Adaptace (oko)

Existuje řada různých metod s různou úrovní důkazů, které údajně nebo prokazatelně zvyšují rychlost adaptace zraku ve tmě.

Červené světlo a čočkyEdit

V důsledku toho, že tyčinkové buňky mají maximální citlivost při vlnové délce 530 nanometrů, nemohou vnímat všechny barvy zrakového spektra. Protože tyčinkové buňky nejsou citlivé na dlouhé vlnové délky, stalo se používání červených světel a červených brýlí s čočkami běžnou praxí pro urychlení adaptace na tmu. Aby se adaptace na tmu výrazně urychlila, měl by jedinec s tímto postupem začít ideálně 30 minut před vstupem do prostředí s nízkou světelností. Tento postup umožní jedinci zachovat si fotopické (denní) vidění a zároveň se připravit na vidění skotopické. Necitlivost na červené světlo zabrání dalšímu vybělení tyčinkových buněk a umožní fotopigmentu rodopsinu znovu se nabít do aktivní konformace. Jakmile jedinec vstoupí do tmavého prostředí, většina jeho tyčinkových buněk již bude adaptována na tmu a bude schopna přenášet zrakové signály do mozku bez období akomodace.

Koncept červených čoček pro adaptaci na tmu vychází z experimentů Antoina Béclèra a jeho rané práce s rentgenologií. V roce 1916 vynalezl vědec Wilhelm Trendelenburg první pár červených adaptačních brýlí, které sloužily radiologům k adaptaci očí na zobrazení obrazovek při fluoroskopických zákrocích.

Evoluční kontextUpravit

Ačkoli mnoho aspektů lidského zrakového systému zůstává nejistých, na teorii evoluce tyčinkových a čípkových fotopigmentů se shoduje většina vědců. Předpokládá se, že nejstarší zrakové pigmenty byly pigmenty čípkových fotoreceptorů, přičemž tyčinkové opsinové proteiny se vyvinuly později. Po vývoji savců z jejich plazích předků před přibližně 275 miliony let nastala noční fáze, v níž se ztratilo komplexní barevné vidění. Vzhledem k tomu, že tito pra-samci byli noční, zvýšila se jejich citlivost v prostředí s nízkou luminiscencí a jejich fotopický systém se zmenšil z tetrachromatického na dichromatický. Přechod k nočnímu způsobu života by vyžadoval více tyčinkových fotoreceptorů, které by absorbovaly modré světlo vyzařované Měsícem během noci. Lze extrapolovat, že vysoký poměr tyčinek a čípků přítomný v očích moderního člověka se zachoval i po přechodu z nočního režimu zpět na denní. předpokládá se, že ke vzniku trichromacie u primátů došlo přibližně před 55 miliony let, kdy se začala zvyšovat teplota povrchu planety. Primáti byli spíše denní než noční povahy, a proto potřebovali přesnější fotopický zrakový systém. Třetí čípkový fotopigment byl nutný k pokrytí celého zrakového spektra, což primátům umožnilo lépe rozlišovat mezi plody a rozpoznat ty s nejvyšší nutriční hodnotou.

AplikaceUpravit

• Letci si před startem ve tmě běžně nasazují brýle s červenými skly nebo brýle, aby měli jistotu, že vidí mimo letadlo. Kromě toho je pilotní kabina po celou dobu letu osvětlena tlumenými červenými světly. Toto osvětlení má zajistit, aby pilot byl schopen číst přístroje a mapy a zároveň si zachoval skotopické vidění pro pohled ven.
• Ponorky: Ponorky jsou často „vybaveny červeným světlem“, což znamená, že se loď v noci vynoří nebo se přiblíží k periskopové hloubce. V takových chvílích se osvětlení v určitých odděleních přepíná na červené světlo, aby se oči pozorovatelů a důstojníků mohly přizpůsobit tmě před pohledem ven z lodi. Kromě toho mohou být oddíly na ponorce osvětleny červeným světlem, aby se posádce simulovaly noční podmínky. Vitamin A
  11-cis-Retinal2

