‫השפעת התאורה על המערכת‬ ‫ההורמונאלית ועל הראייה‬ ‫אברהם חיים‬ ‫המרכז הישראלי למחקר בין תחומי‬ ‫בכרונוביולוגיה‪ ,‬אוניברסיטת חיפה‬ ‫האגודה הישראלית לתאורה‬ ‫‪ahaim@research.haifa.ac.il‬‬ ‫יום עיון‪ :‬מהפכת התאורה והשלכותיה‬ ‫רמת גן ‪9.6.2014‬‬ ‫מהם מאפייני התאורה הטבעית?‬ ‫– לאור הטבעי מעבר היותו המקור האוניברסלי‬ ‫לאנרגיה הוא גם סיגנל סביבתי חשוב‪ .‬מאחר והיום‬ ‫אנו מודעים להפרדה ברשתית בין תאים הקולטים‬ ‫צורה וצבע (קנים ומדוכים) לבין תאים הקולטים את‬ ‫הסיגנל לשם כיוונון השעון הביולוגי (תאים דו‪-‬‬ ‫קוטביים ‪ (BIPOLAR‬בהרצאה זאת אנסה להתייחס‬ ‫לתאורת ה ‪ LED -‬לגבי שני המישורים האלה‪ ,‬ראשית‬ ‫לגבי ההשפעה בתאורה מלאכותית לילית הנחקרת‬ ‫אצלנו במעבדה והשנייה מתוך הספרות המדעית‪.‬‬ ‫הקשר בין סביבה וגנום‬ ‫• בשנים האחרונות מתברר יותר הקשר בין הסביבה‬ ‫לבין הגנום באמצעות האפי‪-‬גנום או העל גנום‪ .‬סוגי‬ ‫שינויים בתא שהמשותף להם שאינם נובעים משינוי‬ ‫ברצף של חומצות הגרעין ב‪ DNA -‬ובכל זאת עוברים‬ ‫בתורשה בצורה מסוימת‪ .‬השינויים יכולים להיות‬ ‫קשורים בביטוי של גנים‪ .‬כמו למשל‪ ,‬כאשר יש‬ ‫הוספה של קבוצת מתיל על חומצת הגרעין ציטוזין‬ ‫הגן לא יתבטא בעוד שהסרה של קבוצת המתיל‬ ‫תאפשר ביטוי של הגן‪ .‬לענייננו השינויים יכולים‬ ‫להגיע מהשפעות סביבתיות כמו חשיפה לאור בלילה‪.‬‬ ‫הקשר האפשרי בין סביבה ושינויים אפי‬ ‫גנטיים לגבי אור‬ ‫שעון ביולוגי‬ ‫עין‬ ‫בלוטה‬ ‫איצטרובלית‬ ‫מלטונין‬ ‫אור ‪-‬סביבה‬ ‫שינויים אפי‪-‬גנטיים‬ ‫במה עוסקת האפיגנטיקה?‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫האפיגנטיקה למשל חוקרת כיצד גורמים‬ ‫סביבתיים המשפיעים על ההורים כמו למשל‪,‬‬ ‫חשיפה לאור קצר גל בלילה‪ ,‬גורם סביבתי יחסי‬ ‫חדש‪ ,‬עשויים לגרום לשינוי בהתבטאותם של גנים‬ ‫בצאצא‪.‬‬ ‫ניתן לחלק את מדע האפיגנטיקה לשני תחומים‪:‬‬ ‫חקר התהליכים המתרחשים בעת התפתחות‬ ‫האורגניזם‪ ,‬כלומר בשלבים העובריים‪.‬‬ ‫חקר השינויים התורשתיים אשר אינם מערבים‬ ‫שינוי של ה‪ DNA-‬מבחינת רצף חומצות הגרעין‪.‬‬ ‫מדוע בעצם שני התחומים מעניינים‬ ‫בנושא שלנו?‬ ‫• ‪ )1‬מקור המלטונין של העובר המתפתח לפחות כפי‬ ‫שידוע לנו היום הוא מהבלוטה האיצטרובלית של‬ ‫האם מאחר והמערכת הצירקאדית של העובר‬ ‫מתחילה להתפתח בשליש האחרון של ההיריון‬ ‫וההתפתחות המלאה היא לאחר הלידה‪.‬‬ ‫• ‪ )2‬בעכברות הצלחנו להראות שאור קצר גל בלילה‬ ‫מדכא ייצור מלטונין‪ ,‬וגורם להיפו‪-‬מטילציה ביחס‬ ‫לעכברות שלא נחשפו לאור‪ .‬טיפול במלטונין מחזיר‬ ‫את רמות המטילציה לרמות של קבוצת הביקורת‪.‬‬ ‫אורך הגל והסכנות הבריאותיות‬ ‫• מספר הולך וגדל של תוצאות מחקרים‬ ‫המתפרסמים בעיתונות המדעית מראים על הקשר‬ ‫שבין תאורה קיצרת גל לבין דיכוי ביצירה‬ ‫ובהפרשה של ההורמון מלטונין מהבלוטה‬ ‫האיצטרובלית‪ .‬כאשר אנו בוחנים את המעורבות‬ ‫של ההורמון מלטונין בפעילויות שונות של גוף‬ ‫היונק בכלל כולל גוף האדם אנו יכולים להגדיר‬ ‫אותו כהורמון שידו בכל‪ .‬על כן לפגיעה ביצירת‬ ‫ההורמון בלילה יכולות להיות השפעות שליליות‬ ‫על תפקוד הגוף‪.‬‬ ‫מדוע מלטונין כל כך חשוב?‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫מסתבר שהוא מעורב בפיקוח על מערכות‬ ‫שונות‪:‬‬ ‫‪ )1‬מערכת הרבייה‬ ‫‪ )2‬מטבוליזם ותרמורגולציה‬ ‫‪ )3‬מערכת קרדיוואסקולארית‬ ‫‪ )4‬מערכת החיסון‬ ‫‪ )5‬נוגד חימצון‬ ‫‪ )6‬מונע הזדקנות‬ ‫‪ )7‬אנטיאונקוגני ישירות לגבי סרטן שד והבלוטה‬ ‫הערמונית‬ control 4.0 light interference Tumor volume (cm 3) 3.5 b 3.0 2.5 c 2.0 1.5 a 1.0 0.5 0.0 0 10 13 15 17 Days after inoculation 19 21 light interference + melatonin Epigenetics (Methylation) LAN/Melatonin Cancer (Breast) Figure No 9: Hypomethylation following light interference B C DNA isolated from tumours obtained from BALB/c mice inoculated with the murine BC cell line 4T1, were subjected to global methylation analysis using Methylamp global DNA methylation quantification ultra (kit, Epigentek). The methylation level experiments conducted in triplicates (mean ± SEM) and represent 2-3 tumours. Statistical significance was determined by twotailed one way ANOVA and Bonfferoni test for post hoc. P < 0.05; letters represent difference between treatments and control group. ‫השפעת הפרעת אור בלילה על התפתחות גרורות‬ ‫תאורת ‪ LED‬ופגיעה ברשתית‬ ‫העין‬ ‫חדירת האור לרשתית‬ ‫תאורת ‪ LED‬הנחשבת כידידותית לסביבה עשויה‬ ‫לפגוע ברשתית ולגרום לנזקים בלתי הפיכים‬ ‫• לתאורת ה‪ LED -‬עוצמות קרינה יחסית גבוהות‬ ‫באורך גל כחול שעם הזמן יכולות לפגוע ברשתית‪.‬‬ ‫• בעיה זאת תחמיר עם השנים בגלל שתוחלת החיים‬ ‫עולה מחד וילדים מגיל צעיר מאד נחשפים לתאורה‬ ‫זאת באמצעות המכשירים האלקטרונים שאיתם הם‬ ‫משחקים‪ .‬בשימוש במחשב אנו מסתכלים ישירות‬ ‫למקור האור‪ ,‬חשיפה שהעין שלנו איננה בנויה לה‪.‬‬ ‫על כן למשל מומלץ להעלות את צריכת מזון המכיל‬ ‫וויטמינים היכולים להגן על העין מפני נזקי‬ ‫התאורה‪.‬‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫אנחנו יכולים לתאר לעצמנו שבנושא התאורה‬ ‫ישנם מספר משתנים המשתתפים במשחק‪:‬‬ ‫‪ )1‬טיפוס תאורת ה‪LED -‬‬ ‫‪ )2‬עוצמת התאורה בעיקר בצבע הכחול‬ ‫‪ )3‬משך החשיפה לתאורה‬ ‫‪ )4‬מצב העין מחינה בריאותית‬ ‫‪ )5‬צפייה ישירה או אור עקיף‬ ‫& ‪• Ramos et al., Photochemistry‬‬ ‫‪Photobiology, 2013, 89:468-473.‬‬ ‫& ‪Ramos et al., Photochemistry‬‬ ‫‪Photobiology, 2013, 89:468-473.‬‬ ‫• מטרת המחקר הייתה לבחון את השפעתה של‬ ‫תאורת ה‪ LED-‬על העין של האדם‪ .‬לשם כך נבדקו‬ ‫תאי אפיתל פיגמנטאליים ברשתית של האדם ‪-‬‬ ‫‪human retinal pigment epithelial cells,‬‬ ‫בחשיפה לשלושה מחזורי אור‪-‬חושך של ‪ 12‬שעות‬ ‫אור ו ‪ 12‬חושך בכל מחזור כשמקור האור הוא כחול‬ ‫‪ 468‬ננומטר‪ ,‬ירוק ‪ 525‬ננומטר‪ ,‬אדום ‪ 616‬ננומטר‬ ‫ואור לבן‪.‬‬ ‫המשתנים שנבדקו בין היתר בניסוי‬ ‫‪ )1‬חיות תאי הפיגמנט לאחר החשיפה‬ ‫‪ )2‬יצירה של אוקסידנטים תוצרי חמצון‪ ,‬חומרים‬ ‫הנוצרים בתאים כתוצאה מהפעילות המתבצעת‬ ‫בתא‪ ,‬עקב החשיפה לאור ופוגעים בתאים‬ ‫המייצרים אותם‪.