Изобретение относится к области медицины, а именно к функциональной диагностике, сомнологии, общественному здоровью и здравоохранению, физиологии труда, хронобиологии, может быть использовано для оценки уровня вечерней и ночной меланопической световой нагрузки для проектировании световых условий в домах и на рабочих местах, в частности разработке светодизайна с применением технологий биодинамического (антропоцентрического) освещения, а также при разработке рекомендаций по световой гигиене при планировании условий труда и отдыха, нормативов СанПиН.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Меланопсин – это фотопигмент, один из опсинов, непосредственно участвует в зрительном процессе, регуляции циркадных ритмов; он находится в специализированных фоточувствительных ганглиальных клетках сетчатки глаза, в коже и мозговых тканях живонтных. Этот фотопигмент был обнаружен в ганглиальных клетках ipRGC сетчатки глаза млекопитающих. Он чувствителен к спектру света с короткой длиной волны (до 460 нм).

Меланопическое световое воздействие - это термин, используемый в данной области техники и соответствующий подаваемой к пациенту дозе света, которая равна произведению освещенности света на период времени, в течение которого его обеспечивают. Обычно его измеряют в люкс-часах (люкс - это единица освещенности в системе СИ). Для краткости в последующем описании меланопическое световое воздействие может быть сокращено до «светового воздействия».

В настоящее время, известно, что физические характеристики света в зависимости от спектра и яркости и времени суток оказывают разнонаправленное физиологическое воздействие на сон, работоспособность и циркадные ритмы (Duffy & Czeisler, 2009; St Hilaire et al., 2012; Figueiro et al., 2018; Lok et al., 2018).

Среднее время, когда начинается подъем мелатонина приходится на приблизительно 20 часов. Данный момент времени является точкой отсчета после которого меланопическое воздействие должно быть минимизировано (менее порога 10 люкс — не менее чем за 3 часа до предполагаемого отход ко сну (Brown et al., 2022), 21 час — среднее значение для DLMO (Dim Light Melatonin Onset) (Molina & Burgess, 2011). Не менее чем за 1 час оптимально снизить уровень меланопического светового воздействия до интенсивности меланопического светового воздействия, не препятствующего продукции эндогенного мелатонина. В течение всего периода сна экспозиция меланопического светового воздействия не должна превышать 1 люкс на уровне глаз (Brown et al., 2022), однако с учетом выраженных индивидуальных особенностей чувствительности (Phillips et al., 2019) рекомендованы нулевые референсные значения в течение 5 часов основного сна (00:00-5:00) сна.

При пробуждении голубой свет стимулирует активность и обосновано должен нарастать постепенно с момента 6:00 до 9:00 (средняя акрофаза кортизола, Debono et al., 2009). По объективным данным актиметрии (проект Light Arctic), среднее время пробуждения = 6:40, соответственно к 7:00 рекомендуется достигнуть превышения порога ED50 (средняя реакция на свет) = 24.60 люкс (Phillips et al., 2019). Через 3 часа после пробуждения, в среднем достигается слепая зона кривой фазового ответа (КФО) к голубому свету (Revell et al., 2012). С этого времени в течение рабочего дня, до 17:00 часов рекомендованный уровень голубого света не должен быть ниже 250 люкс (Brown et al., 2022), но с учетом циркадной физиологии обоснованным для оптимальной алертности является его плавное нарастание до 500-550 люкс (с учетом 2-кратной разностей ы оптимума 250 люкс на сетчатке по отношению к уровню освещения рабочей поверхностей, Papatsima & Lunartz, 2020) в дневной период (12:00-14:00 часов, примерная антифаза мелатонина) с дальнейшим плавным снижением. После 17:00 часов (пройдена акрофаза ритма температуры) рекомендовано уменьшение экспозиции голубого света ниже оптимальных 250 люкс (Brown et al., 2022) до достижения выше обозначенных пороговых уровней к моменту начала синтеза мелатонина.

