Темная сторона света. Как световое загрязнение влияет на рост сердечно-сосудистых заболеваний, заболеваний диабетом, онкологией и болезнью Альцгеймера

 

Дмитрий Сукачев

 

Статья опубликована в журнале «Современная  Светотехника» №2

Введение

Световое загрязнение представляет собой антропогенное изменение уровня наружного освещения по сравнению с его естественным уровнем и проявляется в различных формах, включая свечение неба, нарушение светового режима, блики и чрезмерную освещенность.

Свечение неба – это яркий ореол, который возникает над городом в темное время суток.

Нарушение светового режима проявляется, когда наружное освещение проникает сквозь окна в комнаты, а на улице освещает и те поверхности, что не нуждаются в дополнительном освещении.

Блики – светящиеся поверхности светильников, неэкранированные световые отверстия и прочие источники дискомфортной блесткости.

Чрезмерная освещенность – это использование искусственного света сверх необходимого для конкретной деятельности, например, если в пустом офисном здании всю ночь горит свет. Или нормативы предусматривают Ecp = 4 лк, а вместо этого в парках на дорожках – и 20, и 30, а иногда  и все 40 лк.

Существует несколько способов оценки светового загрязнения. Чаще всего для измерения предпочитают использовать различные единицы измерения яркости поверхности, среди них:

• Кд/м², единица измерения СИ;
• Ламберт (L, Лб), внесистемная единица измерения яркости поверхности, применяемая главным образом в США 1L = 3183 Кд/м^2;
• S10, линейная внесистемная единица, определяемая как яркость поверхности площадью один квадратный градус в пределах которой находится звезда +10 звездной величины и свет которой равномерно распределяется по этой поверхности 1 S10 = 1,04 × 10⁻⁶ cd m^−2;
• mag arcsec⁻², или mpsa – звездная величина на квадратную угловую секунду. Логарифмическая внесистемная величина. На поверхности, ограниченной 1 квадратной угловой секундой, находится звезда определенной звездной величины, свет которой равномерно распределяется по этой поверхности;
• Единица ночного неба (NightSkyUnit) (NSU) – линейная, внесистемная единица. Представляет собой яркость неба в зените. За единицу NSU принимают яркость неба в зените при спокойной атмосфере, когда нет искусственных источников света. 1 NSU = 0,2 мКд/м².

За последние десятилетия световое загрязнение постоянно увеличивается. На рис. 1 представлена карта светового загрязнения территории США.

Избыточное ночное освещение крайне плохо влияет и на природу, и на здоровье людей.

Рис. 1. Карта светового загрязнения территории США

Первые исследования влияния светового загрязнения на здоровье людей начались в 90-е годы прошлого века. Но исследования были разрозненными, и не хватало данных. Например, в 2003 г. «Журнал национального онкологического института» опубликовал статью, в которой говорились, «что пока собрано мало данных о влиянии светового загрязнения на возникновение колоректального рака. Это не означает, что влияния нет, скорее пока еще недостаточно доказательств, чтобы вынести точное заключение» [6]. Но данные о негативном воздействии светового загрязнения на здоровье постепенно накапливались и в 2008 г. появились данные о том, что «у женщин, живущих в районах, где было достаточно светло, чтобы читать книгу на улице в полночь, риск развития рака груди был на 73% выше, чем у тех, кто проживал в районах с наименьшим искусственным освещением на улице» [6]. Появились и другие данные, о которых поговорим в следующих разделах.

Как световое загрязнение воздействует на здоровье человека

В книге [1] обобщили исследования негативного воздействия избыточного наружного освещения на здоровье людей. Авторы пишут, что искусственный свет в ночное время (Artificial light at night (ALAN)) экспоненциально растет во всем мире, что обусловлено переходом на новые эффективные технологии освещения. В то же время ALAN и вызванное им световое загрязнение могут привести к непреднамеренным физиологическим последствиям.

