Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Световые эффекты на циркадный ритм - это эффекты, которые свет оказывает на циркадный ритм .

У большинства животных и других организмов есть «встроенные часы» в мозгу, которые регулируют время биологических процессов и повседневное поведение. Эти «часы» известны как циркадные ритмы . Они позволяют поддерживать эти процессы и поведение относительно 24-часового цикла день / ночь в природе. Хотя эти ритмы поддерживаются отдельными организмами, их продолжительность несколько различается индивидуально. Следовательно, они должны постоянно или неоднократно сбрасываться, чтобы синхронизироваться с природным циклом. [1] Чтобы поддерживать синхронизацию (« увлечение") до 24 часов, внешние факторы должны играть определенную роль. Циркадный ритм человека обычно соответствует природному циклу. Средний цикл ритма активности составляет 24,18 часа в зрелом возрасте, но с возрастом он сокращается. [2] Один из различных факторов. на это вовлечение влияет воздействие света на глаза. [3] [4] [5] Когда организм подвергается воздействию светового раздражителя определенной длины волны в определенное время в течение дня, гормон мелатонин подавляется или предотвращается его секреция. в шишковидной железе . [6]

Механизм [ править ]

IpRGC PLR.svg

Сначала свет проходит в систему млекопитающего через сетчатку, а затем идет одним из двух путей: свет собирается палочковыми клетками, колбочками и ганглиозными клетками сетчатки (RGC), либо он собирается непосредственно этими RGC. [6] [7] [8] [9]

RGC используют фотопигмент меланопсин для поглощения световой энергии. [6] [7] [8] [9] В частности, обсуждаемый класс RGC называется «по своей природе светочувствительным», что означает, что они чувствительны к свету. [6] [10] [8] Существует пять известных типов светочувствительных ганглиозных клеток сетчатки (ipRGC) : M1, M2, M3, M4 и M5. [8] Каждый из этих типов ipRGC имеет разное содержание меланопсина и светочувствительность. [11] Они соединены с амакринными клетками в внутреннем слое плексиформной части сетчатки . [8]В конечном итоге через этот ретиногипоталамический тракт (RHT) супрахиазматическое ядро (SCN) гипоталамуса получает световую информацию от этих ipRCG. [6] [7] [8] [9]

IPRGC выполняют другую функцию, чем палочки и колбочки, даже когда они изолированы от других компонентов сетчатки, ipRGC сохраняют свою светочувствительность и в результате могут быть чувствительны к различным диапазонам светового спектра. [11] Кроме того, схемы возбуждения ipRGC могут реагировать на условия освещения всего лишь в 1 люкс, тогда как предыдущие исследования показали, что для подавления выработки мелатонина требовалось 2500 люкс. [11] Циркадные и другие поведенческие реакции оказались более чувствительными при более низких длинах волн, чем функция световой эффективности фотопического типа, основанная на чувствительности к рецептору колбочек. [11]

В центральной области SCN находится большинство светочувствительных нейронов. [12] Отсюда сигналы передаются через нервную связь с шишковидной железой, которая регулирует различные гормоны в организме человека. [13]

Есть определенные гены, которые определяют регуляцию циркадного ритма в сочетании со светом. [12] Когда свет активирует рецепторы NMDA в SCN, экспрессия гена CLOCK в этой области изменяется, и SCN сбрасывается, и именно так происходит увлечение. [12] Гены, также участвующие в захвате, - это PER1 и PER2 . [12]

Некоторые важные структуры, на которые непосредственно влияют отношения легкого сна, - это верхний бугорок - претектальная область и вентролатеральное преоптическое ядро . [10] [9]

Эффекты [ править ]

Первичный [ править ]

Все механизмы вовлечения света еще не полностью изучены, однако многочисленные исследования продемонстрировали эффективность вовлечения света в дневной / ночной цикл. Исследования показали, что время воздействия света влияет на унос; как видно на кривой фазового отклика для света для данного вида. У видов, ведущих дневной образ жизни (дневной активности), воздействие света вскоре после пробуждения способствует развитию циркадного ритма, тогда как воздействие света перед сном задерживает его. [5] [14] [12] Прогресс означает, что человек будет просыпаться раньше на следующий день (дни). Задержка, вызванная воздействием света перед сном, означает, что человек, как правило, просыпается позже на следующий день (дни).

