Adattamento (occhio)

Ci sono una serie di metodi diversi, con vari livelli di evidenza, che sono stati pretesi o dimostrati per aumentare la velocità con cui la visione può adattarsi al buio.

Luci rosse e lentiModifica

Come risultato delle cellule di bastoncello che hanno un picco di sensibilità ad una lunghezza d’onda di 530 nanometri non possono percepire tutti i colori dello spettro visivo. Poiché le cellule dei bastoncelli sono insensibili alle lunghezze d’onda, l’uso di luci rosse e occhiali con lenti rosse è diventato una pratica comune per accelerare l’adattamento al buio. Affinché l’adattamento al buio sia significativamente accelerato, un individuo dovrebbe idealmente iniziare questa pratica 30 minuti prima di entrare in un ambiente a bassa luminescenza. Questa pratica permetterà all’individuo di mantenere la sua visione fotopica (giorno) mentre si prepara alla visione scotopica. L’insensibilità alla luce rossa impedirà alle cellule dei bastoncelli di sbiancarsi ulteriormente e permetterà al fotopigmento rodopsina di ricaricarsi alla sua conformazione attiva. Una volta che un individuo entra in un ambiente buio, la maggior parte delle sue cellule a bastoncello saranno già accomodate al buio e saranno in grado di trasmettere segnali visivi al cervello senza un periodo di accomodamento.

Il concetto di lenti rosse per l’adattamento al buio è basato sulla sperimentazione di Antoine Béclère e il suo primo lavoro con la radiologia. Nel 1916, lo scienziato Wilhelm Trendelenburg inventò il primo paio di occhiali rossi di adattamento per i radiologi per adattare i loro occhi agli schermi durante le procedure fluoroscopiche.

Contesto evolutivoModifica

Anche se molti aspetti del sistema visivo umano rimangono incerti, la teoria dell’evoluzione dei fotopigmenti a bastoncello e a cono è condivisa dalla maggior parte degli scienziati. Si ritiene che i primi pigmenti visivi fossero quelli dei fotorecettori a cono, mentre le proteine dell’opsina a bastoncello si sono evolute più tardi. Dopo l’evoluzione dei mammiferi dai loro antenati rettiliani, circa 275 milioni di anni fa, ci fu una fase notturna in cui la visione complessa dei colori fu persa. Dato che questi pro-mammiferi erano notturni, aumentarono la loro sensibilità in ambienti a bassa luminescenza e ridussero il loro sistema fotopico da tetracromatico a dicromatico. Il passaggio a uno stile di vita notturno richiederebbe più fotorecettori a bastoncello per assorbire la luce blu emessa dalla luna durante la notte. Si può estrapolare che l’alto rapporto tra bastoncelli e coni presente negli occhi umani moderni è stato mantenuto anche dopo il passaggio da notturno a diurno. Si ritiene che l’emergere della tricromia nei primati sia avvenuto circa 55 milioni di anni fa, quando la temperatura superficiale del pianeta ha iniziato ad aumentare. I primati erano diurni piuttosto che notturni e quindi richiedevano un sistema visivo fotopico più preciso. Un terzo cono fotopigmento era necessario per coprire l’intero spettro visivo permettendo ai primati di discriminare meglio tra i frutti e rilevare quelli di più alto valore nutrizionale.

ApplicazioniModifica

• Gli aviatori indossano comunemente occhiali con lenti rosse o maschere prima del decollo al buio per garantire che siano in grado di vedere al di fuori del velivolo. Inoltre, durante il volo la cabina di pilotaggio è illuminata con luci rosse fioche. Questa illuminazione serve a garantire che il pilota sia in grado di leggere gli strumenti e le mappe pur mantenendo la visione scotopica per guardare fuori.
• Sottomarini: Spesso i sottomarini sono “attrezzati per il rosso”, il che significa che la barca sta per emergere o arrivare alla profondità del periscopio di notte. Durante questi periodi l’illuminazione all’interno di alcuni compartimenti è commutata in luce rossa per permettere agli occhi delle vedette e degli ufficiali di adattarsi all’oscurità prima di guardare fuori dalla barca. Inoltre, i compartimenti di un sottomarino possono essere illuminati con luce rossa per simulare le condizioni notturne per l’equipaggio.

