Восприятие света как стимула незрительных реакций человека

1. Введение
Архитектурное освещение традиционно преследует четыре цели: 1) создание наилучших условий для зрительной работы; 2) обеспечение зрительного комфорта; 3) обеспечение эстетичности освещаемого пространства; 4) экономию электроэнергии. В последнее тридцатилетие исследователи получают всё больше доказательств того, что свет, попадающий в глаз человека, относительно независимо от зрения и зрительных рефлексов может являться также биологическим, поведенческим и терапевтическим стимулом для человека. Недавно произошел переворот в понимании того, как функционируют входные фоторецепторы циркадной и нейроэндокринной систем человека и других млекопитающих. Исследование на здоровых людях подтвердило, что трехкомпонентная колбочковая зрительная система, ответственная за дневное зрение, не является той базовой рецепторной системой, которая преобразует световой стимул в сильную реакцию подавления секреции мелатонина. За этим открытием быстро последовала интерпретация двух спектров действия для здоровых людей, указавшая на диапазон 446-477 нм как на участок спектра с наиболее выраженным подавлением секреции мелатонина. Эти данные позволили предположить, что за регуляцию секреции мелатонина в организме человека главным образом отвечает новая фоторецепторная система, отличная от «зрительных» палочек и колбочек.
Исследования на моделях человека и животных начинают прояснять нейроанатомию и нейрофизиологию фотосенсорной системы, которая обеспечивает входной канал для циркадной, нейроэндокринной и нейропсихической регуляции. Недавно обнаруженный фотопигмент, названный меланопсином, локализуется в сетчатке грызунов и людей. Точнее, меланопсин находят в одном из подтипов светочувствительных ганглиозных клеток сетчатки (СГКС). Эти плодотворные открытия и дальнейшее уяснение биохимии, анатомии и физиологии меланопсина и СГКС явились значительными достижениями науки.
Профессиональные сообщества производителей светотехнических изделий, проектировщиков и архитекторов открыли путь к пониманию этой вдруг обнаруженной физиологии и рассматривают соответствующие возможные приложения данного открытия. МКО охватывает широкий спектр как научных изысканий, так и технических вопросов в области освещения. В свою очередь, международное светотехническое сообщество ожидает от МКО разработки стандартов и нормативных документов по развитию стратегий освещения будущего. При этом Отделение 3 МКО занимается внутренним освещением зданий на основе зрительных функций их обитателей. Однако, в конечном счете, проектировщики освещения придут к необходимости усвоения относительно недавних научных данных о той роли, которую свет может играть в оптимизации здоровья и благополучия людей.
2. Циркадные, нейроэндокринные и нейроповеденческие спектры действия
Спектр действия – один из главных инструментов идентификации фотопигмента, инициирущего реакцию на свет. Можно провести аналогию между спектральной чувствительностью данного фотопигмента или его спектром поглощения и отпечатками пальцев – они уникальны для данной молекулы. Фотобиологи определяют спектр действия как относительную реакцию организма на различные длины волн электромагнитного излучения видимого диапазона и вблизи него. За годы исследований был детально разработан ряд методов по определения спектров действия всех организмов, реагирующих на свет.
В фотобиологической литературе встречаются спектры действия двух основных типов: полихроматические и аналитические. Обычно исследователи начинают изучение биологических реакций на свет с определения полихроматических спектров действия. Их определяют с использованием широкополосных световых стимулов, имеющих полуширину свыше 15-20 нм, или с выделением отдельных длин волн спектра искусственного или естественного «белого» света. Полихроматические спектры действия используют для: 1) идентификации взаимодействий биологических реакций на полихроматическое излучение; 2) выяснения, как организмы реагируют на свет в более естественных условиях; 3) руководствования ими в определении более сложных, аналитических, спектров действия. Однако полихроматические спектры действия имеют ограниченную полезность для идентификации особых фотопигментов, инициирующих реакции на световые воздействия. Как и в других областях фотобиологии, в первоначальных исследованиях спектров действия для нейроэндокринной и циркадной систем использовались полихроматические стимулы. Целый ряд полихроматических спектров действия, получавшихся и публиковавшихся в период 1972-2004 гг., как для грызунов, так и для людей последовательно указывал на то, что участок спектра 450-550 нм создает сильнейшую стимуляцию циркадной и нейроэндокринной систем и вызывает их некоторые реакции.
