Nevizuální účinky světla – Svítíme nejen proto, abychom viděli

Ing. Antonín Fuksa

Publikováno v časopise Era21 3/2014

Světlo nám umožňuje vidět, ale tím jeho působení zdaleka nekončí. Už ve své habilitační práci v roce 1948 Dr. Hollwich, známý německý oční lékař a autor učebnic oftalmologie, rozlišuje zrakovou a energetickou (nevizuální) přenosovou trasu světla. [1]

Vizuální účinky světla jsou všeobecně známé, rozlišujeme tři druhy čípků pro barevné denní vidění: modré (S) – barvivo cyanolab, zelené (M) – chlorolab, červené (L) – erytrolab a tyčinky pro nebarevné vidění v noci (R) – rodopsin. Pohlcením fotonu v barvivu dochází k biochemické reakci, při níž vzniká elektrický náboj, který se zpracuje na vzruch, jenž se přenáší do nervové soustavy. Vlnové délky a spektrální účinnosti viz graf 2.

@graf2@

Hypotéza o dalším fotoreceptoru na sítnici pochází z roku 1923, kdy se jeho přítomností vysvětlovala fotoreakce zornic u myší, které neměly funkční tyčinky ani čípky. Světlocitlivé gangliové buňky (iPRGC) na sítnici myši však byly objeveny až v roce 1991. Jedná se o neurony, které jsou vybaveny melanopsinem, dalším typem očního barviva se specifickou spektrální citlivostí (křivka C na grafu 2) s maximem v oblasti modré barvy: 450–482 nm. V roce 2007 je tým profesora Russella G. Fostera objevil na sítnici člověka. O rok později byl prof. Foster zvolen za člena Královské společnosti.

 

Funkce světlocitlivých gangliových buněk sítnice:
▪    synchronizace centrálních biologických hodin
▪    řízení hladiny melatoninu v krvi
▪    fotoreakce zornic
▪    možná přispívají ke zrakovému vjemu

Centrální biologické hodiny se nacházejí v mezimozku, konkrétně v hypothalamu nad křížením zrakových nervů (suprachiasmatická jádra, SCN). Jedná se o shluk asi dvaceti tisíc neuronů, které tvoří centrální biologické hodiny savců. U mladého člověka je jejich volná perioda (tj. bez synchronizace) o něco více než 24 hodin. Jejich rytmus se označuje jako přibližně denní, tedy z lat. circa dies, cirkadiánní. S věkem se tento cyklus zkracuje (s velkými individuálními rozdíly). Jejich tlukot se projevuje zapínáním a vypínáním určitých genů. Podle těchto centrálních hodin se synchronizují buněčné hodiny jednotlivých orgánů v těle na své denní cykly. K synchronizaci centrálních hodin, tedy nastavení počátku subjektivního dne, dochází zejména působením ranního světla, ale vliv má i příjem potravy nebo společenský kontakt. Jedná se tedy nejen o biologickou, ale i sociální synchronizaci.

Časovým řádem a cykly v živé říši se zabývá chronobiologie, věda, kterou v padesátých letech 20. století spoluzaložil prof. Franz Halberg (1919–2013), americký vědec rumunského původu. Z českých chronobiologů je nejznámější prof. Helena Illnerová, která se svým týmem jako první na světě zjistila, že tvorba melatoninu v šišince mozkové je řízena biologickými hodinami v mozku.

Při nedostatečném ranním světelném stimulu se subjektivní den opožďuje a ranní malátnost se posouvá do dopoledních hodin a doprovází ji pokles výkonnosti a ostražitosti. Jasné ranní světlo, nejlépe sluneční při procházce v přírodě, ale i umělé (v zimě, při zatažené obloze) pomáhá člověku vykročit do nového dne v aktivní a bdělé kondici. Velký význam má jasné světlo při léčení depresí, a to nejen těch sezónních (SAD), ale i nesezónních. Podle výzkumu [2] je působení světla plně srovnatelné s účinkem antidepresiv. Podle výzkumů [3] lze na mnoha pracovištích zvýšit produktivitu práce, snížit chybovost, nehodovost a podíl pracovních neschopností zvýšením intenzity osvětlení.

@obr@

Pracovníci se střídáním směn mají tento cirkadiánní rytmus zpravidla narušený. Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) zařadila práci na směny s narušením cirka- diánního rytmu do skupiny 2A, tedy pravděpodobně karcinogenní pro člověka. Význam pravidelnosti spánkových cyklů a střídání intenzit osvětlení pravděpodobně stále není v naší společnosti úplně doceněn.

Světlo také působí prostřednictvím retinohypothalamického traktu (RHT) na hladinu melatoninu v krvi. Jedná se o jakousi horkou linku zrakového nervu, nezávislou na zrakovém vjemu. Melatonin je hormonem spánku, pomáhá při každodenní regeneraci těla, vychytává volné radikály a dokonce působí proti zvrhávajícím se buňkám. Večer (při slabém osvětlení) jeho hladina narůstá, kulminuje po půlnoci a do rána postupně klesá, viz graf 1. Při dostatku světla je jeho hladina minimální a svou roli si vymění s kortizolem, hormonem aktivity a stresu. Střídání těchto dvou hormonů odpovídá individuálnímu biologickému dni a noci. Přes den je tedy vhodné mít světla dostatek (vzpomeňme na předky pracující převážně venku) a v noci mít naopak kvalitní tmu bez rušivého světla.

