Влияние светодиодных ламп

Вторая конференция LEDs Magazine Lighting for Health and Wellbeing включила звездный список исследователей и специалистов по освещению, ориентированных на человека и некоторые из наиболее интересных докладов были посвящены характеристике освещения для здоровья и прямым положительным и отрицательным влиянием светодиодных ламп на здоровье человека.

12 сентября 2018 г.

Исследователи представляют показатели циркадного освещения и влияние светодиодного освещения на здоровье людей на конференции по освещению, ориентированной на человека

Журнал провел свою вторую конференцию «Освещение для здоровья и благополучия» 18 июля в Ньюпорт-Бич, штат Калифорния, и участники получили возможность услышать мнение ведущих экспертов в области освещения, ориентированного на человека. В том числе обсуждали и влияние светодиодных ламп.

Многие из выступлений были посвящены влиянию освещения на невизуальные системы и циркадному влиянию освещения, хотя в программу также было включено освещение светодиодными лампами как способ уменьшения вероятности возникновения близорукости. Способы непрерывной дезинфекции с помощью специального освещения для здоровья в искусственной среде. Возможно, самые неотразимые темы дня были посвящены характеристике освещения полезного для здоровья и пониманию прямого воздействия света на здоровье человека. Мы сосредоточимся на некоторых из этих презентаций здесь.





РИС. 1. Участники конференции погрузились в темы от метрик до циркадного воздействия, применения света для дезинфекции, а также терапевтических эффектов.




Мариана Фигейро, доктор философии, директор Центра исследований освещения (LRC) Политехнического института Ренсселера, открыла день, выступив с основной презентацией. Она задала вопрос: «На что влияет свет?» И она показала диаграмму на рисунке ниже на которой показано влияние на зрительные и невизуальные системы в дополнение к психологической системе.

РИС. 2. Визуальная, не визуальная и психологическая системы влияют на освещение по-разному.

Фигейро сказал, что системы на графике «могут быть небольшой частью, но эту часть мы знаем лучше всего». Свет может повлиять на гораздо большее количество систем, чем известно сегодня. «Даже в этих системах я думаю, что освещение имеет разные характеристики и по-разному влияет на эти системы», — сказал Фигейру.

Дело в том, что это очень сложно и не до конца понятно на данный момент — точка зрения, которую повторяют многие другие ораторы в этот день. «Но я не думаю, что мы должны просто поднять руки и сказать:« Боже мой, я ничего не могу сделать », — сказал Фигейру. Далее она опишет некоторые шаги, которые она призвала практикующих сделать сейчас. Влияние светодиодных ламп на здоровье человека вполне прогнозируемо.

Психологические эффекты

Фигейро быстро перешел к восприятию психологических воздействий на человека и сосредоточился на красном свете. Она сказала, что исследователи из LRC заметили, что красный цвет оказывает на людей эффект тревоги. Но исследователи предположили, что они ошиблись, потому что общепринятая мудрость гласит, что синий свет приводит в движение бдительность. «Это одна вещь, которую я хочу, чтобы вы помнили из этого разговора», — сказал Фигейру. «Это не только на самом деле синий»

Она сослалась на работу Эндрю Эллиота, профессора психологии в Университете Рочестера, который сказал, что красный — это опасный сигнал для людей, и он вызывает реакцию «сражайся или беги» у людей. Исследования даже показали, что люди считают человека, носящего красную рубашку, более злым, чем других, скажем, синих или белых.

Фигейро сказал, что LRC больше внимания уделяет невизуальным физиологическим эффектам света, богатого красной энергией. Она сказала, что исследования показывают, что красный свет  после обеда или среди ночи может улучшить бдительность и сократить время реакции.

Циркадный Стимул

Затем Фигейро начал обсуждать работу LRC над функцией спектральной чувствительности под названием Circadian Light или CLA, которая дополнительно ведет к метрике Circadian Stimulus (CS). Она сказала, что в настоящее время большинство мыслей о физиологическом ответе заключается в том, что не только меланопсин, но и фоторецептивные ганглиозные клетки сетчатки (ipRGCs) невизуальной системы влияют на физиологию. Визуально-ориентированные палочки и колбочки также играют роль, хотя исследователи все еще работают, чтобы понять взаимодействие.

Суть Фигейро, однако, заключается в том, что другая популярная метрика, эквивалентный меланопический люкс (EML), действительно привязана именно к ipRGC. EML не учитывает влияние палочек и колбочек. Функция CLA имеет пиковую чувствительность около 460 нм. Фигейру объяснил, что модель изменяется на основе спектрального распределения мощности (SPD) и количества света, и LRC определил простой способ вычисления позднего CLA.