В 1984 г. с помощью первого аналитического спектра действия для циркадной системы испытывалось влияние монохроматического света на вращение колеса хомяками. Вскоре после этого другие исследователи циркадных и нейроэндокринных реакций начали использовать для определения аналитических спектров действия монохроматический свет разных длин волн и всё более сложные методы фотобиологии. С тех пор опубликовано четырнадцать разных аналитических спектров действия для разных циркадных, нейроэндокринных и нейроповеденческих реакций грызунов, обезьян и человека. Одновременно с замечательным открытием меланопсина и СГКС восемь недавно полученных аналитических спектров действия продемонстрировали спектральную чувствительность некоторых физиологических реакций, опосредованных СГКС. Сведения об этих спектрах приведены в таблице.

Таблица.
Аналитические спектры действия, показывающие максимальную чувствительность к голубому свету циркадных, нейроэндокринных и нейроповеденческих реакций. (Каждый из спектров действия основан на соответствующей реакции на флюенс фотонов на 6-10 длинах волн. Длины волн максимума этих спектров (λ_max) определяются из наиболее согласующейся с каждой из них номограммы опсина).

 
Несомненно, исследователи циркадных и нейроэндокринных процессов заметно продвинулись в применении точных спектроскопических методов определения аналитических спектров действия и λmax для целого ряда реакций. Существенно, что каждая из работ по таблице даёт значение λ_max в интервале 459-483 нм, соответствующем свету голубого цвета. Такое положение λ_max было впервые продемонстрировано в 1996 г. в работе, показавшей, что для циркадного фазового сдвига у мышей модели rd/rd λ_max = 480 нм. Примечательно, что несмотря на различия между лабораториями, моделями животных, данными о физиологических пределах и методами исследования, значения λ_max постоянно приходятся на голубой участок спектра. Также примечательно, что данные для каждого спектра действия по таблице ложатся с относительно высокими коэффициентами корреляции на унифицированные номограммы опсина. Полные аналитические спектры действия еще только предстоит построить, однако ряд исследований подтверждает, что монохроматический коротковолновой свет эффективнее вызывает фазовый сдвиг циркадной системы, подавление секреции мелатонина, повышение субъективных и объективных ощущений состояния бодрости, повышение частоты сердечных сокращений, температуры тела и стимулирование экспрессии гена биологических часов Per2 у человека, чем свет с большей длиной волны при равной плотности фотонов. В то же время полные аналитические спектры действия вместе с исследованиями воздействий световым излучением на отдельных длинах волн показывают, что новая фоторецепторная система в основном участвует в циркадных, нейроэндокринных и нейроповеденческих реакциях на свет человека и других видов млекопитающих.
Важно заметить, что не все аналитические спектры действия определяют λ_max в голубой части спектра. Аналитические спектры действия для фазового сдвига двигательной активности и сужения зрачка у диких мышей и хомяков указывают на нахождение λ_max их в интервале 500-511 нм. Возможно, непораженная сетчатка этих грызунов объединяет сигналы от СГКС и классических зрительных фоторецепторов, которые вызывают циркадный фазовый сдвиг и зрачковые реакции. Ситуация меняется, если зрительные рецепторы мышей не функционируют (повреждены как у мышей моделей rd/rd и rd/rd cl): по-видимому, в этих случаях λ_max для циркадных и зрачковых реакций смещается в более коротковолновую область.
Независимо от работ с использованием монохроматических излучений, проводились исследования ряда нейроповеденческих изменений, связанных с коррелированной цветовой температурой (Т_ц) широкополосного, полихроматического света люминесцентных ламп (ЛЛ). В общем, было обнаружено, что ЛЛ с повышенной Т_ц излучают больше в голубом участке спектра, чем лампы с пониженной Т_ц, и сильнее подавляют секрецию мелатонина у здоровых людей. Вдобавок было замечено, что ЛЛ с повышенной Т_ц сильнее влияют на температуру тела, а также показано с ростом Т_ц ламп возрастание кровяного давления и частоты электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Наконец, при исследовании действия освещения перед сном оказалось, что в первой половине периода сна лампа с повышенной Т_ц значительнее снижает глубину сна, чем лампа с пониженной Т_ц. Совокупно литературные данные показывают, что лампы с более высокой Т_ц вызывают у здоровых субъектов более сильные нейроповеденческие реакции, чем лампы с более низкой Т_ц. Эти результаты в целом согласуются с аналитическими спектрами действия по таблице. Несколько новых работ посвящены исследованиям роли Т_ц в нейроповеденческих реакциях на свет, включая возможность того, что Т_ц – не всегда точный ориентир в предсказании способности лампы оказывать биологические и поведенческие воздействия.
