Что мы знаем и чего не знаем о влиянии синего света на людей
Еще пятьдесят лет назад считалось, что синий свет угрожает только пилотам, сварщикам, полярникам и альпинистам. Всем им достаются особенно яркие солнечные лучи — прямые или отраженные от снега — в том числе и синие, и есть риск получить ожог сетчатки. Но эксперименты, проведенные в 1970-х годах на обезьянах, показали: чтобы всерьез обжечь глаза синью, нужно смотреть в упор на синий прожектор мощностью в пару киловатт. Обычные люди в то время с такими прожекторами не сталкивались, а значит, решили комиссии по охране здоровья, беспокоиться не о чем. Ведь тогда для освещения в домах люди обычно использовали желтые лампы накаливания, а самым сильным источником синего света было Солнце, к которому наши предки явно адаптировались за сотни миллионов лет.
Но с конца 1990-х годов на смену лампам накаливания пришли энергосберегающие флуоресцентные. Они излучали уже не равномерно во всем видимом диапазоне, а отдельными пиками, из которых два-три приходились на синюю часть спектра, с длиной волны от 400 до 500 нанометров. А потом японские инженеры создали синие галлий-нитридные светодиоды, которые светят в совсем узком диапазоне: 450–480 нанометров. Люминофорные лампы, которые преобразуют этот свет в белый (и другие цвета), получились гораздо более дешевыми и устойчивыми, чем флуоресцентные — и заняли их место в светильниках.
Тогда американские исследователи решили все-таки проверить, что будет, если прицельно направить в человеческий глаз свет того или иного цвета. В своих экспериментах, которые начинались в полночь, они сначала два часа убаюкивали испытуемых, а затем фиксировали положение их головы, расширяли им зрачки и на полтора часа включали монохроматическое освещение с той или иной длиной волны: от 420-нанометрового фиолетового до 600-нанометрового оранжевого.
Оказалось, что при освещении в синем диапазоне спектра — от 446 до 477 нанометров — в крови испытуемых в два-три раза падает уровень гормона мелатонина (такой же эффект в других экспериментах воспроизвели даже у некоторых слепых людей). После такого врачи и биологи, изучающие влияние света на биоритмы, сконцентрировались именно на синем.
Одновременно с этим в 2001 году появились первые атласы ночной уличной засветки — и оказалось, что две трети населения Земли живет в условиях светового загрязнения. Тогда же врачи заметили, что пациентов с бессонницей становится больше: постепенно, на один процент — но каждый год. А жители больших городов тем временем все больше обрастали карманными гаджетами и светодиодными светильниками, излучающими свет именно с той длиной волны, что сильнее всего подавляла производство мелатонина у добровольцев из американского эксперимента.
В 2014 году изобретатели синих светодиодов получили Нобелевскую премию — как раз за вклад в создание бытовых светильников и ярких мониторов. Параллельно с этим в нормативах по освещению городов и дорог появился термин «синяя опасность» (blue hazard), о котором раньше упоминали только в инструкциях по работе с осветительными приборами. Комиссии Евросоюза и некоторых регионов и городов США предложили беречь горожан и дикую природу от лишней засветки и рекомендовали ограничить использование «слишком синих» ламп в дорожном освещении. А с 2015 года Apple, Samsung и Microsoft начали предлагать «желтые» режимы для экранов. По заявлениям компаний, это должно было сделать чтение с экрана более комфортным для пользователей и улучшить их сон.
Европа, равно как и все остальные развитые страны на планете, продолжает светиться все ярче — хотя и с перерывом на пандемию и локдауны. Снимки из космоса показывают, что зеленый свет в ночной окраске Земли с 2012 по 2020 годы прибавил 11 процентов, а яркость синей засветки выросла почти на четверть. Параллельно выросло время, которое люди проводят перед экраном (особенно дети).
Впрочем, ВОЗ и международные комиссии, занятые проблемами здравоохранения, пока сохраняют спокойствие. И не спешат заявлять о том, что синий свет вредит здоровью, — в их документах речь идет только о возможных рисках.
Судя по тому, что мы видим в экспериментах с мышами и обезьянами, синие лучи могут действовать на организм двумя способами.
Синий свет может обжигать — правда не совсем так, как это делает яркое солнце, которое излучает по всему видимому диапазону. Некоторые пигменты внутри клеток — флавины, порфирины и меланины — хорошо поглощают синий свет, но при этом запускают образование свободных радикалов. А те уже повреждают сами клетки; так появляется фотохимический ожог. Лучше всего с этим справляется сине-фиолетовый свет с длиной волны 410–450 нанометров.
В первую очередь от него достается коже. В лабораторных условиях это проверяли на культуре человеческих клеток, а еще на лысых мышах (потому что если кожа покрыта волосами, то они поглощают большую часть света). У них от синих лучей действительно появились ожоги — правда их интенсивность была в сотни раз больше, чем выдает обычный светодиодный дисплей.
