Нарушение меланопсинового эффекта сужения зрачка – фактор риска заболевания глаз

Файл статьи: 
УДК: 
614/5: 644.36
Авторы: 

В.А. Капцов 1 , В.Н. Дейнего 2

Организация: 

1 Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожной гигиены Роспотребнадзора, Россия, 125438, г. Москва, Пакгаузное шоссе, 1, корп. 1
2 Научно-производственная коммерческая фирма «ЭЛТАН ЛТД», Россия, 141190, г. Фрязино, Заводской пр., 2

Аннотация: 

Риск поражения глаз и ухудшения качества зрения в значительной степени зависит от эффективной работы биомеханической системы глаза в условиях энергосберегающего освещения. Эффективность этой системы определяется адекватностью управления зрачком глаза и ресничной мышцей.

Проведен анализ математических моделей изменения диаметра зрачка глаза от светотехнических параметров световой среды (уровня освещенности, яркости). Показана значимость и роль ганглиозных клеток в управлении диаметром зрачка глаза на сужение (миозис) при их облучении синим светом 480 нм. На основе оценки реакции зрачка на сужение при воздействии разных стимулов света (синего, красного и зеленого) сформулировано понятие меланопсинового эффекта удержания зрачка при миозисе и показано, что при воздействии импульса синего света определенных длин волн он может служить диагностическим признаком ряда заболеваний (возрастной макулярной дегенерации сетчатки, сахарного диабета). Под воздействием синего (480 нм) света ганглиозные клетки формируют управляющий сигнал для сфинктера зрачка и цилиарной мышцы, которая обеспечивает аккомодацию (по Гельмгольцу) и регулирует поток водянистой влаги в Шлеммовом канале.

Все современные энергосберегающие источники света имеют низкий уровень энергии на длине волны 480 нм из-за провала в их спектре по сравнению со спектром солнечного света той же цветовой температуры и уровня освещенности. Неадекватное управление диаметром зрачка в условиях искусственного освещения приводит к нарушению условий меланопсинового эффекта и вносит дисгармонизацию в управление оттоком водянистой влаги. Все это в совокупности при длительной зрительной нагрузке увеличивает риски возникновения глазных заболеваний в условиях современной световой среды.

Выявлено, что современные математические модели флюктуаций диаметра зрачка глаза нуждаются в уточнении с учетом новых знаний о функциональных особенностях клеток сетчатки и спектра энергосберегающих источников света.

Ключевые слова: 
биомеханическая система глаза, светодиодное освещение, синий свет, сужение зрачка, ганглиозные клетоки, меланопсиновый эффект, риск развития миопии
Капцов В.А., Дейнего В.Н. Нарушение меланопсинового эффекта сужения зрачка – фактор риска заболевания глаз // Анализ риска здоровью. – 2017. – №1. – С. 132–148. DOI: 10.21668/health.risk/2017.1.15
Список литературы: 
  1. Аветисов С.Э., Шелудченко В.М. Нужно ли нам супер-зрение? Аберрации глаза [Электронный ресурс] // Клиническая физиология глаза. – 2006. – C. 488–501. – URL: http://miroft.org.ua/origunalarts/315.html (дата обращения: 13.10.2016)
  2. Бакуткин В.В., Киричук В.Ф., Кузнецова Э.В. Влияние динамической электронейростимуляции на аккомодационные способности глаза человека // Проблемы оптической физики и биофотоники: материалы XIII Междунар. молодежной научной школы по оптике, лазерной физике и биофотонике. – Саратов: Новый ветер, 2009. – 219 с.
  3. Берман С.М., Клиер Р.Д. Недавно открытый фоторецептор человека и предыдущие исследования в области зрения // Светотехника. – 2008. – № 3. – С. 49–53.
  4. ГОСТ IEC/TR 60825-9-2013. Безопасность лазерной аппаратуры. Ч. 9. Компиляция максимально допустимой экспозиции некогерентного оптического излучения [Электронный ресурс]. – М.: Стандартин-форм, 2014. – 36 с. – URL: http://gostpdf.ru/cont/files/60825-9-2013/gost-60825-9-2013.13333.pdf (дата обра-щения: 02.10.2016).
  5. ГОСТ Р МЭК 62471-2013. Лампы и ламповые системы. Светобиологическая безопасность. – М., 2013. – URL: http://docs.cntd.ru/document/1200104817 (дата обращения: 10.10.2016).
  6. Дейнего В.Н., Капцов В.А. Свет энергосберегающих и светодиодных ламп и здоровье человека // Гигиена и санитария. – 2013. – № 6. – С. 81–84.
  7. Дорошева Е.А. Эволюционный подход к вопросам формирования близорукости: перестройка зри-тельного анализатора как адаптация к социокультурным условиям // Экспериментальная психология. – 2014. – T. 7, № 3. – С. 83–96.
  8. Исследование эффективности и безопасности для здоровья светодиодных источников света / М.В. Осико, О.А. Гизингер, Л.Ф. Телешева, И.И. Долгушин, О.И. Огнева, А.А. Федосов, А.В. Кудряшов, М.Г. Вахитов, А.С. Калинина // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6. – C. 566.
  9. Классификация исполнительных механизмов «предметной» аккомодации у человека /
    И.Н. Кошиц, О.В. Светлова, Ф.Н. Макаров, Г.А. Шилкин // Российская детская офтальмология. – 2012. – № 4. – С. 28–36.
  10. Клиническая анатомия органа зрения: части цилиарного тела [Электронный ресурс] // StudFiles: файловый архив студентов. – URL: http://www.studfiles.ru/preview/2243441/page:7/ (дата обращения: 15.10.2016).
  11. Мешков В.В. Основа светотехники. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1961. – 416 с.
  12. Николаенко Г.А. Цилиарное тело глаза человека в онтогенезе: дис. … канд. мед. наук. – Владивосток: Владивостокский государственный медицинский университет, 2005. – 140 c.
  13. Пенегин Н.И. Влияние яркости и размера поля зрения на диаметр зрачка // Труды I конф. по физиол. оптике. – М.; Л., 1936. – 396 с.
  14. Першин Б.С. Гидродинамический баланс глазного яблока при интравитреальном введении дополнительного объема жидкости (экспериментально-клиническое исследование): дис. ... канд. мед. наук. – М., 2012. – 124 с.
  15. Профилактика глазных заболеваний у детей и подростков в учебных помещениях со светодиодными источниками света первого поколения / В.Н. Дейнего, В.А. Капцов, Л.И. Балашевич, О.В. Свет¬лова, Ф.Н. Макаров, М.Г. Гусева, И.Н. Кошиц // Российская детская офтальмология. – 2016. – № 2. – С. 57–72.
  16. Реакция зрачков при установке глаз на близкое расстояние [Электронный ресурс] // Современная офтальмология: информационный портал. – URL: http://zrenue.com/nejrooftalmologija/51-normalnye-reakcii-suzhenijazrach... (дата обращения: 15.10.2016).
  17. Светлова О.В., Кошиц И.Н. Взаимодействие основных путей оттока внутриглазной жидкости с механизмом аккомодации: учебное пособие. – СПб.: Издат. дом СПб. МАПО, 2002. – 50 с.
  18. Светлова О.В., Кошиц И.Н., Дроздова Г.А.. Взаимодействие механизмов оттока водянистой влаги и аккомодации при миопии и глаукоме. Патологическая физиология глаза: монография. – 2-е изд., испр. и доп. – СПб.: Изд-во СЗГМУ им. И. И. Мечникова, 2016. – 160 с.
  19. Федоров С.Н., Ярцева Н.С., Исманкулов А.О. Рефракция и аккомодация. Глазные болезни. – 2-е изд., перераб. и доп. – М., 2005. – 440 с.
  20. Хацевич Т.Н. Медицинские оптические приборы: Физиологическая оптика: учебное пособие. – Новосибирск: СГГА, 1998. – Ч.1. – 98 с.
  21. Цилиарное тело [Электронный ресурс] // Все новости офтальмологии: национальный офтальмо-логический проект. – URL: http://www.eyenews.ru/12/13/112 (дата обращения: 15.10.2016).
  22. Электронно-оптический преобразователь (ЭОП) [Электронный ресурс]. – URL: http://go-radio.ru/electronno-opticheskiy-preobrazovatel.html (дата обращения: 10.10.2016).
  23. Adhikari P., Zele A.J., Feigl B. Post-Illumination Pupil Response // Investigative Ophthalmology & Visual Science. – 2015. – Vol. 56. – P. 3838–3849. DOI:10.1167/iovs.14-16233.