Эффект светового загрязнения проявляется в ночное время, вызывая неустойчивый сон или его отсутствие, то есть бессонницу в то время, когда человек должен спать. Регулярное несоблюдение правил гигиены сна на протяжении длительного времени вызывающее нарушения в работе мелатониновой и дофаминовой систем, приводит к риску возникновения бессонницы и, как следствие, к спектру болезней.

По разным оценкам, от 50 до 70 миллионов американцев хронически страдают от расстройства сна и бодрствования, что мешает ежедневному функционированию и отрицательно сказывается на здоровье и долголетии. Известно около 90 различных нарушений сна; большинство из них отмечены одним из этих симптомов: чрезмерная сонливость в дневное время, трудности с началом или поддержанием сна и ненормальные события, происходящие во время сна.

Кумулятивные долгосрочные последствия потери сна и нарушений сна были связаны с широким спектром вредных последствий для здоровья, включая повышенный риск гипертонии, диабета, ожирения, депрессии, сердечного приступа и инсульта. После десятилетий исследований можно с уверенностью утверждать, что потеря сна и нарушения сна оказывают глубокое и широко распространенное влияние на здоровье человека.

По данным ВОЗ, основная причина недосыпания – просмотр ТВ-передач, компьютерные игры или чтение книг допоздна. Второе место занимает сверхурочная работа – эту причину указали 30% недосыпающих. Еще 23% опрошенных объясняют недосыпание возрастом и проблемами со здоровьем. 15% сообщили, что имеют проблемы со сном из‑за маленького ребенка в семье. Посторонний шум беспокоит 11%. Не высыпаются из‑за развлечений вне дома 8%, еще 4% указали, что спать им мешает храп супруга.

Эти расстройства сна на первый взгляд не связаны со световым загрязнением. Но избыточно яркое вечернее освещение нарушает выработку мелатонина, гормона, который помогает быстро уснуть.

Из 90 известных симптомов расстройства сна остановимся на тех, которые вызваны световым загрязнением. Это инсомния: на засыпание уходит более 30 минут; ночные и ранние утренние пробуждения, после которых на засыпание требуется более 30 минут. Следующая – циркадианные нарушения ритма сна-бодрствования: трудности засыпания в социально-приемлемое время, более чем на два часа отличающееся от фактического.

Исследования показали, что избыточное яркое освещение вечером влияет на эти нарушения.

Отсюда важным гигиеническим следствием является обеспечение должного уровня освещенности спальных помещений, которая зависит от засветки окон или работающих световых приборов (ночники, электронные часы, телевизор.)

Засветка окон жилых помещений внешним освещением негативно влияет на мелатониновую систему человека и увеличивает риски возникновения бессонницы. Этот вид засветки является частью общей проблемы светового загрязнения окружающей среды человека. Ряд исследований показали, что световое загрязнение подавляет выработку мелатонина у рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих, включая людей. Выработку мелатонина может подавлять даже и приглушенное освещение, при котором освещенность не превышает 6 лк.

У человека основным регулятором биологических циклов является мелатонин, который синтезируется в эпифизе человека в ночное время. При световом загрязнении в ночное время процесс синтеза мелатонина нарушается. Пока мы спим, мелатонин обеспечивает выполнение многих функций организма: он управляет эндокринной системой, оказывает влияние на иммунитет, его участие необходимо для правильного регулирования артериального давления, пищеварения и работы нейронов – клеток головного мозга. Но яркий свет перед отходом ко сну и во время сна нарушает выработку мелатонина, что чревато развитием опасных заболеваний.

Эпидемиолог Ричард Стивенс из министерства энергетики США обнаружил связь между раком молочной железы и световым загрязнением в конце 1980‑хгодов. Он показал, что темпы развития рака молочной железы были значительно выше в промышленно развитых странах, где ночное освещение (загрязнение) более интенсивно, чем в развивающихся регионах. С точки зрения гигиениста, лучшим является светильник, который светит четко вниз.

Негативное воздействие избыточно яркого ночного освещения дополняется спектром светодиодных источников света.

Человеческая раса развивалась под солнцем тысячи лет. Именно солнечный спектр света сформировал структуру «молекулярной машинерии» зрения, которая в этой световой среде формирует адекватную матрицу откликов управляющих сигналов, зрительных образов и психологических состояний.

Спектр светодиодных источников света значительно отличается от спектра света, к которым адаптировались глаза, а следом – и циркадное регулирование гормональной системы. В спектре вечернего солнечного света или пламенных источников света, которыми наши пещерные пращуры освещали свои пещеры, практически нет синего света. В спектре светодиодов – его избыток. Наличие избыточной дозы синего света создает предпосылки для подавления мелатонина в ночное и дневное время суток, а также оказывает негативное воздействие на зрительный анализатор человека. Недостаток мелатонина – одна из причин инсомии.

Со временем выявили негативное влияние светового загрязнения. Их обсудим в следующем разделе

Влияние светового загрязнения на психику человека, метаболические процессы и сердечно-сосудистые заболевания

NajmaldinEzaldinHassan в статье «LightPollutionandItsEffectsonHumanHealthandtheEnvironment обобщил результаты 74 исследований и разбил их на отдельные группы.

Психологические воздействия

Постоянное воздействие искусственного света повышает уровень стресса и тревожности. Бедросян и Нельсон (2013); Ле Гейтс и др. (2014) обнаружили, что длительное воздействие яркого искусственного света в ночное время нарушает циркадные ритмы и влияет на реакцию организма на стресс, что может привести к повышению уровня стрессовых маркеров и усилению тревоги.

Воздействие искусственного света, особенно в ночное время, может способствовать развитию депрессивных симптомов.

Менкулини и др. (2014) заметили, что воздействие искусственного света в ночное время нарушает регуляцию настроения, способствуя появлению симптомов депрессии. Они выяснили, что световое загрязнение нарушает естественный режим сна и гормональный баланс, которые имеют решающее значение для поддержания психического здоровья.

Блюм и соавторы (2019) обнаружили, что воздействие света в ночное время способствует развитию расстройств настроения, поскольку влияет на способность справляться с ежедневными стрессовыми факторами.

Длительное воздействие искусственного света связано со значительными психологическими последствиями, включая повышенный риск развития расстройств настроения. Бедросиан и Нельсон (2013) обнаружили, что хроническое воздействие искусственного света в ночное время может привести с течением времени  к стойким нарушениям настроения.

Воздействие избыточно яркого освещения на когнитивные функции

Нарушение сна, вызванное световым загрязнением, может негативно влиять на внимание и концентрацию. Киллгор (Killgore, 2010) обнаружил, что нарушение сна из-за воздействия искусственного света в ночное время ухудшает когнитивные функции. Недостаточный сон в результате светового загрязнения приводит к трудностям с концентрацией внимания во время повседневной деятельности.

Нарушение сна, вызванное световым загрязнением, ухудшает функции памяти. Хавекес и др. (2016) продемонстрировали, что недостаточный сон, вызванный воздействием искусственного света, влияет на кратковременную и на долговременную память. Их исследование подчеркивает пагубное влияние нарушений сна на способность обрабатывать и запоминать информацию, что имеет решающее значение для обучения и когнитивного развития. Янг и др. (2024) обнаружили, что хроническое воздействие искусственного света в ночное время приводит к трудностям с планированием, организацией и выполнением задач. Авторы исследования считают, что когнитивные нарушения связаны с нарушением циркадного ритма и последующими нарушениями сна.

Длительное воздействие искусственного света в ночное время особенно сильно снижает когнитивные способности у пожилых людей. Их исследование подчеркивает влияние длительного воздействия искусственного света на когнитивное здоровье, подчеркивая важность поддержания регулярного режима сна для сохранения когнитивных функций. Световое загрязнение может негативно влиять на обучение и академическую успеваемость. Портнов (2024) показал, что свет изменяет циркадные ритмы и приводит к нарушениям настроения и раздражительности. В исследовании подчеркивается важность поддержания постоянного свето-темного цикла для психического здоровья.

Сираджи и другие (2022) обнаружили, что чрезмерное воздействие искусственного света ухудшает внимание и память, которые важны для поддержания стабильного настроения. Это ухудшение может привести к тому, что у студентов, подвергающихся воздействию высокого уровня искусственного света в ночное время, снижается успеваемость. Искусственное освещение в ночное время может привести к умственному утомлению и снижению когнитивной эффективности. Люди, подвергающиеся воздействию искусственного света в ночное время, испытывают более высокий уровень умственной усталости, что ухудшает когнитивную деятельность. Это исследование подчеркивает важность управления освещенностью для предотвращения умственной усталости и поддержания когнитивной эффективности.

Повышенный риск хронических заболеваний

Воздействие светового загрязнения на ожирение и метаболический сидром

Нарушенный режим сна тесно связан с повышенным риском ожирения. Патель и Ху (2008) обнаружили, что недостаточный сон или нерегулярный режим сна приводят к увеличению веса и повышению индекса массы тела (ИМТ). Исследование показало, что недостаток сна влияет на гормоны, регулирующие аппетит, что приводит к увеличению потребления пищи и способствует развитию ожирения. Нарушение режима сна связано с развитием метаболического синдрома — совокупности состояний, включающих гипертонию, гипергликемию и дислипидемию. Knutson и Van (2008); Arora и Taheri (2015) провели обзор данных, свидетельствующих о том, что нарушения сна могут ухудшать метаболизм глюкозы, повышать инсулинорезистентность и способствовать развитию абдоминального ожирения — всех ключевых компонентов метаболического синдрома.

Нарушения сна могут привести к гормональному дисбалансу, который способствует развитию ожирения и метаболического синдрома. Spiegel и другие (2004) установили, что нерегулярный режим сна влияет на лептин и грелин – гормоны, которые регулируют чувство голода и сытости. Дисбаланс этих гормонов из-за плохого сна может приводит к повышению аппетита и увеличению веса. Knutson и другие (2006) показали, что плохое качество сна повышает риск развития инсулинорезистентности, которая является предшественником диабета второго типа.

Нарушение сна негативно влияет на метаболизм глюкозы, способствуя развитию ожирения и метаболического синдрома. Stamatakis и Punjabi (2010) обнаружили, что фрагментарный сон ухудшает толерантность к глюкозе и повышает уровень глюкозы натощак. Нарушенный режим сна связан с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний, которые часто ассоциируются с метаболическим синдромом. Meng et al. (2013) провели обзор исследований, показавших, что низкое качество сна и его короткая продолжительность связаны с повышенным риском гипертонии, сердечно-сосудистых заболеваний и инсульта, которые относятся к метаболическому синдрому [67]. Нарушение сна может вызывать воспалительные реакции, которые способствуют развитию ожирения и метаболического синдрома. Ирвин и Опп (2017) обнаружили, что нерегулярный режим сна повышает уровень маркеров воспаления, таких как С-реактивный белок (CRP), которые связаны с ожирением и метаболическим синдромом.

Воздействие светового загрязнения на здоровье сердечно-сосудистой системы

Световое загрязнение увеличивает риск развития гипертонии. Koo и другие (2016) обнаружили, что воздействие искусственного света в ночное время нарушает циркадный ритм, что приводит к повышению артериального давления и увеличивает риск развития гипертонии. В исследовании подчеркивается физиологический стресс, вызванный расстройством сна, и его влияние на здоровье сердечно-сосудистой системы.

Воздействие искусственного света в ночное время увеличивает сердечно-сосудистые заболевания. Стивенс и Чжу (2015) установили, что длительное воздействие светового загрязнения может привести к хроническому стрессу и повышению риска сердечно-сосудистых заболеваний, включая ишемическую болезнь сердца и сердечную недостаточность. Нарушение циркадных ритмов из-за светового загрязнения негативно сказывается на здоровье сердечно-сосудистой системы. Ламфар и др. (2022) обнаружили, что воздействие света в ночное время нарушает выработку мелатонина и повышает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Мелатонин играет важнейшую роль в регуляции функций сердечно-сосудистой системы, и его недостаточное количество способствует развитию сердечных заболеваний.