В частности, время светового воздействия определяет физиологические ответ со стороны фазы циркадных ритмов, которая смещается на более ранние, остаётся без изменений, либо сдвигается на более поздние часы в соответствии с кривой фазового ответа (Phase Response Curves; Khalsa et al., 2003; Rüger et al., 2013).

Согласно кривым фазового ответа на свет (Minors et al., 1991; Khalsa et al., 2003; Revell er al., 2012) дневной свет ускоряет, в то время как вечерний свет замедляет биологические часы (БЧ) (иными словами, в практическом примере, сдвигает фазу сна вперед или назад). Величина сдвига различается в зависимости от исходной фазы БЧ.

Наиболее полное и адекватное практическим потребностям обоснование кривой фазового ответа на голубой свет описано в публикации Revell et al., 2012, doi: 10.1113/jphysiol.2012.235416.

За прототип взят предложенный нами ранее способ оценки прогнозируемого сдвига скорректированной средней фазы сна по Мюнхенскому тесту Munich Chrono-Type Questionnaire при изменении времени дневной световой экспозиции у лиц со свободным графиком работ (патент RU 2763641 C1).

Однако данный способ оценивает влияние света только субъективно по данным опросника и не учитывает уровень вечерней и ночной меланопической световой нагрузки, измеренной объективно.

Технической проблемой является отсутствие простого и доступного способа оценки замедления биологических часов на основе относительной вечерней и ночной меланопической световой нагрузки.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ

Техническим результатом является оценка замедления биологических часов на основе относительной вечерней и ночной меланопической световой нагрузки.

Способ осуществляется следующим образом,

для оценки замедления биологических часов на основе относительной вечерней и ночной меланопической световой нагрузки лица старше 18 лет носят актиметр регистрирующий фактически полученный уровень меланопического светового воздействия, не менее 3 суток, после чего по данным актиметрии вычисляют среднее значение фактически полученного меланопического светового воздействия суммарно за каждые 30 минут во временном периоде с 20:00 до 06:00 в микроваттах на сантиметр квадратный, далее находят разностей у между рассчитанными средними значениями фактически полученного меланопического светового воздействия и рекомендуемыми значениями уровня меланопического светового воздействия следующим образом:

за период с 20:00 до 20:30 из среднего значения, фактически полученного меланопического светового воздействия по данным актиметрии вычитают 1,46 микроватт на сантиметр квадратный;

за период с 20:30 до 21:00 из среднего значения, фактически полученного меланопического светового воздействия по данным актиметрии вычитают 1,02 микроватт на сантиметр квадратный;

за период с 21:00 до 21:30 из среднего значения, фактически полученного меланопического светового воздействия по данным актиметрии вычитают 0,88 микроватт на сантиметр квадратный;

за период с 21:30 до 22:00 из среднего значения, фактически полученного меланопического светового воздействия по данным актиметрии вычитают 0,73 микроватт на сантиметр квадратный;

за период с 22:00 до 22:30 из среднего значения, фактически полученного меланопического светового воздействия по данным актиметрии вычитают 0,44 микроватт на сантиметр квадратный;

за период с 22:30 до 23:00 из среднего значения, фактически полученного меланопического светового воздействия по данным актиметрии вычитают 0,29 микроватт на сантиметр квадратный;

за период с 23:00 до 00:00 из среднего значения, фактически полученного меланопического светового воздействия по данным актиметрии вычитают 0,15 микроватт на сантиметр квадратный;

за период с 00:00 до 05:00 из среднего значения, фактически полученного меланопического светового воздействия по данным актиметрии вычитают 0 микроватт на сантиметр квадратный;

за период с 05:00 до 05:30 из среднего значения, фактически полученного меланопического светового воздействия по данным актиметрии вычитают 0,22 микроватт на сантиметр квадратный;

за период с 05:30 до 06:00 из среднего значения, фактически полученного меланопического светового воздействия по данным актиметрии вычитают 0,95 микроватт на сантиметр квадратный;

после чего находят среднее значение соседних разностей;

после чего средние значения соседних разностей умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы, следующим образом:

средние значения соседних разностей для периодов с 20:00 до 20:30 - с 20:30 до 21:00 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,1;

средние значения соседних разностей для периодов с 20:30 до 21:00 - с 21:00 до 21:30 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,2;

средние значения соседних разностей для периодов с 21:00 до 21:30 - с 21:30 до 22:00 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,3;

средние значения соседних разностей для периодов с 21:30 до 22:00 - с 22:00 до 22:30 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,4;

средние значения соседних разностей для периодов с 22:00 до 22:30 - с 22:30 до 23:00 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,5;

средние значения соседних разностей для периодов с 23:30 до 00:00 - с 00:00 до 0:30 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,5;

средние значения соседних разностей для периодов с 0:00 до 0:30 - с 0:30 до 01:00 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,5;

средние значения соседних разностей для периодов с 0:30 до 01:00 - с 01:00 до 01:30 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,5;

средние значения соседних разностей для периодов с 01:00 до 01:30 - с 01:30 до 02:00 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,5;

средние значения соседних разностей для периодов с 01:30 до 02:00 - с 02:00 до 02:30 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,5;

средние значения соседних разностей для периодов с 02:00 до 02:30 - с 02:30 до 03:00 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,5;

средние значения соседних разностей для периодов с 02:30 до 03:00 - с 03:00 до 03:30 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,5;

средние значения соседних разностей для периодов с 03:00 до 03:30 - с 03:30 до 04:00 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,5;

средние значения соседних разностей для периодов с 03:30 до 04:00 - с 04:00 до 04:30 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,5;

средние значения соседних разностей для периодов с 04:00 до 04:30 - с 04:30 до 05:00 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,4;

средние значения соседних разностей для периодов с 04:30 до 05:00 - с 05:00 до 05:30 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,3;

средние значения соседних разностей для периодов с 05:00 до 05:30 - с 05:30 до 06:00 умножают на коэффициент потенциала сдвига фазы равный 1,2;

после чего находят сумму всех средних значений соседних разностей, умноженных на коэффициент потенциала сдвига фазы;

с учетом того, что сдвиг фазы биологических часов (маркер - ритм мелатонина) зависит также от интенсивности освещенности (Prayag et al., 2019): при пороговом значении 10 люкс сдвиг составляет около 30 минут, но при 5 люкс (средний ночной уровень референтной кривой - около 15 минут (60/4) и 120 минут (60*2) при 285 люкс (средний дневной уровень референтной кривой), для уравновешивания значений полученных в течение полных суток к коэффициенту сдвига, соответствующему 1 часу, рекомендовано вносить поправку сдвига делением произведения средних дневных значений разностей с учетом коэффициент потенциала сдвига КФО на 2, а для ночных значений — умножением на 4;

полученную сумму делят на значение ночного импакта света референтной кривой с учетом кривой фазового ответа равное 9,68 и делим на 4, в результате получают значение сдвигового потенциала на замедление биологических часов на основе относительной вечерней и ночной меланопической световой нагрузки, скорректированного по силе сдвига.

Способ оценки замедления биологических часов на основе относительной вечерней и ночной меланопической световой нагрузки был разработан в результате изучения результатов актиметрии 50 человек, и подтвержден методом определения сдвига биологических часов (циркадного ритма) посредством изучения пика синтеза мелатонина, посредством анализа концентрации мелатонина в слюне, полученной в течение суток (n=8). Данные статистического анализа показали сходимость и воспроизводилось результатов.

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример № 1

К врачу сомнологу обратился пациент К., 28 лет, в связи с нарушениями сна, синдромом хронической усталости. Со слов пациента - часто работает в ночное время. Пациенту предложено провести оценку сдвига биологических часов.

