Zanieczyszczenie świetlne jako czynnik desynchronizujący oddziaływania neuro-endokryno-immunologiczne. Krystyna Skwarło-Sońta w. 13;

Transkrypt

1 Zanieczyszczenie świetlne jako czynnik desynchronizujący oddziaływania neuro-endokryno-immunologiczne Krystyna Skwarło-Sońta w. 13;

2 SKAŻENIE ŚWIATŁEM ALAN: Artificial Light At Night Zakłóca naturalny wzorzec oświetlenia zarówno bezpośrednio jak i przez poświatę (łunę), powstającą przez emisję lub rozpraszanie światła na cząstkach zawieszonych w atmosferze (aerozolach) Źródła tego zanieczyszczenia: światła uliczne, ostrzegawcze, zabezpieczające, oświetlające budynki i pochodzące z mieszkań, a także światła pojazdów

3 Definicja i skutki: SKAŻENIE ŚWIATŁEM ZANIECZYSZCZENIE ŚWIETLNE: NADMIERNE lub NIEWŁAŚCIWE UŻYWANIE SZTUCZNEGO OŚWIETLENIA SKUTKI: ZMNIEJSZONA WIDOCZNOŚĆ NOCNEGO NIEBA PRZYPUSZCZALNY WPŁYW NA WZROST SKAŻENIA POWIETRZA W MIASTACH ZABURZENIA PROCESÓW BIOLOGICZNYCH W PRZYRODZIE ZABURZENIA CYKLU SNU I CZUWANIA U LUDZI MARNOWANIE ENERGII I PIENIEDZY

4 JASNE ŚWIATŁA MIEJSKIE - GŁÓWNI SPRAWCY SKAŻENIA ŚWIATŁEM

5 MINIONE i PRZEWIDYWANE SKAŻENIE ŚWIATŁEM w USA Przewidywany wzrost do 2025 o 6% rocznie Koniec lat 50. Połowa lat 70. Skala uwzględnia intensywność oświetlenia rosnącą stopniowo od porównywalnej z jasnością nocy księżycowej aż do wielokrotnie (ponad 80- krotnie) przewyższającej możliwość zobaczenia gwiazdozbioru Wielkiej Niedźwiedzicy Rok 1997 Przewidywany rok 2025

6

7 RACHUNEK EKONOMICZNY W samych USA średnio rocznie zużywa się ok. 120 terawatogodzin na oświetlenie zewnętrzne ulic i miejsc parkingowych Ta ilość energii jest równoważna zaopatrzeniu w elektryczność Nowego Jorku przez dwa lata Wg szacunków IDA (International Dark Sky Association) co najmniej 30% świateł zewnętrznych jest marnowane, co oznacza rocznie stratę 3,3 bln $ i emisję 210 mln ton CO2 Aby zużyć ten CO2 należałoby sadzić rocznie 875 mln drzew

8 PRZYRODA PROTESTUJE Naturalna jesień ALAN wywołuje sztuczną wiosnę ALAN zakłóca roczny cykl wegetacji roślin Z WSZYSTKIMI KONSEKWENCJAMI...

9 WŁAŚCIWA INSTALACJA LAMP ULICZNYCH ZMNIEJSZA SKAŻENIE ŚWIATŁEM

10 INNE ZAGROŻENIA DLA ŚWIATA ROŚLIN Zakłócona nocna aktywność zwierząt (owady, nietoperze) zapylających lub roznoszących nasiona np. ostatnio stwierdzone zagrożenie dla odnowy lasów deszczowych Zmniejszenie populacji owadów zapylających, ginących z powodu sztucznego oświetlenia

11 INNE ZAGROŻENIA DLA ŚWIATA ROŚLIN 30% roślin jadalnych dla człowieka wymaga zapylania zakłócona nocna ciemność może skutkować przerwaniem lub co najmniej niedoborami w łańcuchu pokarmowym

12 WARUNKI ŻYCIA NA ZIEMI Są określone przez powtarzające się zmiany dobowe, miesięczne i roczne, Dotyczą temperatury, światła i ciemności, pływów księżycowych, pór roku, Wspólną ich cechą jest przewidywalność.

