A kék fényre érzékenyek a szemünkben lévő rejtélyes sejtek

Csak az utóbbi évek kutatásai derítettek fényt arra, hogy mennyire megzavarja szervezetünket a rengeteg mesterséges fény, legyen az akár ablakon beszűrődő utcai közvilágítás vagy a televízió fénye. A túl sok fény olyan zavart is okozhat az alvás-ébrenlét ciklusban, amelyhez hasonlót az időzónákat átrepülők tapasztalnak.

Néhány évvel ezelőtt, vakok vizsgálatával jöttek rá a kutatók arra, hogy az emberi szemben a csapokon és a pálcikákon kívül másfajta fényérzékelő sejtek is vannak. Ezek a retina ganglionsejtes (idegsejteket tartalmazó) rétegében található különleges sejtek elsősorban a rövid hullámhosszú (480 nanométer körüli) fényre reagálnak - ez a kék fény tartománya. Ezek az idegsejtek az agy más részeihez kapcsolódnak, és a bennük lévő fényérzékelő molekulák különböznek a csapokban és pálcikákban lévőktől. Másképp mondva: ahogy a fülünk a halláson kívül az egyensúlyérzékelésben is részt vesz, ugyanúgy a szemünk is két külön dolgot érzékel egyszerre.

A hiányzó fényérzékelő szerv nyomában

A biológusok már régóta ismernek olyan élőlényeket, amelyek szem hiányában is képesek a fényérzékelésre. Ez azért fontos tulajdonság az állat számára, mert a fényviszonyok változása jelezheti egy ragadozó közeledését, vagy épp azt, hogy szabadon ki van téve a fénynek, s így könnyebben prédává válhat vagy károsodást szenvedhet az ultraibolya sugárzástól. A verebek például akkor is be tudják állítani a cirkadián ritmusukat (a 24 órás napi biológiai órájukat), ha nem látnak, állapította meg az amerikai Michael Menaker az 1970-es években. Alaposabb vizsgálatok kimutatták, hogy a madarak agyában fényérzékelő sejtek vannak, melyekhez még a tollazaton, bőrön és koponyán keresztül is megfelelő mennyiségű fény jut.

Hasonló sejtek jelenléte az emlősöknél az 1920-as években merült fel először, amikor Clyde E. Keeler vakságra szelektált egereknél azt tapasztalta, hogy az állatok pupillája még így is reagál a fényre, igaz, kicsit lassabban, mint a látó egereké. Akkoriban azonban a kutatók úgy gondolták, hogy az emlősretinát már kellő alapossággal tanulmányozták, ezért azt feltételezték, hogy ennek a hiányzó fényérzékelő szervnek valahol máshol kell lennie. A 80-as években szemüktől megfosztott rágcsálók tanulmányozása közben vetődött fel aztán a gondolat, hogy mégis a szemben kellene keresni ezt a szervet, az állatok ugyanis képtelenek voltak beállítani a normális napi ritmusukat.

A kutatók végül pálcikákat és csapokat teljesen nélkülöző egerek vizsgálatával arra jutottak, hogy a szemnek tartalmaznia kell egy addig ismeretlen fotoreceptort. A megállapítás abszurdnak tűnt, mert a retinában lévő, képalkotásban szerepet játszó sejteket már 150 éve ismerték, és nem gondolták, hogy másmilyen fényérzékelő sejt is van ott.

Az áttörést egy új fehérje felfedezése jelentette a 90-es évek közepén. Ignacio Provencio és Mark D. Rollag a kétéltűek pigmentsejtjeinek tanulmányozása során azonosította a végül melanopszinnak elnevezett fehérjét, amely nagyban hasonlított a pálcákban és csapokban lévő opszinokhoz. A részletes vizsgálatok során kiderült, hogy az új fehérje nincs jelen a csapokban és a pálcikákban, ám megtalálható a retina egyes ganglionsejtjeiben, melyekről korábban nem feltételezték, hogy fényérzékenyek lennének. Megállapították, hogy az egerek retinális ganglionsejtjeinek 2 százaléka tartalmaz melanopszint, és hogy az embernél is megtalálható ez a fehérje, melynek segítségével ezek a sejtek közvetlenül is képesek a fényérzékelésre.

A retina felépítése: a kép bal szélén a ganglionsejtes réteg látható, míg a jobb oldalán a csapok és pálcikák

Az anatómiai vizsgálatok során rájöttek, hogy a speciális idegsejtek nem a látókéreggel, hanem az agy központi biológiai órájával, a szuprakiazmatikus maggal állnak kapcsolatban. A fényérzékelés révén tehát jelentős szerepük van a napi ritmus kialakításában, ám ezért nem egyedül felelnek, hanem a megfelelő alvás-ébrenlét ciklus kialakításához mindhárom fényérzékelő sejttípusra szükség van: a csapokra, a pálcikákra és a melanopszint tartalmazó ganglionsejtekre is.

