Er zijn verschillende methoden, met uiteenlopende niveaus van bewijs, waarvan wordt beweerd of is aangetoond dat zij de snelheid verhogen waarmee het gezichtsvermogen zich in het donker kan aanpassen.
Rode lichten en lenzenEdit
Aangezien staafcellen een piekgevoeligheid hebben bij een golflengte van 530 nanometer, kunnen zij niet alle kleuren van het visuele spectrum waarnemen. Omdat staafcellen ongevoelig zijn voor lange golflengten, is het gebruik van rode lampen en rode brillenglazen een gangbare praktijk geworden om de donkeradaptatie te versnellen. Om de donkeradaptatie aanzienlijk te versnellen zou een persoon idealiter 30 minuten voor het betreden van een omgeving met lage luminescentie met deze oefening moeten beginnen. Hierdoor kan iemand zijn fotopisch (dag) zicht behouden terwijl hij zich voorbereidt op scotopisch zicht. De ongevoeligheid voor rood licht voorkomt dat de staafcellen verder verbleken en geeft het rhodopsine fotopigment de gelegenheid zich weer op te laden tot zijn actieve conformatie. Zodra een individu een donkere omgeving binnengaat, zullen de meeste van hun staafcellen reeds geaccommodeerd zijn aan het donker en in staat zijn visuele signalen door te geven aan de hersenen zonder een accommodatieperiode.
Het concept van rode lenzen voor donkeradaptatie is gebaseerd op experimenten van Antoine Béclère en zijn vroege werk met radiologie. In 1916 vond de wetenschapper Wilhelm Trendelenburg de eerste rode aanpassingsbril uit voor radiologen om hun ogen aan te passen aan de beeldschermen tijdens fluoroscopische procedures.
Evolutionaire contextEdit
Hoewel vele aspecten van het menselijke visuele systeem onzeker blijven, is de theorie over de evolutie van staaf- en kegel-fotopigmenten door de meeste wetenschappers aanvaard. Aangenomen wordt dat de eerste visuele pigmenten die van de kegelfotoreceptoren waren, terwijl de staaf-opsine-eiwitten zich later ontwikkelden. Na de evolutie van de zoogdieren uit hun reptielachtige voorouders, ongeveer 275 miljoen jaar geleden, was er een nachtelijke fase waarin het complexe kleurenzicht verloren ging. Omdat deze pro-zoogdieren nachtdieren waren, verhoogden zij hun gevoeligheid bij lage lichtintensiteit en reduceerden zij hun fotopisch systeem van tetrachromatisch tot dichromatisch. De overgang naar een nachtelijke levensstijl zou meer staafvormige fotoreceptoren vereisen om het blauwe licht te absorberen dat ’s nachts door de maan wordt uitgezonden. Men kan extrapoleren dat de hoge verhouding staafjes-kegeltjes die in de moderne menselijke ogen aanwezig is, behouden bleef zelfs na de verschuiving van nachtelijk naar overdag. Men neemt aan dat het ontstaan van driekleurigheid bij primaten ongeveer 55 miljoen jaar geleden plaatsvond toen de oppervlaktetemperatuur van de planeet begon te stijgen. De primaten waren eerder overdag dan ’s nachts actief en hadden daarom een nauwkeuriger fotopisch visueel systeem nodig. Een derde kegel-fotopigment was nodig om het gehele visuele spectrum te bestrijken, zodat de primaten beter onderscheid konden maken tussen vruchten en die met de hoogste voedingswaarde konden detecteren.
ToepassingenEdit
- Vliegers dragen gewoonlijk een bril met rode glazen voordat zij in het donker opstijgen om ervoor te zorgen dat zij in staat zijn om buiten het vliegtuig te zien. Bovendien wordt de cockpit tijdens de vlucht verlicht met schemerige rode lampen. Deze verlichting moet ervoor zorgen dat de piloot de instrumenten en kaarten kan lezen terwijl hij scotopisch zicht behoudt om naar buiten te kijken.
