В.А. Капцов, В.Н. Дейнего, Д.В. Козырицкий Светодиодные светильники с характеристиками спектра, биологически адекватными для человека, и мутации вирусов COVID-19 (№ 3, 2024)

УДК 614.875

 

Светодиодные светильники с характеристиками спектра, биологически адекватными для человека, и мутации вирусов COVID-19

Валерий Александрович Капцов, д-р мед. наук, профессор, чл.-корр. РАН, зав. отд. ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт гигиены транспорта» Роспотребнадзора, Москва, Российская Федерация,
e-mail: kapcovva39@mail.ru

Виталий Николаевич Дейнего, ст. науч. сотр. ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт гигиены транспорта» Роспотребнадзора, Москва, Российская Федерация, e-mail: vn-led@bk.ru

Даниил Витальевич Козырицкий, науч. сотр. ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт гигиены транспорта» Роспотребнадзора, Москва, Российская Федерация

 

Аннотация. Для современного человека характерно длительное пребывание в замкнутой среде, в частности на объектах пассажирских транспортных систем. Для таких систем характерны низкие потолки, на которых размещены светодиодные светильники, и воздушная среда, содержащая множество вирусов. В статье рассмотрены проблемы взаимодополняющего влияния избыточной дозы синего света (в спектре светодиодного освещения) и вирусов COVID-19, индуцирующих повреждение митохондрий клеток, фибробластов в структуре гематоэнцефалических барьеров и нарушение процессов синтеза клеточных микротрубочек в структурах зрительного анализатора человека (глаза и мозга). Рассмотрены общие проблемы процесса воздействия COVID-19 на митохондрии и синтез патогенного белка приона, который является причиной отложенной до 10–15 лет высокой смертности [1; 2]. Механизм спонтанного возникновения прионных инфекций до конца не ясен. Считается, что прионы образуются в результате ошибок в биосинтезе белков (PrP).

Для поражения вирусов COVID-19 предложено формировать световую среду обитания человека с применением светодиодных модулей c групповыми дистанционными конвекторами (далее – ГДК), в состав которых входят светодиоды с длиной волны 425 нм. Эти источники света создают излучение с биологически адекватными для человека характеристиками спектра, что обеспечивает оптимальное восприятие цветных сигналов и сохранение на длительное время активной работоспособности, которое является залогом обеспечения высокого уровня транспортной безопасности. Данный спектр света не создаёт предпосылки негативного воздействия вирусов COVID-19 на здоровье человека.

Показано, что методические основы концепции построения и формирования этой световой среды изложены в монографиях «Эволюция искусственного освещения: взгляд гигиениста» и «Цветовое зрение и безопасность движения». Основой построения светодиодных светильников является запатентованное техническое решение ГДК (по первым буквам фамилий авторов – Гордиенко В.Р., Дейнего В.Н. и Капцов В.А.), в основе которого лежит адаптированная для светотехники теорема Котельникова, а также закон «необходимого разнообразия». В соответствии с данным законом спектр излучения формируется совокупностью пяти опсинов, которые отвечают за зрительные и незрительные эффекты, происходящие в организме человека. Сформулированные положения легли в основу концепции формирования оптимальной световой среды для всех транспортных систем – космических, подземных и подводных, особо актуальной для арктических транспортных систем.

Ключевые слова: пассажирский транспорт; безопасность; световая среда; надводные и подводные объекты; космические станции; митохондрии; фибробласты; гематоэнцефалический барьер

 

LED luminaires with spectrum characteristics biologically adequate for humans and COVID-19 virus mutations

V.A. Kaptsov, Doctor of Medical Sciences, Professor, Corresponding Member of the RAS, Head of Department of All-Russian Scientific Research Institute of Transport Hygiene, Moscow, Russian Federation

V.N. Deinego, Senior Researcher of All-Russian Scientific Research Institute of Transport Hygiene, Moscow, Russian Federation

D.V. Kozyritsky, scientific of All-Russian Scientific Research Institute of Transport Hygiene, Moscow, Russian Federation

 

Annotation. For a modern person, it is typical to stay in a closed environment for a long time, in particular at the facilities of passenger transport systems. Such systems are characterized by low ceilings, on which LED lamps are placed, and an air environment containing many viruses. The article considers the problems of the complementary effect of an excessive dose of blue light (in the spectrum of LED lighting) and COVID-19 viruses, which induce damage to the mitochondria of cells, fibroblasts in the structure of blood-brain barriers and disruption of the synthesis of cellular microtubules in the structures of the human visual analyzer (eye and brain). The general problems of the process of COVID-19 exposure to mitochondria and the synthesis of the pathogenic prion protein, which is the cause of high mortality delayed up to 10–15 years, are considered [1; 2]. The mechanism of spontaneous occurrence of prion infections is not completely clear. It is believed that prions are formed as a result of errors in protein biosynthesis (PrP).

To defeat COVID-19 viruses, it is proposed to form a light environment of a closed human habitat using LED modules with group remote convectors (GDK), which include LEDs with a wavelength of 425 nm. These light sources create radiation with biologically adequate spectrum characteristics for humans, which ensures optimal perception of color signals and long-term preservation of active performance, which is the key to ensuring a high level of transport safety. This spectrum of light does not create prerequisites for the negative impact of COVID-19 viruses on human health.

It is shown that the methodological foundations of the concept of the construction and formation of this light environment are set out in the monographs «The evolution of artificial lighting: the view of a hygienist» and «Color vision and traffic safety». The basis for the construction of LED lamps is the patented technical solution of the GDK (according to the first letters of the authors' surnames – Gordienko V.R., Deinego V.N. and Kaptsov V.A.), which is based on Kotelnikov's theorem adapted for lighting engineering, as well as the law of «necessary diversity». In accordance with this law, the radiation spectrum is formed by a combination of five opsins, which are responsible for visual and non-visual effects occurring in the human body. The formulated provisions formed the basis for the concept of creating an optimal light environment for all transport systems – space, underground and underwater, which is especially relevant for Arctic transport systems.

