Nghiên cứu, chế tạo và sản xuất Trang thiết bị y tế trong nước

Bài  2

ÁNH SÁNG VÀ SỨC KHỎE CON NGƯỜI

(PGS.TS Vũ Doãn Miên)

Trước đây chúng ta đã chưa có sự đánh giá đúng mức về vai trò của ánh sáng trong đời sống con người, chúng ta mới chỉ thấy vai trò của ánh sáng trong sự nhìn để nhận biết các đối tượng xung quanh thông qua các tế bào hình nón và hình que trên võng mạc mắt. Độ sáng phải đủ để phân biệt rõ các chi tiết đối tượng nhìn cũng như không có sự nhấp nháy hay chói lóa, đồng thời phải có sự phân bố độ sáng hài hòa tránh dẫn đến mỏi mắt và hại sức khỏe thị giác. Các nghiên cứu gần đây cho thấy sự thay đổi tự  nhiên từ ánh sáng ban ngày sang bóng tối còn kiểm soát nhiều quá trình sinh học trong cơ thể người thông qua loại tế bào thứ ba trên võng mạc là các tế bào hạch cảm quang võng mạc ipRGCs [1].

Vì vậy, ánh sáng cũng chịu trách nhiệm việc chúng ta có ngủ ngon không và cảm thấy như thế nào trong ngày. Nếu cơ chế thời gian quan trọng này bị mất, đồng hồ cơ thể của chúng ta sẽ không được đồng bộ, dẫn đến sự mệt mỏi, bơ phờ thậm chí trầm cảm hay có thể dẫn tới bệnh tật. Năm 2017 giải Nobel y học  đã được trao cho 3 nhà khoa học người Mỹ nhằm tôn vinh những đóng góp của họ trong các nghiên cứu về nhịp sinh học (hay còn gọi là đồng hồ sinh học) của sinh vật. Nhịp sinh học được điều khiển bằng một số loại hoóc môn, trong đó quan trọng nhất là melatonin – hoóc môn gây ngủ được tiết ra bởi tuyến tùng trong não và cortisol – hoóc môn kích thích sự tỉnh táo, chúng là các hoóc môn đối nghịch nhau. Ánh sáng sinh học hiệu quả phù hợp với ánh sáng ban ngày với các mức độ chiếu sáng khác nhau và tự động thay đổi màu sắc ánh sáng là giải pháp chiếu sáng nhân tạo giúp bảo vệ sức khỏe con người được gọi là chiếu sáng lấy con người làm trung tâm (HCL) hay chiếu sáng vì sức khỏe và hạnh phúc con người.

Nhóm tác giả Berson D.M. [2] lần đầu tiên đã nghiên cứu độ nhạy phổ của các tế bào hạch võng mạc  ipRGCs trên động vật và cho thấy chúng có độ nhạy phổ cao nhất ở vùng bước sóng 460 – 480 nm với đỉnh phổ lmax = 484 nm. Tương tự phổ độ nhạy mắt người vào ban ngày liên quan đến tế bào hình nón (Photopic) và ban đêm liên quan đến tế bào hình que (Scotopic) các nhà khoa học đã nghiên cứu xây dựng phổ độ nhạy Melanoptic của các tế bào hạch võng mạc này như thể hiện trên hình 1. Như vậy, phổ quang có ảnh hướng sinh học nhiều nhất là vùng phổ màu xanh lam 460 – 490 nm có đỉnh phổ vào khoảng 480 nm (tương ứng với vùng ánh sáng trắng lạnh có nhiệt độ màu từ 5000 – 6000 K trở lên).

Độ sáng cũng ảnh hưởng nhiều đến tác dụng sinh học. Độ rọi của ánh sáng tự nhiên ngoài trời thông thường trong dải 2000 đến 100 000 lux, còn chiếu sáng trong nhà thường thấp hơn nhiều, vào khoảng 500 lux. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã cho thấy mức độ chiếu sáng tương đối thấp (~ 150 lux ở mắt) là đủ để gây ra sự tỉnh táo và thay đổi nhịp sinh học. Sự ức chế melatonin bắt đầu ở 30 lux và bão hòa ở khoảng 1000 lux ở mức mắt (Hình 2). Vì vậy, độ rọi khuyên dùng tối đa là 300 – 400 lux (tương ứng với khoảng 1000 lux ở mặt phẳng làm việc) và kéo dài thời gian phơi sáng là đủ giữ sự tỉnh táo cho cơ thể [3].

