CC BY
203
О ДЕИНЕГО В.Н, КАПЦОВ В.А., 2015 УДК 613.5:628.9.04]:612.018
Дейнего В.Н.1, Капцов В.А.2
СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ КАК ФАКТОР СТИМУЛЯЦИИ ГОРМОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
'ООО «Новые энергетические технологии», 107045, Москва; 2ФГУП ВНИИ железнодорожной гигиены Роспотребнадзора, 125438, Москва
Рассмотрены вопросы не зрительного воздействия синего света светодиодных источников на гормональные системы (кортизол-глюкоза-инсулин), обеспечивающие высокую работоспособность человека. Показано, что в современных условиях гигиеническая стратегия обеспечения здоровья детей и подростков подменяется стратегией светового стимулирования гормонального фона. Проведен системный анализ по оси «световой стимул - гипоталамус- гипофиз - надпочечники -кортизол -глюкоза - инсулин». Повышение содержания кортизола приводит к повышению уровня глюкозы в крови и стимуляции синтеза инсулина, который может, как и избыточное потребление пищи, привести к необратимому снижению числа рецепторов инсулина на поверхности клетки, а значит - и к устойчивому снижению способности клеток утилизировать глюкозу, то есть к диабету 2-го типа или его усугублению.
Ключевые слова: доза синего света; мелатонин; кортизол; глюкоза и инсулин. Для цитирования: Гигиена и санитария. 2015; 94(5): 45-48.
Deynego V.N.1, Kaptsov V.A2 LED LIGHTING AS A FACTOR FOR THE STIMULATION OF THE HORMONE SYSTEM
Advanced energy technologies, LTD, Moscow, Russian federation, 117036; 2All-Russian Research Institute of Railway Hygiene of the Federal Service for the Oversight of Consumer Protection and Welfare, Moscow, Russian federation, 125438
There are considered questions of non-visual effects of blue LED light sources on hormonal systems (cortisol, glucose, insulin) providing the high human performance. In modern conditions hygiene strategy for child and adolescent health strategy was shown to be replaced by a strategy of light stimulation of the hormonal profile. There was performed a systematic analysis of the axis "light stimulus - hypothalamus- pituitary - adrenals -cortisol-glucose - insulin". The elevation of the content of cortisol leads to the increase of the glucose level in the blood and the stimulation of the production of insulin, which can, like excessive consumption of food, give rise to irreversible decline in the number of insulin receptors on the cell surface, and thus - to a steady reduction in the ability of cells to utilize glucose, i.e. to type 2 diabetes or its aggravation.
Key words: dose of blue light; melatonin; cortisol; glucose and insulin. Received 17.06.14
Citation: Gigiena i Sanitariya. 2015; 94(5): 45-48. (In Russ.)
Массовое внедрение светодиодного освещения и устройств отображения информации с большой долей синего в спектре света (1) привело к необходимости пересмотра концепции влияния света на организм человека с целью отработки гигиенической стратегии обеспечения его здоровья. В работе (2) была сформулирована новая концепция восприятия света и, в частности, рассмотрены вопросы его воздействия на биоритмы -«день - ночь» и качество сна. Показано, что синяя составляющая спектра в значительной степени подавляет гормон мелатонин, от дозы которого зависит качество сна. При этом остается открытым вопрос, каким образом синий свет светодиодных источников влияет на другие гормональные системы (кортизол-глюкоза-ин-сулин), обеспечивающие высокую работоспособность человека с момента его пробуждения и в течение всего рабочего дня.
Около 70 процентов детей младшего школьного возраста не имеют полноценного 8-часового сна, несмотря на физиологическую потребность ребенка и требования многих законодательных актов. Есть мнение, что современные дети в возрасте от 10 до 15 лет спят на 30 мин меньше по сравнению с предыдущим поколением. Причинами таких перемен являются: использование мобильных телефонов, компьютеров, телевизоров и, как
Для корреспонденции: Капцов Валерий Александрович, [email protected]
For correspondence: ValeriyA. Kaptsov, [email protected].
следствие, привычка подростков поздно ложиться. При этом глаза постоянно подвергаются воздействию синей составляющей спектра света от устройств отображения информации. Американские ученые сравнили результаты двух исследований, проведенных в 1985 и 2004 гг., в которых принимали участие около 500 детей, Было сделано заключение, что время подъема у детей не изменилось - 7 часов утра, но вот ко сну отходят они на 30 мин позже, чем 20 лет назад.
Раньше девочки ложились спать примерно в 22:10 вечера, а мальчики на 10 мин позже. Спали представители обоих полов около 9 ч. Сейчас продолжительность сна сократилась, особенно явно это выражено у мальчиков: они ложатся спать на 44 мин позже, чем в 1985 г.
Подобный режим ведет к расстройству сна и влияет на умственную деятельность школьников: они становятся невнимательными и не способны учиться в полную силу. По рекомендациям НИИ гигиены и охраны детей и подростков РАМН дети в возрасте 3-5 лет должны спать 11-13 ч; 5-12 лет - 10-11 ч; 12-18 лет - 8-10 ч. http://wel-mos. com/blog/children/1065. html
В НИИ гигиены и охраны здоровья детей и подростков РАМН и «Южно-Уральском государственном медицинском университете» Минздрава России было изучено психофизиологическое воздействие светодиодного освещения на организм человека. Выявлено, что у волонтеров при светодиодном освещении повышалась работоспособность, активность, пропадала сонливость.
]Цигиена и санитария 5/2015
Рис. 1. Изменение концентрации мелатонина (гормон шишковидной железы) и кортизола (гормон системы «гипоталамус-гипофиз-надпочечник») на протяжении 2-х суточного цикла человека (48 час) (4).
Американскими коллегами было установлено, что воздействие утром коротковолновым синим светом, может способствовать утреннему пробуждению при постоянном сокращении продолжительности сна у подростков. При таком воздействии повышается синтез кортизола и высока вероятность излечения депрессии, связанной с недосыпанием (3).
Однако в ходе этих исследований не проводились измерения уровней мелатонина, кортизола, гормональный спектр которых определял психофизическое состояние волонтера и его работоспособность.
Приведенные исследования свидетельствуют, что в этом случае гигиеническая стратегия обеспечения здоровья и высокой работоспособности детей и подростков подменялась стратегией светового стимулирования гормонального фона (кортизола) без должного изучения механизма и возможных последствий этого воздействия.
Хорошо известно, что кортизол - гормон, который начинает вырабатываться из холестерина, когда гипофиз посылает сигнал надпочечникам. Под влиянием адрено-кортикотропного гормона надпочечники начинают производить кортизол, а также эстрогены и андрогены.
Самой главной функцией кортизола является обеспечение организма энергией. Перерабатывая жиры в жирные кислоты, а затем в глюкозу он в паре с инсулином помогает клеткам усваивать глюкозу, поставляемую кортизолом.
Кроме этого он оптимизирует баланс натрия и калия в крови, регулирует иммунитет, запускает противовоспалительную реакцию, когда лимфоциты уже выполнили свои задачи.
Кортизол поддерживает сердечную мышцу, влияет на нейроны головного мозга, тонус стенок сосудов. Восстанавливается уровень кортизола в организме во время ночного сна, а его активная работа начинается ранним утром, еще до рассвета. Следовательно, чтобы быть здоровым и поддерживать оптимальный уровень кортизола, необходимо спать ночью.
С появлением светодиодных источников света, исследования в области эффектов синего света возобновились. Lighting Research Center утверждает, что коротковолновый свет влияет на уровень кортизола, который вырабатывается нашим организмом в борьбе со стрессами в течение всего дня. Концентрация кортизола снижается в течение дня и вечером достигает своего мини-
мума, который повышается в ночное время. Его резкий скачок в организме отмечается в первые 30-60 мин после пробуждения. В ходе исследований измерялось количество кортизола в организме. В эксперименте участвовали подростки от 12 до 17 лет, которые спали по 4,5 ч ночью. Все испытуемые носили небольшое измерительное устройство, определяющее активность человека, уровень освещенности, количество и длительность периодов сна.