‬‬ ‫‪ )3‬נזק ל חומר הגנטי ‪ DNA‬של התא‬ ‫‪ )4‬אפופטוזיס – מוות של תאים‬ ‫• תוצאות החשיפה לשלושה מחזורי אור וחושך‬ ‫רצופים מראות על פגיעה בתאי הפיגמנט ולהלן‬ :‫חלק מהפגיעות‬ • It is shown that LED radiations decrease 75– 99% cellular viability, and increase 66–89% cellular apoptosis. They also increase ROS production and DNA damage. • Fluorescence intensity of apoptosis was 3.7% in nonirradiated cells and 88.8%, 86.1%, 83.9% and 65.5% in cells exposed to white, blue, green or red light, respectively. Higien Industrial No128; 2012 EVA CHAMORRO, CRISTINA BONNIN, LUIS LUCIO LOBATORINCÓN, JUAN JOSÉ NAVARROVALLS, GUILLERMO RAMÍREZMERCADO, CAROLINA NAVARRO-BLANCO, CELIA SÁNCHEZ-RAMOS ‫• בניסוי שבוצע על ידי אותה קבוצה ספרדית‬ ‫השתמשו בתאי אפיתל פיגמנטלי מרשתית‬ ‫אנושית‪ .‬התאים בצפיפות של ‪ 5000‬תאים‬ ‫הוחזקו בבאריות בתוך נוזל של תרבית רקמה‪.‬‬ ‫שכבת תאים זאת חשובה לראיה התקינה ושינוי‬ ‫בפעילות שלהם‪ ,‬שתביא לפגיעה בהם‪ ,‬יכולה‬ ‫להביא לפגיעה בלתי הפיכה עד לניוון של‬ ‫הרשתית ועד לעיוורון‪ .‬התאים נחשפו לשלושה‬ ‫מחזורים של ‪ 12‬שעות אור וחושך תחת תאורת‬ ‫‪ LED‬וקבוצה נשארה בחושך‪ .‬השקף הבא מדגים‬ ‫את תנאי הניסוי וזה שאחריו את התוצאות‪.‬‬ RESULTS ‫תוצאות‬ ‫• התאים שלא נחשפו לתאורת ‪( LED‬חושך) גדלו‬ ‫היטב ולא נצפתה בהם שום פגיעה בעוד שחשיפה‬ ‫לתאורת ‪ LED‬פגעה בגידול התאים ובעצם מנעה‬ ‫את התפתחותם‪ .‬אור כחול הפחית משמעותית את‬ ‫גידול התאים אך גם באור ירוק ולבן נצפתה‬ ‫הפחתה בגידול התאים בעוד שבאור האדום הנזק‬ ‫שנמדד קטן יותר ובחושך כאמור אין כל נזק (גרף‬ ‫עליון)‪ .‬בחושך לא הייתה תמותת תאים ובאדום‬ ‫התמותה נמוכה יותר‪ .‬באור לבן‪ ,‬כחול וירוק אחוזי‬ ‫תמותה גבוהים בהתאמה‪.‬‬ Figure 3. Light-induced cell death determined by caspase 3 and 7 activation. ‫מסקנות‬ ‫• התוצאות מראות שחשיפה לתאורת ‪ LED‬מעלה‬ ‫בצורה משמעותית את אחוז התאים שעוברים‬ ‫אפופטוזיס (תמותת תאים)‪ .‬הפגיעה היא בעיקר‬ ‫בתאים שנחשפו לאור כחול (‪ )92%‬ולבן (‪.)94%‬‬ ‫• תוצאות אלה מדגימות את הסכנה הטמונה‬ ‫בחשיפה לתאורת ‪ LED‬בעיקר ללבן או לכחול‪.‬‬ ‫בניסוי זה מדובר אומנם על חשיפה ישירה‬ ‫ורצופה של התאים‪ ,‬אך היא בוודאי ממחישה את‬ ‫הסכנות‪.‬‬ • White Light–Emitting Diodes (LEDs) at Domestic Lighting Levels and Retinal Injury in a Rat Model • Yu-Man Shang,1 Gen-Shuh Wang,1 David Sliney,2 Chang-Hao Yang,3,4 and Li-Ling Lee5 • Environ Health Perspect; 122:269–276 ‫ניסויים בחולדות‬ ‫• הניסוי הבא מתאר חשיפה של חולדות לתאורת‬ ‫‪ LED‬ובדיקת הנזקים שנגרמים ברשתית עקב‬ ‫חשיפה זאת‪ .‬המסקנה שאליה מגיעים החוקרים‬ ‫מתוצאות המחקר שלהם שיש לנהוג בזהירות‬ ‫יתר מחשיפה ל‪ LED -‬כחול‪ ,‬אותה תאורה‬ ‫שמכניסים לשימוש בארץ מבלי לנקוט בשום‬ ‫צעד של זהירות‪ .‬בקריאה למקבלי ההחלטות‬ ‫היא לבדוק לפני שמחלוטים על שימוש גורף‬ ‫בטכנולוגיה זאת‪.‬‬ • Background: Light-emitting diodes (LEDs) deliver higher levels of blue light to the retina than do conventional domestic light sources. Chronic exposure to high-intensity light (2,000–10,000 lux) has previously been found to result in light-induced retinal injury, but chronic exposure to relatively low-intensity (750 lux) light has not been previously assessed with LEDs in a rodent model. • Objective: We examined LED-induced retinal neuronal cell damage in the Sprague-Dawley rat using functional, histological, and biochemical measurements. • Methods: We used blue LEDs (460 nm) and fullspectrum white LEDs, coupled with matching compact fluorescent lights, for exposures. Pathological examinations included electroretinogram, hematoxylin and eosin (H&E) staining, immunohistochemistry (IHC), and transmission electron microscopy (TEM). We also measured free radical production in the retina to determine the oxidative stress level. • Results: H&E staining and TEM revealed apoptosis and necrosis of photoreceptors, which indicated blue-light induced photochemical injury of the retina. Free radical production in the retina was increased in LED-exposed groups. IHC staining demonstrated that oxidative stress was associated with retinal injury. Although we found serious retinal light injury in LED groups, the compact fluorescent lamp (CFL) groups showed moderate to mild injury. • Conclusion: Our results raise questions about adverse effects on the retina from chronic exposure to LED light compared with other light sources that have less blue light. Thus, we suggest a precautionary approach with regard to the use of blue-rich “white” LEDs for general lighting. ‫איזה השפעות של אור בלילה יש לבדוק?‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫‪ )1‬עוצמת תאורה‬ ‫‪ )2‬אורכי גל‬ ‫‪ )3‬משך זמן החשיפה לאור בלילה‬ ‫‪ )4‬תדירות החשיפה‬ ‫‪ )5‬הזמן בלילה שבו נחשפים לתאורה –נקודה‬ ‫זאת למשל יכולה להיות חשובה במרחב‬ ‫התעסוקתי‪.‬‬ ‫אזי מהו המסר שאותו אני מנסה להעביר‬ ‫• סוגיות סביבתיות הן סוגיות מורכבות ואי אפשר‬ ‫להביא פתרון שלכאורה הוא נראה יעיל אך למעשה‬ ‫הוא ייצור בעיות עתידיות שמחירן בכל היבט יהיה‬ ‫גבוה יותר‪.‬‬ ‫• הרעיון של נורות חסכוניות היה נכון אולי לפני חמש‬ ‫עשרה שנים‪ ,‬אך עם המידע שקיים היום אנו מבינים‬ ‫שלאורך זמן אין זה חיסכון‪ .‬לסרטן שד תקופת‬ ‫דגירה של ‪ 10‬שנים ויותר‪ .‬כשאנו יודעים זאת היום‬ ‫האם זה נכון להמשיך בדרך בה אנו הולכים?‬ ‫• מבחני עלות תועלת של שימוש בנורות חסכוניות‬ ‫חייב לקחת זאת בחשבון‪.‬‬ Sustainable Illumination Economy Society Environ ment ‫מתוך שירם של סיימון וגרפונקל קול הדממה‬ • And the people bowed and prayed To the neon God they made. And the sign flashed out it's warning, In the words that it was forming. And the signs said, the words of the prophets Are written on the subway walls And tenement halls. And whisper'd in the sounds of silence