3. Открытие меланопсина и новой сенсорной системы глаза
Оптимизация стратегий освещения требует детального понимания световоспринимающих систем, на которые воздействует свет. Во многом развитие светотехники в настоящее время определяется текущим знанием механизма дневного зрения. Сравнительно недавнее открытие СГКС у млекопитающих указывает на то, что существующие подходы к освещению разработаны при неполном понимании световоспринимающих возможностей сетчатки.
Много лет результаты работ не укладывались в общую картину представлений ученых о процессе восприятия света сетчаткой, что препятствовало исследованиям световой регуляции циркадных ритмов. Эти работы показали, что грызуны-мутанты, имевшие сетчатку, почти полностью лишенную палочек и колбочек, сохраняли способность к перенастройке ритмов суточной активности при воздействии света. Это было удивительно, поскольку поведенческие тесты и электрофизиологические эксперименты показывали, что эти животные были совершенно слепы. Существенным было то, что после хирургического удаления обоих глаз животные теряли способность к перенастройке биологических часов, это означало, что фоторецепторы, ответственные за циркадные процессы, должны были находиться в глазах слепых мышей, однако они не были ни палочками, ни колбочками. В то время известны были только палочковые и колбочковые глазные фоторецепторы, что привело к парадоксу: свет воспринимался глазом, в котором отсутствовали фоторецепторы. Аналогично этому наблюдению, в экспериментах с грызунами были зафиксированы факты влияния света на циркадные процессы и подавление секреции мелатонина у полностью слепых людей, частично слепых и людей с дефектами цветового зрения. Это наводило на предположение, что за регуляцию циркадных процессов в основном отвечает неизвестный фоторецептор, который не является ни палочкой, ни колбочкой.
Открытие нового фотопигмента позвоночных в 1998 г. инициировало ряд исследований, которые со временем привели к установлению прежде неизвестного класса фоторецепторов в сетчатке позвоночных, включая человека. Этот фотопигмент, меланопсин, был впервые идентифицирован в пигментированных клетках кожи африканской шпорцевой лягушки Xenopus laevis. Его признаки наблюдали и в сетчатке этой лягушки. Интересно, что клетки сетчатки, в которых нашли меланопсин, не были классическими зрительными фоторецепторами (палочками и колбочками), а, скорее, нейронами внутренней части сетчатки, которые ранее не считались светочувствительными клетками. В дальнейшем гомологи меланопсина были клонированы от мышей и человека. Предсказываемая вторичная структура меланопсина человека (hOPN4) показана на рис. 1. Меланопсин у млекопитающих находился лишь в небольшой, широко распределенной субпопуляции ганглиозных клеток сетчатки (ГКС), которые, как известно, отображаются на супрахиазматические ядра гипоталамуса (СХЯ), основной суточный ритмоводитель, управляющий ритмами жизнедеятельности. Последующие исследования подтвердили, что громадное большинство ГКС, отображающихся на СХЯ, действительно включают меланопсин. В совокупности эти результаты приводят к предположению, что ГКС с признаками меланопсина могут быть по существу фоторецепторами и отвечать за суточные ритмы чувствительности к свету, которая наблюдается у слепых мышей и слепых людей.