Obayashietal. (2013) показали, что воздействие искусственного света в ночное время ухудшает метаболизм глюкозы и повышает риск ожирения. Ожирение ухудшает течение сердечно-сосудистых заболеваний. Scheeretal. (2009) обнаружили, что нарушение сна и циркадных ритмов из-за светового загрязнения повышает уровень маркеров воспаления, таких как С-реактивный белок (CRP), которые ассоциируются с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Каппуччио и др. (2011) показали, что воздействие яркого света в ночное время увеличивает риск развития сердечно-сосудистых нарушений, включая повышенный риск инсульта и инфаркта.

Влияние светового загрязнение на заболевание Болезнью Альцгеймера.

Исследование Медицинского центра Университета Раша (Чикаго, США)

Яркое наружное освещение ночью коррелируется с более высокой распространенностью Болезни Альцгеймера. Но для людей старше 65 лет избыточное наружное освещение не является главной причиной заболевания болезнью Альцгеймера. Фибрилляция предсердий, диабет, гиперлипидемия, гипертония и инсульт вносят больший вклад в распространение болезни Альцгеймера. Но избыточно яркое ночное освещение, как фактор риска, который может привести к болезни Альцгеймера, вносит больший вклад в заболевание, чем злоупотребление алкоголем, хронические заболевания почек, депрессия, сердечная недостаточность и ожирение.

Поразительно, но воздействие ночного света сильнее ассоциировалось с распространенностью болезни Альцгеймера среди людей в возрасте до 65 лет, чем любой другой фактор заболевания.

Для людей моложе 65 лет избыточное ночное освещение выступает основным фактором риска заболевания болезнью Альцгеймера, по сравнению с остальными факторами риска. Хотя трудно предположить, почему люди моложе 65 лет могут быть особенно уязвимы к воздействию света в ночное время.

Для каждого штата (за исключением Аляски и Гавайев) или округа были получены усредненные данные об интенсивности ночного освещения за период с 2012 по 2018 годы, а также данные за каждый год отдельно для каждого штата. Штаты были разделены на пять групп, а данные по графствам – на четыре группы в соответствии со средней интенсивностью ночного освещения, и был проведен дисперсионный анализ и тест Тест Тьюки на действительно значимую разницу для парных сравнений, чтобы определить распространенность болезни Альцгеймера в разных группах. Корреляционный анализ также проводился с данными по штатам и округам для оценки связи между распространенностью БА и средней освещенностью в ночное время.

Затем применили линейную модель со смешанными эффектами и изучили взаимосвязи со всеми данными, с учетом корреляции внутри штата или внутри округа из-за повторных измерений. Оценки по штатам и округам включали в модель возраст, пол и расу. Для данных по штату учитывались биологические ковариации (фибрилляция предсердий, хроническая болезнь почек, депрессия, диабет, сердечная недостаточность, гиперлипидемия, гипертония, ожирение и инсульт) и проводился анализ по подгруппам: возраст (65+, < 65), пол (мужчины, женщины) и раса (жители азиатско-тихоокеанских островов, латиноамериканцы, коренные американцы, не испаноязычные черные, не испаноязычные белые). Анализы проводились с использованием SAS (SAS, Statistical Analysis System – «статистическая система анализа»). Этот язык программирования применяется для обработки, анализа и визуализации данных, построения статистических моделей. – примечание мое).