Тем не менее, одной только CLA недостаточно для точной характеристики воздействия света на человека, потому что Фигейру сказал, что речь идет не только о спектре, но и о количестве. Она сказала, что только измерение CLA или EML будет нелегко оценить в отношении порога воздействия или насыщения физиологической системы. Таким образом, LRC разработал передаточную функцию, которая использует CLA для получения CS, которая характеризует отклик циркадной системы.

Ограничение метрик

Фигейро предупредил о некоторых ограничениях использования CS, а также объяснил некоторые тонкие детали его применения. Работа на данный момент основана на часовом времени воздействия определенного источника света. И это только рассматривает подавление мелатонина как меру. Но продолжительность имеет значение, и свет воздействует на многие физиологические системы за пределами уровня мелатонина. И она подчеркнула, что применение CS требует строгой меры света на глаз. Измерение горизонтальной освещенности не даст точных результатов. Измерение в глазу учитывает полное распределение луча и отражения от поверхностей в пространстве.

Ссылаясь на тесты, основанные на метрике CS, Фигейру предложила некоторые из ее выводов относительно того, что мы знаем. Она сказала, что свет оказывает прямое или острое воздействие на людей и что это не обязательно должен быть синий свет, который используется для повышения бдительности. Например, вы можете использовать красный свет ночью, чтобы добиться воздействия, не меняя циркадную фазу человека. При использовании разных  принципов вам может потребоваться увеличить уровень освещенности для достижения того же CS. Между тем, продолжается работа по влиянию продолжительности, но Фигейру сказал, что, по-видимому, продолжительность свыше двух часов оказывает гораздо меньшее влияние.

Возвращаясь к теме, что мы не все знаем, но мы должны что-то сделать, Фигейру заключил: «Я думаю, что если мы переоценим дизайн … Если мы просто получим яркий свет в течение дня, потому что сейчас мы находимся в темноте» свет постоянно. Если мы просто увеличим немного больше … Я думаю, что мы можем начать вносить изменения в построение рабочей среды.

Характеризуя влияние светодиодных ламп.

На тему метрик также обратил внимание Мартин-Мур-Эде, доктор медицины и доктор философии, основатель Circadian Light и профессор, который возглавлял команду, открывшую SCN (основной кардиостимулятор тела) в 1980 году в Гарварде. Презентация Мура-Эде называлась «Циркадная потенция: циркадная спектральная чувствительность к белому свету на рабочем месте». Он начал с вопроса: «С какой спектральной чувствительностью мы должны работать?» Он отметил, что светотехническая промышленность стоимостью 120 миллиардов долларов Это необходимо знать, и дизайнеры и спецификаторы освещения также должны это знать.

Мур-Эде почти сразу же рассмотрел вышеупомянутые циркадные модели, широко используемые сегодня — CS и EML, — и отметил серьезную проблему, заключающуюся в том, что эти модели дают противоречивые рекомендации для отрасли. Он сослался на опрос, проведенный журналом Metropolis в конце 2017 года в сообществе архитектурных дизайнеров, который обнаружил, что участники были смущены метриками, хотя 62% сказали, что они используют CS, а 38% сказали, что они используют EML .

Описывая модели чувствительности CS и EML (рис. 3), Мур-Эде углубился в науку, стоящую за этими двумя. CS основан на тестировании людей, которые полностью адаптировались в темноте, находясь в темноте в течение двух часов с расширенными зрачками. Затем испытуемые подвергаются относительно коротким 30–90-минутным монохроматическим воздействиям света. Исследователи искали временное явление мелатонина. Этот тест был дополнен моделированием палочек и колбочек, согласно Мур-Эде.

РИС. 3. Модели спектральной чувствительности Circadian Stimulus и Equivalent Melanopic Lux дают противоречивые рекомендации по освещению, ориентированному на человека.

Модель EML основана в основном на исследованиях на животных, отметил Мур-Эде. Метрика основывается на использовании генетически модифицированных клеток для производства меланопсина человека, а затем подвергает такие клетки очень коротким вспышкам монохроматического света на различных длинах волн. Результат определяется путем измерения ответа кальция в клетках.

Метрика коренится в условиях труда

Но Мур-Эде сказал, что ни то, ни другое не было получено в реальных условиях, как он сказал, освещая комнату, в которой проходила конференция. Он охарактеризовал такие условия, как полихроматический белый свет в комнате со свободно движущимися людьми, с интенсивностью в диапазоне 200–1000 лк и длительной экспозицией. И он сказал, что существующие показатели не имеют сильной корреляции со здоровьем человека.