На гормоны кортизол и мелатонин влияют световые сигналы, посылаемые через нервную систему организма. Эти гормоны помогают регулировать уровень сахара в крови, чтобы дать организму необходимое количество энергии, которое требуется в течение дня. Уровни кортизола высоки при пробуждении и постепенно снижаются в течение дня, уровни мелатонина высоки, когда организм входит и выходит из состояния сна, и очень низки в течение часов бодрствования. [13] Естественный цикл света и темноты на Земле является основой для высвобождения этих гормонов.

Продолжительность воздействия света влияет на унос. Более длительные выдержки имеют больший эффект, чем более короткие выдержки. [14] Постоянное освещение имеет больший эффект, чем прерывистое. [3] У крыс постоянный свет в конечном итоге нарушает цикл до такой степени, что память и способность справляться со стрессом могут быть нарушены. [15]

Интенсивность и длина волны света влияют на увлечение. [6] Тусклый свет может влиять на увлечение по сравнению с темнотой. [16] Более яркий свет более эффективен, чем тусклый свет. [14] У людей коротковолновый (синий / фиолетовый) свет меньшей интенсивности, по-видимому, столь же эффективен, как и более интенсивный белый свет. [5]

Воздействие монохроматического света с длинами волн 460 нм и 550 нм на две контрольные группы дало результаты, показывающие снижение сонливости при 460 нм, испытанное в двух группах и контрольной группе. Кроме того, в том же исследовании, но при тестировании терморегуляции и частоты сердечных сокращений, исследователи обнаружили значительное увеличение частоты сердечных сокращений при свете 460 нм в течение 1,5-часового периода воздействия. [17]

В исследовании, проведенном по влиянию интенсивности освещения на дельта-волны, показатель сонливости, высокие уровни освещения (1700 люкс) показали более низкие уровни дельта-волн, измеренные с помощью ЭЭГ, чем низкие уровни освещения (450 люкс). Это показывает, что интенсивность освещения напрямую связана с бдительностью в офисной среде. [18]

Люди чувствительны к свету с короткой длиной волны. В частности, меланопсин чувствителен к синему свету с длиной волны около 480 нанометров. [19] Воздействие этой длины волны света на меланопсин приводит к физиологическим реакциям, таким как подавление выработки мелатонина, повышенная бдительность и изменения циркадного ритма. [19]

Вторичный [ править ]

Хотя свет оказывает прямое влияние на циркадный ритм, в исследованиях наблюдаются косвенные эффекты. [8] Сезонное аффективное расстройство создает модель, в которой уменьшение продолжительности светового дня осенью и зимой усиливает симптомы депрессии . [10] [8] Сдвиг кривой циркадного фазового ответа создает связь между количеством света в день (продолжительность дня) и депрессивными симптомами при этом расстройстве. [10] [8] Свет, по-видимому, обладает терапевтическим антидепрессивным действием, когда организм подвергается его воздействию в подходящее время в течение циркадного ритма, регулируя цикл сна и бодрствования. [10] [8]

В дополнение к настроению, обучение и память ухудшаются, когда циркадная система смещается из-за световых стимулов [10] [20], что можно увидеть в исследованиях, моделирующих смену часовых поясов и сменную работу . [8] Лобные и теменные доли, участвующие в рабочей памяти , участвуют в ответах меланопсина на световую информацию. [20]

«В 2007 году Международное агентство по изучению рака классифицировало сменную работу с нарушением циркадных ритмов или хронологией как вероятный канцероген для человека». [21]

Воздействие света в часы производства мелатонина снижает выработку мелатонина. Было показано, что мелатонин снижает рост опухолей у крыс. Путем подавления выработки мелатонина ночными крысами в течение четырехнедельного периода увеличивались показатели опухолей. [22]