  Vitamin A je nezbytný pro správnou funkci lidského oka. Fotopigment rhodopsin, který se nachází v lidských tyčinkových buňkách, se skládá z retinalu, formy vitaminu A, vázaného na bílkovinu opsin. Při absorpci světla se rhodopsin rozkládá na retinal a opsin vybělením. Retinál pak mohl mít jeden ze dvou osudů: mohl se rekombinovat s opsinem a znovu vytvořit rodopsin, nebo se mohl přeměnit na volný retinol. Americký vědec George Wald jako první rozpoznal, že zrakový systém spotřebovává vitamin A a jeho náhrada je závislá na stravě.Vitamin A plní v lidském těle mnoho funkcí mimo zdravý zrak. Je nezbytný pro udržení zdravého imunitního systému a pro podporu normálního růstu a vývoje. Průměrný dospělý muž by měl denně přijmout 900 mikrogramů vitaminu A a žena 700 mikrogramů. Spotřeba vyšší než 3000 mikrogramů denně se označuje jako toxicita vitaminu A a je obvykle způsobena náhodným požitím doplňků stravy.

  Zdroje vitaminu AEdit

  Vitamin A je přítomen v živočišných i rostlinných zdrojích jako retinoidy, respektive karotenoidy. Retinoidy může tělo využít okamžitě po vstřebání do kardiovaskulárního systému; karotenoidy rostlinného původu se však před využitím v těle musí přeměnit na retinol. Největšími zdroji vitaminu A živočišného původu jsou játra, mléčné výrobky a ryby. Ovoce a zelenina obsahující vysoké množství karotenoidů mají tmavě zelenou, žlutou, oranžovou a červenou barvu.

  Evoluční kontextUpravit

  Bílkoviny opsiny na bázi vitaminu A sloužily k vnímání světla v organismech po většinu evoluční historie, která začala přibližně před 3 miliardami let. Tato vlastnost přešla z jednobuněčných na mnohobuněčné organismy včetně Homo sapiens. Tento vitamin byl s největší pravděpodobností evolucí vybrán pro vnímání světla, protože sítnice způsobuje posun absorbance fotoreceptorů do oblasti viditelného světla. Tento posun absorbance je obzvláště důležitý pro život na Zemi, protože obecně odpovídá vrcholu intenzity slunečního záření na jejím povrchu. Druhým důvodem, proč se retinal vyvinul jako životně důležitý pro lidské vidění, je to, že při vystavení světlu prochází velkou konformační změnou. Předpokládá se, že tato konformační změna usnadňuje fotoreceptorovému proteinu rozlišovat mezi jeho tichým a aktivovaným stavem, a tak lépe řídit zrakovou fototransdukci.

  Experimentální důkazyEdit

  Byly provedeny různé studie testující účinnost suplementace vitaminem A na adaptaci na tmu. Ve studii Cideciyana a kol. byla měřena délka adaptace na tmu u pacienta se systémovým nedostatkem vitaminu A (VAD) před suplementací vitaminem A a po ní. Funkce adaptace na tmu byla měřena před suplementací, 1 den po léčbě a 75 dní po léčbě. Bylo zjištěno, že po pouhém jednom dni suplementace vitaminem A se kinetika obnovy adaptace na tmu po vybělení fotoreceptorů výrazně zrychlila. Adaptace na tmu se dále zrychlila po 75 dnech léčby. Následná studie Kempa a kol. studovala adaptaci na tmu u osob s primární biliární cirhózou a Crohnovou chorobou, u nichž byl v obou případech zjištěn nedostatek vitaminu A. Během 8 dnů po perorální suplementaci vitaminu A se u obou pacientů obnovily zrakové funkce na normální úroveň. Kromě toho se u obou subjektů po suplementaci výrazně zlepšila kinetika adaptace.