Keywords: passenger transport; safety; light environment; surface and underwater objects; space stations; mitochondria; fibroblasts; blood-brain barrier

 

Безопасное и эффективное функционирование пассажирского и специального транспорта является залогом обороноспособности и динамичного развития экономики России, богатство которой будет прирастать за счет освоения ресурсов Севера и Дальнего Востока. В арктических условиях особенно важно учитывать влияние спектра освещения на здоровье человека и его работоспособность в условиях применения низкопотолочных светодиодных светильников и сложной эпидемиологической обстановки. Скученность людей в замкнутом пространстве транспортных объектов может способствовать быстрому распространению постоянно мутирующего вируса COVID-19.

При эксплуатации транспортных систем необходимо правильно формировать световую среду на следующих объектах (см. рис.1).

 

Рис. 1. Обобщенная схема транспортной системы [3]

 

Многообразие объектов транспортной инфраструктуры обусловливает необходимость унификации источников света, так как реципиентом их спектрального излучения является зрительный анализатор человека.

Ещё до эпидемии COVID-19 специалисты ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт гигиены транспорта» Роспотребнадзора изучили возможность применения светодиодного освещения (светодиодный источник света – синий кристалл, покрытый желтым люминофором) на железнодорожном транспорте при выполнении работ в профессиях, связанных с безопасностью движения, прежде всего машинистов-водителей и диспетчеров-операторов. Результаты оценки влияния светодиодного освещения на функциональное состояние и работоспособность железнодорожников с использованием утверждённых методик профессионального отбора выявили изменения негативного характера. Это выразилось в некотором снижении функциональной устойчивости к цветоразличению зелёного и красного сигналов, а также в увеличении времени сложной зрительно-моторной реакции и значимом снижении готовности к экстренному действию обследованных лиц [4].

Учитывая изложенное, при разработке стратегии безопасности световой среды в постковидный период (после 2019 года) следует особое внимание уделять физиологическим и психофизиологическим показателям: скорости реакции, приспособлению организма человека к условиям окружающей среды, выносливости, индивидуальным показателям восприятия света сетчаткой глаза, особенностям сумеречного зрения, которые могут быть существенно скорректированы воздействием вирусов на зрительный анализатор человека.

В настоящее время современные санитарные номы и правила не содержат требований к спектральному составу света для человека и этой проблемой в России на государственном уровне никто не занимается [5]. Ее актуальность возрастает в связи с появлением специфичных вирусов
COVID-19 (типа XBB.1.16 «Арктур»), главным симптомом которых является поражение зрительного анализатора человека [6]. О последствиях поражения вирусами COVID-19 структур мозга хорошо известно.

Следовательно, нормативная база для применения светодиодных источников света в качестве основного освещения должна разрабатываться только на основе комплексного подхода к изучению их влияния на показатели, отражающие функциональное состояние организма человека (физиологические и психологические) и не способствующие снижению защитных функций организма. Подчеркнем, что нужно внимательно относиться к трансферу световых технологий и так называемой гармонизации нормативных документов, не допуская механического переписывания технических требований производителя без проведения собственных научных исследований. К сожалению, приоритеты производителя продукции зачастую отличаются от основополагающего принципа гигиены – не вредить. Необходимо разрабатывать свои полупроводниковые источники белого света с солнцеподобным спектром излучения как для общего освещения, так и для подсветки мониторов. Осветительные приборы и установки, разработанные на базе этих источников света, должны создавать минимальные уровни светового загрязнения окружающей среды, исключать негативное влияние на здоровье человека, эффективность гематоэнцефалических барьеров (далее – ГЭБ) и развитие болезней индуцированных вирусами COVID-19. Снижение эффективности ГЭБ может привести к повышенному проникновению в защищаемые органы (сетчатку глаз, мозг) биологически опасных агентов, которые могут являться источниками заболеваний и быть отложенными источниками высокой смертности людей (например, из-за формирования в ткани мозга патогенного белка приона).

Появление на рынке светодиодного освещения огромного числа производителей светодиодов с амбициозными концепциями их безопасности приводит к необходимости разработки методологии гигиенической оценки проведенных разработок и концепций. В нашей стране на уровне государства принят общий концептуальный бренд – природоподобные (конвергентные) технологии. Современные технологии должны развиваться на основе знаний о солнечном свете и реакции светочувствительных систем человека на это воздействие. Нами постулировано, что солнцеподобный спектр излучения определяется как спектр света с биологически адекватными для человека характеристиками.

К светочувствительным системам человека относятся опсины кожи, глаз и мозга человека, а также митохондрии. Такое взаимодействие исследует актуальное научное направление проблемы гигиены света и эволюционной гигиены, находящееся на стыке медицины и светотехники с целью изучения основополагающих законов света и его биологического действия на человека.

Целями наших исследований в течение ряда лет были анализ существующих концепций по созданию полупроводниковых источников света (светодиодов), формирование методов гигиенической оценки спектров их света; выявление закономерностей, которые могли стать методологической основой гигиены света и эволюционной гигиены. В частности, как эпидемия приобретенной миопии при светодиодном освещении может стать наследственной.