Для оценки замедления биологических часов на основе относительной вечерней и ночной меланопической световой нагрузки пациент носил актиметр регистрирующий фактически полученный уровень меланопического светового воздействия на протяжении 4 суток, после чего по данным актиметрии были вычислены средние значения фактически полученного меланопического светового воздействия суммарно за каждые 30 минут во временном периоде с 20:00 до 06:00 в микроваттах на сантиметр квадратный, далее находили разностейу между рассчитанными средними значениями фактически полученного меланопического светового воздействия и рекомендуемыми значениями уровня меланопического светового воздействия, после чего находили среднее значение соседних разностей и умножали их на коэффициент потенциала сдвига фазы. Сумму всех средних значений соседних разностей, умноженных на коэффициент потенциала сдвига фазы, делили на значение ночного импакта света референтной кривой с учетом кривой фазового ответа равное 9,68 и делили на 4, в результате получили значение сдвигового потенциала на замедление, скорректированного по силе сдвига равное 3,02 часа, что оценивается как замедление биологических часов на 3,02 часа или 3 часа и 1 минуту (расчёты представлены в таблице 1).

Таблица 1. Расчёт оценки замедления биологических часов на основе относительной вечерней и ночной меланопической световой нагрузки пациента К

Временной интервал Среднее значение фактически полученного уровня МСВ (микроватт/см²) Рекомендуемые значения уровня МСВ (микроватт/см²) разностей Среднее значение разностей Коэффициент потенциала сдвига фазы Произведение средних значений разностей на коэффициент потенциала сдвига фазы 20:00 - 20:30 4,00 01,46 2,54 7,01 1,1 7,71 20:30 - 21:00 12,50 01,02 11,48 9,21 1,2 11,05 21:00 - 21:30 7,81 00,88 6,93 6,23 1,3 8,09 21:30 - 22:00 6,25 00,73 5,52 6,45 1,4 9,02 22:00 - 22:30 7,81 00,44 7,37 8,23 1,5 12,34 22:30 - 23:00 9,38 00,29 9,09 8,38 1,5 12,56 23:00 - 23:30 7,81 00,15 7,67 6,10 1,5 9,15 23:30 - 00:00 4,69 00,15 4,54 4,61 1,5 6,92 00:00 - 00:30 4,69 00,00 4,69 7,03 1,5 10,55 00:30 - 01:00 9,38 00,00 9,38 5,61 1,5 8,42 01:00 - 01:30 1,85 00,00 1,85 1,36 1,5 2,04 01:30 - 02:00 0,86 00,00 0,86 1,54 1,5 2,31 02:00 - 02:30 2,22 00,00 2,22 1,64 1,5 2,46 02:30 - 03:00 1,06 00,00 1,06 1,57 1,5 2,36 03:00 - 03:30 2,08 00,00 2,08 1,95 1,5 2,93 03:30 - 04:00 1,82 00,00 1,82 1,97 1,5 2,96 04:00 - 04:30 2,13 00,00 2,13 1,99 1,4 2,79 04:30 - 05:00 1,85 00,00 1,85 1,74 1,3 2,26 05:00 - 05:30 1,85 00,22 1,63 0,80 1,2 0,96 05:30 - 06:00 0,93 00,95 -0,02 Сумма всех средних значений соседних разностей, умноженных на коэффициент потенциала сдвига фазы 116,89 Сдвиговый потенциал на замедление, скорректированный по силе сдвига = 116,89/9,68 = 12,075/4 = 3,02 часа

Данные полученные в результате применения способа оценки замедления биологических часов на основе относительной вечерней и ночной меланопической световой нагрузки, были подтверждены проведенными исследованиями сдвига пикового значения синтеза мелатонина.

Литература

1. Cederroth CR, Albrecht U, Bass J, et al. Medicine in the Fourth Dimension. Cell Metab. 2019;30(2):238-250. doi:10.1016/j.cmet.2019.06.019

2. Duffy JF, Czeisler CA. Effect of Light on Human Circadian Physiology. Sleep Med Clin. 2009;4(2):165-177. doi:10.1016/j.jsmc.2009.01.004

3. Figueiro MG, Nagare R, Price L. Non-visual effects of light: how to use light to promote circadian entrainment and elicit alertness. Light Res Technol. 2018;50(1):38-62. doi:10.1177/1477153517721598

4. Jones SE, Lane JM, Wood AR, et al. Genome-wide association analyses of chronotype in 697,828 individuals provides insights into circadian rhythms. Nat Commun. 2019;10(1):343. Published 2019 Jan 29. doi:10.1038/s41467-018-08259-7

5. Khalsa SBS, Jewett ME, Cajochen C, Czeisler CA. A phase response curve to single bright light pulses in human subjects. J Physiol. 2003;549:945–952.