Внутренние ткани от синих лучей у млекопитающих не страдают — их полностью поглощает кожа (а вот у маленьких животных вроде дрозофил свет может проникать глубже и повреждать нервную систему). Но один орган кожей не защищен — это глаза. У макак, например, синий свет в относительно высоких дозах (30-35 джоулей на квадратный сантиметр — столько можно получить за один день под солнцем при ясной погоде) вызывает ожог сетчатки. У небольших животных, вроде крыс, ожоги возникают через несколько недель, проведенных под синими лампами комнатной интенсивности. А после ожога из поврежденных пигментных клеток сетчатки вырастают опухоли.
Второй эффект от синих лучей связан уже не напрямую с их физическими свойствами — а с тем, что световой день заканчивается синими сумерками. В это время что-то еще можно разглядеть и чем-то заняться — а вот когда исчезает и синий свет, наступает ночь. Поэтому именно синий служит для животных организмов индикатором дня. В сетчатке, помимо палочек и колбочек, есть и другие фоточувствительные клетки — нейроны, содержащие пигмент меланопсин. Он ловит лучи в диапазоне 460-480 нанометров, активирует нейроны, те шлют сигналы в гипоталамус, а тот откладывает сон, тормозя эпифиз — железу, которая выделяет мелатонин.
Поэтому, если несколько часов или даже минут светить на мышь или крысу ярким синим светом, у нее падает уровень мелатонина в крови. А если делать это по ночам, то грызуны меньше спят и позже засыпают. Но проблемы возникают не только с мелатонином и сном. Под влияние синего света попадают и другие гормоны. Под синей лампой у мышей повышается уровень гормона стресса кортизола. Возможно, избыточное освещение в синем спектре также вызывает у грызунов опухоли молочных желез — возможно, из-за нарушений в производстве половых гормонов. А при долгой жизни под синей лампой у крыс сбивается сердечный ритм — и здесь тоже, по всей видимости, замешаны какие-то гормоны.
Судьба грызунов под синей лампой незавидна. Но воспроизвести тот же самый эффект на людях довольно сложно. Яркость света, под который ученые сажают животных, сильно меняется от эксперимента к эксперименту: в одних работах она соответствует комнатному ночнику, в других — в десятки раз выше.
А с самими людьми все не так просто. У нас совсем другие отношения со светом, чем у мышей. Например, мы гораздо менее волосаты и куда больше времени проводим на солнце, а значит, наша кожа хуже защищена от ярких лучей. Правда, жгучее действие синего света в составе солнечного спектра обычно сложно заметить на фоне ожогов, вызванных ультрафиолетовым излучением.
Человеческие глаза тоже должны сильнее мышиных страдать от синего света, ведь человек дневное животное, а мышь — сумеречное. Но человек живет гораздо дольше, чем мышь, и за десятилетия в клетках хрусталика накапливаются окисленные белки, имеющие желтый цвет. Они забирают на себя большую часть синего света, не давая ему повредить сетчатку. И пока неясно, страдают ли в норме наши глаза от синего света и вызывает ли он, как у мышей, рост опухолей в сетчатке.
С бодрящим гормональным эффектом синего у людей тоже не все так просто. С одной стороны, биохимические результаты похожи на то, что получается в экспериментах с животными: час яркой сини в глаза снижает выработку мелатонина примерно в два раза. Если светить на них во время сна (даже в закрытые глаза!), то у испытуемых иногда возникают изменения на ЭЭГ: медленная фаза сна становится длиннее, а быстрая — короче. В некоторых исследованиях удалось заметить влияние света и на другие гормоны: 40 бессонных часов под синей лампой повысили в организме испытуемых уровень кортизола и изменили концентрацию половых гормонов в крови.
Но как только с испытуемыми перестают обходиться, как с мышами, и приближают условия эксперимента к повседневной городской жизни, результаты получаются совсем другими. Если продлить исследование до нескольких недель и имитировать городскую ночную засветку, синий свет перестает влиять на продолжительность сна. А яркий белый свет вызывает такие же гормональные изменения, как и синий. Да и сами мыши в таких человечных условиях сохраняют режим дня и на бессонницу не жалуются.
К тому же, результаты экспериментов на людях получаются разными в зависимости от того, где эти люди живут и в какое время года с ними работают. Например, зимой добровольцы в исследованиях оказываются более чувствительны к синим лучам, чем летом. Но, как правило, за несколько недель люди и их гормоны адаптируются к любым изменениям освещения. А полуторамесячный эксперимент с полярниками даже показал, что в полярную ночь синий свет, наоборот, облегчает засыпание.
Быть может, дело еще и в том, что на сон людей влияют не только сами по себе синие лучи, но и связанная с ними активность — например, использование гаджетов. Если эти воздействия разделить, результаты экспериментов оказываются противоречивыми. У добровольцев, которые сидят в телефоне перед сном, действительно ухудшаются засыпание и качество сна. А если просто светить синим на людей, которые ложатся спать, то у них, наоборот, после пробуждения повышается внимание, возникает чувство бодрости и улучшаются когнитивные функции.