Для достижения поставленных целей был проведен анализ многообразия концепций, согласно которым спектры разработанных ими источников приближались к спектру солнечного света. Определен стандартный источник и спектр света, относительно которого проводилась оценка светодиодных источников света. Выбранная модель исследований «спектр света источника – спектр отраженного света – светочувствительные рецепторы зрительного анализатора – реакция человека на воздействие» из-за высокой сложности обладала высокой степенью неопределенности. Поэтому наш метод исследования базируется на широко применяемом в медицине [7] кибернетическом подходе, адаптированном нами к решению проблем гигиены света и изложенном в авторской монографии «Эволюция искусственного освещения: взгляд гигиениста» [7].

Его основу составили следующие законы:

– закон необходимого разнообразия для синтеза адекватного спектра света [8];

– Q-законы оценки последствий воздействия света [9], но эти законы применимы к другим дестабилизирующим факторам, например вирусам COVID-19;

– теорема Котельникова – цифровой обработки сигналов оптической системы источника света [10].

Рассмотрим новые аспекты применения указанных выше законов к новой концепции синтеза светодиодного спектра света с биологически адекватными для человека характеристиками в условиях низкопотолочных светодиодных светильников и современной эпидемиологической обстановки, в которой широко культивируются штаммы COVID-19 и типа XBB.1.16 «Арктур». Данные штаммы, как и синий свет, поражают митохондрии и разрушают гематоэнцефалические барьеры, поражают глаза человека и мозг. Врач-инфекционист, канд. мед. наук, главный врач клинико-диагностической лаборатории «ИНВИТРО-Сибирь» Андрей Поздняков отметил, что в случае с «Арктуром» конъюнктивит глаз в последнее время действительно отмечается чаще, чем при заражении предыдущими субштаммами. Он также отмечал, что конъюнктивит при «Арктуре» характерен для европейской части населения. Вероятно, появление такого симптома, как конъюнктивит, обусловлено особенностями европейской части населения [11].

В обзоре [12] особое внимание уделяется характеристике множественных изменений в структуре экспрессии генов и митохондриальном метаболизме при COVID-19; представлена сложность взаимодействий между SARS-CoV-2 и митохондриальными белками.

 

Рис. 2. Общие отношения между SARS-CoV-2 и митохондриями с клеточной точки зрения

 

Исследование [13] показало широкий спектр митохондриальной активности, которая серьезно подвержена влиянию инфекции SARS-CoV-2. В частности, эти результаты твердо установили ключевую роль митохондрий в патогенезе COVID-19 благодаря тонким взаимодействиям между органеллами, иммунной системой и молекулярными паттернами, связанными с повреждением митохондрий, изменениями в функциональности и подвижности митохондрий, множественными взаимодействиями между белками SARS-CoV-2 и митохондриальным протеомом хозяина и участием митохондрий в передаче клеточной сигнализации, серьезно пострадавшей от SARS-CoV-2. Митохондриально-опосредованный противовирусный иммунитет представляет собой первую линию защиты пациента. У пациентов с COVID-19 изменяется экспрессия генов, связанных с митохондриями, митохондриальные функции и связанные с ними метаболические пути. Кроме того, ускоренные старением множественные митохондриальные дисфункции, включая увеличение АФК, окислительное повреждение, повышенную частоту мутаций митогенома, дезрегуляцию OXPHOS, а также снижение выработки АТФ, уровня коэнзима Q (CoQ) и сбой в механизмах антиоксидантной защиты, способствуют факторам, влияющим на тяжесть COVID-19 и приводящим к увеличению смертности. Необходимо отметить, что вирусы COVID-19 воздействуют на ДНК клетки (нейрона) через мутацию ДНК митохондрий, что увеличивает вероятность появления патогенного белка приона, который является отложенной причиной высокой смертности в человеческой популяции. Такой механизм развития воздействия вирусов очень опасен для подрастающего поколения и дальнейших популяций. Можно предположить, что целью мутаций вируса COVID-19 будет синтез в ткани мозга детей белка приона – отложенной смерти. Представим себе последствия заражения. Спустя 3–7 месяцев, а может, и через 15 лет на неограниченной территории начинается массовое развитие прионной болезни мозга [14; 15; 16; 17].

Митохондрии также относятся к ключевым органеллам, участвующим в клеточном обороте железа (Fe). При воздействии SARS-CoV-2 происходят нарушения в гомеостазе железа – его накопление в митохондриях. Повышенный уровень свободного железа в митохондриях является следствием провоспалительных процессов, а его избыточное накопление способствует дальнейшему окислительному стрессу, приводящему к перекисному окислению липидов и снижению толерантности к глюкозе. Нарушение гомеостаза железа также деструктивно влияет на нейромеланин нейронов мозга (голубого пятна и черного тела), а также на меланин сетчатки глаза. Аминокислота тирозин является исходным пунктом биосинтеза меланина. Тирозин преобразуется в эумеланины и феомеланины при участии ферментов: тирозиназы и TRP1 (Tyrosine Related Protein 1) и TRP2 (Tyrosine Related Protein 2). В нейронах головного мозга находится нейромеланин. Известно, что нейромеланин способен связываться с селективными по отношению к дофаминергическим нейронам нейротоксинами и реагировать с железом, способствуя его накоплению в нейронах и превращая ионы Fe3+ в высокореактивную форму Fe2+, что обеспечивает склонность к окислительному стрессу и способствует нейрональной смерти.

В исследовании [18] сообщалось об отложении тау-белков в образцах тканей головного мозга при вскрытии пациентов с COVID-19 по сравнению с контрольной группой, а органоидная модель человеческого мозга in vitro показала аберрантное фосфорилирование тау-белка в ответ на инфекцию SARS-CoV-2. Тау-белок (тубулин) в норме стабилизирует микротрубочки нейронов, но при воздействии инфекции SARS-CoV-2 и деградации митохондрии образует разнообразные патологические скопления внутри нейронов. Тау-белок имеет около 85 сериновых (S), треониновых (T) и тирозиновых (Y) участков потенциального фосфорилирования. Фосфорилирование тау в определенных участках необходимо для его нормального функционирования, однако аномальное фосфорилирование, или гиперфосфорилирование, запускает его преобразование в форму, которая играет патологическую роль.