Рис. 1. Предсказываемая вторичная структура меланопсина человека (hOPN4). Трансмембранные домены были предсказаны на основе гомологии с бычьим родопсином. Кристаллическая структура последнего была выявлена с разрешением до 2,8 A. Высокостабильные остатки в родопсинах 2-го типа показаны в зеленых кружках. Прогнозируемое место хромофорного соединения отмечено красным кружком. Желтым квадратом показан тирозиновый остаток, занимающий положение, соответствующее глютамату-113 бычьего родопсина. Предполагаемый дисульфидный мостик показан красной штриховой линией

 
Чтобы определить, являются ли клетки нового класса светочувствительными, Берсон с коллегами пометили СХЯ, отображающие ГКС, введя меченые атомы в СХЯ крысы. Они нашли, что эти ретроградно меченные ГКС обладают светочувствительностью и назвали их поэтому светочувствительными ГКС (СГКС). Согласно таблице, спектральная чувствительность СГКС крыс имеет максимум в голубом участке спектра (λ_max = 483 нм). Как и ожидалось, это согласуется со спектральной чувствительностью меланопсина, который, как было показано, является молекулярным образованием, ответственным за светочувствительность СГКС.
Для установления функции СГКС несколько групп исследователей независимо друг от друга вывели мышей, у которых отсутствовали функциональные копии гена, контролирующего меланопсин. Эти «нокаутированные» мыши обнаружили недостаток способности к световой регуляции циркадных ритмов двигательной активности. Возможно, более интересным было неожиданное наблюдение, что у этих мышей световая регуляция циркадных ритмов в действительности работает, хотя и при сниженной светочувствительности. Этот результат привел несколько исследовательских лабораторий к мысли скрестить «безмеланопсиновую» мышь с незрячей. Полученные потомки, не имевшие функционирующих палочек, колбочек и СГКС, были как «зрительно», так и «циркадно» слепы. Они вели себя так, будто их оба глаза были хирургически удалены. Помимо неспособности их циркадной системы регулироваться светом, они не обнаруживали реакции подавления светом секреции мелатонина, замедления двигательной активности в темное время суток и никаких зрачковых рефлексов на свет. Совокупно эти исследования были решающими в установлении факта, что и палочки, и колбочки, и СГКС участвуют в световой регуляции циркадных процессов и других форм незрительной фотофизиологии.
Обычно сенсорные мембраны фоторецепторов беспозвоночных состоят из микроворсинок, включенных в вытянутую структуру, называемую рабдомером. В отличие от них сенсорные мембраны фоторецепторов позвоночных представляют собой видоизмененные, закрепленные на месте реснички. Возможно, наиболее поразительная особенность меланопсина состоит в том, что он на молекулярном уровне значительно больше напоминает опсины рабдомерных фоторецепторов, типичные для беспозвоночных, чем реснитчатые фоторецепторы, обычные для позвоночных. По-видимому, меланопсин имеет менее древнего общего предка с рабдомерными опсинами, чем с реснитчатыми опсинами, что заставляет предполагать «примитивный» характер системы незрительных фоторецепторов, имеющей в своей основе меланопсин. Рабдомерный характер меланопсина также предполагает, что трансдукционный путь, активируемый этим фотопигментом, должен быть тоже рабдомерным. И это подтверждается несколькими исследованиями.
Опсины требуют функционирования фотолабильного хромофора, производного витамина А. Опсины зрительных рецепторов позвоночных должны восстанавливаться после фотообесцвечивания. Восстановление включает в себя активный перенос «потраченного» хромофора к эпителию пигмента сетчатки (ткани, смежной с палочковыми и колбочковыми рецепторами) и последующий возврат «подзаряженного» хромофора фоторецепторам. В противоположность этому, опсины рабдомерных фоторецепторов беспозвоночных могут регенерироваться на месте при воздействии света с длиной волны, отличной от инициирующей трансдукцию. И вновь рабдомерная природа меланопсина заставляет предполагать, что здесь может работать схема восстановления фотопигмента, подобная действующей у беспозвоночных. В одной из работ было сделано такое предположение. Это обстоятельство имеет большое значение для светотехников, так как одного знания максимальной спектральной чувствительности меланопсина может не хватать для создания оптимальных источников света. Понимание фотодинамики регенерации хромофора в СГКС также потребуется для максимальной оптимизации освещения.