Такие же трудности возникают и со всеми остальными эффектами синего света — которые связаны с другими гормонами и обменом веществ. Синий свет подозревают, например, в том, что он нарушает ритм сердца у работников ночной смены, а еще провоцирует ожирение и астму. Пишут даже о влиянии светового загрязнения во время беременности на вес младенца и о связи с риском урологических и гинекологических опухолей. Но поскольку все эти исследования — наблюдательные, в них практически невозможно разделить, какой вклад в возникновение болезней дало освещение, а какой — образ жизни, связанный с работой в ночное время суток. Как заключили доктор Лау Амдисен (Lau Amdisen) с коллегами, которые неделю наблюдали за влиянием белого и синего света на сон трех сотен датчан, «сама по себе интенсивность света не влияет на качество сна в той степени, при которой ее можно было бы вычленить из влияния других важных факторов повседневности».
Получается, что хотя данных «из спальни» пока недостаточно, данные из лаборатории довольно однозначны. Поэтому, несмотря на спокойствие минздравов и ВОЗ, исследователи и инженеры ищут способы защитить людей от синего света — вдруг пригодится? Но и здесь все оказывается не так просто.
Теоретически, помочь могло бы любое вещество, которое поглощает синий свет и не запускает при этом производство активных форм кислорода. Такими свойствами обладают многие антиоксиданты, входящие в состав пищевых продуктов, — лютеин, зеаксантин, ликопин, бета-каротин. Но препараты с этими веществами относятся к БАДам и не проходят должных испытаний, а те испытания, которые есть, как правило, невысокого методологического качества. Так что хорошего экспериментального подтверждения этой идее у нас нет.
Большинство сегодняшних кремов от загара тоже не блокируют синий свет — такой крем должен быть желтого оттенка, что едва ли понравится покупателям. Но компании ведут работы в этом направлении, а дерматологи предлагают альтернативные системы маркировки, которые учитывают и синий свет, и ультрафиолетовое излучение.
Солнцезащитные очки могут отфильтровать часть синего света. Но можно подойти к задаче радикальнее и поменять хрусталик. Специальные защитные хрусталики (желтее обычных) существуют, их используют при катаракте. И на них одно время возлагали большие надежды, полагая, что они уберегут сетчатку от фотостарения. Но исследования показали, что желтые хрусталики не влияют ни на развитие возрастных изменений, ни на цветовосприятие, ни на уровень мелатонина. Видимо, человеческие мозг и сетчатка и здесь переигрывают экспериментаторов — и подстраиваются под новый режим освещения.
Другая возможная стратегия — изменить световой фон вокруг себя. Режимы «без синего» в гаджетах пока плохо выдерживают проверку экспериментом. Например, в 2021 году американские психологи подсчитали, что переход на «ночной режим» экрана на одну неделю никак не повлиял на продолжительность и качество сна студентов, пользующихся айфонами. А в другом исследовании выяснилось, что у добровольцев меньше всего устают глаза от серого и синего неяркого экранов — а зеленая и красная подсветки им проиграли.
Зато сейчас появились светодиоды нового поколения, в которых свет излучают органические молекулы. И с помощью этой технологии можно снизить или свести к нулю долю синего, на который реагирует меланопсин. Такие органические светодиоды, судя по расчетам, не должны снижать уровень мелатонина в организме смотрящего, но в эксперименте это пока не подтвердили.
Как спасти людей от синевы — да и нужно ли это делать — пока непонятно. Синий свет никогда не приходит в одиночку, он всегда идет в придачу к каким-то другим опасностям. Лежа на пляже, человек получает не только пучок синих лучей, но и дозу ультрафиолета. Засидевшись вечером за компьютером, он естественно рискует сбить режим дня и не выспаться — в той же мере, в которой рискует этим, увлекшись чтением книги или чем-то еще. Синий свет выглядит не самостоятельной проблемой, а симптомом городского образа жизни, который часто не укладывается в нормативы от врачей и минздравов.
Но вот с уличной засветкой что-то делать все-таки придется. Потому что нам уже точно известно, кто от нее страдает. Малиновки начинают петь до рассвета, голуби и вороны-свистуны лишаются сна по ночам. Летучие мыши и насекомые-опылители просто перестают залетать в города и их окрестности — и только замена светодиодов в дорожных светильниках с синих на красные помогает вернуть их обратно. Свежевылупившиеся детеныши морских черепах, которые особенно чувствительны к синему свету, ползут в его сторону и рискуют не добраться до воды — что ставит под угрозу существование многих средиземноморских популяций. Бабочки летят на коротковолновой свет — и чаще от этого гибнут, а перелетные птицы, наоборот, завидев издалека источник синего света (например, небоскреб), облетают его стороной. И если их путь лежит над крупной агломерацией, смена маршрута может обернуться смертью животных от истощения.
Поэтому, пока одни ученые разбираются с людьми, другие бьют тревогу и призывают международные организации принять меры — хотя бы ради спасения животных. И можно надеяться, что через какое-то время города станут краснее — а еще лет десять спустя можно будет подсчитать, насколько полезно это оказалось для людей.