Грант Национального института здравоохранения (NIH) по исследованию инноваций в сфере малого бизнеса (SBIR) позволил Муру-Эде изучить его циркадную потенцию в условиях, эквивалентных типичным условиям на рабочем месте. В исследовании рассматривалось полихроматическое освещение с различными спектрами, все на 540 люкс. И чтобы исключить любые предвзятости из результатов, Мур-Эде нанял математика, не имеющего реальных предварительных знаний об освещении и спектральной чувствительности, для выполнения анализа данных, определения максимальной чувствительности пика и формы левой и правой сторон кривой без требования, чтобы результат был симметрично гауссовским.

В конечном счете, в результате исследования была получена кривая спектральной чувствительности Circadian Potency, изображенная на рис. 4. Пик находится в синей области, а 79% расчетной площади под кривой (AUC) находится в синей области. Более того, эта заштрихованная область находится в пределах того, что, по словам Мура-Эде, является устойчивым откликом, связанным с длительным воздействием, в то время как более короткие и длинные волны с обеих сторон являются более переходными эффектами.

Исследователи представляют показатели циркадного освещения и влияние светодиодных ламп на здоровье людей.

РИС. 4. Предложенная Circadian Light модель чувствительности Circadian Potency концентрируется на реакции на установившийся стимул.

Вы рассчитываете циркадную потенцию, сравнивая AUC источника света в этой области 440–490 нм и разделяя его на AUC во всем видимом диапазоне человека. Такие данные могут быть легко получены с помощью портативных спектрометров. И свет может быть охарактеризован и определен на основе целевых измерений циркадной потенции для дня и ночи.

Заключительное пленарное заседание

Заключительная пленарная презентация была сделана Дэвидом Бласком, доктором наук, из Медицинской школы университета Тулэйн. Бласк проводит исследования в отделе структурной и клеточной биологии в онкологическом центре Тулана. Он преуменьшил свои достижения, сказав, что он был опытным ученым, работавшим в циркадных аспектах рака в течение 30–40 лет, что подразумевает несколько приземленную историю работы. Когда он начал, он сказал: «Никто не работал в этом районе, особенно если вы работали над мелатонином. Но вещь, кажется, расцвела, поэтому я рад, что мы заострили внимание о ней ».

Украв тему из знаменитого западного фильма «Спагетти» и перевернув эту тему, презентация Бласка была озаглавлена ​​«Свет, циркадный мелатонин и рак: уродливый, плохой и хороший». Бласк рассказал: «На самом деле свет — это обоюдоострый меч в отношении рака ». Конференция и распространенная мудрость в области освещения, ориентированного на человека, заключаются в том, что свет, насыщенный синим светом, полезен в начале дня, но свет ночью может быть вредным для циркадной системы. Бласк сказал: «Ну, рак — это болезненный процесс, который очень чувствителен к такого рода изменениям, вызванным способностью света модифицировать циркадную систему, хорошим или плохим способом, мы думаем, модулируя сигнал мелатонина. Он напомнил, что мелатонин является одновременно циркадным сигналом и гормоном противоракового действия, который оказывает прямое противораковое действие.

Начав с того, что он назвал «уродливым», Блек сказал, что тусклый свет ночью (dLAN) может сломать циркадные часы. Исследование Бласка основано на использовании ксенотрансплантатов рака человека, имплантированных мышам или крысам. Он сказал, что в нормальных условиях опухолевые клетки растут быстрее в течение дня и медленнее ночью, когда присутствует мелатонин, но этот опыт был уродливым. Характеристика основана на тестах, в которых крысы подвергались различным уровням полихроматического белого света ночью.

Условиями контроля были 12 часов света и 12 часов темноты. Испытания увеличивали уровни ночного света, которым крысы подвергались до уровня насыщения мелатонина. График на рис. 5 показывает, что в контрольной темноте ночью опухоли растут, но с относительно низкой скоростью. По мере увеличения уровня освещенности темпы роста значительно ускоряются. Бласк сказал, что рост биомассы или опухоли вызван жирными кислотами и глюкозой, но присутствие мелатонина блокирует эти виды топлива.

РИС. 5. Повышение уровня освещенности ночью приводило к быстрому росту опухолей у крыс.

Бласк продолжал показывать графики биохимии, которые указывали бы на нормальные циклы свет-темнота, весь процесс ритмичный. Но даже воздействие тусклых уровней 0,2 лк / см 2 может привести к устранению ритмических паттернов и росту 24 часа в сутки. Результатом является увеличение уровня опухоли в два-три раза. Он сказал, что крысы гораздо более чувствительны к свету, чем люди, подразумевая, что такое тусклое воздействие не окажет такого же воздействия на людей.

Влияние светодиодных ламп относящиеся к исследованиям для людей.