Z rozdílnosti křivek V(λ) a C(λ) grafu 2 je zřejmé, že různé zdroje světla mohou mít při stejné intenzitě odlišný podíl cirkadiánní (modré) aktivační složky. Pro srovnání světel bylo navrženo několik veličin, které mají různá úskalí. Proto autor navrhl veličinu Ac, [4] která umožňuje srovnávat světla nejen mezi sebou, ale zároveň s denním světlem. Definice Ac rovněž počítá s budoucí aktualizací průběhu C(λ). Veličina Ac srovnává dané světlo s denním světlem D65 z hlediska cirkadiánního účinku.

Světlo žárovky nám tedy podle tabulky 1 poskytuje pouze přibližně třetinu aktivující složky oproti dennímu světlu při stejné osvětlenosti. Žárovky a další zdroje teplého světla jsou vhodné pro svícení ve večerních hodinách, protože nebrání nástupu melatoninu. Teplé světlo je (podle Kruithofova diagramu) příjemné právě při nízkých osvětlenostech.

@obr@

Pro osvětlení pracoviště je naopak vysoký podíl aktivující složky (Ac → 100) výhodou. Zde je však markantní rozdíl mezi různými zdroji. Zářivky s neutrálním bílým tónem (značí se 840, Cool White) poskytují při stejné osvětlenosti jen asi 55 % aktivujícího světla ve srovnání s chladným denním světlem. Lépe jsou na tom zářivky s odstínem chladná denní bílá (značí se 865, Daylight), kde je podíl aktivující složky blízký dennímu světlu. Ani jedna z uvedených variant však nevyhovuje normě [5] pro osvětlení stomatologických provozů.

V ordinacích a dalších určených prostorách ve zdravotnictví se (bohužel často) setkáváme se zářivkami s Ra ≈ 80 (840/865). Norma [5] přitom pro ordinace předepisuje světlené zdroje s Ra > 90. Takové zářivky se značí např. 965 nebo plnospektrální. Podání barev, zejména syté červené a žluté je totiž pro diagnostiku zásadní. Na denním světle nebo ve světle zdrojů s Ra > 90 lze například u pacienta bezpečně rozpoznat cyanózu nebo žloutenku, přičemž ve světle zářivek s Ra ≈ 80 je to prakticky nemožné, neboť příslušné vlnové délky (určité odstíny žluté a červené) v jejich spektru v podstatě chybí.

Oko je vybaveno funkcí automatického vyvážení bílé – podobně jako digitální fotoaparát. Tato funkce nám zajišťuje barevně přirozený vjem za různých světelných (chromatických) podmínek, ale pod jejím vlivem se přizpůsobíme i méně vhodnému světlu, které nám po chvíli připadá přijatelné. Světlo v ordinaci jednoduše přezkoušíte tak, že se na ně adaptujete (aspoň 10 minut, co nejlépe zacloňte světlo z vnějšku) a pak se podívejte z okna na denní světlo. Pokud Vám připadá příliš modré, nejspíš používáte světlené zdroje s nízkou teplotou chromatičnosti a tedy nízkým Ac. V ideálním případě nezpozorujete žádný rozdíl. Je třeba dát na první dojem, kdy je rozdíl nejmarkantnější.

@obr@

Světlo a tma jsou polaritami, které tu byly dávno před námi a které máme doslova zakódované ve svých genech. Nedostatečným nebo nevhodným světlem během dne a rušivým světlem v noci tyto polarity narušujeme. Jaká míra narušení je ještě přijatelná a jaká už vadí, to je předmětem výzkumu i debat, do kterých jistě budou vstupovat ekonomické faktory. Přitom stačí málo, například posílit osvětlení na pracovišti nebo zlepšit zastínění v ložnici a můžeme mít tyto polarity opět na své straně.

 

Literatura:

[1] HOLLWICH, Fritz. The Influence of Ocular Light Perception on Metabolism in Man and in Animal. New York: Springer-Verlag, 1979, 129 s. ISBN 0387903151.

[2] LAM, R. W. a kol.: The Can-SAD Study. Am J Psychiatry, 2006, č. 163, 805–812.

[3] BOMMEL VAN, W. J. M. – BELD VAN DEN, G. J. – OOYEN VAN, M. H. F.: Industrial lighting and productivity. Philips Lighting. August 2002.

[4] FUKSA, A.: Světlo a biologické hodiny. Světlo, 2010, č. 6, s. 56–58.

[5] ČSN EN 12464-1. Světlo a osvětlení – Osvětlení pracovních prostorů: Část 1: Vnitřní pracovní prostory. 2012. vyd. Praha: ÚNMZ, 2012.

Ing. Antonín Fuksa

Publikováno v časopise Era21 3/2014