Es gibt eine Reihe verschiedener Methoden mit unterschiedlichem Evidenzgrad, die angeblich oder nachweislich die Anpassungsgeschwindigkeit des Sehvermögens in der Dunkelheit erhöhen.
Rotes Licht und LinsenEdit
Da die Stäbchenzellen eine Spitzenempfindlichkeit bei einer Wellenlänge von 530 Nanometern haben, können sie nicht alle Farben des visuellen Spektrums wahrnehmen. Da die Stäbchenzellen für lange Wellenlängen unempfindlich sind, ist die Verwendung von rotem Licht und roten Brillengläsern zu einer gängigen Praxis geworden, um die Dunkeladaptation zu beschleunigen. Damit die Dunkeladaption signifikant beschleunigt wird, sollte eine Person idealerweise 30 Minuten vor dem Eintritt in eine Umgebung mit geringer Leuchtkraft mit dieser Übung beginnen. Auf diese Weise kann der Betroffene sein photopisches (Tag-)Sehen beibehalten und sich gleichzeitig auf das skotopische Sehen vorbereiten. Die Unempfindlichkeit gegenüber rotem Licht verhindert, dass die Stäbchenzellen weiter ausbleichen, und ermöglicht es dem Rhodopsin-Photopigment, sich wieder in seine aktive Form zu bringen. Sobald eine Person eine dunkle Umgebung betritt, sind die meisten ihrer Stäbchenzellen bereits an die Dunkelheit akkommodiert und in der Lage, visuelle Signale ohne Akkomodationsphase an das Gehirn zu übermitteln.
Das Konzept der roten Linsen zur Dunkeladaptation basiert auf Experimenten von Antoine Béclère und seinen frühen Arbeiten in der Radiologie. Im Jahr 1916 erfand der Wissenschaftler Wilhelm Trendelenburg die erste rote Adaptationsbrille für Radiologen, um ihre Augen an die Betrachtung von Bildschirmen während fluoroskopischer Verfahren anzupassen.
Evolutionärer KontextBearbeiten
Obwohl viele Aspekte des menschlichen Sehsystems ungewiss bleiben, sind sich die meisten Wissenschaftler über die Theorie der Evolution der Stäbchen- und Zapfenphotopigmente einig. Man geht davon aus, dass die frühesten Sehpigmente die der Zapfenphotorezeptoren waren, während sich die Stäbchen-Opsin-Proteine erst später entwickelten. Nach der Entwicklung der Säugetiere aus ihren reptilienartigen Vorfahren vor etwa 275 Millionen Jahren gab es eine nächtliche Phase, in der das komplexe Farbensehen verloren ging. Da diese Vorsäugetiere nachtaktiv waren, steigerten sie ihre Empfindlichkeit in schwach leuchtenden Umgebungen und reduzierten ihr photopisches System von tetrachromatisch auf dichromatisch. Die Umstellung auf eine nächtliche Lebensweise würde mehr Stäbchenphotorezeptoren erfordern, um das vom Mond in der Nacht ausgestrahlte blaue Licht zu absorbieren. Man kann davon ausgehen, dass das hohe Verhältnis von Stäbchen zu Zapfen in den Augen des modernen Menschen auch nach der Umstellung von der Nacht- auf die Tagessicht beibehalten wurde. Es wird angenommen, dass die Entstehung der Trichromie bei den Primaten vor etwa 55 Millionen Jahren stattfand, als die Oberflächentemperatur des Planeten zu steigen begann. Die Primaten waren von Natur aus eher tag- als nachtaktiv und benötigten daher ein präziseres photopisches Sehsystem. Ein drittes Zapfenphotopigment war notwendig, um das gesamte visuelle Spektrum abzudecken und es den Primaten zu ermöglichen, besser zwischen Früchten zu unterscheiden und diejenigen mit dem höchsten Nährwert zu erkennen.