Бласк сказал, что вы не можете легко выполнить необходимое долгосрочное тестирование на людях, чтобы повторить работу с крысами. Но команда Бласка работала над приближением испытаний на людях с командой из университета Томаса Джефферсона во главе с Джорджем (Бадом) Брейнардом, доктором наук. Команда Брэйнарда собирала образцы крови у женщин-добровольцев в течение дня, ночью и после воздействия светом. Эти образцы были отправлены команде Бласка, где они имплантировали ксенотрансплантаты рака молочной железы человека крысам и разработали способ перекачивания образцов крови, хранящихся во внешнем источнике, непосредственно в опухоли — то, что Бласк назвал процессом от человека к человеку.

Исследование дало ожидаемые результаты с подавлением мелатонина и ростом опухоли в течение дня, замедленным ростом ночью и ростом вблизи дневных уровней после воздействия светом. Бласк сказал: «Это действительно впервые определило, что действительно сигнал мелатонина у людей был циркадным противораковым сигналом, который защитил бы вас от развития клинического рака». Брейнард и Бласк провели очень похожие исследования и задокументировали подобные результаты. с раком простаты у мужчин.

Задокументировав влияние dLAN на мужчин и женщин, Бласк сказал, что команда задалась вопросом, есть ли спектральный аспект в освещении. Может ли красный свет иметь меньшее воздействие, подавляющее мелатонин, чем синий? И тестирование, основанное на длительном темновом воздействии, чтобы установить нормальные уровни мелатонина и последующее воздействие красного света, не подавляло уровень, тогда как синее воздействие действительно подавляло  мелатонин.

Плохое и хорошее воздействие света.

Затем Бласк перешел к тому, что он назвал «плохим». Он сказал, что команда рассмотрела влияние лечения рака молочной железы, имплантированного крысам, тамоксифеном — гормональной терапией первой линии при раке молочной железы. Идея состояла в том, чтобы сравнить реакцию на лечение тамоксифеном у крыс с неповрежденным сигналом мелатонина с другими.

Когда тамоксифен был введен после того, как опухоль начала быстро расти в популяции, подвергшейся воздействию света, скорость роста продолжала увеличиваться. Когда он был введен в популяцию, которая была подвергнута нормальному 12-часовому циклу темноты, рост опухоли застоялся, а затем регрессировал (рис. 6). Бласк сказал: «Свет ночью не только влияет на внутреннюю активность и способность этих опухолей расти, метаболизироваться и прогрессировать до потенциально клинического онкологического состояния, но этот свет ночью в этих экспериментальных условиях приводит к устойчивости к тамоксифену». Бласк сказал, что команда повторил процесс с другими химиотерапиями и задокументировал тот же точный ответ.

РИС. 6. Терапия рака молочной железы тамоксифеном (ТАМ) оказалась неэффективной, когда крыс подвергали воздействию света ночью.

Затем Бласк сказал: «Теперь я хочу закончить с хорошим или потенциальным благом». Переходя от обсуждения воздействия светодиодных ламп, Бласк сосредоточился на использовании яркого синего света в течение дня. «Нам нравится думать, что синий свет усиливает циркадную систему», — сказал Бласк. Исследование показало, что дневное воздействие стандартного полихроматического белого света, такого как флуоресцентный источник и источник с голубым обогащением, с одинаковой плотностью фотонов, привело к ночному всплеску уровня мелатонина в шесть-семь раз. Кроме того, продолжительность присутствия мелатонина увеличивается на два-три часа.

Бласк спросил: «Имеет ли это последствия для роста опухоли?» И сразу же ответил: «Конечно, имеет … Это как если бы мы дали этим животным мелатонин».

Бласк сказал, что команда провела исследование с использованием мышей, которым имплантировали рак печени, чтобы охарактеризовать воздействие того, что они называют  (синий свет в дневное время). Мышей лечили современным химиотерапевтическим препаратом, используемым для лечения рака печени, и при нормальном цикле день-ночь опухоли регрессировали. Также у мышей подвергшихся воздействию синим светом, наблюдалась регрессия опухоли в два раза быстрее, чем у тех, которые были изучены в рамках стандартного цикла.

Следующие шаги, по словам Бласка, будут заключаться в разработке приложений для человека с использованием настраиваемого циркадного освещения для модификации противоракового сигнала мелатонина для подавления роста опухоли и метастазирования. И команда хочет использовать это настраиваемое освещение для повышения чувствительности к раку.

Конечно, для освещения, ориентированного на человека, будет много менее драматичных применений, чем рак. Продолжение научных исследований в целом улучшит характер сна и его производительность . И в Lue Figueiro есть исследования, предполагающие, что перестраиваемое освещение может улучшить жизнь пациентов с деменцией . Как производители понимают технологию, так и дизайнеры учатся широко ее определять, освещение для здоровья и благополучия имеет прекрасную возможность и предлагает большой потенциал прибыли для всей отрасли производства светодиодных источников света в целом.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *