Dostupnost světla ovlivňuje vývoj člověka už od jeho počátků. V období pravěku a středověku byl hlavním činitelem, který určoval životní styl, rytmus střídání dne a noci a pravidelný cyklus střídání ročních období. Pracovat bylo možné pouze za dne, kdy bylo světlo a odpočinku se dostávalo vždy přes noc. Slunce bylo jediným světelným činitelem, který ovlivňoval cirkadiánní rytmus člověka. Postupem času se však s vývojem průmyslu začaly objevovat další zdroje světla. Od svíčky, přes olejové a plynové lampy až k dnešnímu elektrickému osvětlení. Tento vývoj umožnil člověku aktivitu nejen ve dne, ale i během noci. Naše světelné prostředí, a tedy i způsob života, se výrazně změnilo. Avšak fyziologicky se současný člověk od svého jeskynního předchůdce téměř neliší, naše vnímání světla se v podstatě nezměnilo. Zajištění biologických funkcí řízených světlem je optimalizováno pro světelné prostředí, v jakém žili naši předkové v době kamenné. Současný životní styl a naše aktivity jsou však velmi rozdílné od původních činností, pro které se naše zrakové ústrojí po tisíce let vyvíjelo. Dnešní člověk je tedy během dne vystavován malému množství světla mnohdy kvalitou velmi vzdálenou od denního světla. A za noci, která by měla být bez dopadu světla na sítnici, je díky dnešním smartphonům, televizorům a pouličnímu osvětlení lidské oko osvětlováno. Na obrázku 1.3 je zobrazen průběh pěti dnů v jednotlivých etapách vývoje lidstva v závislosti na množství světla, které během dne a noci na člověka působí. Tento konflikt mezi dnešními skutečnými světelnými podmínkami v budovách a požadavky našeho těla může značně ovlivňovat cirkadiánní rytmy v lidském těle a s nimi spojený zdravotní a psychický stav.

 

Cirkadiánní systém

Cirkadiánní systém se chová jako jakýsi oscilátor řízený tzv. synchronizátory [2]. Synchronizátory jsou podněty z vnějšího prostředí, které ovlivňují cirkadiánní procesy. Nejúčinnějším a primárním synchronizátorem je denní světlo. Cyklické střídání světla a tmy během dne, stejně jako sezonní změny ovlivňují chování každého jednotlivce. Velmi intenzivní světlo během dne pomáhá udržet organismus v bdělém stavu, aktivní, soustředěný a připravený na každodenní činnosti. Naopak nepřítomnost světla v noci umožňuje lidskému organismu potřebný odpočinek a obnovení sil během nočního spánku. Mezi synchronizátory patří i příjem potravy, svalová aktivita, návyky nebo sociální kontakt [20]. Pokud je dlouhodobě narušován některý z externích synchronizátorů, může dojít k rozdílu jejich fází a následně k rozhození cirkadiánní rytmicity. Vzniká tak i riziko, že amplitudy a fáze jednotlivých rytmických procesů v těle se mohou začít vzájemně míjet a celý organismus může být desynchronizován [2], viz obrázek 1.4.

 

Vystavení lidského oka světlu k večeru a v první polovině subjektivní noci vede obecně ke zpoždění fáze cirkadiánních rytmů. Světlo v druhé polovině noci naopak zapříčiní předběhnutí fáze [7,8,21]. V nočních hodinách může vyvolat osvětlenost 100 lx reakci nevizuálního systému o síle 50 % maximální odezvy (měřeno dle potlačení produkce melatoninu) . Organismus se snáze vyrovná se zpožděním celého cyklu, než jeho předběhnutím. Důkazem toho je pásmová nemoc (jet lag). Důsledkem rychlého přesunu přes několik časových pásem bývá často nevolnost, bolesti hlavy a únava celého těla. Jak již bylo v předchozí kapitole zmíněno, v závislosti na světle dopadajícím na sítnici se v endokrinní žláze, tzv. epifýze (šišince) tvoří hormony melatonin, serotonin a kortizol. Šišinka se snaží synchronizovat cirkadiánní rytmy prostřednictvím těchto tří hormonů. Dvoudenní průběh hladiny melatoninu a kortizolu u zdravého člověka je spolu s tělesnou teplotou a bdělosti vyznačen na obrázek 1.6.

Melatonin

Hlavní funkcí melatoninu, někdy také nazývaného hormonem spánku, je regulace cirkadiánního cyklu. U všech živých organismů, ať už aktivních ve dne nebo během noci, se melatonin tvoří výhradně v noci. Vždy na večer nastupuje únava a v epifýze se začne tvořit hormon melatonin vykazující cirkadiánní produkci, viz. obrázek 1.6. Melatonin se začne dostávat do krve, roztáhnou se cévy v končetinách, teplo uniká do okolí a klesá tělesná teplota. Tělo se tak chystá ke spánku a odpočinku. Kvalita spánku během noci závisí na hladině melatoninu v krvi. Jak nastupuje den, tvorba melatoninu poklesne nebo se úplně zastaví a začne vzrůstat tělesná teplota. Melatonin se v této chvíli začne v epifýze přeměňovat na serotonin. Hladiny hormonů aktivity a stresu, serotonin a kortizol, vzrůstají a udržují tělo aktivní po celý den. Na jeho konci začne hormon melatonin opět vykazovat cirkadiánní produkci a celý cyklus se takto stále opakuje, samozřejmě v závislosti na světle dopadajícím na sítnici [6,12,13,18,22,23].

Produkce melatoninu je nejvyšší u kojenců, od 15-tého roku následuje rychlý pokles a ve věku okolo 50 let je pouhou šestinou původní hodnoty [15]. S přibývajícím věkem množství hormonu dále klesá, což mnohdy vysvětluje nespavost a depresi starých lidí. Produkci melatoninu také snižují nesteroidní protizánětlivé léky, ibuprofen, nadbytečné množství kofeinu nebo vitamínu B12, některé léky proti úzkosti, kortikosteroidy, nebo užití alkoholu a tabáku před spaním [15]. Zvýšit hodnoty melatoninu v těle lze velmi jednoduše, a to dostatkem přirozeného slunečního světla přes den a úplné tmy v noci. Obrázek 1.5 zdůrazňuje význam melatoninu v těle a popisuje jeho pozitivní účinky na lidský organismus [15].

 

Serotonin

Serotonin, označovaný jako hormon dobré nálady, vzniká z aminokyseliny zvané tryptofan. Je zodpovědný za optimistické myšlení, pocit zasycení a pomáhá organismu vytvářet a udržovat pozitivní emoce a náladu. Hraje důležitou roli v pocitovém stavu člověka během každého dne. Při nízké hladině serotoninu nastoupí stres, deprese, úzkost a mohou nastat problémy s pamětí. Nerovnováha tohoto hormonu může být i příčinou různých trávících problémů. Serotonin je důležitým prvkem ovlivňujícím srážlivost krve a jeho nedostatečné vylučování může být příčinou vzniku migrén. Jelikož je serotonin závislý na množství světla dopadajícího na sítnici, jeho nedostatek se může projevit hlavně v zimních měsících, když člověk nemá dostatečný přísun slunečního světla. To může zapříčinit úzkostné a depresivní stavy během těchto měsíců.

Kortizol

Kortizol je jedním z hlavních hormonů stresové reakce v lidském těle, jeho základní hladina je regulována cirkadiánním systémem [15]. Dává organismu podnět k probuzení a aktivitě. Po probuzení je hladina kortizolu zvýšená, do normálního stavu se dostává během dvou hodin a výrazně klesá opět před spánkem [24]. Nejnižší koncentrace dosahuje hormon kolem půlnoci. Nízká hladina kortizolu může vést k obezitě, depresi, poruše příjmu potravy, oslabení imunity, neplodnosti, poškození paměti, posttraumatické stresové poruše a dalším nepříznivým procesům pro lidský organismus [24,25]. Správnou hladinu tohoto hormonu v těle lze, kromě vystavení oka světlu, dosáhnout také přísunem vitamínu C, černého čaje, ženšenu, hořčíku a vyhýbáním se stresovým situacím [25]. Kortizol zvyšuje obsah cukru v krvi, aby tělo získalo energii a posílil se imunitní systém [24,25].

 

Obr. 1.6: Průběh hladiny hormonů melatoninu a kortizolu v lidském těle během 48h. Znázorněna i změna teploty lidského těla a jeho celková bdělost. Převzato a upraveno z [16]

 

Tato kapitola má za úkol přesvědčit čtenáře, že má smysl zabývat se světlem, kterému se každodenně vystavujeme jak z vědeckého hlediska, tak v roli běžného uživatele vnitřní osvětlovací soustavy. Dnešní doba nedovolí člověku vyhnout se působení umělého světla a jeho značnému vlivu na lidský organismus. Proto by měl být při návrhu vnitřní osvětlovací soustavy kladen důraz i na nevizuální účinky světla a jejich dopad na lidské zdraví. Dosáhnout takového cíle v běžné praxi není jednoduchým úkolem. Prvním krokem je obvykle vytvořit poptávku po svítidlech v trendu Human Centric Lighting, aby poskytovatelé svítidel uvedli na trh nabídku těchto produktů. Pokud pak bude ze strany uživatele osvětlovací soustavy kladen důraz na tyto nevizuální vlivy světla a jeho kvalitu, budou i poskytovatelé umělého osvětlení nuceni se tématem Human Centric Lighting více zabývat.

Brno 16.8.2021, zdroj