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

Thưa bạn đọc

Thực hiện chương trình: Nghiên cứu, chế tạo và sản xuất Trang thiết bị y tế trong nước, Hội TBYT VN và Công ty CP Bóng đèn Phích nước Rạng Đông phối hợp triển khai cụm dự án: Chiếu sáng trong bệnh viện – HCL ( Human Centric Lighting)    Và Nghiên cứu, thiết kế sản xuất Quang cụ dùng trong y tế.

 Trên Website của Hội sẽ thường xuyên cập nhật những thông tin KH-CN liên quan tới dự án này để bạn đọc tiện theo dõi và trao đổi chuyên môn.

 

Bài 1

Khái niệm về chiếu sáng lấy con người làm trung tâm

 Chiếu sáng nhân tạo có từ trước khi nguồn sáng điện ra đời đã tồn tại và phát triển trong suốt thế kỷ 20 cho đến nay, chủ yếu chiếu sáng các không gian kiến trúc và phục vụ các hoạt động thị giác. Chiếu sáng lấy con người làm trung tâm – HCL (Human Centric Lighting) là một khái niệm mới trong chiếu sáng nhân tạo, xuất hiện những năm gần đây, chú trọng về chiếu sáng vì con người, nhằm tạo môi trường ánh sáng nhân tạo giống với ánh sáng tự nhiên càng gần càng tốt để cải thiện chất lượng cuộc sống, sức khỏe và tâm trạng cảm xúc sức khỏe của mỗi cá nhân trong cuộc sống hàng ngày. Có một số tên gọi khác như chiếu sáng phù hợp nhịp sinh học (Circadian lighting), chiếu sáng thay đổi linh hoạt (Dynamic lighting), chiếu sáng vì sức khỏe và hạnh phúc con người (Lighting for Health and Wellbeing), nhưng nội dung không khác nhiều với khái niệm trên.

Theo Trung tâm nghiên cứu chiếu sáng (LRC) tại Đại học Rensselaer – Nework, ánh sáng là tác nhân kích thích chính giúp đồng hồ sinh học hay nhịp sinh học đồng bộ với nhịp ngày/đêm 24 giờ. Nếu không có sự đồng bộ này, có thể dẫn đến sự suy giảm về chức năng sinh lý, hoạt động thần kinh, giấc ngủ và có nguy cơ mắc bệnh tim mạch, tiểu đường và một số dạng ung thư nhất định.

Từ giữa thế kỷ 19, các nghiên cứu khoa học về mắt đã biết các loại tế bào cảm quang có chức năng thị giác là tế bào hình gậy nhạy cảm cực đại với bước sóng 507 nm và 3 loại tế bào hình nón là S-cones, M-cones và L-cones nhạy cảm cực đại với các bước sóng 420nm, 535nm và 565nm tương ứng. Năm 2001 các nhà khoa học đã phát hiện ra loại tế bào cảm quang mới ở võng mạc liên quan đến nhịp sinh học nhưng không có chức năng thị giác[1], đó là tế bào hạch võng mạc tự cảm quang (ipRGC) phản ứng với ánh xanh lam có độ nhạy cảm cực đại ở bước sóng 480 nm. Hình dưới đây chỉ rõ các loại tế bào nói trên trong võng mạc mắt.

Hình 1:(A)- sơ đồ kết nối các tế bào thị giác và phi thị giác trong võng mạc, (B)- hình vẽ mô phỏng các đường đáp ứng quang của các tế bào thị giác tương ứng R: Rods, MC: M-cones, LC: L-cones và M-Melanopsin thuộc tế bào phi thị giác ipRGC. Các mũi tên chỉ hướng tín hiệu ánh sáng đến và truyền đi từ võng mạc [2].

Năm 2017 Giải Nobel y học được trao cho 3 nhà khoa học Mỹ vì những khám phá của họ về các cơ chế phân tử kiểm soát nhịp sinh học bên trong con người thích ứng đồng bộ với quá trình tự quay của trái đất trong hệ mặt trời [3]. Các tín hiệu ánh sáng từ mặt trời do các tế bào nón và tế bào gậy nhận được và chuyển đến các tế bào ipRGC sau đó chuyển tới não điều khiển các tuyến nội tiết sản sinh hoặc ức chế hormone cortisol và melatonin, kích thích sự tỉnh táo và tăng cao hiệu suất hoạt động của con người về ban ngày và hỗ trợ giấc ngủ tốt về ban đêm đồng bộ nhịp thức/ngủ với nhịp ngày đêm của ánh sáng mặt trời.

