studie z roku 2001
Účinné spektrum pro regulaci melatoninu u lidí: Důkaz o Novém Cirkadiánním fotoreceptoru
George C. Brainard,John P. Hanifin,Jeffrey M. Greenson, Brenda Byrne, Gena Glickman, Edward Gerner, a Mark D. Rollag
Oddělení Neurologie, Universita Thomase Jeffersona, Filadelfie, Pensilvánie 19107 a Oddělení Anatomie, Fyziologie a genetiky, Uniformed Services University of Health Sciences, Bethesda, Maryland 20814
Není znám fotopigment v lidském oku, který převádí světlo pro cirkadiánní a neuroendokrinní regulaci. Cílem této studie bylo stanovit účinné spektrum pro světlem indukované potlačení melatoninu, které by pomohlo objasnit systém očních receptorů regulující aktivitu šišinky.
Zkoumané subjekty (37 žen, 35 mužů ve věku 24,5 let ± 0.3 roku) byly zdravé, a měly normální barevné vidění.
K vystavení celoplošnému monochromatickému světlu docházelo mezi druhou a půl čtvrtou hodinou ranní, kdy byly zornice subjektů roztažené. Krevní vzorky odebrané před a po ozáření byly testovány na obsah melatoninu. Na každém subjektu bylo testováno nejméně sedm ozáření stejnou vlnovou délkou s minimálně týdenním rozestupem mezi jednotlivými nočními ozářeními. Test potlačování produkce melatoninu v průběhu noci byl uskutečněn s vlnovými délkami od 420 do 600 nm. Získaná data byla uspořádána v osmi univariantních, sigmoidálních fluence–response křivkách (R2=0,81-0,95). Účinné spektrum vycházející z těchto údajů odpovídá opsin template (R2=0,91), což definuje vlnové délky v rozmezí 446-477 nm, jako nejvíce účinný cirkadiánní impuls pro regulaci sekrece melatoninu.
Výsledky naznačují, že u lidí může mít primární vliv na potlačení produkce melatoninu samostatný fotopigment, a vrchol jeho absorbance (schopnost pohltit světlo/světelný signál) se jeví být odlišný od fotopigmentů čípků a tyčinek. Získaná data také naznačují, že je tento pigment založen na retinaldehydové bázi.
Z těchto zjištění vyplývá, že v lidském oku existuje nový opsinový fotopigment, který zprostředkovává cirkadiánní fotorecepci.
Klíčová slova: melatonin, Účinné spektrum, cirkadiánní, vlnová délka,světlo, šišinka, neuroendokrinní, fotorecepce, fotopigment, člověk
.
.
.
.
Účinné spektrum, které jsme výše popsali, sedí na vzorec fotopigmentu vitaminu A1- retinaldehyd, což podporuje hypotézu, že jeden z nových opsinových fotopigmentů poskytuje primární světelný impuls pro regulaci sekrece melatoninu u lidí. Molekulární identifikace opsin a non-opsin fotoreceptorů a jejich umístění na sítnici a/nebo nervové části cirkadiánního systému, je dělá velmi vhodnými pro cirkadiánní foto-přenašeče. Nicméně, prozatím chybí provozní data, která by potvrdila, že jakákoliv z těchto molekul by měla přímou roli v cirkadiánní fotorecepci u savců. Kromě toho je třeba si dát pozor při zobecňování výsledků získaných u rostliny, hmyzu, ryb, obojživelníků a hlodavců na člověka.
Je vliv světla na sekreci melatoninu relevantní pro obecnou cirkadiánní regulaci? Studie ukázaly, že křečci mají vyšší práh intenzity “světlem způsobeného prohození fází rytmu běhání na kolečku” než u potlačení sekrece melatoninu (Nelson a Takahashi, 1991). Nicméně nedávná studie s bílým světlem provedená na lidech ukázala, že 50% reakční citlivosti na změnu cirkadiánních fází (119 lux) byla jen lehce vyšší než ta pro potlačení sekrece melatoninu (106 lux)(Zeitzer et al., 2000). Je možné, že existují rozdílné fotoreceptory, které zprostředkovávají cirkadiánní narušení a jiné, které zprostředkovávají akutní potlačení sekrece melatoninu. Nicméně je rozumné předpokládat, že různé nevizuální vlivy světla, jako potlačení sekrece melatoninu, narušení cirkadiánního rytmu, a možná některé klinické reakce na světlo, jsou zprostředkovány sdíleným systémem fotoreceptorů. Pro potvrzení této hypotézy je zapotřebí provést další experimenty.
Obecně, relativně vysoké světelné ozáření v rozmezí od 2500 do12,000 luxů se používá k léčbě zimních depresí, vybraných poruch spánku a narušení cirkadiánního rytmu (Wetterberg, 1993; Lam, 1998). Přesto že má taková intenzita světla terapeutické účinky, někteří pacienti si stěžují, že má i vedlejší efekty zrakového oslnění, zrakové únavy, způsobuje světloplachost, oční diskomfort a bolesti hlavy. Ustanovení funkčního spektra pro cirkadiánní regulaci by mohlo vést ke zlepšení světelné terapie. Celkové ozáření pro léčbu dané poruchy může být redukováno jakmile je optimalizována emise vlnových délek terapeutickým zařízením.
Moderní průmyslové společnosti značně užívají světla v domácnostech, školách, na pracovištích a ve veřejné vybavenosti aby podpořily vizuální provedení, vizuální komfort a estetičnost ve vztahu k okolí. Vzhledem k tomu, že je světlo také silný regulátor cirkadiánního systému u lidí, budoucnost světelných strategií bude muset poskytovat jak vizuální odezvu, tak homeostatickou reakci. Funkční spektrum zde prezentované naznačuje, že existují separátní fotoreceptory pro vizuální a cirkadiánní odezvu na světlo u lidí. Proto bude potřeba nových přístupů pro osvětlování v architektuře, aby docházelo k optimální stimulaci obojího vizuálního i cirkadiánního systému.
Na závěr, tato studie charakterizuje vlnovou délku sensitivity očního receptorového systému pro regulaci aktivity lidské šišinky stanovením funkčního spektra pro světlem způsobené potlačení sekrece melatoninu. Výsledky stanovují část spektra o vlnové délce 446-477 nm jako tu, která poskytuje nejvíce účinný cirkadiánní impuls pro regulaci sekrece melatoninu. Tato data naznačují, že primární fotoreceptorový systém pro regulaci melatoninu je odlišný od čípkového a tyčinkového systému pro vidění. Finálně, toto funkční spektrum naznačuje, že existuje nový retinaldehydový fotopigment, který umožňuje lidskou cirkadiánní fotorecepci. Tyto objevy otevírají dveře pro optimalizaci užití světla jak pro terapeutické, tak pro architektonické užití.
Celou studii vlivu světla na potlačení sekrece melatoninu si můžete přečíst zde