A fény ereje

A melanopszint tartalmazó idegsejtek elsősorban a 480 nanométer körüli kék fényre érzékenyek, így ez az a fény, amelynek a leginkább hatása van a biológiai óránkra. A modern lámpák fénye pedig egyre kékebb lesz. A kellemetlen hatások úgy megzavarhatják az alvás-ébrenlét ciklust, mint egy több időzónát átívelő repülőút. Egyre több a bizonyíték arra is, hogy a biológiai óra hosszú távú felborulása olyan betegségekkel áll kapcsolatban, mint a rák, a cukorbetegség vagy a szívbetegségek.

A mesterséges fénynek azonban nemcsak káros hatása van. A sötét teleken az évszakkal járó nyomott hangulatért részben a melatonin hormon felel, mely kizárólag sötétben vagy halvány megvilágítás mellett választódik ki, és álmosságot okoz. Ilyenkor az erős benti világítás segít a jó közérzet megóvásában, és csökkenti a kedvetlenséget. A melatonintermelés időtartama aztán az éjszakák hosszával együtt változik, tavasszal és nyáron már kevesebb hormon választódik ki.

Egyre több kutatás állítja azonban, hogy melatoninszint változása révén kapcsolat van az éjszakai világítás és a rákos megbetegedések között, különös tekintettel a mellrákos esetekre. David Blask, a New Orleans-i Tulane Orvosi Egyetem munkatársa emberi emlődaganatos sejteket helyezett nőstény patkányokba, és a tumorokba egészséges nők vérét injekciózta. A vér egy részét olyan nőktől vették, akik napközben 2 órát töltöttek teljes sötétségben, míg a másik részét olyanoktól, akik éjszaka 90 percet töltöttek fényes fluoreszkáló (fénycsöves) megvilágításban. Black megállapította, hogy az a melatoninban gazdag vér, amelyet a sötétben lévő nőktől vettek, lelassította a tumor növekedését, míg a fényben lévő nőktől vett, melatoninban szegény vér hatására a tumorok intenzíven növekedtek. Más kísérletekben egereken kimutatták, hogy a váltott műszak követése vagy az időzóna-váltási szindróma (jetlag) esetén szintén felgyorsult a tumorok növekedése. A szaporodó bizonyítékok hatására az Egészségügyi Világszervezet (WHO) 2007 óta a váltott műszakot már a rák lehetséges kiváltó okai közé sorolja.

A kék fény melatoninra gyakorolt hatását 2001-ben George Brainard, a pennsylvaniai Thomas Jefferson Egyetem kutatója mutatta ki, amikor megállapította, hogy az éjjel 2 órakor 450-480 nanométeres fénynek kitett önkénteseknél gátlódott a hormon termelése. (A kék fény spektruma 420-490 nanométer között van.) Ekkoriban még csak sejtették a szemben lévő speciális fényérzékelő idegsejtek jelenlétét, ám egy évvel később már kimutatták, hogy a sejtekben ott a kék fényre érzékeny melanopszin.

A legújabb vizsgálatok szerint nemcsak az éjszakai erős világítás, de még az otthoni lámpafény vagy a televízió fénye is megzavarhatja a szervezetet. A Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism folyóirat 2011 márciusi számában publikált egyik tanulmány szerint a normál szobai fény (kevesebb mint 200 lux) is elegendő késő este ahhoz, hogy a melatonin később kezdjen termelődni, s a szintje 90 perccel rövidebb ideig legyen kellően magas. Steven Lockley, a Harvard Egyetem Orvostudományi Karának kutatója pedig munkatársaival megállapította, hogy kevesebb mint 8 lux erősségű fény elegendő ahhoz, hogy megzavarja a belső óránkat. A kutatócsoport szerint ez megmagyarázhatja, hogy miért szenved olyan sok ember attól, hogy nehezen tud elaludni, és aztán fáradtan ébred fel. "Elképzelésünk sincs, milyen hatása van a tartós alacsony megvilágításnak, hiszen az egész világ önmagán kísérletezik az éjszakai elektromos világítás használatával" - mondja Lockley.

A gyártók segíthetnek azzal, hogy olyan égőket árusítanak, amelyek fénye kevésbé kék, a legújabb energiatakarékos izzók (ESL) fénye például sokkal inkább hasonlít a klasszikus izzókéhoz. A villanykörte cseréje azonban a legegyszerűbb lépés, sokkal nehezebb lesz rávenni az embereket arra, hogy lefekvés előtt ne nézzenek tévét az ágyból, vagy ne használják a laptopjukat, táblagépüket, okostelefonjukat.