Các tế bào ipRGC cũng đồng thời có vai trò quan trọng trong quá trình điều khiển phản xạ của đồng tử với ánh sáng kích thích sự co giãn mở to hoặc thu nhỏ diện tích điều chỉnh lượng ánh sáng đi vào võng mạc.

Chu kỳ thức/ngủ theo nhịp ngày/đêm ở người đã hình thành qua hàng chục vạn năm tiến hóa và tạo thành nhịp sinh học lặp lại sau mỗi 24 giờ. Các nghiên cứu khoa học đã nhận thấy rằng nhịp sinh học được điều khiển bằng các loại hormon rất quan trọng, trong đó quan trọng nhất phải nói đến là melatonin – hormon gây ngủ và cortisol – hormon kích sự thích tỉnh táo. Cặp hormon này hoạt động đối ngược nhau cả về thời gian và tác động đến nhịp sinh học do ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời. Ban ngày đặc biệt vào buổi sáng phổ ánh sáng mặt trời có nhiều thành phần màu xanh, tế bào hạch cảm quang trong võng mạc ipRGC nhận tín hiệu ánh sáng mặt trời và truyền tín hiệu thần kinh tới vùng não trung tâm (SCN) ức chế melatonin đồng thời kích thích sản xuất cortisol giúp cơ thể tỉnh táo, tập trung cho các hoạt động hiệu quả. Về cuối ngày lượng cortisol giảm dần khi thành phần phổ màu xanh của ánh sáng giảm dần và tăng thành phần màu đỏ cho đến khi mặt trời lặn không còn ánh sáng mặt trời và đạt mức thấp nhất vào lúc nửa đêm. Ngược lại khi trời tối và chuyển về đêm melatonin bắt đầu được tiết ra với lượng tăng dần gây cho cơ thể cảm giác mệt mỏi và chuẩn bị đi vào giấc ngủ, lượng hormon đạt cao nhất vào khoảng sau nửa đêm và khi đó ta chìm vào giấc ngủ sâu nhất[4][5]. Tiến trình đối nghịch của cặp hormon melatonin và cortisol nói trên do tác động của ánh sáng ban ngày được minh họa trong đồ dưới đây.

Ngày nay trong thời đại công nghiệp con người sống và làm việc chủ yếu trong môi trường khép kín trong nhà chiếm tới 90% thời gian ban ngày. Với môi trường hoạt động chủ yếu trong điều kiện chiếu sáng không thay đổi với các nguồn sáng nhân tạo mà ít được tiếp xúc với ánh sáng ban ngày thay đổi cả về cường độ và phổ ánh sáng.Việc sử dụng ánh sáng nhân tạo về đêm để kéo dài thời gian hoạt động trong ngày cùng với các thiết bị điện tử phát ánh sáng có nhiều thành phần phổ màu xanh như TV, máy tính, điện thoại thông minh ban đêm đã làm phá vỡ nhịp sinh học và gây hậu quả không tốt cho sức khỏe như: giấc ngủ kém và tăng stress, lo lắng và trầm cảm,..[6][7].

Để giảm thiểu những ảnh hưởng không tốt của ánh sáng nhân tạo đến sức khỏe có liên quan đến nhịp sinh học, các hệ thống chiếu sáng trong nhà ngoài việc bảo đảm hoạt động thị giác cần quan tâm đến khía cạnh chất lượng tác động sinh học của ánh sáng. Nói cách khác chiếu sáng HCL là kết hợp cả chiếu sáng vì sự nhìn và đồng bộ nhịp sinh học để bảo đảm cho hoạt động thị giác, sự tiện nghi, thoải mái dễ chịu, sức khỏe và sự thỏa mãn của mỗi người.

Để đạt được mục đích trên, hệ thống chiếu sáng cần bảo đảm 5 đặc tính bao gồm: cường độ, phổ ánh sáng, phân bố ánh sáng, thời điểm chiếu sáng và thời lượng chiếu sáng.

– Về cường độ chiếu sáng cho hoạt động thị giác hiệu quả, ít nhất cần đạt mức độ rọi tối thiểu trên mặt phẳng ngang cho các loại công việc và hoạt động được quy định trong các tiêu chuẩn hiện hành. Tuy nhiên để đạt hiệu quả về mặt sinh học thì cường độ chiếu sáng cần thay đổi trong ngày theo hướng tăng cao về buổi sáng và giảm dần về cuối ngày tới mức độ rọi yêu cầu trong tiêu chuẩn. Buổi tối, ngoại trừ công việc làm ca đêm, đối với các công việc hoạt động thị giác cần bảo đảm độ rọi tiêu chuẩn, các hoạt động bình thường khác độ rọi không cần cao chỉ để quan sát chung và hoạt đông thị giác thông thường, trước giờ đi ngủ khoảng 1,5 đến 2 giờ độ rọi cần giảm đến mức thấp đủ bảo đảm cho việc đi lại.

