Luz ambiental : medidas y efectos sobre el sistema circadiano humano

Abstract

El principal objetivo de esta Tesis Doctoral fue investigar los efectos de la luz, tanto natural como artificial, en el sistema circadiano humano. Para ello, el objetivo del capítulo 1 fue mejorar las capacidades del dispositivo de monitorización circadiana ambulatoria (ACM, Kronowise®) desarrollando un algoritmo que permita determinar la intensidad de la luz, el horario y la estimulación de luz circadiana, diferenciando entre luz visible, luz circadiana, luz infrarroja, así como discriminar entre distintas fuentes de luz (natural, artificial con alto contenido infrarrojo, artificial con bajo contenido infrarrojo) en voluntarios en condiciones de vida libre. Nuestros resultados muestran que el dispositivo de ACM provisto de los tres sensores de luz y el algoritmo desarrollado en este estudio permiten una detección exacta del tipo, la intensidad y el horario de luz tanto para luz visible como circadiana, junto con la monitorización simultánea de varios ritmos circadianos marcadores, que abren la posibilidad de explorar la sincronización por luz en grandes grupo poblacionales mientras mantiene su modo de vida habitual. El objetivo del capítulo 2 fue determinar la influencia de la temperatura de color de la luz en dos marcadores circadianos: inhibición de melatonina y reflejo pupilar a la luz en personas jóvenes y ancianas. Nuestros resultados confirmaron que incluso la luz con menor contenido en radiación azul produjo inhibición de melatonina significativa. Por otro lado, mayor contenido en luz azul produjo mayor contracción en la respuesta pupilar después del estímulo luminoso que está regulada por las ipRGCs. En conclusión, ambas técnicas son útiles para analizar el impacto de la luz en el sistema circadiano, ya que proporcionan información diferente y complementaria. El objetivo del capítulo 3 fue desarrollar un método práctico para evaluar fuentes de iluminación artificial, basándose no solo en su potencia espectral y, por lo tanto, la correspondiente activación de los fotorreceptores circadianos, sino también en la discriminación cromática, el confort y los efectos circadianos. Nuestros resultados demuestran que el método propuesto en este estudio es una herramienta adecuada para evaluar los efectos de cualquier fuente de iluminación en el sistema circadiano, puesto que aborda la valoración desde tres perspectivas diferentes que son complementarias e interdependientes, y además considera tanto variables objetivas como subjetivas. Teniendo en cuenta que las transiciones DST modifican el comportamiento humano y, por lo tanto, sus patrones de exposición a la luz, el objetivo del capítulo 4 fue investigar esa relación considerando también el sueño y la curva de respuesta de fase humana a la luz. Hasta donde sabemos, éste es el primer estudio que monitoriza la exposición personal a la luz en participantes en condiciones naturales antes y después de los cambios horarios. Nuestros resultados reflejan que la transición de marzo actúa como un avance de fase y la adaptación es más difícil que la transición de octubre, ya que representa un retraso de fase, que es la tendencia natural del marcapasos central circadiano. Además, nuestros hallazgos reflejan la gran influencia de la iluminación artificial en los cambios de fase. Tanto la luz natural como la iluminación artificial tienen efectos sobre el sistema circadiano humanos, y esta última es constituye una importante variable a considerar. Los sensores de luz de Kronowise® y nuestro algoritmo son herramientas útiles para evaluar estos efectos en condiciones de vida libre y en situaciones que puedan producir cronodisrupción, como los cambios horarios. El desarrollo de protocolos y medidas integrales y no invasivos nos ayudará a profundizar en el entendimiento de la sincronización circadiana y los mecanismos implicados en la cronodisrupción.

The main objective of this Doctoral Thesis was to investigate the effects of light, both natural and artificial, on the human circadian system. The aim of chapter 1 was to improve the ambulatory circadian monitoring device (ACM, Kronowise®) capabilities by developing an algorithm that allows to determine light intensity, timing and circadian light stimulation by differentiating between full visible, infrared and circadian light, as well as to discriminate between different light sources (natural and artificial with low and high infrared composition) in subjects under free living conditions. Our results show that the ACM device provided with three light sensors and the algorithm developed here allow an accurate detection of light type, intensity and timing for full visible and circadian light, with simultaneous monitoring of several circadian marker rhythms that will open the possibility to explore light synchronization in population groups while they maintain their normal lifestyle. The main objective of chapter 2 was to determine the influence of light color temperature on two circadian markers: melatonin inhibition and pupillary light reflex in young and aged people. Furthermore, we aimed to investigate the best theoretical model that fits its prediction to our results. We confirmed that even the light condition with less content in blue radiation produced significant melatonin suppression. On the other hand, higher content in blue spectrum produced higher contraction in the PIPR regulated by ipRGCs. In conclusion, both PLR and melatonin suppression can be useful techniques to analyze light impact on circadian system since they provide different and complementary information. The objective of chapter 3 was to develop a practical method to evaluate artificial light sources, based not only on their spectral power and thus, the corresponding activation of circadian photoreceptors, but also chromatic discrimination, comfort and circadian effects. Our results proved the method here proposed is an adequate tool to evaluate the effects of any light source on the circadian system, since it focuses the assessment from three different approaches that are complementary and interdependent and considers both objective and subjective variables. Considering that DST transitions modify human behavior and, therefore, their lighting exposure patterns, the aim of chapter 3 was to investigate that relationship considering also sleep and the human phase response curve to light. These results show that during both DST transitions, the morning light exposure (in the phase advance zone) is the most influenced by the new local time, probably because during the afternoon and night, the use of artificial lighting is predominant regardless the time shift. Up to our knowledge, this is the first study monitoring personal light exposure in participants under natural conditions before and after DST transitions. Our results reflects that March DST transition acts as a phase advance and adaptation to it is more difficult than to October transition, since it represents a phase delay, which is the natural tendency of circadian central pacemaker. Moreover, our findings reflect the great influence of artificial lighting on phase shifts. Both natural and artificial lighting have an effect on the human circadian system, and this latter constitutes an important variable to consider. Kronowise® light sensors and our algorithm are useful tools to assess these effects under free living conditions and in chronodisruptive situations, such as daylight saving time transitions. The development of integrative and non-invasive protocols and measurements will help us to deep in understanding of circadian adjustment and mechanisms involved in chronodisruption