  24. Characterization of structure and function of the mouse retina using pattern electroretinography, pupil light reflex, and optical coherence tomography / K. Mohan, M.M. Harper, H. Kecova, E.A. Ye, T. Lazic, D.S. Saka-guchi, R.H. Kardon, S.D. Grozdanic // Vet. Ophthalmol. – 2012. – Vol. 15, № 2. – P. 94–104. DOI: 10.1111/j.1463-5224.2012.01034.x.
  25. Chirre E., Prieto P.M., Artal P. Dynamics of the near response under natural viewing conditions with an open-view sensor // Biomed Opt Express. – 2015. – Vol. 6, № 10. – P. 4200–4211. DOI: 10.1364/BOE.6.004200
  26. Contribution of human melanopsin retinal ganglion cells to steady-state pupil responses / Sei-ichi Tsuji-mura, K. Ukai, D. Ohama, A. Nuruki, K. Yunokuchi // Proc. R. Soc. B. – 2010. – Vol. 277. – P. 2485–2492. DOI:10.1098/rspb.2010.0330.
  27. Doyle L., Saunders K.J., Little J.-A. Trying to see, failing to focus: near visual impairment in Down syn-drome [Электронный ресурс] // Scientific Reports. – 2016. DOI: 10.1038/srep20444. – URL: http://www.na-ture.com/articles/srep20444 (дата обращения: 15.10.2016).
  28. Effect of simultaneous exposure to extremely short pulses of blue and green light on human pupillary constriction / S. Lee, S. Ishibashi, Y. Shimomura, T. Katsuura // Journal of Physiological Anthropology. – 2016. – Vol.35. – P. 20. DOI: 10.1186/s40101-016-0109-3.
  29. Ensuring safety in LED lighting [Электронный ресурс] // Electronics Weekly.com. – 2012. – URL: http://www.electronicsweekly.com/news/products/led/ensuring-safety-in-le... (дата обращения: 02.10.2016).
  30. Huang E.C., Barocas V.H. Accommodative microfluctuations and iris contour // Journal of Vision. – 2006. – Vol. 6, № 5. – P. 653–660.
  31. Marshall J. Understanding risks of phototoxicity on the eye [Электронный ресурс] // Points de Vue, International Review of Ophthalmic Optics. – 2014. – № 71. – URL: http://www.pointsdevue.com/article/under-standing-risks-phototoxicity-eye (дата обращения: 10.10.2016).
  32. Maynard M.L., Zele A.J., Feigl B. Melanopsin-Mediated Post-Illumination Pupil Response in Early Age-Related Macular Degeneration // Investigative Ophthalmology & Visual Science October. – 2015. – Vol.56. – P. 6906–6913. DOI:10.1167/iovs.15-17357.
  33. McDougal D.H., Gamlin P.D.R. Pupillary Control Pathways // The Senses: A Comprehensive Reference. – 2008. – Vol. 1. – P. 521–536.
  34. Melanopsin and Rod–Cone Photoreceptors Play Different Roles in Mediating Pupillary Light Responses during Exposure to Continuous Light in Humans Меланопсин и Род-Cone Humans / J.J. Gooley, I.H. Mien, M.A.St. Hilaire, S.-C. Yeo, E. Chern-Pin Chua, E. van Reen, C.J. Hanley, J.T. Hull, C.A. Czeisler, S.W. Lockley // Journal of Neuroscience. – 2012. – Vol. 32, № 41. – P. 14242–14253. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1321-12.2012.
  35. Morgan I.G., Ohno-Matsui K., Saw S.M. Myopia // Lancet. – 2012. – Vol.379, № 9827. – P. 1739–1748.
  36. Myopia and age-related cataract: a systematic review and meta-analysis / C.W. Pan, C.Y. Cheng, S.M. Saw, J.J. Wang, T.Y. Wong // Am. J. Ophthalmol. – 2013. – Vol. 156, № 5. – P. 1021–1033.
  37. Navarro R., Santamaría J., Bescós J. Accommodation-dependent model of the human eye with aspherics // Journal of the Optical Society of America A. – 1985. – Vol. 2, № 8. – P. 1273–1280. DOI: 10.1364/JOSAA.2.001273.
  38. Nissen C., Sander B., Lund-Andersen H. The Effect of Pupil Size on Stimulation of the Melanopsin Con-taining Retinal Ganglion Cells, as Evaluated by Monochromatic Pupillometry // Frontiers in Neurology. – 2011. – Vol. 2. – P. 92. DOI: 10.3389/fneur.2011.00092.
  39. Plainis S. Accommodative response: Physiology and Behaviouг [Электронный ресурс] // 10th Aegean Summer School in Visnal Optics Hevsnisos Crete 02.10-04.10, 2011. – URL: http://publicana.ru/files/mehanizm-akkommodacii-glaza.pdf (дата обращения: 24.10.2016).
  40. Plainis S., Ginis H.S., Pallikaris A. The effect of ocular aberrations on steady-state errors of accommoda-tive response // J.Vis. – 2005. – Vol.5, № 7. – Р. 466–477.
  41. Prevalence of Myopia and its Association with Body Stature and Educational Level in 19-Year-Old Male Conscripts in Seoul, South Korea / S.K. Jung, J.H. Lee, H. Kakizaki, D. Jee // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. – 2012. – Vol. 53, № 9. – P. 5579–5583. DOI: 10.1167/iovs.12-10106.
  42. Short wavelength enrichment of polychromatic light enhances human melatonin suppression potency / G.C. Brainard, J.P. Hanifin, B Warfield., M. Stone, M. James, M. Ayers, A. Kubey, B. Byrne, M. Rollag // J. Pineal Res. – 2015. – Vol. 58. – P. 352–361.
  43. Sliney D.H. Health and safety implications of new lighting technologies // Light and Engineering. – 2010. – Vol. 18, № 4. – P. 20–22.
  44. Tarrant J., Roorda A., Wildsoet C.F. Determining the accommodative response from wavefront aberra-tions // Journal of Vision. – 2010. – Vol. 10, № 5. – P. 4.
  45. The post-illumination pupil response of melanopsin-expressing intrinsically photosensitive retinal gan-glion cells in diabetes / B.L. Feigl, A.J. Zele, S.M. Fader, A.N. Howes, C.E. Hughes, K.A. Jones, R. Jones // Acta Ophthalmol. – 2012. – Vol. 90, № 3. – P. 230–234. DOI: 10.1111/j.1755-3768.2011.02226.x.
  46. Watson A.B., Yellott J.I. A unified formula for light-adapted pupil size // Journal of Vision. – 2012. – Vol.12, № 12. – P. 1–16. DOI:10.1167/12.10.12.

Вы здесь