То, что митохондрии являются ключевым звеном всех биохимических процессов в клетке, легло в основу так называемой «гипотезы митохондриального каскада». Особое внимание уделено взаимодействию тау-белка с митохондриями [19].

Митохондриальные ДНК могут существенным образом влиять на ДНК ядра клетки путем изменения порядка синтеза гена белков, в частности тау-белка или белка приона. В работе показано, как гибридный белок OptoTau, состоящий из криптохрома 2 (CRY2olig) и полноразмерного тау-белка с патогенной мутацией P301L, под управлением синего света повторяет цикл преобразования тау-белка из состояния капель в состояние стабильных твердых гранул, которые накапливаются и ведут к гибели нейрона [20].

 

Рис. 3. Общий цикл преобразования мутированного тау-белка из капельного состояния в твердое

 

Совокупность процессов взаимодействия света, вирусов и митохондрий клеток функциональных структур глаза с образованием деструктивных остатков можно описать как множество Q-законов восприятия дестабилизирующих факторов. Это множество может дополняться по мере открытия новых циклических процессов с деструктивным остатком. Из Q-законов вытекают интересные и полезные для нормотворчества гигиенистов следствия по формированию требований к адекватному спектральному составу световой среды по критерию динамической устойчивости таких процессов. Например, для восстановления и разрушения коллагена, который синтезируется в фибробласте, и образования деструктивного остатка (коллагена), для оценки устойчивости к воздействию избыточной дозы синего света и активности вирусов в разрушении гематоэнцефалических барьеров. Фибробласты способны синтезировать различные белки (полезные и деструктивные) в зависимости от степени деградации митохондрий под воздействием деструктивных агентов (высокая доза синего света, повышенная радиация, электромагнитное облучение, вирусы, химические, а также органические вещества).

В составе ГЭБ выделяют несколько характерных образований: собственно гематоэнцефалический барьер головного и спинного мозга, гематоликворный барьер сосудистых сплетений желудочков, барьер паутинной оболочки и гематоретинальный барьер, эффективно отделяющие мозг от остальных компартментов внутренней среды организма, в первую очередь – от крови [21].

Глаза – это входной портал (окно) для избыточной дозы синего света и вирусов [22]. Не исключена возможность проникновения вируса COVID-19. по зрительному нерву в мозг человека. Ранее немецкие ученые выяснили, что SARS-CoV-2 способен проникнуть в мозг по обонятельному нерву, это показали результаты вскрытия пациентов, умерших от коронавируса. Обонятельный нерв тянется от слизистой оболочки носа в полость черепа, где переходит в обонятельную луковицу, а она – в обонятельный тракт, и далее до обонятельного анализатора в коре головного мозга. Таким образом, проникнув в клетки нерва, вирус может подняться в мозг и попасть в разные его отделы [23].

Результаты посмертных исследований мозга пациентов с COVID-19 свидетельствуют об изменениях как в астроцитах, так и в микроглии. COVID-19 активирует мощную реакцию глиальных клеток, которые физиологически действуют как главный регулятор воспалительных, защитных и регенеративных процессов. Однако у некоторых пациентов восстановление физиологического состояния глии не происходит [24].

С учетом вышеуказанных наблюдений обращают на себя внимание жалобы пациентов на снижение зрения после перенесенного COVID-19 при нормальных показателях визометрии и офтальмоскопии [25].

В 2023 году в Индии появился коронавирус XBB 1.16 («Арктур»).
У вируса Арктура есть дополнительная мутация в шиповидном белке, которая потенциально может дать ему новые свойства – еще большую заразность и патогенность. Индийские врачи заметили важную особенность нового коронавируса: он чаще вызывает поражение глаз по типу конъюнктивита. Врачи отмечают, что этот симптом встречается и у детей [26].

Не исключено, что вирус XBB 1.16 («Арктур») может поражать мозг детей с отдаленными последствиями. Для вируса, преградой которому выступает гематоэнцефалический барьер сетчатки глаз, главное – не убить хозяина, а последствия пока трудно прогнозируемы для зрения и мозга детей.

На рис. 4 приведена общая схема воздействия светодиодного света и вируса на зрительный анализатор человека, а также указаны места размещения гематоэнцефалических барьеров в сетчатке глаза. Совместное воздействие этих факторов может создавать условия для снижения эффективности ГЭБ по защите структур зрительного анализатора от негативного воздействия вирусов типа «Арктур».

 

Рис. 4. Общая схема зрительного анализатора человека

 

Доза синего света может создавать условия для эффективного проникновения вируса COVID «Арктур» через ГЭБ структур глаза и мозга, негативно воздействуя на астроциты и нейроны мозга. На рис. 5 приведена общая схема размещения ГЭБ и гематоретинального барьера сетчатки глаза.

 

Рис. 5. Общая микроанатомия сетчатки и гематоретинальных барьеров c указанием потока синего света (по вертикали) и потока деструктивных агентов в капиллярах кровеносной системы (по горизонтали)

 

На этом рисунке представлена структура сетчатки, расположенная между внутренней пограничной мембраной (ILM) и хориоидальным слоем (хориоидеей), который снаружи выстилает клетки пигментного эпителия сетчатки (RPE). По слою RPE нейроны пересекают всю толщину сетчатки и радиально соединены (PR, фоторецепторы; BP, биполярные клетки; GC, ганглиозные клетки). Другие нервные клетки – это амакриновые клетки (MA), горизонтальные клетки (HC) и клетки Мюллера (MC), которые, в частности, заканчиваются на уровне внешней пограничной мембраны (OLM). Сосуды, отходящие от центральной артерии сетчатки, образуют три различных капиллярных русла, которые размещены рядом со слоями нерва/ганглиоза, внутренним плексиформным и внешним плексиформным и соединены между собой артериолами и капиллярами.