AnwendungenBearbeiten
- Flieger tragen in der Regel vor dem Start im Dunkeln eine Brille mit roten Gläsern, um sicherzustellen, dass sie außerhalb des Flugzeugs sehen können. Außerdem wird das Cockpit während des Fluges mit schwachen roten Lichtern beleuchtet. Diese Beleuchtung soll sicherstellen, dass der Pilot in der Lage ist, Instrumente und Karten abzulesen und gleichzeitig das skotopische Sehen für den Blick nach draußen zu erhalten.
- U-Boote: Oft sind U-Boote „auf Rot“ getakelt, was bedeutet, dass das Boot bei Nacht auftaucht oder auf Sehrohrtiefe kommt. Zu solchen Zeiten wird die Beleuchtung in bestimmten Abteilungen auf Rotlicht umgestellt, damit sich die Augen der Ausgucke und Offiziere an die Dunkelheit gewöhnen können, bevor sie aus dem Boot schauen. Darüber hinaus können Abteilungen auf einem U-Boot mit rotem Licht beleuchtet werden, um für die Besatzung Nachtbedingungen zu simulieren.
Vitamin AEdit
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Vitamin A ist für die einwandfreie Funktion des menschlichen Auges notwendig. Das in menschlichen Stäbchenzellen vorkommende Photopigment Rhodopsin besteht aus Retinal, einer Form von Vitamin A, das an ein Opsin-Protein gebunden ist. Bei der Absorption von Licht wurde das Rhodopsin durch Bleichen in Retinal und Opsin zerlegt. Retinal hatte dann zwei Möglichkeiten: Es konnte mit Opsin rekombinieren, um Rhodopsin neu zu bilden, oder es konnte in freies Retinol umgewandelt werden. Der amerikanische Wissenschaftler George Wald war der erste, der erkannte, dass das visuelle System Vitamin A verbraucht und auf die Ernährung angewiesen ist, um es zu ersetzen.Vitamin A hat im menschlichen Körper viele Funktionen, die über das gesunde Sehen hinausgehen. Es ist von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung eines gesunden Immunsystems und die Förderung eines normalen Wachstums und einer normalen Entwicklung. Der durchschnittliche erwachsene Mann und die durchschnittliche erwachsene Frau sollten 900 bzw. 700 Mikrogramm Vitamin A pro Tag zu sich nehmen. Eine Aufnahme von mehr als 3000 Mikrogramm pro Tag wird als Vitamin-A-Toxizität bezeichnet und ist in der Regel auf die versehentliche Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln zurückzuführen.
Quellen für Vitamin AEdit
Vitamin A kommt sowohl in tierischen als auch in pflanzlichen Quellen als Retinoide bzw. Carotinoide vor. Retinoide können vom Körper sofort nach der Aufnahme in das Herz-Kreislauf-System verwertet werden; pflanzliche Carotinoide müssen jedoch vor der Verwertung durch den Körper in Retinol umgewandelt werden. Die wichtigsten tierischen Quellen für Vitamin A sind Leber, Milchprodukte und Fisch. Obst und Gemüse mit einem hohen Gehalt an Carotinoiden haben eine dunkelgrüne, gelbe, orange und rote Farbe.
Evolutionsgeschichtlicher KontextBearbeiten
Opsinproteine auf Vitamin-A-Basis werden seit etwa 3 Milliarden Jahren in der Evolutionsgeschichte für die Wahrnehmung von Licht in Organismen verwendet. Diese Eigenschaft wurde von einzelligen auf mehrzellige Organismen einschließlich Homo sapiens übertragen. Dieses Vitamin wurde höchstwahrscheinlich von der Evolution für die Lichtsensorik ausgewählt, weil die Retina eine Verschiebung der Photorezeptor-Absorption in den Bereich des sichtbaren Lichts bewirkt. Diese Verschiebung der Absorption ist für das Leben auf der Erde besonders wichtig, da sie im Allgemeinen mit der maximalen Strahlungsintensität des Sonnenlichts auf der Erdoberfläche übereinstimmt. Ein zweiter Grund, warum die Netzhaut für das menschliche Sehvermögen so wichtig ist, liegt darin, dass sie bei Lichteinwirkung eine starke Konformationsänderung erfährt. Es wird angenommen, dass diese Konformationsänderung es dem Photorezeptorprotein erleichtert, zwischen seinem stummen und seinem aktivierten Zustand zu unterscheiden und so die visuelle Phototransduktion besser zu steuern.