13 DO CZEGO POTRZEBNE JEST ODMIERZANIE CZASU? Zdolność przewidywania okresowych zmian warunków środowiska implikuje konieczność istnienia endogennego zegara, odmierzającego czas. Badaniem funkcjonowania zegara u ludzi i zwierząt zajmuje się CHRONOBIOLOGIA

14 ENDOGENNY ZEGAR BIOLOGICZNY ZASADA DZIAŁANIA

15 CO TO JEST ZEGAR BIOLOGICZNY I DO CZEGO SŁUŻY? Jest to mechanizm, dzięki któremu odbieramy informację o upływie czasu Zegar DZIEŃ NOC Dawca czasu NOC NOC DZIEŃ NOC Kontrolowany proces t Zegar przygotowuje nas do zmian, jakie zajdą w otoczeniu

16 Jak zbudowany jest zegar biologiczny i gdzie się znajduje? Droga wejścia Input Oscylator Serce zegara Droga wyjścia Output Zachowanie Jądra nadskrzyżowaniowe podwzgórza - SCN Hormony Układ nerwowy obwodowy

17 Z siatkówki do SCN informacja o porze dnia przesyłana jest monosynaptycznym szlakiem siatkówkowo-podwzgórzowym Receptory melanopsynowe PACAP GLUTA PACAP peptyd aktywujący cyklazę adenylową przysadki GLUTA - glutaminian RTH szlak siatkówkowo-podwzgórzowy

18 Pobudzenie neuronów SCN skutkuje syntezą w ich ciałach kolejnych neuroprzekaźników VIP AVP

19 W SCN produkcja i uwalnianie neuroprzekaźników AVP i VIP jest rytmiczna Co wytwarza i kontroluje ten rytm?

20 ZEGAR MOLEKULARNY

21 ZEGAR MOLEKULARNY KONTROLUJE RYTMICZNĄ SYNTEZĘ NEUROPRZEKAŹNIKOW Rytmiczna synteza neuroprzekaźników PO SZCZEGÓŁY MOLEKULARNE ZEGARA ZAPRASZAM DO KOSMOSU, T. 61, 2012, No 2, str ; T. 59, 2010, No 3-4, str ; kosmos.icm.edu.pl

22 ORGANIZACJA ZEGARA BIOLOGICZNEGO SSAKA Zzegar centralny Zegary peryferyczne

23 ORGANIZACJA ZEGARA MOLEKULARNEGO Pętle transkrypcyjno-translacyjne (TTL) Zegary peryferyczne

24 ZEGAR BIOLOGICZNY KONTROLUJE FUNKCJONOWANIE NARZĄDÓW OBWODOWYCH Fu & Lee, Nature Rev Cancer, 2003, 3: Drogi nerwowe i hormonalne zaangażowane w przekaźnictwo informacji między zegarem centralnym w SCN a narządami obwodowymi

25 PODSTAWOWE RYTMY DOBOWE CZŁOWIEKA Dobowe zmiany poziomu hormonów, wytwarzania moczu i liczby komórek odpornościowych w krwi

26 SYNCHRONIZACJA PROCESÓW FIZJOLOGICZNYCH CZŁOWIEKA W CIĄGU DOBY

27 W JAKI SPOSÓB INFORMACJA o SKAŻENIU ŚWIATŁEM DOCIERA do ORGANIZMU CZŁOWIEKA/ZWIERZĄT?

28 MELATONINA PRODUKOWANA W SZYSZYNCE KRĘGOWCÓW SCN SZYSZYNKA AKSON WSPÓŁCZ. Światło nm MELATONINA JEST HORMONEM CIEMNOŚCI a ŚWIATŁO HAMUJE JEJ BIOSYNTEZĘ SZLAK SIATKÓWKOWO- PODWZGÓRZOWY RHT MELATONINA ZWÓJ SZYJNY GÓRNY NEURON PRZEDZWOJOWY

29 DROGI OBIEGU INFORMACJI ŚWIETLNEJ W ORGANIZMIE SSAKA

30 Czynniki desynchronizujące normalny rytm dobowy biosyntezy melatoniny w szyszynce: Światło w nocy (ALAN) Praca zmianowa Loty transkontynentalne Urządzenia wyposażone w LED

31 Tablet + LED niebieski Tablet bez LED Obniżenie zawartości MELATONINY w ślinie młodych ludzi, korzystających w nocy przez godzinę z urządzeń emitujących (lub nie) światło LED. Ekspozycja na światło LED (Light Emitting Diode) powoduje istotne obniżenie syntezy melatoniny w szyszynce badanych młodych ludzi. Należy poszukiwać chronobiologicznie przyjaznych rozwiązań w telefonach komórkowych i innych urządzeniach emitujących światło.

