontrol - 385, 460 dan 630 nm), sehingga merekonstruksi pencahayaan alami (cahaya putih, mis. Siang hari) di laboratorium.
Penyesuaian parameter kontrol memungkinkan penciptaan rangsangan eksperimental. Stimulus pertama memaksimalkan eksitasi L-opsin dan meminimalkan eksitasi S-opsin (L + S, lampu "kuning"). Stimulus kedua meminimalkan eksitasi L-opsin dan memaksimalkan aktivasi S-opsin (LS + cahaya biru).
Dalam percobaan, metode yang cukup sederhana namun efektif digunakan untuk menilai efek warna pencahayaan pada periode sirkadian - berjalan secara sukarela di roda.
Selama percobaan, delapan tikus terkena periode konstan + LS + (biru) 2 minggu yang bergantian dan kemudian pencahayaan L + S (kuning) pada 3 intensitas yang diberi spasi secara logaritma (
1B ).
Seperti yang diharapkan, periode sirkadian diperpanjang dengan meningkatnya intensitas. Tapi selain itu, efek warna yang signifikan juga terdeteksi, dengan periode sirkadian yang lebih lama ketika diterangi dengan L + S (kuning) dibandingkan dengan LS + (biru) (
1C ).
Pengamatan ini sendiri menunjukkan bahwa pencahayaan biru kurang berpengaruh pada sistem sirkadian daripada pencahayaan kuning.
Terlepas dari kenyataan bahwa perubahan intensitas pencahayaan dalam kedua kasus menyebabkan penurunan aktivitas tikus, tidak ada ketergantungan yang jelas dari aktivitas dan warna iluminasi (
1D ) yang ditemukan.
Mempertimbangkan bahwa dasar dari eksperimen adalah modulasi selektif dari rasio aktivitas L-opsins dan S-opsins, perilaku sirkadian pada tikus tanpa konduksi fototransduksi (
1E ) di bawah pencahayaan seragam seharusnya tidak memiliki perubahan dalam perilaku sirkadian. Dengan kata lain, jika tikus tidak memiliki kerucut, maka, secara teori, perubahan warna pencahayaan seharusnya tidak mempengaruhi mereka.
Ini telah dikonfirmasi dalam praktek. Tujuh tikus percobaan tanpa kerucut, meskipun mereka menunjukkan reaksi terhadap perubahan intensitas pencahayaan, tidak bereaksi terhadap perubahan warna (
1F dan
1G ). Pada intensitas pencahayaan maksimum, tikus tanpa kerucut menunjukkan aktivitas (berlari di roda) jauh lebih sering dan lebih lama (dalam 7 dari 11 percobaan berpasangan) dalam cahaya biru daripada kuning. Sementara hanya 1 dari 15 percobaan berpasangan dengan tikus biasa (dengan kerucut) menunjukkan hasil yang serupa.
Ketika intensitas cahaya minimal, maka kedua kelompok tikus menunjukkan aktivitas yang sama, terlepas dari warna cahaya.
Lebih lanjut, para ilmuwan memutuskan untuk mengkonfirmasi bahwa pengurangan periode sirkadian (aktivitas) pada intensitas pencahayaan maksimum dan dengan warna biru adalah hasil dari pengaruh warna daripada intensitas.
Untuk ini, 14 tikus terkena rangsangan L + S (kuning) dan LS + (biru) dengan frekuensi 2 minggu. Ini diikuti oleh periode iluminasi tipe menengah (sesuai dengan hari berawan dalam kondisi nyata) dengan berbagai tingkat iluminasi (
1H ): L + S + (cerah) dan LS- (redup).
Diharapkan, jika penurunan aktivitas di bawah cahaya biru mencerminkan penurunan pencahayaan efektif batang, maka dalam cahaya redup aktivitas harus dikurangi lebih lanjut. Seperti dalam percobaan, penurunan signifikan dalam aktivitas terdeteksi di bawah pencahayaan biru, berbeda dengan kuning (
1I dan
1J ). Tetapi perbedaan aktivitas dalam pencahayaan yang terang dan redup tidak terdeteksi.