Các nghiên cứu về chiếu sáng theo thời gian cho thấy chu trình ánh sáng nhân tạo  giống như ánh sáng tự nhiên ban ngày thường hiệu quả nhất. Nó cho đồng hồ sinh học của chúng ta biết rằng ngày bắt đầu và các chức năng của cơ thể cần được kích hoạt. Ngược lại, tiếp xúc ánh sáng này vào buổi tối sẽ ức chế sản xuất melatonin làm cho chúng ta khó ngủ hơn. Sự liên quan giữa nhiệt độ màu (CCT) và các thời gian chiếu sáng trong ngày của ánh sáng HCL cho thấy ánh sáng có nhiệt độ màu cao (5000K – 6500K) vào ban ngày  và nhiệt độ màu thấp (2700 – 4500K) vào sáng sớm và buổi chiều là phù hợp cho con người (Hình 3).

Như vậy, ánh sáng là yếu tố hết sức quan trọng ảnh hưởng đến nhịp sinh học ngày đêm của con người. Theo nhiều nghiên cứu, các nhân viên văn phòng cảm thấy ít bị căng thẳng (stress) hơn khi làm việc dưới ánh sáng tự nhiên. Đặc biệt làm việc dưới ánh sáng tự nhiên ở cả hai đầu ngày sáng và chiều có thể giảm trầm cảm, tăng hiệu suất, cải thiện sự tỉnh táo trong công việc. Đối với người bệnh, ánh sáng có thể khiến họ cảm thấy hạnh phúc, bình tĩnh, nhưng cũng có thể dẫn họ đến cảm giác bi quan, chán nản và buồn bã.

Các nhà khoa học cũng đã chứng minh, chỉ cần bước ra ngoài ánh sáng mặt trời 15 phút mỗi ngày sẽ khiến tâm trạng trở nên tốt hơn. Nhiều khi ánh sáng còn tác động đến cảm xúc và sự quyết định của chúng ta. Nếu ánh sáng không quá chói, với một lượng dịu nhẹ ta sẽ đưa ra quyết định hòa hợp, sáng suốt hơn. Các chuyên gia tin rằng hiệu ứng ánh sáng ảnh hưởng đến mức độ tình cảm, gây ra nhiều cung bậc cảm xúc không giống nhau. Việc chiếu sáng phù hợp với ánh sáng tự nhiên sẽ giúp chúng ta đi vào giấc ngủ nhanh chóng và có chất lượng giấc ngủ tốt. Đối với người bệnh, giấc ngủ tốt sẽ giúp người bệnh hồi phục sức khỏe nhanh hơn. Một loại bệnh bị tác động trực tiếp từ ánh sáng là trầm cảm theo mùa hay còn gọi là rối loạn cảm xúc theo mùa SAD. Đây là căn bệnh chỉ xảy ra vào mùa đông và mùa thu, tình trạng người bệnh sẽ phục hồi khi trở lại vào mùa xuân hoặc mùa nóng. Nguồn gốc chứng trầm cảm này là sự thay đổi lượng ánh sáng giữa các mùa. Đây là minh chứng cụ thể nhất cho sự ảnh hưởng của ánh sáng đến cảm xúc của con người. Chiếu sáng HCL có vùng phổ sáng xanh 480 nm cũng có thể giúp việc điều trị loại bệnh này.

Ánh sáng cũng ảnh hưởng trong việc điều trị một số loại bệnh khác, ví dụ chiếu sáng ban đêm với ánh sáng xanh nhiều cũng có thể làm tăng trọng lượng khối u trong phổi hay ánh sáng điều chỉnh được có thể cải thiện cuộc sống của bệnh nhân sa sút trí tuệ. Nghiên cứu cho thấy làm việc ca đêm trong thời gian dài có thể dẫn đến tỷ lệ ung thư cao hơn, rối loạn tim mạch, trầm cảm và các vấn đề sức khỏe tâm thần khác, rối loạn tiêu hóa, …, do nhịp sinh học bị rối loạn [4].

Trong các nguồn sáng nhân tạo hiện nay, đèn LED là loại nguồn sáng tiết kiệm điện, có thể thay đổi độ sáng và có các dải phổ phát xạ phù hợp nhất trong chiếu sáng HCL. Tuy nhiên, cũng cần chú ý là nếu tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng xanh trong dải phổ 400 – 460 nm trong thời gian dài (như ánh sáng phát ra từ màn hình TV, máy tính hay điện thoại di động) cũng gây tổn hại võng mạc mắt do hiệu ứng ôxy hóa quang và gây quang sai màu. Mặc dù vào tháng 4/2019 Ủy ban Chiếu sáng Quốc tế CIE đã đưa ra ý kiến là đèn LED không gây hại cho mắt nhưng cũng đã có nhưng nghiên cứu cho rằng việc học buổi tối của học sinh sử dụng đèn LED thông thường hiện nay có đỉnh phổ phát xạ ở vùng 440 – 450 nm có thể làm tăng mức độ cận thị ở học sinh [5].