Директор Института мозга Научного центра неврологии, академик РАН, доктор медицинских наук Сергей Иллариошкин прокомментировал эти исследования [5]. Ученый отметил, что, прежде всего, ночное освещение нарушает нормальный цикл сна и бодрствования. Это очень плохой фактор. Он подвергает нас стрессу, а также ломает механизм нормальной адаптации к стрессам, которые неизбежно настигают человека в течение дня. Чтобы произошла компенсация, восстановление сил, нужен полноценный сон. Он возможен только в темноте. Исследования показывают, что в присутствии источников света структура сна меняется. Со временем это приводит к сбоям различных процессов в головном мозге, в том числе затрудняет обновление нервных клеток и способствует поддержанию хронического нейровоспаления. Кроме того, ночное освещение может нарушать работу так называемой глимфатической системы, продолжает академик Иллариошкин.

Упрощенно говоря, это специальная система очистки нашего головного мозга от вредных веществ, которые образуются в процессе жизнедеятельности клеток. Известно, что именно в темноте, в ночное время происходит максимально интенсивное удаление из мозга бета-амилоида и тау-белка, с избытком которых связывают развитие болезни Альцгеймера.

Световое загрязнение может вызывать сбои работы  глимфатической системы, которая завязана на нормальный суточный ритм. И это еще один механизм, повышающий риск Альцгеймера, поясняет эксперт.

 

Выводы

Ри2. Карта светового загрязнения  штатов США, в которых больше всего заболевших Болезнью Альцгеймера.

 

Рис.3. Карта светового загрязнения Москвы и Санкт-Петербурга.

Исследования показали, что избыточно яркое ночное освещение негативно влияет на здоровье людей. На рис.2 представлена карта светового загрязнения штатов США, в которых больше всего заболевших Болезнью Альцгеймера. На рис.3 – карта светового загрязнения Москвы и Санкт-Петербурга. Световое загрязнение этих городов такое же, что и городов США. Значит и риск заболеть Болезнью Альцгеймера у их жителей такой же, как и для обитателей городов США.

В крупных городах уменьшение светового загрязнения становится вопросом жизни и здоровья, а не только эстетики.  Значит, надо уменьшать яркость наружного освещения. Самое парадоксальное, что для этого надо только… следовать нормам СП 52.13330.2016 для пешеходных пространств и селетебных территорий. Например, нормы предусматривают для «дворов … на территориях микрорайонов, боковых аллей и вспомогательных входов общегородских парков и центральных аллеи парков административных округов» Ег = 2 лк.

При разработке проекта освещения небольшого муниципального парка была использована концепция освещения «вернуть людям ночь», однако долго не удавалось подобрать светильники, которые мог ли бы обеспечить такую освещенность. При требуемой равномерности распределения освещенности Ег получалась 20, 30  и даже 40 лк. Представители светотехнических компаний очень удивлялись и говорили, что такой запрос у них впервые, что обычно все просят «светильники помощнее». Поэтому стоит дополнить требования к освещению пешеходных пространств и селетебных территорий положением, что запрещается превышать нормы более, чем на 1-2ступени. Только так можно будет вернуть людям ночь, а с нею и здоровье. Ведь световое загрязнение российских городов такое же, что и американских городов, в которых исследовали влияние светового загрязнения на риск возникновения болезни Альцгеймера.

 

Литература

1. Капцов В. А., Дейнего В. Н. ЭВОЛЮЦИЯ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ: ВЗГЛЯД ГИГИЕНИСТА. Под ред. член-корр. РАН ВилькМ.Ф. и КапцоваВ.А. М.: 2021.
2. Hassan N. E. Light Pollution and Its Effects on Human Health and the Environment: A Review // Asian Journal of Environment & Ecology. 2024. Vol. 23. Iss. 10.
3. Barentine J. C. Night Sky Brightness Measurement, Quality Assessment and Monitoring. Springer Nature, 2021.
4. Voigt R. M., Ouyang B., Keshavarzian A. Outdoor nighttime light exposure (light pollution) is associated with Alzheimer’s disease. Frontiers in Neuroscience, 06.09.2024.
5. Интервью Академика РАН Сергей Николаевич Иллариошкин газете КП 18.10.2024.
6. Chepesiuk R. Missing the Dark Health Effects of Light Pollution // Environmental Health Perspectives. Vol. 117. No. 1.

Реклама в журнале: anton.denisov@ecomp.ru