Secara total, data ini mengkonfirmasi efek spesifik dari sinyal kromatik batang pada ritme sirkadian. Dengan demikian, warna biru secara signifikan melemahkan reaksi sirkadian terhadap iluminasi dan, oleh karena itu, rangsangan biru harus kurang efektif dalam mengatur ulang jam biologis daripada yang kuning setara.
Untuk menguji hipotesis ini, para ilmuwan pertama-tama mengevaluasi perubahan sementara dalam ritme perilaku tikus sebagai respons terhadap pulsa tajam pencahayaan L + S (kuning) dan LS + (biru) segera setelah transisi dari siklus LD (terang / gelap) ke kegelapan konstan. Siklus percobaan tidak lebih dari 5 menit untuk menghindari kemungkinan adaptasi dengan paparan yang lebih lama terhadap berbagai rangsangan eksternal.
Sangat aneh bahwa pergeseran fase setelah iluminasi biru tidak signifikan, tetapi bahkan dengan iluminasi kuning tidak ada penyimpangan yang nyata. Oleh karena itu, pulsa cahaya biru dan kuning yang tajam tidak memiliki perbedaan dalam kekuatan efek pada aktivitas tikus dan perilaku mereka secara umum. Namun, seperti yang diakui oleh para ilmuwan sendiri, pengalaman ini sangat spesifik, karena memiliki parameter yang jelas, yang tidak ada di alam, oleh karena itu, tidak dapat 100% menjamin diterimanya hasil tersebut dalam kondisi alam.
Pada tahap penelitian selanjutnya, para ilmuwan menyadari pengalaman yang bahkan lebih tidak biasa. Selama 7 hari, tikus (8 individu) disimpan dalam siklus LD seimbang (12 jam - hari dan 12 jam - malam) dengan cahaya putih. Setelah 7 hari, ketika fase hari berikutnya seharusnya datang, dia didorong 6 jam ke depan atau ke belakang, mengganti periode waktu ini dengan fase dengan pencahayaan biru atau kuning (
2A ).
Gambar No. 2Ditemukan bahwa perubahan dalam aktivitas yang disebabkan oleh penerangan kuning terjadi lebih cepat (
2B ) daripada yang disebabkan oleh biru, dalam kedua kasus pergeseran fasa (6 jam ke depan dan 6 jam yang lalu). Sedangkan untuk tikus tanpa kerucut, dalam kasus mereka tidak ada perubahan aktivitas yang terdeteksi baik dalam kasus cahaya biru atau kuning (
2C dan
2D ).
Eksperimen ini menegaskan bahwa rangsangan biru memodulasi aktivitas reaksi sirkadian terhadap cahaya jauh lebih efisien daripada rangsangan kuning saat memasukkan kembali ritme sirkadian seimbang yang benar.
Warna pencahayaan meningkatkan kemungkinan sinyal minor yang mengarah ke sinkronisasi sirkadian. Data pengamatan bersama-sama mewakili mekanisme dimana sinyal warna berkontribusi pada sinkronisasi sirkadian dengan mengurangi respons terhadap sinyal cahaya yang warnanya menyerupai senja terlambat.
Untuk mempelajari pentingnya mekanisme ini, para ilmuwan menciptakan ruang uji baru untuk subjek eksperimental, yang memungkinkan pelacakan lebih dinamis dan mengendalikan intensitas dan warna pencahayaan. Juga, sensor inframerah dipasang di kamera baru, mendeteksi gerakan sekecil apa pun yang terkait dengan pencerahan, dan tidak hanya dengan perubahan perilaku sehari-hari.