Меланопсинсодержащие СГКС могут играть роль в зрении приматов. Меланопсин обнаруживается в «гигантских» ГКС, которые передают сигналы зрительному коммутационному центру, расположенному в таламусе. Дендритные ветвистые структуры этих клеток достигают 1 мм в диаметре и являются наибольшими среди подобных структур идентифицированных классов ГКС приматов. В сетчатке приматов существует всего лишь 3000 гигантских ГКС, что составляет 0,2% от числа всех ГКС. Согласно таблице, эти клетки есть по сути фоторецепторы с максимальной чувствительностью в голубом участке спектра (482 нм). Гигантские ГКС также активируются палочковыми и колбочковыми рецепторами. Хотя собственная светочувствительность гигантских ГКС много меньше чувствительности палочек и колбочек, она с высокой точностью коррелируется с интенсивностью стимула, указывая таким образом точную меру облученности. При значениях облученности субпороговых относительно собственной чувствительности гигантских ГКС, последние получают от палочек и колбочек информацию, зависящую от облученности. Следовательно, эти ГКС способны интегрировать и передавать информацию об облученности во всем динамическом диапазоне (ночное, сумеречное и дневное зрение) зрительной системы. Морфология меланопсинсодержащих ГКС не противоречит их функции датчиков облученности. Как показано на рис. 2, обширные светочувствительные ветвистые структуры определяют фотонные ловушки большого радиуса, которые не пригодны для создания изображений, но кажутся оптимальными для пространственно широкого захватывания света из окружающей среды. Более того, замедленная динамика электрофизиологических процессов в этих ГКС обеспечивает также интегрирование по времени в широких пределах, что согласуется с их функцией датчиков облученности.

Рис. 2. Светочувствительная ганглиозная клетка сетчатки (СГКС), иммунопомеченная антимеланопсиновой антисывороткой в сетчатке человека, расположенной на плоскости. Обращает внимание локализация меланопсина в клеточном теле и повсеместная дендритная ветвистая структура, придающая светочувствительность всей клетке. Заметен также характерный узловатый рисунок, присущий дендритам

 
Вопросы относительных вкладов палочек, колбочек и СГКС в различные незрительные реакции на свет еще ждут своего решения. Особенности моделей «нокаутированная мышь» препятствуют такому решению: устранение любой решающей сигнальной компоненты в начале развития мыши может компенсироваться в ходе развития, делая неясным истинный вклад протеина в изучаемый вопрос. Будущие исследования, использующие «нокаут»-схемы, в которых палочки, колбочки или СГКС могут выводиться из строя у взрослых особей, позволят лучше понять их роль в физиологических реакциях на свет. Рис. 3 представляет упрощенную схему анатомии глаза и центральной нервной системы, которые обеспечивают зрение и циркадные, нейроэндокринные и нейроповеденческие реакции на свет.

Рис. 3. Упрощенная схема нейроанатомических процессов, ответственных за сенсорные способности как зрительной системы, так и незрительной регуляции функций циркадной, нейроэндокринной систем и нейроповеденческих реакций. Этот рисунок в измененном виде заимствован из работы

 
4. От фундаментальной науки к светотерапии
Вслед за открытием того, что облучение здоровых людей ярким белым светом при освещённости 2,5 клк вызывает подавление секреции мелатонина шишковидной железой, исследователи вскоре пришли к выводу, что свет можно было бы использовать для лечения сезонного аффективного расстройства (САР) (или зимней депрессии) и для фазового сдвига циркадных ритмов человека. С тех пор светотерапия получила признание как эффективный метод лечения САР и его субклинического варианта. Были проведены испытания целого ряда светотерапевтических устройств для лечения САР, включая световой бокс, имитатор рассвета и наголовные световые приборы (световизоры). Хотя в настоящий момент нет единого мнения относительно этиологии и патофизиологии САР, ряд исследователей постулирует в этом заболевании циркадный компонент. В действующей практике принято воздействовать на пациента белым светом ЛЛ при освещённости 10 клк в течение 30-60 мин утром после пробуждения. Как и при многих заболеваниях, пациенты по-разному реагируют на светотерапию. Хотя большая часть случаев клинического применения светотерапии относилась к лечению САР, исследовались и другие области применения. Они включали несезонную депрессию, различные расстройства сна, проблемы нарушения менструального цикла, невротическую булимию, а также проблемы, связанные со старческим слабоумием. Кроме того, проводились исследования полезности светотерапии для коррекции нарушений суточных ритмов в связи с межконтинентальными перелетами и сменной работой.