Подробно представлена структура внутреннего барьера «кровь – сетчатка», которая состоит из нескольких гистологических элементов: адгезивных и плотных соединений между капиллярами, слоев перицитов вокруг эндотелиальных клеток и отростков от клеток Мюллера. Все они принимают участие в контроле метаболитов и обмене жидкости и эндотелиальной пролиферации.

Представлена структура внешнего гематоретинального барьера (oBRB), состоящая из мембраны Бруха и слоя RPE, которые играют ключевую роль в контроле нескольких параметров, включая внутреннее давление и форму глаза, обмен кислорода и рециркуляцию материалов из слоя фоторецепторов.

Сотрудниками ФГБУН «Институт биохимической физики им. Н.М. Эммануэля» РАН уделялось большое значение исследованиям воздействия синего света на внешний гематоретинальный барьер (oBRB) [27; 28].

На рис. 6 приведены обобщенные результаты воздействия света (ламп накаливания и синих светодиодов) на функциональную активность структур гематоретинального барьера.

 

Рис. 6. Общие данные об условиях проводимых исследований на базе ФГБУН «Институт биохимической физики им. Н.М. Эммануэля» РАН: а – подсветка клеток перепелов лампой накаливания, желтым источником света и синими светодиодами; б – спектры подсветки клеток и энергетические параметры освещения

 

В результате проведенных исследований специалисты ФГБУН «Институт биохимической физики им. Н.М. Эммануэля» РАН пришли к выводу, что пребывание испытуемых перепелов в низкоинтенсивной среде синего света, в отличие от световой среды лампы накаливания, приводит в отдаленном будущем к изменениям в функциональной активности структур гематоретинального барьера [28].

Механизмы негативного воздействия синего света на внутренний гематоретинальный барьер сетчатки (iBRB) рассмотрены в работе [29]. В этой работе показано, что воздействие синего света может нарушать структуру iBRB. У мышей, подвергшихся воздействию синего света, наблюдалась утечка iBRB , уровень которой зависит от уровня освещенности синим светом. Результаты исследований показали, что утечка iBRB является ранним событием, которое предполагает развитие географической атрофии и возрастной макулярной дегенерации [30].

Эти изменения могут инициировать быстрое развитие глазных болезней особенно в условиях массового заражения вирусом XBB 1.16 («Арктур»).

Глаз и мозг имеют схожее эмбриологическое происхождение, схожие структурные и физиологические характеристики. Глаз рассматривается как окно в мозг и помогает контролировать микроциркуляцию и нейродегенерацию. Микрососуды конъюнктивы и сетчатки берут начало во внутренней сонной артерии и включают капилляры, прекапиллярные артериолы и посткапиллярные венулы [31].

Нарушение микроциркуляции в сетчатке было обнаружено при рассеянном склерозе [25] и болезни Альцгеймера [32]. Нарушение микроциркуляции в сетчатке глаза может возникать по причине нарушения работы в базовом элементе ГЭК сетчатки глаза и нейронных структур мозга. Такими элементами (узлами) ГЭК являются места крепления астроцитов к артериолам и венулам. Посткапиллярные венулы – это самые маленькие из вен диаметром от 10 до 30 микрометров (мкм).

 

Рис. 7. Схематический рисунок структур, входящих в состав гематоэнцефалического барьера для артерио́лы и астроцитов, которые питают нейроны

 

Рис. 8. Схематический рисунок структур, входящих в состав гематоэнцефалического барьера для венулы

 

При этом периваскулярное пространство намного меньше, чем для артерио́лы (см. рис. 8), но в обоих случаях в структуру этих ГЭБ входит фибробласт с митохондриями [33]. Фибробласты – это клетки соединительной ткани, активно синтезирующие белки внеклеточного матрикса [34].

При исследовании системы «митохондрия – фибробласт» установлено, что стресс повышает вероятность попадания фрагментов ДНК митохондрий в ядро клетки. Клетки, работа которых нарушалась из-за стресса, в четыре-пять раз быстрее накапливали сегменты ядерной митохондриальной ДНК (NUMT).

 

Рис. 9. Общая схема попадания митохондриальной ДНК в хромосомы ядра, которые формируют спектр наследственных болезней

 

Как только митохондриальная ДНК попадает в область её включения в ядерные геномы организмов, этот процесс становится постоянным явлением. Эти ядерные митохондриальные вставки, называемые NUMT, наблюдались в зародышевой линии, как человека, так и нечеловеческих видов. Данные вставки являются частью более широкого биологического процесса, называемого нумтогенезом, который был определен как появление любых компонентов митохондриальной ДНК (мтДНК) в ядре. После интеграции NUMT передаются будущим поколениям по обоюдному признаку, как и другие типы генетических вариаций. Механизм накопления NUMT очень важен для исследований, проводимых в рамках эволюционной гигиены.

Значительный интерес представляет увеличение уровня дефектных белков в клетке под воздействием митохондриальной дисфункции, что свидетельствует о возможности формирования «порочного круга» между продукцией дефектных протеинов и дисфункцией митохондрий [35].

 

Рис. 10. Патологические изменения в периваскулярных фибробластах PVS при нейродегенеративных заболеваниях

 

PVFS могут подвергаться дегенерации, нарушая питание нейрона через астроциты, и из-за этого нарушать передачу сигналов в сети нейронов. Известно, что происходит дегенерация гладкомышечных клеток, утолщение базальных мембран сосудов за счёт отложения белков. Это препятствует подвижности сосудов и ликвора. В совокупности они, вероятно, способствуют увеличению PVS, что связано с плохим выводом отходов, и накоплению мусорных белков, и это становится основой для различных заболеваний из-за снижения эффективности работы ГЭБ [36].

Механизм накопления NUMT очень важен для исследований, проводимых в рамках эволюционной гигиены. Возможно, это позволит понять, как приобретенная миопия становится наследственным заболеванием и какую роль в этом играет вирус XBB 1.16 («Арктур»). При формировании миопии не последнюю роль играет состояние коллагена, который формируется системой «фибробласт – митохондрия».

Одним из актуальных направлений исследования механизмов близорукости у детей является исследование зависимости ее формирования от спектрального состава искусственного освещения. Развитие структур глаза в условиях повседневной освещенности источниками разного спектра было исследовано методом ультразвуковой микроскопии. На живой модели японского перепела были получены данные о размерах переднезадней оси глаза, роговицы, передней камеры, хрусталика, стекловидного тела и сферичности в зависимости от возраста птенцов, содержащихся при повседневном освещении лампой накаливания и светодиодным светильником с желтым светофильтром. Было показано, что наличие в спектре красной составляющей, характерной для лампы накаливания, приводит к росту переднезадней оси глаза, взаимосвязанным изменениям геометрических параметров других его структурных элементов (хрусталика, передней камеры) и некоторой деформации стекловидного тела. Основываясь на полученных данных, можно предположить, что при ежедневном использовании лампы накаливания происходит развитие глаза в сторону близорукости. Поскольку данный вид освещения по-прежнему имеет широкое распространение, вопрос о формировании и профилактике детской близорукости остается актуальным. Проблема усугубляется современным образом жизни и, бесспорно, требует более тщательного подхода к обеспечению безопасных спектральных характеристик источников искусственного повседневного освещения [37].

В работе [38] рассмотрены вопросы влияния спектра света на ДНК клеток и показано, что откликом на такое воздействие является повреждение генов. Также показано, что ДНК-полимераза способна обходить поврежденные участки ДНК, вызывать мутации. Данные работы [38; 39] открывают направление, исследующее влияние света разного спектрального состава на нейроны мозга, а в качестве модельного животного можно использовать первое многоклеточное животное – трихоплакса.

Учитывая вышесказанное, в качестве базового экономичного источника света нами была выбрана стандартная LED-линейка, на нее установлен не желтый фильтр, а групповой дистанционный конвектор, который преобразовывал избыточную дозу синего в зелено-желтый свет. На этой линейке могут устанавливаться светодиоды с длинами волн, пагубно влияющих на вирусы, но при этом имеющих свой алгоритм управления.

В этой LED-линейке для повышения эффективности отбора света со светодиодов был минимизирован зазор между светодиодами и ГДК. В основе расчетов данного конструкторского решения лежит адаптированная инженером В.Р. Гордиенко теорема Котельникова, примененная к задачам проектирования световых узлов. При таком зазоре обеспечивается минимизация световых потерь и не образуется конденсат влаги [10].

В настоящее время широко применяются светодиодные светильники на базе светодиода (синий кристалл, покрытый желтым люминофором), которые имеют повышенную дозу синего света и в спектре света провал в области 480 нм. На рис. 11 приведен типичный спектр светодиода (синий кристалл, покрытый желтым люминофором).

 

Рис. 11. Типичная конструкция светодиода, который излучает белый свет с квазисолнечным спектром

 

Данный спектр имеет провал в области 480 нм при значительном выбросе дозы синего света, что повышает риск развития близорукости (рис. 12).

 

Рис. 12. Биологические механизмы светодиодного спектра:

1 – управление оптической осью глаза (опсин-5); 2 – управление циркадными ритмами (опсин-2); 3 – управление размером зрачка (опсин-4); 4 – видимый диапазон света, вызывающий зрительные и незрительные эффекты

 

Для устранения указанных недостатков современных белых светодиодов нами была разработана LED-линейка, которая излучает солнцеподобный свет для растений и человека в диапазоне 400–780 нм (с максимум красного 630 нм). Высокий индекс цветопередачи CRI не только благоприятен для растений, но и комфортен и безопасен для работы человека.

В соответствии с теоретическими основами, изложенными в нашей монографии [4], расширяя области применения разработанной линейки, инженер В.Р. Гордиенко сконструировал светильники белого света с солнцеподобным спектром излучения, для снижения риска возникновения школьной миопии (рис. 13).

 

Рис. 13. Светодиодный источник света с коррелированной цветовой температурой 2700 К, индексом цветопередачи 96 и биологически адекватными для человека характеристиками

 

Отметим, что применяемый групповой дистанционный конвектор преобразует избыточную дозу синего света в дополнительный зелено-жёлтый свет. Этим исключена возможность негативного воздействия избыточной дозы синего света на гематоэнцефалический барьер сетчатки глаз. Дополнительно на светодиодной линейке могут быть установлены светодиоды, излучающие синий свет на длине волны 425 нм, что способствует подавлению вируса COVID-19. Данные светодиоды могут включаться автоматически для ликвидации вирусов в среде обитания человека при его отсутствии.

Даже в малых дозах синий свет с длиной волны 425 нм снизил вирусную нагрузку, а в высоких – уничтожил SARS-CoV-2 на 99,9%. Ученые также подобрали параметры для инактивации бета-коронавирусов SARS-CoV-1 и MERS [40; 41].