Pertama-tama, perlu untuk memeriksa apakah sinyal warna mendukung sinkronisasi ketika perubahan intensitas cahaya harian tidak signifikan. Untuk tikus percobaan, keadaan tersebut dianggap sangat tidak standar, yaitu, mereka belum pernah mengalami situasi seperti itu, yang memungkinkan penilaian yang lebih akurat tentang hubungan antara sinkronisasi, cahaya dan warna.
Gambar No. 3Langkah pertama adalah mengevaluasi kemampuan tikus untuk mempertahankan sinkronisasi dengan perubahan harian yang signifikan dalam warna pencahayaan, tetapi tanpa mengubah intensitasnya.
Pertama, siklus harian seimbang (12:12), kemudian fase hari digantikan oleh L + S (kuning), dan fase gelap adalah LS + (biru), dan sebaliknya, fase cahaya adalah LS + dan fase gelap adalah L + S (
3A ).
Dalam kedua kasus, tikus segera kehilangan sinkronisasi dan berlari di sekitar kamera untuk waktu yang lebih lama daripada dengan siklus harian normal (
3B ). Mengingat reaksi yang sama terhadap pencahayaan biru dan kuning, kita dapat dengan aman mengasumsikan bahwa perilaku tikus tidak terkait dengan warna. Warna hanyalah modulator respons terhadap perubahan intensitas cahaya.
Selanjutnya, para ilmuwan memutuskan untuk memeriksa apakah perubahan warna harian akan meningkatkan sinkronisasi dengan variabilitas intensitas cahaya harian. Untuk ini, dua varian baru dari kondisi eksperimental telah dibuat. Pada yang pertama, ada sedikit perubahan dalam intensitas cahaya harian tanpa mengubah warna, pada yang kedua, intensitas berubah sesuai dengan skema yang sama, tetapi warna cahaya juga berubah.
Seperti yang diharapkan, dalam kasus pertama, tikus segera kehilangan sinkronisasi, dan aktivitasnya diperpanjang sepanjang hari (
3D ). Namun, dalam versi kedua percobaan, pengaruh yang begitu kuat pada perilaku tikus perubahan intensitas cahaya dikurangi oleh perubahan warna. Artinya, warna berkontribusi untuk menjaga sinkronisasi harian pada tikus (
3C ).
Meringkas di atas, kita dapat mengatakan bahwa warna pencahayaan dapat mempengaruhi sinkronisasi siklus 12:12, tetapi untuk ini perlu untuk mengubah tidak hanya warna pencahayaan, tetapi juga intensitasnya.
Para ilmuwan tidak membuang fakta bahwa di beberapa wilayah di planet ini perubahan intensitas cahaya diurnal bisa jauh lebih kuat (contoh para ilmuwan adalah musim panas Arktik). Oleh karena itu, beberapa hewan mungkin menggunakan warna sebagai faktor tambahan dalam sinkronisasi sirkadian. Namun, sebagian besar hewan masih menggunakan pencahayaan warna untuk mengimbangi fluktuasi stokastik dalam ritme harian intensitas cahaya (misalnya, dalam kasus cuaca berawan).
Peningkatan tutupan awan dapat secara signifikan mengurangi intensitas cahaya alami, yang membuat waktu matahari terbit dan terbenam lebih tidak akurat jika Anda hanya mengandalkan intensitas. Namun tidak demikian, karena pergeseran spektrum warna ke biru masih terjadi, terlepas dari awan.
Gambar No. 4Secara alami, para ilmuwan harus memverifikasi teori ini, yang mana mereka menciptakan ruang eksperimental lain di mana awan diperhitungkan (
4A ). Yaitu, siklus musim panas tiga hari dari garis lintang utara dengan tingkat awan yang terus berubah disimulasikan. Dalam kondisi seperti itu, intensitas cahaya berubah, tetapi warna pencahayaan tetap, menyerupai siang hari.
12 individu eksperimental awalnya tinggal di ruangan dengan siklus 16: 8 hari dan malam dengan perubahan intensitas dan warna pencahayaan setiap hari. Kemudian, perubahan intensitas harian disimulasikan karena awan dengan atau tanpa perubahan warna (
4A dan
4B ).
Terlepas dari kenyataan bahwa sinkronisasi itu sama untuk kedua varian kondisi (
4C ), sebagian besar perubahan perilaku terkait secara khusus dengan kondisi tanpa sinyal warna.
Penilaian komparatif dari perubahan perilaku menunjukkan penurunan signifikan dalam sinkronisasi hanya dengan perubahan intensitas, tetapi tidak dalam kondisi alami (
4E ). Aktivitas tikus berubah (
4F ) hanya ketika ada perubahan intensitas (tanpa keterlibatan warna).
Untuk seorang kenalan yang lebih mendetail dengan nuansa penelitian, saya sarankan Anda membaca
laporan para ilmuwan .
Epilog
Jika kita menggabungkan semua hasil percobaan yang dilakukan dalam penelitian ini, kita dapat dengan yakin mengatakan bahwa perubahan intensitas cahaya secara langsung mempengaruhi aktivitas tikus di siang hari, tetapi perubahan warna tidak memiliki efek seperti itu. Sebelumnya, yang terjadi adalah kebalikannya. Namun, dalam percobaan sebelumnya, menurut para ilmuwan, metode yang salah digunakan - perubahan rasio gelombang pendek dan gelombang panjang, yang mengarah pada perubahan halus dalam intensitas pencahayaan dan perubahan signifikan dalam warnanya. Akibatnya, ternyata warna yang mempengaruhi aktivitas, bukan intensitas, karena praktis tidak berubah, dan karena itu bahkan tidak diperhitungkan. Dalam karya ini, intensitas penerangan dimasukkan dalam percobaan.
Selain itu, pencahayaan biru, seperti yang ditunjukkan oleh percobaan, mempengaruhi perilaku tikus jauh lebih sedikit daripada pencahayaan kuning. Totalitas dari pengamatan ini sepenuhnya membantah teori bahwa pencahayaan biru dapat mempengaruhi biorhythm hewan, termasuk manusia. Berkat karya ini, kami tidak hanya menerima data yang lebih akurat mengenai korelasi pencahayaan (intensitas dan warna) dan ritme sirkadian, tetapi juga menyadari bahwa tidak semua penelitian dilakukan dengan benar, yang mengarah pada hasil yang tidak akurat dan terkadang benar-benar salah. Percaya tapi verifikasi seperti kata mereka.
Berdasarkan data baru, Anda dapat lebih akurat dan, yang paling penting, menyesuaikan pencahayaan ruangan dengan benar tergantung pada waktu hari dan tujuannya. Sayangnya, dalam banyak kasus kami mengamati pengabaian total terhadap pencahayaan di banyak kantor, pusat perbelanjaan dan, yang paling menyedihkan, sekolah. Namun, harus dipahami bahwa pencahayaan yang tepat bukanlah iseng dangkal, tetapi kebutuhan nyata dari tubuh kita. Tampaknya bagi sebagian orang bahwa pencahayaan adalah aspek yang tidak penting yang mempengaruhi kesehatan manusia, tetapi bahkan sedikit kelalaian dapat menyebabkan konsekuensi yang signifikan.
Terima kasih atas perhatian Anda, tetap ingin tahu dan selamat bekerja, kawan. :)
Sedikit iklan :)
Terima kasih telah tinggal bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikan kepada teman Anda
VPS berbasis cloud untuk pengembang mulai $ 4,99 ,
analog unik dari server entry-level yang diciptakan oleh kami untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps mulai dari $ 19 atau cara membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kali lebih murah di pusat data Equinix Tier IV di Amsterdam? Hanya kami yang memiliki
2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 199 di Belanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mulai dari $ 99! Baca tentang
Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?