6. Lok R, Smolders KCHJ, Beersma DGM, de Kort YAW. Light, Alertness, and Alerting Effects of White Light: A Literature Overview. J Biol Rhythms. 2018;33(6):589-601. doi:10.1177/0748730418796443

7. Phillips AJK, Vidafar P, Burns AC, et al. High sensitivity and interindividual variability in the response of the human circadian system to evening light. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019;116(24):12019-12024. doi:10.1073/pnas.1901824116

8. Prayag AS, Munch M, Aeschbach D, Chellappa SL, Gronfier C. Light Modulation of Human Clocks, Wake, and Sleep. Clocks Sleep. 2019 Mar;1(1):193-208. doi: 10.3390/clockssleep1010017. Epub 2019 Mar 13. PMID: 32342043; PMCID: PMC7185269.

9. Revell VL, Molina TA, Eastman CI. Human phase response curve to intermittent blue light using a commercially available device. J Physiol. 2012 Oct 1;590(19):4859-68. doi: 10.1113/jphysiol.2012.235416. Epub 2012 Jul 2. PMID: 22753544; PMCID: PMC3487041

10. Rüger M, St Hilaire MA, Brainard GC, et al. Human phase response curve to a single 6.5 h pulse of short-wavelength light. J Physiol. 2013;591(1):353-363. doi:10.1113/jphysiol.2012.239046

11. St Hilaire MA, Gooley JJ, Khalsa SB, Kronauer RE, Czeisler CA, Lockley SW. Human phase response curve to a 1 h pulse of bright white light. J Physiol. 2012;590(13):3035-3045. doi:10.1113/jphysiol.2012.227892

Изобретение относится к области медицины, а именно к функциональной диагностике, сомнологии, общественному здоровью и здравоохранению, физиологии труда, хронобиологии. Лица старше 18 лет носят актиметр, регистрирующий фактически полученный уровень меланопического светового воздействия не менее 3 суток. После чего вычисляют среднее значение фактически полученного меланопического светового воздействия суммарно за каждые 30 минут во временном периоде с 20:00 до 06:00 в микроваттах на сантиметр квадратный. Далее находят разности между средними значениями фактически полученного меланопического светового воздействия и рекомендуемыми значениями. Находят среднее значение соседних разностей и умножают его на коэффициент потенциала сдвига фазы и находят их сумму. Полученную сумму делят на значение ночного импакта света референтной кривой с учетом кривой фазового ответа равное 9,68 и делят на 4, в результате получают значение сдвигового потенциала на замедление биологических часов на основе относительной вечерней и ночной меланопической световой нагрузки. Способ обеспечивает оценку замедления биологических часов за счет оценки относительной вечерней и ночной меланопической световой нагрузки. 1 табл., 1 пр.

Способ оценки замедления биологических часов на основе относительной вечерней и ночной меланопической световой нагрузки, характеризующийся тем, что для оценки замедления биологических часов на основе относительной вечерней и ночной меланопической световой нагрузки лица старше 18 лет носят актиметр, регистрирующий фактически полученный уровень меланопического светового воздействия не менее 3 суток, после чего по данным актиметрии вычисляют среднее значение фактически полученного меланопического светового воздействия суммарно за каждые 30 минут во временном периоде с 20:00 до 06:00 в микроваттах на сантиметр квадратный, далее находят разницу между рассчитанными средними значениями фактически полученного меланопического светового воздействия и рекомендуемыми значениями уровня меланопического светового воздействия следующим образом: