Офисный свет, сахар крови и качество спермы — что обнаружили учёные

В эксперименте на животных обычное офисное освещение ослабляло биологические ритмы и сопровождалось изменениями обмена глюкозы и подвижности сперматозоидов

Мы привыкли оценивать освещение по простому критерию: достаточно ли света, чтобы читать, работать за компьютером и не напрягать глаза.

Но для организма существует ещё один вопрос: достаточно ли света, чтобы понимать, какое сейчас время суток?

Учёные из Университета штата Мичиган совместно с коллегами из других американских исследовательских центров решили проверить, насколько различаются биологические последствия жизни при обычном искусственном освещении и при свете, воспроизводящем характеристики дневного.

Результаты оказались интереснее ожидаемого. Различия затронули не только суточную активность животных, но и показатели, связанные с обменом глюкозы и мужской репродуктивной функцией.

Почему для эксперимента выбрали необычных крыс

Большинство лабораторных исследований циркадных ритмов проводят на мышах и крысах, которые преимущественно активны ночью.

Для изучения человеческой реакции на дневной свет это создаёт проблему.

Человек относится к дневным видам: обычно мы активны при свете и спим в темноте. У большинства лабораторных грызунов всё наоборот.

Поэтому исследователи выбрали нильских травяных крыс (Arvicanthis niloticus), которые, подобно людям, ведут преимущественно дневной образ жизни.

Это делает их полезной моделью для изучения влияния освещения на суточную активность.

Однако сходство режима активности не означает полного сходства физиологии. Особенно осторожно необходимо переносить на человека результаты, связанные с обменом веществ и репродуктивной системой.

Четыре варианта освещения и неожиданный результат

В первом эксперименте участвовали восемь взрослых самцов нильских травяных крыс.

Каждое животное последовательно находилось в четырёх световых режимах, по две недели в каждом.

• Постоянная яркость в дневные часы. Свет с характеристиками дневного освещения поддерживали примерно на уровне 5600 люкс.
• Имитация естественного дня. Освещённость постепенно увеличивалась к полудню, а затем уменьшалась к вечеру. Максимальная яркость также составляла около 5600 люкс.
• Офисное освещение. Использовали флуоресцентный свет интенсивностью около 150 люкс.
• Офисное освещение с часовым периодом яркого света. В середине дня животные дополнительно получали свет интенсивностью около 5600 люкс.

Все режимы сохраняли обычное чередование дня и ночи: 14 часов освещения и 10 часов темноты.

Важно, что исследователи использовали программируемые источники света. Дневное освещение воспроизводилось искусственно, а не поступало непосредственно от солнца.

В течение эксперимента измеряли двигательную активность животных и её распределение между светлым и тёмным временем суток.

Наиболее выраженные суточные ритмы наблюдались при длительном ярком освещении, соответствующем дневному свету.

При флуоресцентном офисном свете ритмы были слабее.

Но особенно интересным оказался результат дополнительного часового освещения.

Даже один час яркого света в середине дня частично усиливал суточные ритмы животных, находившихся всё остальное время при офисном освещении.

Другой неожиданный результат касался имитации рассвета и заката.

Несмотря на одинаковую максимальную яркость, режим с постепенным изменением интенсивности света не обеспечивал таких же выраженных ритмов, как продолжительное яркое освещение.

Причина могла заключаться в суммарном количестве полученного света. В режиме с плавным рассветом и закатом оно было приблизительно вдвое меньше.

Это важное наблюдение: для биологических часов значение может иметь не только максимальная яркость, но и продолжительность светового воздействия.

Что произошло с уровнем глюкозы и сперматозоидами

Во втором эксперименте участвовали ещё 20 самцов.

Их разделили на две группы по десять животных.

Одна группа шесть недель жила при ярком освещении, имитирующем дневной свет. Другая — при флуоресцентном освещении офисного типа.

Исследователи оценивали массу тела, уровень глюкозы в крови, количество сперматозоидов и их подвижность.

Различия оказались заметными.

В группе офисного освещения у четырёх из десяти животных зарегистрировали концентрацию глюкозы в диабетическом диапазоне.

В группе дневного света такой показатель наблюдался у одного из десяти животных.

Авторы использовали порог более 200 мг/дл при измерении глюкозы без предварительного голодания.

Однако здесь необходима существенная оговорка.

Такие результаты нельзя автоматически интерпретировать как доказательство развития диабета у четырёх животных вследствие освещения. Тем более они не позволяют утверждать, что офисный свет в четыре раза увеличивает риск диабета у человека.

Выборка слишком мала для подобных обобщений, а сам эксперимент не устанавливает весь механизм наблюдавшихся изменений.

Ещё одно различие обнаружилось при исследовании сперматозоидов.

Средняя доля подвижных сперматозоидов составляла:

• 45% в группе дневного освещения;
• 19% в группе флуоресцентного освещения.

Таким образом, при офисном освещении показатель был более чем вдвое ниже.

При этом количество сперматозоидов существенно не различалось.

Это принципиально разные характеристики.

Количество показывает, сколько сперматозоидов присутствует в образце. Подвижность отражает способность сперматозоидов перемещаться, что необходимо для естественного оплодотворения.

Однако снижение подвижности у лабораторных животных ещё не означает доказанного бесплодия. В эксперименте не оценивали фактическую способность самцов производить потомство.

Как свет через глаза может влиять на весь организм

Чтобы понять результаты, необходимо разобраться, как работают циркадные ритмы.