Искусственный свет ночью, вызывающий нарушение циркадных ритмов, дополнительно влияет на выработку половых стероидов. Повышенные уровни прогестагенов и андрогенов были обнаружены у рабочих в ночную смену по сравнению с работниками "рабочего времени". [21]

Правильное воздействие света стало общепринятым способом облегчить некоторые эффекты SAD. Вдобавок было показано, что воздействие света по утрам помогает пациентам с болезнью Альцгеймера регулировать режим бодрствования. [23]

В ответ на световое воздействие уровень настороженности может повыситься в результате подавления секреции мелатонина. [7] [10] Была обнаружена линейная взаимосвязь между предупреждающими эффектами света и активацией заднего гипоталамуса . [7] [24]

Нарушение циркадного ритма из-за света также вызывает изменения в обмене веществ . [8]

Измеренное освещение для рейтинговых систем [ править ]

Исторически свет измеряли в единицах силы света ( канделы ), яркости (канделы / м 2 ) и освещенности (люмен / м 2 ). После открытия ipRGC в 2002 году были исследованы дополнительные единицы измерения света, чтобы лучше оценить влияние различных входов спектра света на различные фоторецепторы . Однако из-за разницы в чувствительности между стержнями, колбочками и ipRGC, а также различий между различными типами ipRGC, единичный блок не полностью отражает влияние света на человеческое тело. [11]

Принятая текущая единица измерения эквивалентна меланопическому люксу, который представляет собой вычисленное соотношение, умноженное на единицу люкс. Меланопическое соотношение определяется с учетом типа источника света и значений меланопической освещенности для фотопигментов глаза. [25] Источник света, единица измерения освещенности и величина освещенности определяют спектральное распределение мощности. Это используется для расчета фотопической освещенности и меланопического люкса для пяти фотопигментов человеческого глаза, которые взвешиваются на основе оптической плотности каждого фотопигмента. [25]

Стандарт WELL Building был разработан для «улучшения здоровья и благополучия в зданиях во всем мире» [26]. Частью стандарта является реализация Credit 54: Circadian Lighting Design. Определенные пороги для разных офисных площадей определены для получения кредитов. Свет во всех помещениях измеряется на высоте 1,2 метра над чистым полом.

Рабочие зоны должны иметь значение не менее 200 эквивалентных меланопических люксов для 75% или более рабочих станций в период с 9:00 до 13:00 для каждого дня года, когда дневной свет учитывается в расчетах. Если не учитывать дневной свет, все рабочие места требуют освещения на уровне 150 эквивалентов меланопического люкса или больше. [27]

В жилых помещениях, которые представляют собой спальни, ванные комнаты и комнаты с окнами, по крайней мере одно приспособление должно обеспечивать значение меланопического люкса не менее 200 днем ​​и значение меланопического люкса менее 50 ночью, измеренное на высоте 0,76 метра над готовым полом. . [27]

В комнатах отдыха требуется в среднем 250 люксов для меланопии. [27]

В учебных зонах требуется, чтобы световые модели, которые могут включать дневное освещение, имели эквивалентный меланопический люкс 125 по крайней мере 75% столов в течение по крайней мере четырех часов в день, или окружающее освещение соответствовало стандартным рекомендациям по люкс, изложенным в таблице 3 IES-ANSI. РП-3-13. [27]

Стандарт WELL Building дополнительно обеспечивает направление для симуляции циркадных ритмов в многоквартирных домах. Для более точного воспроизведения естественного цикла освещения пользователи должны иметь возможность устанавливать время пробуждения и отхода ко сну. Эквивалентный меланопический люкс 250 должен поддерживаться в течение дня между указанным временем бодрствования и двумя часами до указанного времени отхода ко сну. Эквивалентный меланопический люкс 50 или меньше требуется в течение дня, охватывающего от двух часов до указанного времени отхода ко сну и до времени бодрствования. Кроме того, в указанное время бодрствования меланопический люкс должен увеличиться с 0 до 250 в течение как минимум 15 минут. [28]