За последние 15 лет испытаны применения световых воздействий для устранения нарушений циркадных ритмов и нормальных режимов сон-бодрствование у астронавтов в космическом полете. Нарушения циркадных ритмов и изменения в режиме сон-бодрствование – главные факторы риска для здоровья и безопасности астронавтов. Связанные с этим изменения поведения включают снижение уровней бодрости, концентрации внимания и работоспособности. Все эти факторы могут подвергать риску жизнь членов экипажа и выполнение задач полета. Исследования на астронавтах показали, что световые воздействия являются эффективным средством поддержания стабильности циркадных ритмов. Продолжаются наземные исследования, посвященные оптимизации световых режимов для терапии нарушений циркадных ритмов и сна в космических полетах. В авиакосмической отрасли проводятся оценки того, как проектировать осветительные системы для создания надлежащих условий для зрения, регуляции циркадных ритмов и поддержания бодрости астронавтов на Международной космической станции и в условиях планируемого поселения на Луне. Эта работа, по-видимому, имеет большое значение для проектирования архитектурного освещения в обычных, земных условиях, ориентированного на людей с особыми клиническими расстройствами и проблемами, связанными со сменной работой и «реактивным сдвигом» после авиаперелетов.
Как же оригинальное открытие новейшей фотосенсорной системы глаза человека, обладающей высокой чувствительностью к голубому свету, сказывается на дальнейшем развитии светотерапии и архитектурного освещения? В последнее время ряд работ был посвящён возможностям голубого света эффективно воздействовать на фазовый сдвиг циркадных ритмов и усиливать состояние наивысшей бодрости у здоровых индивидуумов. Некоторые результаты этих работ достаточно подробно рассмотрены в обзоре.
Аналогично, в клиническом исследовании «Phase I» проводилось испытание опытных образцов световых панелей со светодиодами (СД) на клиническую эффективность в лечении САР. В этой работе использовались панели с габаритами (31 х 58) см, излучавшие либо узкополосный голубой свет (доминантная длина волны 468 нм, при облучённости 607 мкВт/см² или освещённости около 400 лк), либо (панели с приглушенной яркостью) узкополосный красный свет, предусмотренный как плацебо (доминантная длина волны 652 нм, при облучённости 34 мкВт/см² или освещённости около 25 лк). Результаты испытания показали, что проявления симптома САР значительно больше снижались (р<0,02) у группы, которую облучали указанным голубым светом, чем у группы, облучавшейся указанным красным. Кроме того, процент ремиссии у пациентов, облучавшихся голубыми СД (55%-ная ремиссия), был сравним с процентными показателями, которые обычно характерны для лечения пациентов с применением стандартной светотерапии ярким белым светом. Хотя эти данные показывают, что панели с голубыми СД эффективны для лечения САР, необходимы более масштабные исследования с другими условиями сравнения, например в варианте «узкополосные голубой, зеленый и красный свет при одинаковой плотности потока фотонов в сравнении с широкополосным белым светом». Важно отметить, что портативные световые панели с голубыми СД (много меньших размеров, чем описанные выше) продаются, но формальных клинических испытаний еще не проходили.
Итак, указанные недавние исследования по фазовому сдвигу циркадных ритмов, состоянию бодрости и светотерапии САР позволяют предполагать, что коротковолновое световое излучение может быть более эффективным лечебным средством, чем белый свет, имеющий широкий спектр и являющийся стандартным инструментом светотерапии. Однако предстоит еще немало работы по оптимизации набора длин волн для подобных приложений. К тому же при разработке новых осветительных устройств следует проявлять осторожность, обеспечивая не только их эффективность, но и безопасность.
5. Безопасность и измерение световой экспозиции
Ненадлежащие световые экспозиции могут вредить глазам человека. Действительно, УФ излучение, голубой, зеленый и белый свет, ИК излучение – все они могут вредить глазным тканям, если экспозиции превышают соответствующие пределы. К счастью, существуют национальные и международные нормативные документы, определяющие безопасные уровни экспозиций как широкополосного, так и узкополосного световых излучений. Функция повреждающего действия синего света имеет отношение к световым экспозициям, применяемым, в частности, для стимулирования сенсорной системы на основе меланопсинсодержащих СГКС. Эта функция связана с фотохимическим повреждением сетчатки при экспонировании излучением, главным образом, в диапазоне длин волн 400-500 нм. Спектр действия этого вредного воздействия имеет максимум в спектральном интервале 435-440 нм с коротковолновой и длинноволновой ветвями, быстро спадающими в обе стороны от него. Если не все, то большинство исследований на людях с использованием монохроматического или узкополосного голубого света независимо касались повреждающего действия световых экспозиций в соответствии с опубликованными нормативными документами фотобиологической безопасности. При планировании новых экспериментов и приложений с использованием насыщенного голубого света благоразумно учитывать меры безопасности для глаз. Подробнее эти вопросы безопасности обсуждаются.
