De la premiul Nobel pentru medicină la viitorul designului de iluminat pentru interioare: când culoarea contează
Maurizio Rossi
Dipartimento di Design, Politecnico di Milano, Italy
Email: maurizio.rossi@polimi.it
Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină din 2017 a fost acordat oamenilor de știință americani Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash și Michael W. Young pentru cercetările lor din anii 1980 privind mecanismele moleculare și genetice care controlează ritmul circadian. Această veste, care a trecut aproape neobservată în domeniul designului, are de fapt implicații foarte importante în ceea ce privește evoluția designului de iluminat pentru interior, cu referire în special la culoare. În acest articol evidențiem elementele relației dintre iluminat și culori, sperând într-o nouă abordare a designului de interior în viitor. S-au făcut multe cercetări asupra psihologiei culorilor și asupra preferințelor de culoare, dacă evaluăm în schimb efectul culorii, prin metoda științifică, din punct de vedere fiziologic, există cercetări care se concentrează pe distribuția spectrală a luminii care ajunge la ochi, dar ignoră efectul culorilor de interior asupra lumină care ajunge de fapt în ochii noștri în viața de zi cu zi. Acest element de gândire multidisciplinară poate deschide calea pentru multe cercetări de design în domeniul culorii, și pentru că acest lucru ar putea fi important pentru sănătatea noastră.
Primit la data de 14 decembrie 2020; revizuit la 14 martie 2021; acceptat la 15 martie 2021; publicat online: 12 iunie 2021
Introducere
Jeffrey Connor Hall este profesor emerit de biologie la Universitatea Brandeis din Massachusetts. Contribuția sa a fost esențială pentru dezvoltarea acestui domeniu de investigație, deoarece a dezvoltat o strategie pentru izolarea și caracterizarea neurologică a mutanților genetici ai Drosophila melanogaster, cunoscută și sub numele de musculița de oțet. Michael Rosbash, profesor de genetică la Universitatea Brandeis, a folosit tehnologiile de atunci incipiente ale ADN-ului recombinant pentru a caracteriza muștele mutante Izolate de Hall, identificând în final numeroase gene implicate în ciclul circadian. De asemenea, Michael Warren Young, genetician și biolog, în timp ce lucra la Universitatea Rockefeller, a efectuat cercetări privind sincronizarea circadiană a musculițelor de oțet. În prelegerea sa pentru premiul Nobel, Young a prezentat date interesante despre modificările somnului la oameni, arătând că sute de gene sunt implicate în ritmul circadian și că modificările în expresia acestor gene stau la baza multor tulburări de somn care au consecințe grave asupra sănătății umane [1].
Deși aceste cercetări au fost efectuate pe musculița de oțet, juriul Nobel a dorit să acorde premiul acestor trei cercetători, surprinzând comunitatea științifică și de asemenea pe cei trei oameni de știință, dacă este adevărat că Rosbash a răspuns „Glumiți” și Hall a spus: „Este o farsă?” când li s-a spus că au câștigat premiul [2]. Prin acest premiu Nobel, juriul a dorit să evidențieze cercetările care pot avea un impact practic asupra vieții de zi cu zi. La fel ca și în 2014, odată cu acordarea Premiului Nobel pentru Fizică oamenilor de știință Isamu Akasaki, Hiroshi Amano și Shuji Nakamura pentru inventarea LED-ului albastru, datorită căruia au fost dezvoltate actualele sisteme de iluminat cu LED. Cercetările efectuate de Hall, Rosbash și Young stau la baza demonstrației științifice a funcționării sistemului circadian la om, a nu se confunda cu bioritmurile, care sunt mai degrabă o legendă urbană, foarte populară în SUA în anii 70, fără nicio bază medicală sau științifică, așa cum au demonstrat o sută de cercetări științifice [3].
Importanța ciclului circadian pentru sănătatea umană
În organismul nostru acționează un sistem temporizat, gestionat de nucleul suprachiasmatic al creierului, care durează aproximativ 24 de ore, numit circadian din latinescul circa-diem, prin care sunt gestionate toate procesele fiziologice precum somnul, alimentația, producția de hormoni, tensiunea arterială, temperatura organismul, digestia, vigilența psihologică, coordonarea și forța musculară [4]. Este important de subliniat că toți acești factori au un ciclu zilnic de acțiune și, de asemenea, acționează asupra eficacității sistemului nostru imunitar. Pentru a cunoaște starea de timp reală a ciclului nostru circadian, cea mai eficientă metodă se bazează pe măsurarea cantității de melatonină prezentă în sânge [5 -6]. Melatonina este un hormon produs de glanda pineală sub controlul nucleului suprachiasmatic. La un individ cu o sincronizare corectă a ritmului circadian, melatonina crește în orele de seară imediat după apus și începe să scadă înainte de răsărit, rămânând scăzută în timpul zilei. De ani de zile, melatonina poate fi achiziționată și ca medicament sau supliment alimentar și este luată de persoanele care au probleme de somn și doresc să-și resincronizeze ciclul circadian [7].
Cu toate acestea, acest ceas intern trebuie sincronizat pentru nevoile vieții de pe Pământ și elementul exogen care generează acest sincronism este lumina. Într-adevăr, în absența ritmurilor luminii naturale, din cauza rotației Pământului, ceasul se poate defaza cu implicații multiple pentru sănătatea și bunăstarea noastră [8]. Mulți indivizi suferă, adesea fără să știe, de discrepanțe mai mult sau mai puțin grave în ciclul circadian; acestea pot fi cauzate și de expunerea la iluminarea artificială inadecvată. Tulburarea ritmului circadian poate apărea târziu, numită tulburarea de tipul bufniță, sau devreme, de tipul ciocârlie [9]. În cursul vieții unui individ este destul de obișnuit ca în tinerețe să fie ca o bufniță, extrem de activ seara, dar cu treziri dimineața târzie, în timp ce la bătrânețe să devină mai mult ca o ciocârlie, cu oboseală imediat după apus, dar cu treziri de dimineață devreme. Cu toate acestea, dincolo de anumite limite, aceste întârzieri devin patologice. Perturbarea ciclului circadian normal poate provoca migrene [10], dureri de cap [11], iritabilitate [8], depresie sezonieră [12], deficiențe ale sistemului imunitar [13], oboseală cronică [14], obezitate și diabet zaharat. [15]. S-a emis și ipoteza creșterii probabilității de a dezvolta unele tipuri de cancer, ca o consecință a alterării ciclului circadian care afectează producția de diverși hormoni și eficiența sistemului imunitar [16-18].
Interior pentru sistemul circadian
Culoarea mediului înconjurător și lumina circadiană
Concluzii
Referințe
- Young MW (2017), Nobel Lecture: Time Travels: A 40 Year Journey from Drosophila ́s Clock Mutants to Human Circadian Disorders – https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2017/young/lecture/ – last accessed 8 June 2021;
- Davis N and Sample I (2017). Nobel prize for medicine awarded for insights into internal biological clock, The Guardian –
https://www.theguardian.com/science/2017/oct/02/nobel-prize-for-medicine-awarded-for-insights-into-internal-biological-clock – last accessed 8 June 2021; - Hines TM (1998), Comprehensive review of biorhythm theory, Psychological Reports, 83 (1), 19-64;
- Klein DC, Moore RY and Reppert SM (Eds.) (1991), Suprachiasmatic Nucleus: The Mind’s Clock, First Edition, New York: Oxford University Press;
- Rosenthal NE (1991), Plasma melatonin as a measure of the human clock, The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism, 73 (2), 225-226;
- Lew y AJ, Cutler NL and Sack RL (1999), The endogenous melatonin profile as a marker for circadian phase position, Journal of Biological Rhythms, 14 (3), 227-236;
- Pévet P, Bothorel B, Slotten H and Saboureau M (2002), The chronobiotic properties of melatonin, Cell and Tissue Research, 309 (1), 183-191;
- Evans JA and Davidson AJ (2013), Health consequences of circadian disruption in humans and animal models Progress in Molecular Biology and Translational Science, 119, 283-323;
- Phillips ML (2009), Circadian rhythms: Of owls, larks and alarm clocks, Nature, 458 (7235), 142-144;
- van Oosterhout W, van Someren E, Schoonman GG, Louter MA, Lammers GJ, Ferrari MD and Terwindt GM (2018), Chronotypes and circadian timing in migraine, Cephalalgia: An International Journal of Headache, 38 (4), 617-625;
- Pringsheim T (2002), Cluster headache: Evidence for a disorder of circadian rhythm and hypothalamic function, Canadian Journal of Neurological Sciences, 29 (1), 33-40;
- Rosenthal NE (2006), Winter Blues:Everything You Need to Know to Beat Seasonal Affective Disorder , Fourth Edition, New York: Guilford Press;
- Christoffersson G, Vågesjö E, Pettersson US, Massena S, Nilsson EK, Broman J-E, Schiöthb HB, Benedict C and Phillipson M (2014). Acute sleep deprivation in healthy young men: impact on population diversity and function of circulating neutrophils, Brain, Behavior, and Immunity, 41, 162-172;
- Bonsall DR and Harrington ME (2013), Circadian rhythm disruption in chronic fatigue syndrome, Advances in Neuroimmune Biology, 4 (4), 265-274;
- Cedernaes J, Schiöth HB and Benedict C (2015), Determinants of shortened, disrupted, and mistimed sleep and associated metabolic health consequences in healthy humans, Diabetes, 64 (4), 1073–1080;
- Stevens RG and Rea MS (2001), Light in the built environment: Potential role of circadian disruption in endocrine disruption and breast cancer, Cancer Causes & Control, 12 (3), 279-287;
- Schernhammer ES, Feskanich D, Liang G and Han J (2013), Rotating night-shift work and lung cancer risk among female nurses in the United States, American Journal of Epidemiology, 178 (9), 1434-1441;
- Yadav A, Verma Pand Singh S (2017), Going beyond the limits: effect of clock disruption on human health, Biological Rhythm Research, 48 (5), 693-700;
- Rea MS (2007), Oltre la vision, in More than Vision, First Edition, 4-18, Recanati: iGuzzini – Editoriale Domus;
- Figueiro M (2014), Why an enlightened design integrates illumination? – https://www.tedmed.com/talks/show?id=293012 –
last accessed 8 June 2021; - CIE (2015), CIE TN 003:2015 Report on the First International Workshop on Circadian and Neurophysiological Photometry, 2013 – http://www.cie.co.at/publications/report-first-international-workshop-circadian-and-neurophysiological-photometry-2013 – last accessed 8 June 2021;
- CIE (2016), CIE 218:2016 Research Roadmap for Healthful Interior Lighting Applications – http://www.cie.co.at/publications/research-roadmap-healthful-interior-lighting-applications – last accessed 8 June 2021;
- CIE (2018), CIE S 026/E:2018 CIE System for Metrology of Optical Radiation for ipRGC-Influenced Responses to Light – http://www.cie.co.at/publications/cie-system-metrology-optical-radiation-iprgc-influenced-responses-light-0 – last accessed 8 June 2021;
- SCHEER (2018), Opinion on potential risks to human health of Light Emitting Diodes (LEDs), EU – https://doi.org/10.2875/605415 – last accessed 8 June 2021;
- Gall D and Bieske K (2004), Definition and measurement of circadian radiometric quantities, Proceedings of the CIE Symposium’04 on Light and Health, 129-132;
- Figueiro MG, Gras LZ, Rea MS, Plitnick B and Rea MS (2012), Lighting for improving balance in older adults with and without risk for falls, Age and Ageing, 41 (3), 392-395;
- DIN (2015), DIN SPEC 5031-100 Optical radiation physics and illuminating engineering – Part 100: Melanopic effects of ocular
light on human beings – Quantities, symbols and action spectra, Berlin – https://www.din.de/en/getting-involved/standards-committees/fnl/wdc-beuth:din21:237732095 – last accessed 8 June 2021; - IES (2018), IES TM-18-18 Light and Human Health: An Overview of the Impact of Optical Radiation on Visual, Circadian, Neuroendocrine, and Neurobehavioral Responses – https://www.ies.org/product/light-and-human-health-an-overview-of-the-impact-of-light-on-visual-circadian-neuroendocrine-and-neurobehavioral-responses/– last accessed 8 June 2021;
- WBI (2014), The WELL Building Standard. International WELL Building Institute. https://www.wellcertified.com/ – last accessed 8 June 2021
- UNICEF (2008), State of the World’s Children 2008 – Child Survival – https://www.unicef.org/sowc08/ – last accessed 8 June 2021;
- Boubekri M (2008), Daylighting, architecture and health: building design strategies. Oxford: Elsevier – https://www.sciencedirect.com/book/9780750667241/daylighting-architecture-and-health – last accessed 8 June 2021;
- Evans GW (2003), The built environment and mental health, Journal of Urban Health: Bulletin of the New York Academy of Medicine, 80 (4), 536-555;
- Stevens RG (1987), Electric pow er use and breast cancer: a hypothesis, American Journal of Epidemiology, 125 (4), 556-561;
- CIE (2001), CIE 139-2001 The Influence of Daylight and artificial light variations in humans. A bibliography – http://www.cie.co.at/publications/influence-daylight-and-artificial-light-variations-humans-bibliography – last accessed 8 June 2021;
- Boulos Z, Campbell SS, Lew y AJ, Terman M, Dijk D-J and Eastman CI (1995), Light treatment for sleep disorders: Consensus Report: VII. Jet Lag, Journal of Biological Rhythms, 10 (2), 167-176;
- Joo EY, Abbott SM, Reid KJ, Wu D, Kang J, Wilson J and Zee PC (2017), Timing of light exposure and activity in adults with delayed sleep-wake phase disorder, Sleep Medicine, 32, 259-265;
- Wittmann M, Dinich J, Merrow M and Roenneberg T (2006), Social jetlag: misalignment of biological and social time, Chronobiology International, 23 (1-2), 497-509;
- Parsons MJ, Moffitt TE, Gregory AM, Goldman-Mellor S, Nolan PM, Poulton R and Caspi A (2015), Social jetlag, obesity and metabolic disorder: investigation in a cohort study, International Journal of Obesity, 39 (5), 842-848;
- Versteeg RI, Stenvers DJ, Kalsbeek A, Bisschop PH, Serlie MJ and la Fleur SE (2016), Nutrition in the spotlight: metabolic effects of environmental light, The Proceedings of the Nutrition Society, 75 (4), 451-463;
- Bellia L, Pedace A and Fragliasso F (2017), Indoor lighting quality: Effects of different wall colours. Lighting Research and Technology, 49 (1), 33-48;
- Rossi M, Casciani D and Musante F (2017), Chromatic and spectral quality of lighting for self-dependent elderly people well-being: a case study, Proceedings of the 13th International Colour Association (AIC) Congress 2017: Being Color with Health, OS21-7, Jeju (South Korea);
- ENEA (2011), Report RdS/2011/186 Ricerca di Sistema Elettrico – http://www.enea.it/it/Ricerca_sviluppo/documenti/ricerca-di-sistema-elettrico/illuminazione-pubblica/rds-186.pdf/view – last accessed 8 June 2021;
- Bellia L, Pedace A and Barbato G (2013), Lighting in educational environments: An example of a complete analysis of the effects of daylight and electric light on occupants, Buildingand Environment, 68, 50-65;
- Casciani D and Rossi M (2018), Lighting design, well-being and educational buildings, Proceedings of the XIV Conferenza del Colore: Colour and Colorimetry Multidisciplinary Contributions, XIVB, 129-137, Florence (Italy);
- Bellia L, Pedace A and Barbato G (2014), Winter and summer analysis of daylight characteristics in offices, Building and Environment, 81, 150-161;
- LRC (2017), Circadian stimulus calculator.xls, Lighting Research Center – http://www.lrc.rpi.edu/resources/CSCalculator_2017_10_03_Mac.xlsm – last accessed 8 June 2021;
- LRC (2018), Web CS calculator, Lighting Research Center, https://www.lrc.rpi.edu/cscalculator/ – last accessed 8 June 2021;
- OSRAM SYLVANIA (2018), LED Color Calculator. Estimate the photometric performance of color mixing schemes, https://www.osram.us/cb/tools-and-resources/applications/led-colorcalculator/index.jsp – last accessed 8 June 2021.