Vitamina AEdit

La vitamina A è necessaria per il corretto funzionamento dell’occhio umano. Il fotopigmento rodopsina che si trova nelle cellule dei bastoncelli umani è composto da retinale, una forma di vitamina A, legata a una proteina opsina. All’assorbimento della luce la rodopsina si decompone in retinale e opsina attraverso lo sbiancamento. Il retinale poteva poi avere uno dei due destini: poteva ricombinarsi con l’opsina per riformare la rodopsina o poteva essere convertito in retinolo libero. Lo scienziato americano George Wald fu il primo a riconoscere che il sistema visivo consuma vitamina A e dipende dalla dieta per la sua sostituzione. È vitale per mantenere un sistema immunitario sano e per promuovere una crescita e uno sviluppo normali. Il maschio e la femmina adulti medi dovrebbero consumare 900 e 700 microgrammi di vitamina A al giorno, rispettivamente. Il consumo superiore a 3000 microgrammi al giorno è indicato come tossicità della vitamina A ed è solitamente causato dall’ingestione accidentale di integratori.

Fonti di vitamina AEdit

La vitamina A è presente sia in fonti animali che vegetali come retinoidi e carotenoidi, rispettivamente. I retinoidi possono essere utilizzati immediatamente dal corpo dopo l’assorbimento nel sistema cardiovascolare; tuttavia, i carotenoidi di origine vegetale devono essere convertiti in retinolo prima di essere utilizzati dal corpo. Le maggiori fonti animali di vitamina A sono il fegato, i latticini e il pesce. Frutta e verdura che contengono elevate quantità di carotenoidi sono di colore verde scuro, giallo, arancione e rosso.

Contesto evolutivoModifica

Le proteine opsine basate sulla vitamina A sono state utilizzate per rilevare la luce negli organismi per la maggior parte della storia evolutiva, a partire da circa 3 miliardi di anni fa. Questa caratteristica è passata dagli organismi unicellulari a quelli multicellulari, compreso l’Homo sapiens. Questa vitamina è stata molto probabilmente selezionata dall’evoluzione per il rilevamento della luce perché la retina causa uno spostamento dell’assorbanza dei fotorecettori nella gamma della luce visibile. Questo spostamento di assorbanza è particolarmente importante per la vita sulla Terra perché generalmente corrisponde al picco di irraggiamento della luce solare sulla sua superficie. Una seconda ragione per cui la retina si è evoluta per essere vitale per la visione umana è perché subisce un grande cambiamento conformazionale quando è esposta alla luce. Si ritiene che questo cambiamento conformazionale renda più facile per la proteina del fotorecettore distinguere tra il suo stato silenzioso e quello attivato, controllando così meglio la fototrasduzione visiva.

Prove sperimentaliModifica

Vari studi sono stati condotti per verificare l’efficacia dell’integrazione di vitamina A sull’adattamento al buio. In uno studio di Cideciyan et al. la durata dell’adattamento al buio è stata misurata in un paziente con carenza sistemica di vitamina A (VAD) prima e dopo l’integrazione di vitamina A. La funzione di adattamento al buio è stata misurata prima della supplementazione, 1 giorno dopo il trattamento e 75 giorni dopo il trattamento. È stato osservato che dopo un solo giorno di integrazione di vitamina A la cinetica di recupero dell’adattamento al buio è stata significativamente accelerata dopo lo sbiancamento dei fotorecettori. L’adattamento al buio è stato ulteriormente accelerato dopo 75 giorni di trattamento. Uno studio successivo di Kemp et al. ha studiato l’adattamento al buio in soggetti con cirrosi biliare primaria e malattia di Crohn, entrambi con carenza di vitamina A. Entro 8 giorni di integrazione orale di vitamina A entrambi i pazienti avevano la loro funzione visiva ripristinata alla normalità. Inoltre, la cinetica di adattamento è migliorata significativamente in entrambi i soggetti dopo l’integrazione.