Другие факторы [ править ]

Хотя многие исследователи считают свет сильнейшим сигналом к ​​увлечению, это не единственный фактор, влияющий на циркадные ритмы. Другие факторы могут увеличивать или уменьшать эффективность уноса. Например, упражнения и другая физическая активность в сочетании с воздействием света приводят к несколько более сильной реакции увлечения. [3] Другие факторы, такие как музыка и своевременное введение нейрогормона мелатонина, показали аналогичные эффекты. [29] [30] На унос также влияет множество других факторов. К ним относятся режим кормления, температура, фармакология, двигательные стимулы, социальное взаимодействие , сексуальные стимулы и стресс. [31]

См. Также [ править ]

  • Хронобиология
  • Циркадное преимущество
  • Циркадные часы
  • Циркадный осциллятор
  • Нарушения циркадного ритма
  • Электронные СМИ и сон
  • Световая терапия
  • Скотобиология

Ссылки [ править ]

  1. ^ Kolmos E, Davis SJ (сентябрь 2007). «Циркадные ритмы: сигналы, связанные с ро в зависимости от времени восприятия света». сотрудничество. Текущая биология . 17 (18): R808–10. DOI : 10.1016 / j.cub.2007.07.031 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-0012-3809-B . PMID  17878051 .
  2. ^ Чейслер CA, Даффи Дж. Ф., Шанахан Т. Л., Браун EN, Митчелл Дж. Ф., Риммер Д. В. и др. (Июнь 1999 г.). «Стабильность, точность и почти 24-часовой период циркадного кардиостимулятора человека». начальный. Наука . 284 (5423): 2177–81. DOI : 10.1126 / science.284.5423.2177 . PMID 10381883 . 
  3. ^ a b c Baehr EK, Fogg LF, Eastman CI (декабрь 1999 г.). «Прерывистый яркий свет и упражнения, чтобы вовлечь человеческие циркадные ритмы в ночную работу». начальный. Американский журнал физиологии . 277 (6): R1598–604. DOI : 10.1152 / ajpregu.1999.277.6.R1598 . PMID 10600904 . 
  4. Перейти ↑ Hirayama J, Cho S, Sassone-Corsi P (октябрь 2007 г.). «Циркадный контроль путем восстановления / окисления: каталаза подавляет светозависимую экспрессию часового гена у рыбок данио» . начальный. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (40): 15747–52. DOI : 10.1073 / pnas.0705614104 . PMC 2000381 . PMID 17898172 .  
  5. ^ a b c Варман В.Л., Дейк DJ, Варман Г.Р., Арендт Дж., Скин Д.Д. (май 2003 г.). «Фазовое продвижение циркадных ритмов человека с помощью коротковолнового света». начальный. Письма неврологии . 342 (1-2): 37-40. DOI : 10.1016 / S0304-3940 (03) 00223-4 . PMID 12727312 . 
  6. ^ Б с д е е Duffy JF, Czeisler CA (июнь 2009 г.). «Влияние света на физиологию циркадного ритма человека» . рассмотрение. Клиники медицины сна . 4 (2): 165–177. DOI : 10.1016 / j.jsmc.2009.01.004 . PMC 2717723 . PMID 20161220 .  
  7. ^ a b c d e Вимал Р.Л., Пандей-Вимал М.Ю., Вимал Л.С., Фредерик Б.Б., Стопа Е.Г., Реншоу П.Ф. и др. (Январь 2009 г.). «Активация супрахиазматических ядер и первичной зрительной коры зависит от времени суток». начальный. Европейский журнал нейробиологии . 29 (2): 399–410. DOI : 10.1111 / j.1460-9568.2008.06582.x . PMID 19200242 . 