Выводы

1. Разработаны медико-биологические основы восприятия света искусственных источников излучения любой природы зрительным анализатором человека.
2. Сформулированы требования к адекватному спектральному составу световой среды по критерию динамической устойчивости таких процессов.
3. Разработанные светильники белого света с солнцеподобным спектром излучения для снижения риска возникновения школьной миопии могут быть адаптированы для внутреннего и наружного освещения транспортных объектов.
4. Светильники-трансформеры с комплексированным полупроводниковым источником света с солнцеподобным спектром излучения после небольшой доработки могут использоваться для профилактики внутрибольничных и школьных воздушно-капельных инфекций.

 

Список источников:

1. Шевченко, А.В. Современный взгляд на проблему прионовых заболеваний (лекция) / А.В. Шевченко, К.В. Воронкова, О.А. Пылаева, Т.М. Ахмедов // Русский журнал детской неврологии. – 2010. – Том V. – № 2.
2. Прионная болезнь: почему в России не ставится диагноз, смертельные белки в мясе и отсутствие лечения. – URL: https://hightech.fm/2019/04/29/prion-disease13
3. Капцов, В.А. Транспортная светотехника: риски здоровью персонала и пассажиров / В.А. Капцов, В.Н. Дейнего // Анализ риска здоровью. – 2016. – № 3. – DOI: 10.21668/health.risk/2016.3.01
4. Капцов, В.А. Гигиенические проблемы светодиодного освещения / В.А. Капцов, В.Н. Дейнего, Е.С. Почтарёва // Медицина труда и промышленная экология. – 2022. – 62 (10). – С. 657–663.
5. Резолюция IВсероссийского научного конгресса с международным участием «Эрисмановские чтения – 2023. Новое в гигиене, токсикологии и обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия населения» – URL: https://xn--c1atuj.xn--p1ai/media/main/documents/41/13122023090620.pdf
6. «Поражает глаза»: медики назвали новый симптом при заражении «Арктуром». – URL: https://rg.ru/2023/04/18/porazhaet-glaza-mediki-nazvali-novyj-simptom-pri-zarazhenii-arkturom.html
7. Капцов, В.А. Эволюция искусственного освещения: взгляд гигиениста / В.А. Капцов, В.Н. Дейнего. – Москва: РАН, 2021. –632 с.
8. Капцов, В. А. Закон необходимого разнообразия и гигиена освещения / В.А. Капцов, В.Н. Дейнего // Санитарный врач. – 2019. – № 12.
9. Капцов, В.А. Q-закон как методическая основа гигиенических требований к световой среде / В.А. Капцов, В.Н. Дейнего // Гигиена и санитария. – 2017. – 96 (8). – С. 747–751. – DOI: http://dx.doi. org/10.18821/0016-9900-2017-96-8-747-751
10. Гордиенко, В.Р. Светильники-трансформеры с комплексированным полупроводниковым источником света с солнцеподобным спектром излучения / В.Р. Гордиенко, В.Н. Дейнего, В.А. Капцов // Полупроводниковая светотехника. – 2019. – № 4. – С. 68–73.
11. Коронавирус «Арктур» – действительно ли заболевание сопровождается конъюнктивитом. – URL: https://iz.ru/1502035/2023-04-21/infektcionist-rasskazal-o-koniunktivite-pri-zarazhenii-arkturom?ysclid=m0unwaz2fm645610317
12. Рурек, М. Митохондрии при COVID-19: с клеточной и молекулярной точки зрения / М. Рурек // Границы в физиологии. Секция митохондриальных исследований. – 2024. – Том 15. – URL: https://doi.org/10.3389/fphys.2024.1406635
13. Марваха, Б. Роль тау-белка в длительном течении COVIDи потенциальные терапевтические мишени / Б. Марваха // Границы в клеточной и инфекционной микробиологии. Раздел «Молекулярный вирусный патогенез». – 2023. – Том 13. – URL: https://doi.org/10.3389/fcimb.2023.1280600
14. Прионы – страх и ужас будущего. – URL: https://habr.com/ru/articles/482446/
15. Chae Kim, Xiangzhu Xiao, Shugui Chen, Tracy Haldiman et al. «Safar Artificial strain of human prions created in vitro», available at: https://www.researchgate.net/publication/325552227_Artificial_strain_of_human_prions_created_in_vitro
16. Cамая страшная болезнь: почему Франция приостановила изучение прионов? – URL: https://hi-news.ru/eto-interesno/camaya-strashnaya-bolezn-pochemu-franciya-priostanovila-izuchenie-prionov.html?ysclid=m0wkkqcpq9956033058
17. РНК-вакцины от COVID-19 и риск прионной болезни – «отсроченная смерть мозга»? – URL: https://ext 5299091.livejournal.com/42819.html?ysclid=m0wkpu29iu698428052
18. Савченко, Д.В. Связь амилоида-бета и тау-белка с патологическими состояниями / Д.В. Савченко, Ю.А. Пономаренко, В.А. Павлова // Аллея Науки. – 2023. – № 12 (87).
19. Епремян, Х.Х. Влияние тау-белка на функции митохондрий / Х.Х. Епремян, Т.Н. Голева, Р.А. Звягильская // Биохимия. – 2022. – Том 87. – № 8. – С. 1014–1029. – DOI: 10.31857/S0320972522080036
20. Yoshiyuki Soeda, Hideaki Yoshimura, Hiroko Bannai, Riki Koike, Isshin Shiiba, Akihiko Takashima «Intracellular tau fragment droplets serve as seeds for tau fibrils», Structure, 2024, DOI: 10.1016/j.str.2024.06.018.