– Về phổ ánh sáng đối với hoạt động thị giác cần bảo đảm nhận biết và phân biệt màu sắc tùy theo mỗi loại hoạt động và công việc cụ thể. Để đạt hiệu quả sinh học phổ ánh sáng cần thay đổi trong ngày, mô phỏng theo phổ ánh sáng tự nhiên ban ngày. Khi thức dậy phổ ánh sáng có nhiều thành phần màu đỏ như lúc mặt trời mọc, ánh sáng ấm.Vào nửa đầu buổi sáng phổ ánh sáng có nhiều thành phần màu xanh màu ánh sáng lạnh, sau giảm dần thành phần màu xanh về buổi trưa, ánh sáng trắng. Buổi chiều tiếp tục giảm dần phổ màu xanh và tăng màu đỏ đến cuối ngày như lúc mặt trời lặn.

– Về thời điểm và thời lượng chiếu sáng tùy lĩnh vực và hoạt động cụ thể như văn phòng, bệnh viện, trường học, nhà ở, v.v…mà áp dụng để đạt hiệu quả tốt nhất. Tuy vậy có nguyên tắc chung là chiếu sáng hiệu quả kích thích sinh học giúp tỉnh táo vào ban ngày và hạn chế tối đa sử dụng ánh sáng có nhiều thành phần phổ màu xanh cường độ mạnh vào buổi tối tránh ảnh hưởng đến giấc ngủ và các vấn đề về sức khỏe khác.

– Về phân bố ánh sáng đối với hoạt động thị giác cần quan tâm bảo đảm mức độ đồng đều độ rọi trên mặt ngang và phân bố hài hòa độ chói trên các bề mặt trong không gian chiếu sáng. Đặc biệt cần hạn chế chói lóa của các hệ thống chiếu sáng cả trong nhà và ngoài nhà. Để đạt hiệu quả sinh học, các nguồn sáng được khuyến nghị có bề mặt phát sáng rộng, độ chói thấp, phân bố cường độ sáng rộng, chiếu sáng tăng độ rọi mặt đứng ở ngang tầm mắt.

Với sự phát triển của nguồn sáng LED và công nghệ điện tử tin học ngày nay cho phép điều khiển ánh sáng thay đổi theo những kịch bản mong muốn và thay đổi theo thời gian thực, những yêu cầu kỹ thuật cho chiếu sáng HCL hoàn toàn có thể thực hiện dễ dàng.

Chiếu sáng lấy con người làm trung tâm (HCL) được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực bao gồm: văn phòng công sở, bệnh viện, trường học, công nghiệp, thương mại, nhà ở, v.v… Mọi không gian cần ánh sáng đều có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng kỹ thuật chiếu sáng HCL nhằm cải thiện sức khỏe và hoạt động thị giác của mỗi người.

 

Tài liệu tham khảo

  1. George C. Brainard,John P. Hanifin,Jeffrey M. Greeson and others;Action Spectrum for Melatonin Regulation in Humans: Evidence fora Novel Circadian Photoreceptor; The Journal of Neuroscience, August 15, 2001.
  2. Robert J. Lucas,  Stuart  N.  Peirson,  David  M.  Berson and others; Measuring  and  using  light  in  themelanopsin  age; Trends  in  Neurosciences  January  2014,  Vol.  37.
    3. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017, NobelPrize.org

4.Jeanne F. Duffy, Charles A. Czeisler; Effect of Light on Human Circadian PhysiologySleep Med Clin.2009 June.

  1. Sarah Laxhmi Chellappa, Roland Steiner and others; Non-Visual Effects of Light on Melatonin, Alertness and Cognitive Performance: Can Blue-Enriched Light Keep Us Alert; PLoS ONE 6, 2011.
  2. Touitou Y, Reinberg A, Touitou D. 2017. Association between light at night, melatonin secretion, sleep deprivation, and the internal clock: Health impacts and mechanisms of circadian disruption. Life Sci. 173:94–106.
  3. Chang A-M, Aeschbach D, Duffy JF, Czeisler CA. 2015. Evening use of light-emitting eReaders negatively affects sleep, circadian timing, and next-morning alertness. Proc Natl Acad Sci. 112.