  8. ^ a b c d e f g h i j k l LeGates TA, Fernandez DC, Hattar S (июль 2014 г.). «Свет как центральный модулятор циркадных ритмов, сна и аффекта» . рассмотрение. Обзоры природы. Неврология . 15 (7): 443–54. DOI : 10.1038 / nrn3743 . PMC 4254760 . PMID 24917305 .  
  9. ^ a b c d Дейк DJ, Арчер С. Н. (июнь 2009 г.). «Свет, сон и циркадные ритмы: снова вместе» . начальный. PLoS Биология . 7 (6): e1000145. DOI : 10.1371 / journal.pbio.1000145 . PMC 2691600 . PMID 19547745 .  
  10. ^ a b c d e f g Стивенсон К. М., Шредер С. М., Берчи Г., Бурджин П. (октябрь 2012 г.). «Сложное взаимодействие циркадных и нециркадных эффектов света на настроение: проливаем новый свет на старую историю». рассмотрение. Обзоры медицины сна . 16 (5): 445–54. DOI : 10.1016 / j.smrv.2011.09.002 . PMID 22244990 . 
  11. ^ a b c d e Лукас Р. Дж., Пирсон С. Н., Берсон Д. М., Браун TM, Купер Н. М., Чейслер Калифорния и др. (Январь 2014). «Измерение и использование света в эпоху меланопсина» . рассмотрение. Тенденции в неврологии . 37 (1): 1–9. DOI : 10.1016 / j.tins.2013.10.004 . PMC 4699304 . PMID 24287308 .  
  12. ^ а б в г д Ян Л. (декабрь 2009 г.). «Экспрессия часовых генов в супрахиазматическом ядре: влияние условий освещения окружающей среды». рассмотрение. Обзоры в эндокринных и метаболических расстройствах . 10 (4): 301–10. DOI : 10.1007 / s11154-009-9121-9 . PMID 19777352 . 
  13. ^ a b van Bommel WJ (июль 2006 г.). «Невизуальный биологический эффект освещения и практическое значение освещения для работы». рассмотрение. Прикладная эргономика . 37 (4): 461–6. DOI : 10.1016 / j.apergo.2006.04.009 . PMID 16756935 . 
  14. ^ a b c Даффи Дж. Ф., Кронауэр Р. Э., Чейслер Калифорния (август 1996 г.). «Фазовые циркадные ритмы человека: влияние времени сна, социальных контактов и воздействия света» . начальный. Журнал физиологии . 495 (Pt 1): 289–97. DOI : 10.1113 / jphysiol.1996.sp021593 . PMC 1160744 . PMID 8866371 .  
  15. ^ Ма WP, Cao J, M Tian, Цуй MH, Han HL, Ян YX, Сюй L (октябрь 2007). «Постоянное воздействие постоянного света ухудшает пространственную память и влияет на длительную депрессию у крыс». начальный. Неврологические исследования . 59 (2): 224–30. DOI : 10.1016 / j.neures.2007.06.1474 . PMID 17692419 . 
  16. Перейти ↑ Gorman MR, Kendall M, Elliott JA (февраль 2005 г.). «Скотопическое освещение усиливает увлечение циркадных ритмов удлинением циклов свет: темнота». начальный. Журнал биологических ритмов . 20 (1): 38–48. DOI : 10.1177 / 0748730404271573 . PMID 15654069 . 
  17. ^ Кайохен, Кристиан; Мюнх, Мирьям; Кобиалка, Шимон; Кройчи, Курт; Штайнер, Роланд; Ольхафен, Питер; Оргюль, Селим; Вирц-Джастис, Анна (март 2005 г.). «Высокая чувствительность человеческого мелатонина, бдительность, терморегуляция и частота сердечных сокращений к коротковолновому свету» . Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 90 (3): 1311–1316. DOI : 10.1210 / jc.2004-0957 . ISSN 0021-972X . PMID 15585546 .  
  18. ^ Kuller R, L Веттерберг (июнь 1993). «Мелатонин, кортизол, ЭЭГ, ЭКГ и субъективный комфорт у здоровых людей: воздействие двух типов люминесцентных ламп при двух интенсивностях света». начальный. Журнал исследований и технологий освещения . 25 (2): 71–80. DOI : 10.1177 / 096032719302500203 .