21. Оконенко, Т.И. Гематоэнцефалический барьер – основные структуры и функции / Т.И. Оконенко, А.П. Новикова, Е.Е. Румянцев // Современные вопросы биомедицины. – 2024. – Т. 8. – № 1.
22. Лондон, А. Сетчатка как окно в мозг – от исследования глаза до заболеваний ЦНС / А. Лондон, И. Бенхар, М. Шварц. – URL: https://doi.org/10.1038/nrneurol.2012.227
23. Jenny Meinhardt, Josefine Radke, Carsten Dittmayer, Jonas Franz «Olfactory transmucosal SARS-CoV-2 invasion as a port of central nervous system entry in individuals with COVID-19», available at:https://www.nature.com/articles/s41593-020-00758-5
24. Стеардо, Л. Астроциты и психиатрические последствия COVID-19: что мы узнали из пандемии / Л. Стеардо, С. Скудери // Нейрохимия. – 2023. – № 48. – С. 1015–1025. – URL: https://doi.org/10.1007/s11064-022-03709-7
25. Трубилин В.Н. Влияние пандемии COVID-19 на офтальмологическую практику. Исторические аспекты и клинические примеры / В.Н. Трубилин, Е.Г. Полунина, В.В. Куренков, Д.В. Анджелова, Э.Э. Казарян, Е.Ю. Маркова, К.В. Чиненова, Ю.В. Евстигнеева // Офтальмология. – 2021. – 18 (2). – С. 181–187. – URL: https://doi.org/10.18008/1816-5095-2021-2-181-187
26. «Поражает глаза»: медики назвали новый симптом при заражении «Арктуром» – URL: https://rg.ru/2023/04/18/porazhaet-glaza-mediki-nazvali-novyj-simptom-pri-zarazhenii-arkturom.html?ysclid=m0gcmqh0ti970721933
27. Зак, П.П. Светоиндуцированные и возрастные изменения субклеточной структуры ретинального пигментного эпителия на экспериментальной животной модели ускоренного старения сетчатки: японский перепел Coturnix japonica / П.П. Зак, Н.Б. Сережникова, М.А. Островский, Н.Н. Трофимова, Л.С. Погодина // VII съезд Российского фотобиологического общества, 10–17 сентября 2014 г.
28. Зак П.П. Фотоиндуцированные изменения субклеточных структур ретинального пигментного эпителия перепела / П.П. Зак, Н.Б. Сережникова, Л.С. Погодина, Н.Н. Трофимова, Т.С. Гурьева, О.А. Дадашева // Биохимия. – 2015. – Т. 80. – № 6. – С. 931–936.
29. Yen-Ju Chan, George Hsiao, Wang-Nok Wan «Blue light exposure collapses the inner blood-retinal barrier by accelerating endothelial CLDN5 degradation through the disturbance of GNAZ and the activation of ADAM17», Fluids Barriers CNS, Apr 2023, 20(1), doi: 10.1186/s12987-023-00430-7.
30. Тиси, А. Влияние окислительного стресса на физиологию гемато-ретинального барьера при возрастной макулярной дегенерации / А. Тиси, М. Фелиджони, М. Пассакантандо, М. Чианкаглини, Р. Маккароне. – URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33406612/
31. Ши, К. Микроциркуляция в конъюнктиве и сетчатке у здоровых субъектов / К. Ши, Х. Цзян, Г.Р. Гамейро и др. – URL: https://doi.org/10.1186/s40662-019-0136-3
32. Цзян, Х. Нарушение микроциркуляции сетчатки при рассеянном склерозе / Х. Цзян, С. Дельгадо, Дж. Тан, К. Лю, К.В. Раммохан, Д.К. Дебук и др. – URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26903007/
33. Цзян, Х. Измененная микроциркуляторная сеть желтого пятна при легких когнитивных нарушениях и болезни Альцгеймера / Х. Цзян, Ю. Вэй, Ю. Ши, К.Б. Райт, Х. Сан, Г. Грегори и др. – URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29040211/
34. Jinqiao Sheng, Qi Li, Tingting Liu, Xiaofei Wang «Cerebrospinal fluid dynamics along the optic nerve», Neuro-Ophthalmology, Volume 13, 2022, available at:https://doi.org/10.3389/fneur.2022.931523
35. Шурыгина, И.А. Фибробласты и их роль в развитии соединительной ткани / И.А. Шурыгина, М.Г. Шурыгин, Н.И. Аюшинова, Каня О.В. // Сибирский медицинский журнал. – 2012. – № 3.
36. Судаков, Н.П. Дисфункция митохондрий при нейродегенеративных заболеваниях / Н.П. Судаков, В.А. Бывальцев, С.Б. Никифоров, В.А. Сороковиков, И.В. Клименков, Ю.М. Константинов. – URL: https://www.mediasphera.ru/issues/zhurnal-nevrologii-i-psikhiatrii-im-s-s-korsakova/2010/9/031997-72982010917
37. Zhou W. et al. «Somatic nuclear mitochondrial DNA insertions are prevalent in the human brain and accumulate over time in fibroblasts», PLOS Biology, August 22, 2024, DOI: 10.1371/journal.pbio.3002723
38. Козырицкий Д.В. Почему в Рязани грибы с глазами? – URL: https://biomolecula.ru/articles/pochemu-v-riazani-griby-s-glazami?ysclid=m0wnug23fs501806812
39. Козырицкий Д.В. Сколько глаз у трихоплакса? – URL: https://biomolecula.ru/articles/skolko-glaz-u-trikhoplaksa
40. Трофимова, Н.Н. Влияние спектральной составляющей повседневного освещения на формирование структур глаза японского перепела coturnix japonica / Н.Н. Трофимова, Ю.С. Петронюк, Т.С. Гурьева, Е.И. Медникова, П.П. Зак // Сенсорные системы. – 2022. – Том 36. – № 3. –С. 226–233.
41. Американские ученые придумали светильник, убивающий коронавирус в организме человека. – URL: https://knife.media/blue-light/?ysclid=m0rv9z3fg377447847