Becurile moderne ne-ar putea afecta metabolismul. Ce au descoperit cercetătorii despre lumina LED

Un experiment simplu poate arăta cât de ușor pătrunde lumina roșie în țesuturi. Dacă aprinzi lanterna telefonului și pui degetul peste sursa de lumină, acesta capătă o strălucire roșiatică. Fenomenul nu este produs doar de sânge. Lumina pătrunde în țesut, iar fotonii sunt împrăștiați în interior.

În spatele acestui fenomen aparent banal se află un domeniu de cercetare care încearcă să explice relația dintre lumină și metabolism. „Lumina este un nutrient”, afirmă Bob Fosbury, fost astrofizician la European Southern Observatory, care studiază în prezent biologia luminii. Ideea este evidentă în cazul plantelor, care folosesc lumina pentru fotosinteză. Cercetările sugerează însă că și organismele animale folosesc anumite lungimi de undă în procese biologice importante. În centrul atenției se află lumina roșie și cea infraroșie.

Lumina roșie și infraroșie ar putea ajuta producția de energie

Lumina soarelui este esențială pentru viața de pe Pământ. Cercetătorii încearcă însă să înțeleagă mai bine un alt rol al acesteia: influența asupra mecanismelor prin care celulele produc energie. Lungimile de undă mai mari, provenite din lumina roșie și infraroșie, par să aibă efecte asupra acestui proces.

Ele sunt prezente din abundență în lumina naturală. Vechile becuri cu incandescență produceau, de asemenea, cantități importante de lumină din această zonă a spectrului. Problema este că mediul nostru interior s-a schimbat radical în ultimele două decenii.

Cum au schimbat LED-urile lumina din case și birouri

Transformarea a început în special în anii 2000, odată cu extinderea tehnologiilor destinate reducerii consumului de energie. Una dintre cele mai importante schimbări a fost trecerea de la becurile cu incandescență la LED-uri. LED-urile consumă mult mai puțină energie. Din punct de vedere al eficienței energetice, avantajul este evident.

În același timp, clădirile moderne au început să utilizeze tot mai mult geamuri concepute pentru a filtra radiația infraroșie. Scopul este reducerea transferului de căldură. Cele două tehnologii au modificat însă spectrul luminii la care oamenii sunt expuși în interior. Iar acest lucru este important deoarece oamenii își petrec o mare parte din viață în spații închise. „Am pierdut aproximativ 95% din spectru”, susține neurologul Glen Jeffery de la University College London, citat de New Scientist. Potrivit acestuia, dispariția lungimilor de undă mai mari din mediile interioare ar putea avea consecințe biologice.

Oamenii au evoluat într-un mediu bogat în lumină roșie

Pentru cea mai mare parte a istoriei umane, expunerea la aceste lungimi de undă a fost inevitabilă. Lumina naturală conține cantități importante de lumină roșie vizibilă, cu lungimi de undă de aproximativ 650 până la 750 de nanometri. Soarele produce și cantități foarte mari de radiație infraroșie, invizibilă pentru ochiul uman.

Lumina cu lungime de undă mare poate pătrunde prin îmbrăcăminte și ajunge mai adânc în țesuturi. Comportamentul său este diferit de cel al radiației ultraviolete. Lumina roșie și infraroșie se găsesc și în lumina focului sau în cea reflectată de Lună. În trecut, spațiile interioare beneficiau de astfel de lungimi de undă din mai multe surse. Lumina soarelui intra prin ferestre, iar oamenii foloseau focul, lumânările, lămpile cu ulei sau gaz. Nici apariția becului electric cu incandescență nu a schimbat radical situația. Spectrul produs de acesta este mult mai apropiat de cel al luminii naturale decât cel al unui LED modern.

LED-urile nu produc infraroșu

Odată cu iluminatul eficient energetic, situația s-a modificat. Geamurile moderne pot elimina o parte din infraroșul provenit de la soare. LED-urile produc multă lumină vizibilă, dar practic nu emit în zona infraroșie dincolo de aproximativ 750 de nanometri.

Fosbury descrie LED-urile drept complet „întunecate” în infraroșu. Scott Zimmerman, fondatorul unei companii de iluminat și colaborator al cercetătorilor, folosește o comparație și mai sugestivă. El descrie lumina LED drept o formă de lumină „ultraprocesată”. Ideea este similară celei folosite pentru alimentele ultraprocesate: produsul final păstrează anumite caracteristici utile, dar pierde alte componente ale sursei originale. Consecința ar fi că omul modern primește mult mai puțină lumină cu lungime de undă mare decât generațiile anterioare.

Ce legătură există cu mitocondriile

Explicația biologică duce către mitocondrii, structurile celulare responsabile pentru o mare parte din producția de energie. În interiorul acestora are loc un proces complex numit lanț de transport al electronilor. Rezultatul este producerea ATP, molecula folosită de organism drept principală „monedă” energetică. Atunci când o celulă are nevoie de energie pentru a-și îndeplini funcțiile, utilizează ATP.

Cercetările realizate încă din anii 1980 de biofiziciana Tiina Karu au sugerat că lumina roșie și cea apropiată de infraroșu pot influența acest proces. Karu studia în Uniunea Sovietică utilizarea luminii roșii și infraroșii pentru vindecarea rănilor și controlul durerii. Ea a observat că expunerea la aceste lungimi de undă putea accelera procesele asociate producerii ATP. Astăzi, fenomenul se află la baza unei părți importante din cercetările privind terapia cu lumină roșie.

Terapia cu lumină roșie este deja utilizată

În prezent, terapia cu lumină roșie este studiată sau utilizată pentru mai multe probleme. Printre acestea se numără vindecarea rănilor, unele afecțiuni ale pielii, căderea părului, durerea cronică și osteoartrita. Există cercetări și asupra efectelor în cazul declinului cognitiv. Dovezile nu sunt însă uniforme. Neurologul John Mitrofanis, de la Université Grenoble Alpes, spune că baza de dovezi este încă inegală, deși continuă să se dezvolte. Specialiștii dezbat inclusiv care sunt dozele și lungimile de undă optime. Există însă un interes tot mai mare pentru rolul mitocondriilor în explicarea efectelor observate.

Ce se întâmplă când organismul primește lumină roșie

Atunci când mitocondriile sunt expuse la lumină roșie sau infraroșie, lanțul de transport al electronilor poate funcționa mai rapid. Astfel, celulele pot produce mai mult ATP. Fosbury numește acest fenomen „fotometabolism”. Mecanismul exact prin care lumina accelerează producția energetică rămâne dezbătut. Ipoteza devine însă interesantă în cazul celulelor afectate de boală, deoarece acestea prezintă adesea un deficit energetic. Dacă lumina roșie poate stimula producția ATP, ea ar putea compensa o parte din acest deficit. Cercetătorii ridică însă și întrebarea inversă: ce se întâmplă atunci când eliminăm o mare parte din lumina roșie din mediul nostru?

Lumina albastră ar putea produce efectul opus

Problema nu este doar dispariția anumitor lungimi de undă. Mediile moderne au devenit în același timp foarte bogate în lumină albastră, provenită de la LED-uri și ecrane. Potrivit cercetătorilor citați de New Scientist, lumina albastră poate încetini anumite procese din lanțul de transport al electronilor și poate reduce producția ATP.

Astfel, omul modern s-ar confrunta cu două schimbări simultane: mai puțină lumină roșie și infraroșie și mai multă lumină albastră. Fosbury compară efectele lipsei lungimilor de undă mari cu un deficit de vitamine. El folosește chiar expresia „scorbutul secolului XXI” pentru a descrie ipoteza unei deficiențe cronice de lumină roșie. Comparația nu reprezintă un diagnostic medical. Ea sugerează mai degrabă că efectele s-ar putea acumula lent, pe perioade lungi.

Ce au observat cercetătorii în cazul glicemiei

Unul dintre domeniile studiate este controlul zahărului din sânge. Jeffery a arătat într-un experiment că aproximativ 15 minute de expunere la lumină roșie pot reduce creșterea glicemiei după administrarea unei cantități mari de glucoză. Cercetătorul a realizat și experimente în birouri fără ferestre, iluminate cu LED-uri, la University College London. Atunci când în încăpere a fost introdusă și lumină cu lungime de undă mare provenită de la un bec cu incandescență redus la intensitate, participanții au prezentat, în medie, valori mai mici ale glicemiei decât colegii expuși doar la LED-uri.

Un alt studiu, realizat de cercetători de la Maastricht University, a analizat 13 persoane cu diabet de tip 2. Participanții au petrecut câteva zile de lucru într-un mediu iluminat cu LED-uri și alte câteva zile într-un spațiu cu lumină naturală. Controlul glicemiei a fost mai bun în zilele în care participanții au fost expuși la lumina naturală.

Posibile implicații pentru creier și îmbătrânire

Cercetătorii investighează și posibila legătură dintre lumină, funcționarea mitocondriilor și bolile asociate îmbătrânirii. Disfuncția mitocondrială este implicată în mai multe afecțiuni neurodegenerative.

Unele studii clinice sugerează că lumina apropiată de infraroșu ar putea încetini anumite forme de declin cognitiv asociat vârstei. Un studiu care a urmărit aproape 88.000 de persoane aflate în jurul vârstei de 60 de ani a găsit o asociere între timpul petrecut în lumina zilei și un risc mai redus de demență în următorii opt ani.

Totuși, mecanismele din spatele acestei asocieri nu sunt încă pe deplin cunoscute. Mitrofanis a raportat și rezultate privind utilizarea luminii roșii într-un model de primate pentru boala Parkinson.

Lumina naturală, analizată și în relație cu bolile cardiovasculare

Există cercetări și asupra relației dintre expunerea la lumină naturală, cancer și bolile cardiovasculare. Dermatologul Richard Weller, de la University of Edinburgh, și colegii săi au analizat datele a peste 400.000 de adulți.

Într-un studiu care nu fusese încă publicat la momentul apariției articolului New Scientist, persoanele cu o expunere obișnuită mai mare la UV, folosită drept indicator indirect al expunerii generale la soare, prezentau o probabilitate mai mică de deces prin cancer și boli cardiovasculare. Aceste rezultate sunt observaționale și nu demonstrează că lipsa luminii roșii este cauza acestor boli. Cercetătorii analizează însă dacă o parte dintre beneficiile atribuite terapiei cu lumină roșie ar putea proveni pur și simplu din corectarea unui deficit creat de viața modernă în interior.

Organismul ar putea folosi energia luminii

O altă ipoteză analizată este că organismele vii au evoluat pentru a utiliza energia disponibilă în lumina solară. Viața pe Pământ s-a dezvoltat timp de miliarde de ani într-un mediu dominat de lumina Soarelui.

Corpul uman este capabil să absoarbă cantități importante de lumină infraroșie. Când lumina pătrunde în organism, fotonii nu traversează pur și simplu țesuturile în linie dreaptă. Ei sunt împrăștiați și pot ricoșa în mod repetat între celule și structuri celulare. În cele din urmă, energia lor poate fi absorbită de diferite molecule. O ipoteză aflată în cercetare este că moleculele de apă din mitocondrii ar putea avea un rol în transformarea acestei energii.

Cum putem obține mai multă lumină roșie

Soluția propusă de cercetătorii citați de New Scientist este surprinzător de simplă: mai multă expunere la lumina naturală. Lumina zilei oferă spectrul larg în care organismul uman a evoluat.

Există și dispozitive pentru terapia cu lumină roșie, dar acestea trebuie utilizate cu precauție. Unele pot furniza o intensitate prea mare. Excesul de energie luminoasă ar putea produce efecte nedorite, inclusiv inflamație. Expunerea la soare are, la rândul ei, riscuri cunoscute din cauza radiației ultraviolete. Protecția pielii rămâne importantă. Îmbrăcămintea și produsele de protecție solară pot reduce expunerea la UV, în timp ce lumina roșie și o parte din infraroșu pot continua să ajungă la țesuturi.

Ar trebui schimbat modul în care sunt iluminate clădirile?

Pentru persoanele care petrec multe ore în birouri, Jeffery propune inclusiv utilizarea unor becuri cu incandescență la intensitate foarte redusă. Chiar și atunci când lumina vizibilă este slabă, acestea pot produce cantități semnificative de infraroșu. Cercetătorul consideră însă că adevărata schimbare ar trebui să apară la nivelul proiectării clădirilor. Eficiența energetică rămâne importantă. Dar, susține el, aceasta ar trebui să țină cont și de spectrul luminii la care oamenii sunt expuși. Unele spitale au început deja să acorde mai multă atenție luminii naturale.

La King’s College Hospital din Londra, o evaluare a secției de terapie intensivă a arătat că pacienții și personalul aveau o expunere foarte redusă la lungimile de undă mari. Spitalul a deschis ulterior o zonă exterioară cu șase paturi pe acoperiș. Alte spitale londoneze analizează soluții asemănătoare. Cercetările anterioare au asociat accesul pacienților la lumina naturală cu perioade mai scurte de spitalizare. Alte studii au analizat efectele infraroșului asupra recuperării. Toate aceste date alimentează o idee care, până de curând, ar fi părut neobișnuită: nu contează doar câtă lumină primim, ci și ce fel de lumină ne înconjoară. Trecerea la LED-uri a redus consumul de energie și a adus beneficii evidente. În același timp, cercetătorii încearcă acum să afle dacă eliminarea unei părți importante din spectrul natural are un cost biologic pe care abia începem să îl înțelegem.