32 Skutki działania światła w nocy (np. praca zmianowa) Zwiększona częstotliwość zachorowań na raka piersi i prostaty u osób narażonych na przebywanie w warunkach skażenia światłem

33

34 ALAN a choroby nowotworowe American Cancer Society adds night work as a breast cancer risk factor Oficjalna strona

35

36

37

38 Czynniki synchronizujące zegar centralny (SCN) i obwodowe (tkanka tłuszczowa, wątroba, mięśnie)

39 Myszy były przez 4 tyg. hodowane w warunkach dlan czyli słabego światła w ciągu subiektywnej nocy (5 lx); L:D 14:10

40 W wątrobie i tkance tłuszczowej następuje osłabienie rytmu dobowego genu kontrolowanego przez zegar, związanego z regulacją metabolizmu

41

42 A jak to jest w warunkach naturalnych?

43

44 WPŁYW SKAŻENIA ŚWIATŁEM NA ROZRÓD DZIKO ŻYJĄCYCH PTAKÓW ŚPIEWAJĄCYCH

45 SŁABE ŚWIATŁO W NOCY WPŁYWA HAMUJĄCO NA ROZWÓJ GONAD I FUNKCJE ROZRODCZE KOSÓW normalne warunki nocne wielkoś ć jąder samcó w po dwóch latach oświetlania w nocy słabym światłem

46 Doświadczenie terenowe: W lipcu 8 ochotników rejestrowało przez 2 tyg aktywność życiową i intensywność oświetlenia; po każdym tygodniu oznaczano rytm dobowy snu i melatoniny w ślinie Pierwszy tydzień warunki miejskie, intensywność światła w ciągu dnia średnio ok lux

47 Drugi tydzień - camping w Górach Skalistych, oświetlenie wyłącznie naturalne, średnio ok lux L:D 14h40:9h20

48 Charakterystyka aktywności życiowej i warunków świetlnych, w których ochotnicy przebywali przez kolejne dwa tygodnie doświadczenia

49 Nie stwierdzono istotnej różnicy rytmu dobowego syntezy melatoniny ani pory i długości snu, ale w warunkach naturalnych rytmy były wyraźniej sprzężone ze wschodem i zachodem słońca i miały mniejsze zróżnicowanie osobnicze

50 W warunkach miejskich mniejsza ekspozycja na światło słoneczne w ciągu dnia natomiast większy kontakt ze światłem po zachodzie słońca Ekspozycja wyłącznie na naturalne światło synchronizuje zegar endogenny do czasu słonecznego Osoby o chronotypie późnym wykazują przyspieszenie fazy rytmu zbliżając się do chronotypu porannego Takie badania mogą ułatwić zrozumienie mechanizmów, które w nowoczesnych społeczeństwach wpływają na zaburzenia zegara, snu i większą częstość chronotypu nocnego

51 Szukamy mechanizmow

52 TRADYCYJNE ŹRÓDŁA ŚWIATŁA W POMIESZCZENIACH ZWIERZĘTARNI

53 CAŁKOWITA IZOLACJA ŚWIETLNA ZWIERZĄT DOŚWIADCZALNYCH

54 WPŁYW IZOLACJI ŚWIETLNEJ ZWIERZĄT NA WYNIKI DOŚWIADCZEŃ

55 Eksperymentalne próby wyjaśnienia mechanizmów związanych z postępującym wzrostem oporności nowotworów na skuteczną dotychczas chemioterapię: komórki ludzkiego raka piersi przeszczepione samicom szczura, hodowanym w warunkach bardzo słabego (0,2 lux) światła w nocy (dlen = dim light exposure at night); w LD światło 304 lux

56 Zastosowanie bardzo słabego światła w nocy (dlen, 0,2 lux w porównaniu do dziennego oświetlenia 200 lux) obniżyło bardzo istotnie nocną syntezę melatoniny u badanych szczurów

57 U szczurów hodowanych w warunkach dlen przeszczepione guzy nowotworowe są niewrażliwe na chemioterapię. Dostarczanie egzogennej melatoniny radykalnie zmniejsza rozrost guza

58 Wniosek: Pojawiają się dowody eksperymentalne na kolejny bardzo szkodliwy i niebezpieczny aspekt skażenia światłem, bowiem nawet bardzo słabe światło działające w nocy powoduje zmniejszenie skuteczności chemioterapii ludzkiego raka piersi, przeszczepionego samicom szczurów

59 NOCNA EKSPOZYCJA NA ŚWIATŁO (ALAN) MA POWAŻNE SKUTKI FIZJOLOGICZNE I EKOLOGICZNE, WYNIKAJĄCE Z ZABURZENIA FUNKCJI ZEGARA CENTRALNEGO (a być może także zegarów obwodowych). PRZEKAŹNIKIEM INFORMACJI O ŚWIETLE/CIEMNOŚCI JEST MELATONINA, EFEKTY FIZJOLOGICZNE WIDOCZNE SĄ W WIELU FUNKCJACH ORGANIZMU

60 WNIOSKI Zanieczyszczenie środowiska światłem jest jednym z ważniejszych problemów towarzyszących rozwojowi cywilizacyjnemu Zaburzenie cyklu dnia i nocy negatywnie wpływa na funkcje życiowe wielu organizmów, także człowieka Negatywny wpływ skażenia światłem na organizmy odbywa się głównie za pośrednictwem zaburzenia działania ich zegara biologicznego