Ánh sáng vùng phổ 480 nm giúp chúng ta đồng bộ nhịp sinh học, đồng thời nhiều nghiên cứu cho thấy ánh sáng 480 nm còn giúp hạn chế sự dài ra của trục nhãn cầu mắt là một trong hai cơ chế (độ cong thủy tinh thể tăng và trục nhãn cầu dài ra) gây ra bệnh cận thị. Cơ chế của quá trình này được giải thích do tế bào amacrine kết nối với tế bào hạch cảm quang ipRGCs, khi tiếp xúc với ánh sáng xanh 480 nm tế bào ipRGCs truyền tín hiệu kích thích amacrine tiết ra dopamine võng mạc có vai trò điều khiển sự phát triển cân bằng của nhãn cầu [6].  Ngoài ra, ánh sáng tím VL (360 – 400 nm) có nhiều trong ánh sáng tự nhiên ngoài trời không chỉ giúp tăng vitamin D cho cơ thể mà cũng góp phần dập tắt quá trình dài ra của trục nhãn cầu do sự kiểm soát gen chống cận thị EGR1 [7]. Ánh sáng tím này hầu như không có ở trong nhà (do kính cửa sổ ngăn lại) hoặc trong chiếu sáng nhân tạo (các nguồn sáng sợi đốt, huỳnh quang, LED,…đều không có vùng phổ này)  do chính sách bảo vệ khỏi ánh sáng tử ngoại UV, mặc dù ánh sáng tím nằm trong vùng nhìn thấy. Vì vậy, các nhà khoa học đã đưa ra khuyến cáo học sinh ở tuổi học đường cần phải hoạt động ngoài trời ít nhất 2 giờ mỗi ngày để hạn chế sự gia tăng cận thị.

Gần đây, một số hãng sản xuất LED đã đưa ra thị trường các gói LED thế hệ mới, có vùng phổ ánh sáng xanh lam với đỉnh phổ ở 480 nm trùng với phổ độ nhạy Melanoptic và giảm thiểu vùng phổ 440 – 460 nm phù hợp cho nhịp sinh học và giúp hạn chế cận thị. Hoặc loại gói LED Sunlike có phổ gần với phổ mặt trời, có nhiều thành phần vùng phổ 480 nm, hứa hẹn sẽ là loại LED của tương lai. Các đèn LED sử dụng gói LED ánh sáng ấm Sunlike (nhiệt độ màu ~ 4000K) giúp bảo vệ thị lực hay giảm nguy cơ cận thị, nhất là cho việc học tập buổi tối ở nhà. Vì vậy, chiếu sáng HCL với việc sử dụng các nguồn sáng LED phù hợp sẽ giúp chúng ta khỏe mạnh và hạnh phúc.

 

Tài liệu tham khảo:

  1. Angeles Bonmati-Carrion et.al. Protecting the Melatonin Rhythm through Circadian Healthy. Light Exposure. Int. J. Mol. Sci. 2014, 15, 23448-23500; doi:10.3390/ijms151223448 (Review)
  2. M. Berson, F. A. Dunn, M. Takao (2002). Phototransduction by Retinal Ganglion Cells That Set the Circadian Clock. Science, 295(5557), 1070–1073. doi:10.1126/science.1067262
  3. Mariana G. Figueiro. Disruption of Circadian Rhythms by Light During Day and Night. Curr Sleep Medicine Rep (2017) 3:76–84. DOI 10.1007/s40675-017-0069-0
  4. https://www.ledsmagazine.com/manufacturing-services-testing/substrates-wafers/article/16695782/researchers-present-circadian-metrics-and-health-impact-of-led-light-at-hcl-conference-magazine
  5. Grzybowski , P. Kanclerz, K. Tsubota, C. Lanca and Seang-Mei Saw. A review on the epidemiology of myopia in school children worldwide.Grzybowski et al. BMC Ophthalmology (2020) 20:27. https://doi.org/10.1186/s12886-019-1220-0
  6. Scott A. Read, Michael J. Collins, and Stephen J. Vincent. Light Exposure and Eye Growth in Childhood. Invest Ophthalmol Vis Sci. J. October 2015,   56,  No. 11, pp 6779-6787.
  7. Torii, H., Kurihara, T., Seko, Y., Negishi, K., Ohnuma, K., Inaba, T., … Tsubota, K. (2017). Violet Light Exposure Can Be a Preventive Strategy Against Myopia Progression. EBioMedicine, 15, 210–219.