AnthocyaninsEdit

Gli antociani costituiscono la maggior parte dei 4000 fitochimici flavonoidi conosciuti. Questo gruppo di circa 600 antiossidanti bioattivi porta i più forti effetti fisiologici di qualsiasi composto vegetale. Queste sostanze chimiche sono anche le più visibili tra le sostanze fitochimiche flavonoidi, perché forniscono una brillante pigmentazione blu, rossa o viola a molte specie di piante. Gli antociani servono anche a proteggere i tessuti fotosintetici dai raggi diretti del sole. Inoltre, le proprietà antiossidanti, antinfiammatorie e vasoprotettive degli antociani permettono loro di dimostrare diversi effetti sulla salute. Negli esseri umani, le antocianine sono efficaci per una varietà di condizioni di salute tra cui i danni neurologici, l’aterosclerosi, il diabete, così come il deterioramento della vista. Le antocianine interagiscono frequentemente con altre sostanze fitochimiche per potenziare gli effetti biologici; pertanto, i contributi delle singole biomolecole rimangono difficili da decifrare. Come risultato delle antocianine che forniscono una colorazione brillante ai fiori, le piante che contengono queste sostanze fitochimiche sono naturalmente in grado di attirare gli impollinatori come uccelli e api. I frutti e gli ortaggi prodotti da queste piante sono anch’essi vivacemente pigmentati e attirano gli animali che li mangiano e ne disperdono i semi. Grazie a questo meccanismo naturale le piante contenenti antociani sono ampiamente abbondanti nella maggior parte delle aree del mondo. L’alta abbondanza e la distribuzione delle piante contenenti antociani le rendono una fonte di cibo naturale per molti animali. Attraverso le prove fossili si sa che questi composti erano mangiati in grandi quantità dagli ominini primitivi.

Durante la prima e la seconda guerra mondiale gli aviatori dell’aeronautica britannica erano noti per consumare grandi quantità di marmellata di mirtilli. Gli aviatori consumavano questo cibo ricco di antociani per i suoi molti benefici visivi, incluso l’adattamento accelerato al buio, che sarebbe stato prezioso per le missioni di bombardamento notturno.

Fonti alimentariModifica

La frutta e la verdura dai colori brillanti sono ricchi di antociani. Questo ha senso intuitivamente perché gli antociani offrono la pigmentazione alle piante. Le more sono gli alimenti più ricchi di antociani, ne contengono 89-211 milligrammi per 100 grammi. Altri alimenti che sono ricchi di questa sostanza fitochimica includono cipolle rosse, mirtilli, mirtilli, cavolo rosso e melanzane. L’ingestione di una qualsiasi di queste fonti alimentari produrrà una varietà di sostanze fitochimiche oltre agli antociani perché esistono naturalmente insieme. L’assunzione giornaliera di antociani è stimata a circa 200 milligrammi in un adulto medio; tuttavia, questo valore può raggiungere diversi grammi al giorno se un individuo sta consumando integratori di flavonoidi.

Effetto sull’adattamento al buioModifica

Gli antociani accelerano l’adattamento al buio negli esseri umani migliorando la rigenerazione del fotopigmento asta, rodopsina. Le antocianine ottengono questo risultato legandosi direttamente all’opsina dopo la degradazione della rodopsina nei suoi singoli componenti da parte della luce. Una volta legata all’opsina, l’antocianina cambia la sua struttura accelerando così il suo accesso alla tasca di legame della retina. Con una dieta ricca di antociani, un individuo è in grado di generare rodopsina in tempi più brevi a causa della maggiore affinità dell’opsina alla retina. Attraverso questo meccanismo un individuo è in grado di accelerare l’adattamento al buio e raggiungere la visione notturna in un periodo di tempo più breve.

Prove di supportoModifica

In uno studio in doppio cieco, controllato con placebo condotto da Nakaishi et al. un concentrato di antociani in polvere derivato dal ribes nero è stato fornito a un certo numero di partecipanti. I partecipanti hanno ricevuto una delle tre dosi di antociani per misurare se il risultato si è verificato in modo dose-dipendente. Il periodo di adattamento al buio è stato misurato prima e due ore dopo l’integrazione in tutti i partecipanti. I risultati di questo esperimento indicano che le antocianine hanno accelerato significativamente l’adattamento al buio solo a un livello di dose rispetto al placebo. Osservando i dati nel loro insieme, Nakaishi et al. hanno concluso che le antocianine hanno effettivamente ridotto il periodo di adattamento al buio in modo dose-dipendente.

Prove contraddittorieModifica

Nonostante il fatto che molti scienziati ritengano che le antocianine siano utili per accelerare l’adattamento al buio nell’uomo, uno studio condotto da Kalt et al. nel 2014 ha dimostrato che le antocianine del mirtillo non hanno alcun effetto. In questo studio sono stati condotti due studi in doppio cieco e controllati con placebo per esaminare l’adattamento al buio dopo l’assunzione di prodotti a base di mirtillo. In nessuno dei due studi l’assunzione di antocianine di mirtillo ha avuto effetto sulla durata dell’adattamento al buio. Da questi risultati Kalt et al. hanno concluso che le antocianine del mirtillo non forniscono alcuna differenza significativa alla componente di adattamento al buio della visione umana.