Исследование длилось три недели, включало в себя три ночных сессии в течении семи дней. Каждый раз подростки пользовались либо обычным освещением, либо включали утром источник коротковолнового света. Докторам Марку Ри и Марианне Фи-гуэро удалось доказать, что коротковолновой «синий» свет помогает подросткам справиться с плохим настроением утром, поскорее проснуться и включиться в учебный процесс, но злоупотреблять коротковолновым светом не стоит, так как любая стимуляция подавляет собственные механизмы синтеза гормонов.
Для того, чтобы организм адекватно реагировал на нагрузки дня необходимо и достаточно гигиеническими методами обеспечивать: качественный сон для поддержания максимального уровня мелатонина; оптимальный уровень кортизола, достаточный для адекватной реакции на вызовы дня; сбалансированное рациональное питание.
Изменение концентрации мелатонина (гормона сна) и кортизола имеет циклический вид (рис.1). Максимум выработки мелатонина (Амел.) приходится на 3-4 ч ночи, а максимум синтеза кортизола (Акор.) приходится на 7-8 ч утра.
Кривая кортизола смещена относительно кривой ме-латонина на постоянную величину - 4 ч.
Акор.
Чем выше скорость уменьшения концентрации мелатонина утром, тем больше концентрация кортизола в момент пробуждения человека от сна. Для оптимального пробуждения необходимо соблюдать следующие условия:
АМел. ~ min,
Акор. ~ max, дАмел./dt ~ max.
Эти условия можно обеспечивать как гигиеническими методами, так и методами световой стимуляции.
На основании накопленных знаний (5) о многообразном действии солнечной энергии, ее влиянии на жизнедеятельность организма были обобщены основные положения об оптико-вегетативной системе (ОВС), которая воспринимает из внешнего мира солнечную энергию преимущественно не для чисто оптических (зрительных) нужд, а для оптимального функционирования вегетативной нервной системы (ВНС), нейрогумораль-ной регуляции деятельности всего организма.
ОВС - наиболее древний отдел ЦНС, обеспечивающий прямую биологическую связь между гелиогенным излучением и основными биохимическими процессами. Топография основных структур ОВС обеспечивает возможность прямого влияния на ЦНС и имеет самый короткий нервный путь, связывающий центральный нейроре-
гуляторный аппарат ВНС (в первую очередь многочисленные ядра гипоталамуса) с окружающей средой. Тем не менее, по настоящее время существуют спорные вопросы, касающиеся структурной основы ОВС. Помимо достаточно стабильного анатомического строения оптической части зрительного анализатора, у большинства животных и человека основную морфофункциональную нагрузку - в плане влияний света на ВНС - несет задний гипоталамиче-ский корешок, или хиаз-матический дорсальный корешок ретино-гипота-ламического пути (сенсорный афферентный путь, проводящий световые раздражения прямо в гипоталамус). Для иллюстрации этой связи приведен пример строения высших отделов зрительной системы приматов (рис.2.)
Система «сетчатка глаза - гипоталамус» взаимоувязана и дополняет систему невизуального воздействия света «сетчатка глаза - шишковидная железа».