Наряду со всевозможными фототоксическими эффектами, ночное световое облучение, возможно, канцерогенно. Это теоретическое предположение отчасти основано на хорошо установленном эффекте подавляющего действия ночного светового облучения на циркуляцию мелатонина в организме человека. Было показано также, что в промышленно развитых странах, где население широко пользуется ночным освещением в домах и на улицах, отмечается непропорционально высокая заболеваемость раком груди. Предполагают, что световое облучение в ночное время снижает секрецию мелатонина и в высшей степени повышает риск этого онкологического заболевания. Эпидемиологи поддерживают эту гипотезу наблюдениями о пониженной заболеваемости раком груди слепых женщин и повышенной заболеваемости раком груди и раком толстой кишки женщин, работающих на сменной работе. Исследования, проведенные на людях, животных и in vitro, также показывают очевидную связь между воздействием света, мелатонином и раком, хотя динамика этой связи еще не вполне ясна. Несмотря на преждевременность окончательных выводов насчёт канцерогенности ночного освещения для человека, может возникнуть необходимость корректировки норм такого освещения, поскольку наличие взаимосвязи между воздействием света, регуляцией мелатонина, нарушениями в циркадной системе и развитием опухолей уже установлено. Дальнейшее обсуждение этой темы можно найти.
Открытие меланопсинсодержащих СГКС вместе с новыми спектрами действия для восприятия света циркадной системой привело к отчетливому пониманию необходимости разработки новой системы световых измерений. В первых исследованиях эффекта подавления секреции мелатонина у человека, световых терапевтических воздействий при САР и фазового сдвига циркадных ритмов под воздействием света использовалась система световых измерений в условиях дневного зрения. Хотя использование этой системы и было полезно, неявно предполагалось при этом, что работает трехкомпонентная колбочковая зрительная система, ответственная за дневное зрение. Принимая во внимание, по крайней мере, эффекты подавления секреции мелатонина, фазового сдвига циркадных ритмов и «всплеска» бодрости, можно заключить, что указанная фотометрическая система не соответствует этим реалиям. По-видимому, на основании этих фактов следует показывать, что пользование указанной системой неоптимально характеризует свет в отношении всех реакций, опосредованных, в основном, ретиногипоталамическим трактом человека. В конечном счете, должна быть разработана новая система световых измерений, учитывающая, что свет служит регулятором циркадной и эндокринной систем и вызывает нейроповеденческие реакции. Предварительная работа над этой проблемой начинается и часть ее отражена. В итоге такая фотометрическая система должна основываться на коллективном понимании фоторецептивной физиологии ретиногипоталамического тракта и его специфической спектральной чувствительности. Разработка этой системы потребует международного сотрудничества ученых, работающих над проблемами, связанными с циркадной системой и зрением, а также, возможно, координирующей деятельности МКО. До тех пор, пока эта цель не достигнута, свет, используемый в исследованиях циркадной и нейроэндокринной систем и в приложениях, следует количественно оценивать в единицах облученности или плотности потока фотонов с четким определением спектрального распределения энергии излучения источников света.
6. Заключение
Исследование физики света и физиологии зрения было занятием философов и ученых, которому они страстно предавались в течение, по крайней мере, двух тысячелетий. Напротив, история эмпирических исследований воздействий света на циркадную систему, его нейроповеденческих воздействий и терапевтических возможностей насчитывает всего лишь несколько десятилетий. Несмотря на свою относительную молодость, эта область исследований очень важна для понимания того, как создавать оптимальное освещение жилых и рабочих помещений. Открытие и исследование характеристик новой сенсорной системы глаза человека открывает путь для смелых проектов и новшеств в области архитектурного освещения. Эти работы создают возможности для поисков новых технологий и проектных стратегий, оптимизирующих освещение во благо зрения, благополучия и здоровья людей.