Experimentelle BelegeEdit
Es wurden verschiedene Studien durchgeführt, in denen die Wirkung einer Vitamin-A-Supplementierung auf die Dunkeladaptation untersucht wurde. In einer Studie von Cideciyan et al. wurde die Dauer der Dunkeladaptation bei einem Patienten mit systemischem Vitamin-A-Mangel (VAD) vor und nach einer Vitamin-A-Supplementierung gemessen. Die Dunkeladaptationsfunktion wurde vor der Supplementierung, 1 Tag nach der Behandlung und 75 Tage nach der Behandlung gemessen. Es wurde festgestellt, dass die Erholungskinetik der Dunkeladaptation nach dem Bleichen der Photorezeptoren bereits nach einem Tag Vitamin-A-Supplementierung deutlich beschleunigt war. Die Dunkeladaptation wurde nach 75 Tagen Behandlung weiter beschleunigt. Eine weitere Studie von Kemp et al. untersuchte die Dunkeladaptation bei Personen mit primär biliärer Zirrhose und Morbus Crohn, die beide an Vitamin-A-Mangel litten. Innerhalb von 8 Tagen nach der oralen Verabreichung von Vitamin A war die Sehfunktion bei beiden Patienten wieder normal. Darüber hinaus verbesserte sich die Anpassungskinetik bei beiden Patienten nach der Supplementierung deutlich.
AnthocyaneBearbeiten
Anthocyane machen den Großteil der 4000 bekannten flavonoiden Pflanzenstoffe aus. Diese Gruppe von etwa 600 bioaktiven Antioxidantien hat die stärksten physiologischen Wirkungen aller Pflanzenstoffe. Diese Chemikalien sind auch die sichtbarsten unter den Flavonoiden, da sie vielen Pflanzenarten eine leuchtend blaue, rote oder violette Pigmentierung verleihen. Außerdem schützen Anthocyane das photosynthetische Gewebe vor direkter Sonneneinstrahlung und zeigen aufgrund ihrer antioxidativen, entzündungshemmenden und gefäßschützenden Eigenschaften vielfältige gesundheitliche Wirkungen. Beim Menschen sind Anthocyane bei einer Reihe von Gesundheitszuständen wirksam, darunter neurologische Schäden, Arteriosklerose, Diabetes und Sehstörungen. Da Anthocyane häufig mit anderen sekundären Pflanzenstoffen interagieren, um biologische Wirkungen zu verstärken, ist es schwierig, die Beiträge einzelner Biomoleküle zu entschlüsseln, da Anthocyane den Blüten eine leuchtende Färbung verleihen und die Pflanzen, die diese sekundären Pflanzenstoffe enthalten, von Natur aus Bestäuber wie Vögel und Bienen anziehen. Auch die Früchte und das Gemüse, die von solchen Pflanzen produziert werden, sind hell pigmentiert und locken Tiere an, die sie fressen und die Samen verbreiten. Aufgrund dieses natürlichen Mechanismus sind anthocyanhaltige Pflanzen in den meisten Gebieten der Welt weit verbreitet. Die große Anzahl und Verbreitung anthocyanhaltiger Pflanzen machen sie zu einer natürlichen Nahrungsquelle für viele Tiere. Aus fossilen Funden ist bekannt, dass diese Verbindungen von primitiven Homininen in großen Mengen verzehrt wurden.
Während des Ersten und Zweiten Weltkriegs verzehrten die Flieger der britischen Luftwaffe bekanntlich große Mengen an Heidelbeermarmelade. Die Flieger verzehrten diese anthocyanreiche Nahrung wegen ihrer vielen visuellen Vorteile, einschließlich der beschleunigten Dunkeladaption, die für nächtliche Bombenangriffe wertvoll ist.