  19. ^ Б Bellia L, Бизенья F, G Spada (октябрь 2011). «Освещение в помещениях: визуальные и невизуальные эффекты источников света с различным спектральным распределением мощности». начальный. Строительство и окружающая среда . 46 (10): 1984–92. DOI : 10.1016 / j.buildenv.2011.04.007 .
  20. ^ a b Vandewalle G, Gais S, Schabus M, Balteau E, Carrier J, Darsaud A, Sterpenich V, Albouy G, Dijk DJ, Maquet P (декабрь 2007 г.). «Зависимая от длины волны модуляция реакции мозга на задание рабочей памяти при дневном освещении» . начальный. Кора головного мозга . 17 (12): 2788–95. DOI : 10.1093 / cercor / bhm007 . PMID 17404390 . 
  21. ^ а б Кубатка П., Зубор П., Буссельберг Д., Квон Т.К., Адамек М., Петрович Д. и др. (Февраль 2018). «Мелатонин и рак груди: данные доклинических исследований и исследований на людях». рассмотрение. Критические обзоры в онкологии / гематологии . 122 : 133–143. DOI : 10.1016 / j.critrevonc.2017.12.018 . PMID 29458781 . 
  22. ^ Blask DE, Доши RT, Sauer LA, Krause JA, Brainard GC (июль 2002). «Свет в темноте, подавление мелатонина и прогрессирование рака». рассмотрение. Письма о нейроэндокринологии . 23 Дополнение 2: 52–6. PMID 12163849 . 
  23. ↑ van Someren EJ, Mirmiran M, Swaab DF (ноябрь 1993 г.). «Немедикаментозное лечение нарушений сна и бодрствования при старении и болезни Альцгеймера: хронобиологические перспективы» . рассмотрение. Поведенческие исследования мозга . 57 (2): 235–53. DOI : 10.1016 / 0166-4328 (93) 90140-L . ЛВП : 20.500.11755 / 2b612915-d99b-4824-a0a3-cfe17279393b . PMID 8117428 . 
  24. ^ Vandewalle G, Balteau E, Phillips C, Degueldre C, Moreau V, Sterpenich V и др. (Август 2006 г.). «Дневное освещение динамически усиливает реакцию мозга». начальный. Текущая биология . 16 (16): 1616–21. DOI : 10.1016 / j.cub.2006.06.031 . PMID 16920622 . 
  25. ^ а б Лукас Р. (октябрь 2013 г.). "Irradiance Toolbox" (PDF) . personalpages.manchester.ac.uk .
  26. ^ "Международный Строительный Институт ХОРОШЕСТВА" . Международный строительный институт WELL . Проверено 10 декабря 2018 .
  27. ^ a b c d "Циркадный световой дизайн" . ХОРОШО Стандарт . Проверено 10 декабря 2018 .
  28. ^ "Циркадная эмуляция | ХОРОШИЙ стандарт" . standard.wellcertified.com . Проверено 10 декабря 2018 .
  29. ^ Гоел N (сентябрь 2006). «Возбуждающий, музыкально усиленный стимул пения птиц опосредует наступление фазы циркадного ритма при тусклом свете». начальный. Американский журнал физиологии. Регуляторная, интегративная и сравнительная физиология . 291 (3): R822–7. DOI : 10,1152 / ajpregu.00550.2005 . PMID 16614052 . 
  30. Перейти ↑ Revell VL, Burgess HJ, Gazda CJ, Smith MR, Fogg LF, Eastman CI (январь 2006 г.). «Улучшение циркадных ритмов человека с помощью дневного мелатонина и прерывистого утреннего яркого света» . начальный. Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 91 (1): 54–9. DOI : 10.1210 / jc.2005-1009 . PMC 3841985 . PMID 16263827 .  
  31. Перейти ↑ Salazar-Juarez A, Parra-Gamez L, Barbosa Mendez S, Leff P, Anton B (май 2007 г.). «Нефотическое увлечение. Другой тип увлечения? Часть первая». Salud Mental . 30 (3): 39–47.