Гипоталамус осуществляет взаимосвязь между
внешним миром и внутренней средой, преобразовывая быстродействующие сигналы нервной системы, в медленнотекущие, специализированные реакции эндокринной системы. Гипоталамус выполняет множество функций. Во-первых, обеспечивает связь с нервной системой, так как гипоталамус - это типичная нервная ткань состоящая из нейронов, связанная со всеми отделами нервной системы. Во-вторых, гипоталамус регулирует функции гипофиза, как эндокринная железа. Нервные импульсы, приходящие в гипоталамус, активируют секрецию так называемых рилизинг-факторов (ли-беринов и статинов): тиреолиберина, соматолиберина, пролактолиберина, гонадолиберина и кортиколиберина, а также соматостатина и пролактостатина. Мишенью для либеринов и статинов, секретируемых гипоталамусом, является гипофиз. Каждый из либеринов взаимодействует с определенной популяцией клеток гипофиза и стимулирует синтез соответствующих тропинов: ти-реотропина, соматотропного гормона (соматотропин -гормон роста), пролактина, гонадотропного гормона, (гонадотропины - лютеинизирующий и фолликулости-мулирующий), а также адренокортикотропного гормона (АКТГ, кортикотропин). Гормон АКТГ стимулирует выработку кортизола, который определяет выработку глюкозы, а она влияет на выработку инсулина, обеспе-
Рис. 2. Строение высших отделов зрительной системы приматов. А — 17-е и 19-е поля больших полушарий; Б — подкорковые структуры; В — сетчатые глаза: 1-1У — слои коры, 1Уа, 1Ув, 1Ус — подслои; точками обозначены границы между полями и слоями; стрелками — центростремительные и центробежные связи; cga — переднее двухолмие, cgl — наружное коленчатое тело, h — гипоталамус, Pgn — прегеникулярное ядро, Ри1у — подушечка зрительного бугра.
чивающего транспорт глюкозы из крови в клетки. Одновременно кортизол осуществляет обратную связь для процесса выработки гормона АКТГ. Регуляция деятельности гипофиза и гипоталамуса, кроме сигналов, идущих «сверху вниз», осуществляется гормонами «исполнительных» желез. Эти «обратные» сигналы поступают в гипоталамус и затем передаются в гипофиз, что приводит к изменению секреции соответствующих тропинов.
На чувствительность гипоталамуса к действию гормонов оказывает шишковидная железа, эффективность функционирования которой зависит от уровня освещенности и спектрального состава света.
Проведенный системный анализ по оси «световой стимул - гипотоламус- гипофиз - надпочечники -кор-тизол -глюкоза - инсулин» приводит к выводу, что свет через сложную цепочку стимулирует поджелудочную железу к выбросу инсулина. Инсулин - главный гормон организма, стимулирующий рост и размножение клеток. В этих двух функциях организма содержится тайна здоровья и болезней, а значит, тайна жизни и смерти. Ключом к пониманию роли инсулина в происхождении болезней и старения является его двойное действие на клетки. У инсулина есть медленный и быстрый эффекты. Быстрый эффект заключается в том, что под влиянием инсулина клетки начинают усиленно поглощать
[гиена и санитария 5/2015
сахар (глюкозу) из крови, отчего уровень сахара крови понижается. Медленный эффект инсулина заключается в стимуляции им роста и размножения клеток. Принято считать сахаропонижающее действие инсулина главным его эффектом. Но обобщение и осмысление накопленных наукой фактов приводит к важнейшему выводу: главный эффект инсулина - стимуляция роста! В здоровом организме есть баланс между материей и энергией. Избыток инсулина нарушает этот баланс, приводя, с одной стороны, к повышенному росту различных клеток и тканей, а с другой стороны, к недостатку жизненной энергии в клетках, плохому самочувствию, изменению внешнего вида, болезням и ускоренному старению.
Альфа и бета-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы вырабатывают глюкагон и инсулин. Бета-клетки массово погибают, если им приходится работать с повышенной нагрузкой. Также их убивает глю-козотоксичность, т. е. хронически повышенный сахар в крови. Предполагается, что уже на ранних стадиях диабета 1-го или 2-го типа часть бета-клеток уже погибли, часть - ослаблены и вот-вот погибнут, и лишь немногие из них все еще нормально работают. (http://diabet-med. сот^аЬеМ-^иНп/)
Дополнительная стимуляция производства инсулина в течение длительного периода времени может, как и избыточное потребление пищи, привести к необратимому снижению числа рецепторов инсулина на поверхности клетки, а значит - и к устойчивому снижению способности клеток утилизировать глюкозу, то есть к диабету 2-го типа или его усугублению.