  AntokyanyUpravit

  Viz také: Antokyaniny

  Antokyany tvoří většinu ze 4000 známých flavonoidních fytochemikálií. Tato skupina přibližně 600 bioaktivních antioxidantů nese nejsilnější fyziologické účinky ze všech rostlinných sloučenin. Tyto chemické látky jsou také nejviditelnější z flavonoidních fytochemikálií, protože mnoha druhům rostlin dodávají jasně modrou, červenou nebo fialovou pigmentaci. Antokyany také slouží k ochraně fotosyntetických tkání před přímými slunečními paprsky. antioxidační, protizánětlivé a vazoprotektivní vlastnosti antokyanů jim navíc umožňují vykazovat rozmanité zdravotní účinky. U lidí jsou antokyany účinné při různých zdravotních potížích včetně neurologických poškození, aterosklerózy, cukrovky a také při poruchách zraku. Antokyany často interagují s dalšími fytochemikáliemi a zesilují tak biologické účinky, proto je stále obtížné rozklíčovat přínos jednotlivých biomolekul. v důsledku toho, že antokyany poskytují květům jasné zbarvení, jsou rostliny obsahující tyto fytochemikálie přirozeně úspěšné při lákání opylovačů, jako jsou ptáci a včely. Plody a zelenina produkované těmito rostlinami jsou také jasně pigmentované a lákají živočichy k jejich konzumaci a rozptylování semen. Díky tomuto přirozenému mechanismu jsou rostliny obsahující antokyany hojně rozšířeny ve většině oblastí světa. Vysoký výskyt a rozšíření rostlin obsahujících antokyaniny z nich činí přirozený zdroj potravy pro mnoho živočichů. Díky fosilním důkazům je známo, že tyto sloučeniny ve velkém množství konzumovali primitivní hominini.

  Během první a druhé světové války bylo známo, že letci britského letectva konzumovali velké množství borůvkového džemu. Letci konzumovali tuto potravinu bohatou na antokyany kvůli mnoha vizuálním výhodám, včetně zrychlené adaptace na tmu, která by byla cenná při nočních bombardovacích misích.

  Zdroje potravyEdit

  Plodí ostružin

  Jasně zbarvené ovoce a zelenina jsou bohaté na antokyany. To dává intuitivně smysl, protože antokyany poskytují rostlinám pigmentaci. Nejbohatší na antokyany jsou ostružiny, které jich obsahují 89-211 miligramů na 100 gramů. Mezi další potraviny bohaté na tuto fytochemickou látku patří červená cibule, borůvky, borůvky, červené zelí a lilek. Požití kteréhokoli z těchto potravinových zdrojů přinese kromě antokyanů i celou řadu dalších fytochemikálií, protože se přirozeně vyskytují společně. Denní příjem antokyanů se u průměrného dospělého člověka odhaduje přibližně na 200 miligramů; tato hodnota však může dosahovat až několika gramů denně, pokud jedinec konzumuje flavonoidní doplňky.

  Vliv na adaptaci na tmuEdit

  Antokyany urychlují adaptaci na tmu u lidí tím, že zvyšují regeneraci fotopigmentu tyčinek, rodopsinu. Antokyany toho dosahují přímou vazbou na opsin při rozkladu rodopsinu na jeho jednotlivé složky působením světla. Po navázání na opsin změní antokyanin svou strukturu, čímž urychlí svůj přístup do vazebné kapsy sítnice. Díky stravě bohaté na antokyany je jedinec schopen vytvářet rhodopsin v kratší době, protože se zvyšuje afinita opsinu k retinalu. Díky tomuto mechanismu je jedinec schopen urychlit adaptaci na tmu a dosáhnout nočního vidění v kratší době.

  Podpůrné důkazyEdit

  V dvojitě zaslepené, placebem kontrolované studii provedené Nakaishim a kol. byl několika účastníkům poskytnut práškový koncentrát antokyaninu získaný z černého rybízu. Účastníci dostali jednu ze tří dávek antokyanů, aby se změřilo, zda se výsledek dostaví v závislosti na dávce. U všech účastníků byla měřena doba adaptace na tmu před podáním doplňku a dvě hodiny po něm. Výsledky tohoto experimentu ukazují, že antokyany významně urychlily adaptaci na tmu pouze při jedné úrovni dávky ve srovnání s placebem. Při pozorování dat jako celku Nakaishi a kol. dospěli k závěru, že antokyany účinně zkrátily dobu adaptace na tmu v závislosti na dávce.

  Protichůdné důkazyEdit

  Přestože se mnoho vědců domnívá, že antokyany jsou prospěšné při urychlování adaptace na tmu u lidí, studie provedená Kaltem a kol. v roce 2014 ukázala, že antokyany z borůvek nemají žádný účinek. V této studii byly provedeny dvě dvojitě zaslepené, placebem kontrolované studie, které zkoumaly adaptaci na tmu po konzumaci borůvkových výrobků. Ani v jedné ze studií neměl příjem borůvkových antokyanů vliv na délku adaptace na tmu. Na základě těchto výsledků Kalt a spol. dospěli k závěru, že borůvkové antokyany neposkytují žádný významný rozdíl ve složce adaptace na tmu lidského vidění.