Циркадные ритмы — это приблизительно 24-часовые колебания активности биологических процессов. Они регулируют не только сон и бодрствование, но и температуру тела, гормональную активность, энергетический обмен и множество других функций.

Главный центр синхронизации этих ритмов у млекопитающих расположен в головном мозге, в супрахиазматическом ядре гипоталамуса.

Один из важнейших сигналов для него поступает от глаз.

В сетчатке существуют специальные светочувствительные нервные клетки, содержащие пигмент меланопсин.

Они участвуют не столько в формировании зрительного изображения, сколько в передаче информации об окружающем освещении.

Проще говоря, глаза сообщают мозгу не только о том, что находится перед человеком, но и о том, насколько светло вокруг.

Получая этот сигнал, система биологических часов синхронизирует внутренние процессы с чередованием дня и ночи.

Поэтому освещение, которого достаточно для чтения документа, не обязательно создаёт такой же сильный циркадный сигнал, как дневной свет.

Именно здесь находится ключ к пониманию нового исследования.

Для зрительной работы обычная офисная лампа может быть вполне подходящей. Но её биологическое воздействие не обязательно соответствует воздействию естественного дневного освещения.

При этом в эксперименте различались сразу несколько характеристик световой среды: интенсивность, спектральный состав и продолжительность яркого освещения.

В частности, освещённость в двух основных условиях составляла приблизительно 150 и 5600 люкс.

Поэтому неверно объяснять результаты исключительно вредом флуоресцентных ламп.

Исследование сравнивало разные световые условия в целом, а не доказывало специфическую токсичность определённого типа лампы.

Также пока неизвестно, были ли изменения глюкозы и подвижности сперматозоидов непосредственным следствием нарушения циркадных ритмов или возникали через другие физиологические механизмы.

Это предстоит установить.

Почему час дневного света ещё не означает защиту от диабета

Из результатов легко сделать привлекательный практический вывод: достаточно выйти на улицу в обеденный перерыв, чтобы компенсировать недостаток дневного света.

Однако эксперимент подтверждает более узкое утверждение.

Час яркого освещения улучшал некоторые показатели суточной организации двигательной активности животных.

Исследователи не проверяли, предотвращает ли такой часовой период повышение глюкозы или снижение подвижности сперматозоидов.

Во втором эксперименте сравнивали только продолжительное дневное и флуоресцентное освещение.

Следовательно, нельзя утверждать, что час прогулки снижает риск диабета или улучшает мужскую фертильность на основании именно этой работы.

Существует и ещё одно ограничение.

В первом эксперименте животные проходили четыре режима освещения в фиксированном порядке. Авторы признают, что такая схема не позволяет полностью исключить влияние возраста и других факторов, изменявшихся с течением времени.

Кроме того, светочувствительные системы грызунов и человека имеют физиологические различия.

Поэтому результаты представляют интерес для дальнейших исследований, но не могут служить основанием для клинических рекомендаций по профилактике диабета или лечению бесплодия.

Что уже известно о дневном освещении человека

Хотя новое исследование проводилось на животных, биологическое значение света для человека хорошо установлено.

Свет участвует в синхронизации циркадных ритмов и влияет на регуляцию сна, бодрствования и гормональных процессов.

В 2022 году международная группа специалистов опубликовала в PLOS Biology научный консенсус по дневному, вечернему и ночному освещению.

Эксперты рекомендовали обеспечивать достаточно сильный биологически эффективный свет в дневное время и уменьшать его воздействие вечером и ночью.

Для оценки такого света используется специальный показатель — меланопическая эквивалентная дневная освещённость.

Он учитывает воздействие спектра света на меланопсиновую систему и не совпадает с обычной освещённостью в люксах.

Эти рекомендации основаны на исследованиях циркадной физиологии человека, а не на новом эксперименте с крысами.

Практический принцип заключается в поддержании выраженного контраста между светлым днём и тёмной ночью.

Для человека с обычным дневным графиком разумно по возможности получать больше естественного света в течение дня, не проводить все светлые часы в слабо освещённых помещениях и ограничивать чрезмерно яркое освещение перед сном.

При этом световая среда — лишь один из факторов здоровья. Она не заменяет физическую активность, полноценный сон, рациональное питание и необходимую медицинскую помощь.

Если у человека выявлена повышенная глюкоза или имеются проблемы с зачатием, необходимо медицинское обследование, а не попытка объяснить состояние исключительно освещением рабочего места.

Почему результаты важны для архитектуры и медицины

Исследование поднимает вопрос, который выходит далеко за пределы обычных офисов.

Современные здания проектируют с учётом энергоэффективности, удобства зрения и требований безопасности.

Но свет также является биологическим фактором окружающей среды.

Это особенно важно для помещений, в которых люди проводят много времени: рабочих кабинетов, школ, домов престарелых и медицинских учреждений.

Для архитекторов и специалистов по освещению возникает дополнительная задача — создавать среду, которая не только обеспечивает зрительный комфорт, но и поддерживает естественную организацию суточных ритмов.

Для исследователей следующий шаг — выяснить, какие именно характеристики освещения наиболее значимы, какие физиологические механизмы связывают их с обменом веществ и репродуктивной функцией и воспроизводятся ли наблюдавшиеся эффекты у людей.

В первую очередь нужны исследования с большими выборками, более точным контролем отдельных параметров света и непосредственной оценкой клинически значимых результатов.