Учет невизуального воздействия света на здоровье человека нашло свое отражение в решении Совета по качеству энергоэффективных источников света и систем освещения при Комитете по энергетике Государственной Думы РФ, по результатам общественного обсуждения проекта СанПин 2.2.4/2.1.8-14 «Гигиенические требования к физическим факторам производственной и окружающей среды» (в части, касающейся освещения). В этом решении указано, что в проекте необходимо обязательно учесть требования к ряду светотехнических параметров, значимость которых для психофизиологического и функционального состояния и гормонального фона человека в настоящее время не вызывает сомнения, с целью оградить себя от возможных неблагоприятных для здоровья последствий использования в быту новых, сложных по своим физическим свойствам энергоэффективных источников света, в частности, источников света с высокой цветовой температурой.
Выводы. 1. Современные светодиодные источники света и устройства отображения информации с большой дозой синего в спектре света являются постоянно действующим фактором стимуляции системы «гипотола-мус-гипофиз-кортизол-глюкоза-инсулин». Этот эффект подтверждается многочисленными исследованиями от-
ечественных и зарубежных медицинских центров и университетов.
2. Непосредственные и отдаленные эффекты стимуляции нуждаются в дальнейшем изучении и только после научного обоснования могут быть рекомендованы для внедрения светодиодного освещения в СанПин 2.2.4/2.1.8-14 «Гигиенические требования к физическим факторам производственной и окружающей среды», которые должны быть скорректированы с учетом невизуального воздействия энергосберегающих источников света и устройств отображения информации.
3. Разбалансировка системы «кортизол-глюкоза-ин-сулин» светом светодиодных источников и устройств отображения информации может стать причиной нарушения здоровья человека. Поэтому совершенно недопустимо подменять гигиеническую стратегию обеспечения здоровья на стратегию светового стимулирования гормонального фона.
Литература (п. 3 см. References)
1. Дейнего В.Н., Капцов В.А. Свет энергосберегающих и светодиодных ламп и здоровье человека. Гигиена и санитария. 2013; 6: 81-4.
2. Дейнего В.Н. Капцов В.А. Современная парадигма восприятия света и гигиена зрения при светодиодном освещении. В кн.: Материалы пленума Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды 12-13 декабря 2013 г. М.: 2013.
4. Бижак Г., Кобав М.Б. Спектры излучения светодиодов и спектр действия для подавления секреции мелатонина. Светотехника. 2012; 3: 11-6.
5. Стоянов А.Н., Сон А.С. Значение оптико-вегетативной системы для клинической нейровегетологии. Международный неврологический журнал. 2010; 5: 24-6.
References
1. Deynego V.N., Kaptsov V.A. The light of energy-saving and LED lamps, and human health. Gigiena i sanitariya. 2013; 6: 81-4. (in Russian)
2. Deynego V.N. Kaptsov V.A. The modern paradigm of perception of light and hygiene in the LED lighting. In: Materials Plenum of the Scientific Council for Human Ecology and Environmental Health on 12-13 December 2013[Materialyplenuma Nauchnogo soveta po ekologii cheloveka i gigiene okruzhayushchey sredy 12-13 dekabrya 2013g]. Moscow; 2013. (in Russian)
3. Figueiro M.G., Rea M.S. Short-Wavelength Light Enhances Cortisol Awakening Response in Sleep-Restricted Adolescents. Int. J. Endocrinol. 2012; 2012: 301935.
4. Bizhak G., Kobav M.B. The emission spectra ofLEDs and a range of actions to suppress the secretion of melatonin. Svetotekhnika. 2012; 3: 11-6. (in Russian)
5. Stoyanov A.N., Son A.S. The value of the optical-vegetative system for clinical neurovegetology. Mezhdunarodnyy nevrologicheskiy zhurnal. 2010; 5: 24-6. (in Russian)
Поступила 17.06.14