NahrungsquellenBearbeiten
Brombeerfrüchte
Hellfarbige Früchte und Gemüse sind reich an Anthocyanen. Das macht intuitiv Sinn, weil Anthocyane den Pflanzen die Pigmentierung verleihen. Brombeeren sind die Lebensmittel mit dem höchsten Anthocyan-Gehalt, sie enthalten 89-211 Milligramm pro 100 Gramm. Weitere Lebensmittel, die reich an diesem sekundären Pflanzenstoff sind, sind rote Zwiebeln, Heidelbeeren, Blaubeeren, Rotkohl und Auberginen. Der Verzehr all dieser Lebensmittel liefert neben den Anthocyanen auch eine Vielzahl anderer sekundärer Pflanzenstoffe, da sie von Natur aus zusammen vorkommen. Die tägliche Aufnahme von Anthocyanen wird bei einem durchschnittlichen Erwachsenen auf etwa 200 Milligramm geschätzt; dieser Wert kann jedoch mehrere Gramm pro Tag erreichen, wenn eine Person Flavonoid-Ergänzungen zu sich nimmt.
Wirkung auf die DunkeladaptationEdit
Anthocyane beschleunigen die Dunkeladaptation beim Menschen, indem sie die Regeneration des Stäbchen-Photopigments Rhodopsin fördern. Anthocyane erreichen dies, indem sie sich direkt an das Opsin binden, nachdem das Rhodopsin durch Licht in seine Einzelbestandteile zerlegt wurde. Sobald das Anthocyan an das Opsin gebunden ist, verändert es seine Struktur, wodurch sein Zugang zur Bindungstasche der Netzhaut beschleunigt wird. Durch eine Ernährung, die reich an Anthocyanen ist, kann eine Person aufgrund der erhöhten Affinität des Opsins zur Retina in kürzerer Zeit Rhodopsin erzeugen. Durch diesen Mechanismus ist der Mensch in der Lage, die Dunkeladaptation zu beschleunigen und das Nachtsehen in kürzerer Zeit zu erreichen.
Unterstützende BelegeEdit
In einer doppelblinden, placebokontrollierten Studie, die von Nakaishi et al. durchgeführt wurde, wurde einer Reihe von Teilnehmern ein pulverförmiges Anthocyan-Konzentrat aus schwarzen Johannisbeeren verabreicht. Die Teilnehmer erhielten eine von drei Anthocyan-Dosen, um festzustellen, ob das Ergebnis dosisabhängig war. Die Dauer der Dunkeladaptation wurde bei allen Teilnehmern vor und zwei Stunden nach der Supplementierung gemessen. Die Ergebnisse dieses Experiments deuten darauf hin, dass Anthocyane die Dunkeladaptation bei nur einer Dosis im Vergleich zum Placebo deutlich beschleunigten. Bei der Betrachtung der Daten als Ganzes kamen Nakaishi et al. zu dem Schluss, dass Anthocyane die Dunkeladaptationszeit dosisabhängig verkürzen.
Widersprüchliche BelegeEdit
Trotz der Tatsache, dass viele Wissenschaftler glauben, dass Anthocyane die Dunkeladaptation beim Menschen beschleunigen, zeigte eine Studie von Kalt et al. aus dem Jahr 2014, dass Heidelbeeranthocyane keine Wirkung haben. In dieser Studie wurden zwei doppelblinde, placebokontrollierte Studien durchgeführt, um die Dunkeladaption nach der Einnahme von Heidelbeerprodukten zu untersuchen. In keiner der beiden Studien hatte die Einnahme von Heidelbeeranthocyanen einen Einfluss auf die Dauer der Dunkeladaptation. Aus diesen Ergebnissen schlossen Kalt et al., dass Heidelbeeranthocyane keinen signifikanten Unterschied in der Dunkeladaptationskomponente des menschlichen Sehvermögens bewirken.