- Onderzeeërs: Vaak worden onderzeeërs “opgetuigd voor rood”, wat betekent dat de boot ’s nachts aan de oppervlakte komt of op periscoopdiepte komt. Gedurende dergelijke tijden wordt de verlichting in bepaalde compartimenten op rood licht gezet om de ogen van de uitkijkposten en officieren in staat te stellen zich aan de duisternis aan te passen alvorens buiten de boot te kijken. Bovendien kunnen compartimenten op een onderzeeër met rood licht worden verlicht om nachtomstandigheden voor de bemanning te simuleren.
Vitamine AEdit
11-cis-Retinal2
Vitamine A is noodzakelijk voor een goede werking van het menselijk oog. Het fotopigment rhodopsine in de staafcellen van de mens bestaat uit retinal, een vorm van vitamine A, gebonden aan een opsine-eiwit. Bij de absorptie van licht werd rhodopsine door bleking ontleed in retinal en opsine. Retinal kon dan een van de twee volgende bestemmingen hebben: het kon recombineren met opsine om rhodopsine te vormen of het kon worden omgezet in vrij retinol. De Amerikaanse wetenschapper George Wald was de eerste die erkende dat het visuele systeem vitamine A verbruikt en afhankelijk is van de voeding voor de vervanging ervan. Vitamine A heeft vele functies in het menselijk lichaam buiten het gezonde gezichtsvermogen. Het is van vitaal belang voor het behoud van een gezond immuunsysteem en voor een normale groei en ontwikkeling. De gemiddelde volwassen man en vrouw moeten respectievelijk 900 en 700 microgram vitamine A per dag binnenkrijgen. Consumptie boven 3000 microgram per dag wordt vitamine A toxiciteit genoemd en wordt meestal veroorzaakt door het per ongeluk innemen van supplementen.
Bronnen van vitamine AEdit
Vitamine A is aanwezig in zowel dierlijke als plantaardige bronnen als retinoïden en carotenoïden, respectievelijk. Retinoïden kunnen onmiddellijk door het lichaam worden gebruikt na absorptie in het cardiovasculaire systeem; carotenoïden op plantaardige basis moeten echter worden omgezet in retinol voordat ze door het lichaam kunnen worden gebruikt. De hoogste dierlijke bronnen van vitamine A zijn lever, zuivelproducten en vis. Fruit en groenten die veel carotenoïden bevatten zijn donkergroen, geel, oranje en rood van kleur.
Evolutionaire contextEdit
Opsine-eiwitten op basis van vitamine A zijn gebruikt voor het waarnemen van licht in organismen gedurende het grootste deel van de evolutionaire geschiedenis, beginnend ongeveer 3 miljard jaar geleden. Deze eigenschap is doorgegeven van eencellige naar meercellige organismen, waaronder Homo sapiens. Deze vitamine werd waarschijnlijk door de evolutie geselecteerd voor het waarnemen van licht, omdat retinal een verschuiving veroorzaakt in de absorptie van de fotoreceptor naar het zichtbare lichtgebied. Deze verschuiving in absorptie is bijzonder belangrijk voor het leven op aarde, omdat zij over het algemeen overeenkomt met de piekstraling van het zonlicht op het aardoppervlak. Een tweede reden waarom het netvlies zo belangrijk is geworden voor het gezichtsvermogen van de mens, is dat het een grote conformatieverandering ondergaat wanneer het aan licht wordt blootgesteld. Aangenomen wordt dat deze conformatieverandering het voor het fotoreceptoreiwit gemakkelijker maakt om onderscheid te maken tussen de stille en de geactiveerde toestand, waardoor de visuele fototransductie beter kan worden geregeld.
Experimenteel bewijsEdit
Er zijn verschillende studies uitgevoerd waarin de effectiviteit van vitamine A-suppletie op de aanpassing aan het donker is getest. In een studie van Cideciyan et al. werd de duur van de donkeradaptatie gemeten bij een patiënt met systemische vitamine A-deficiëntie (VAD) voor en na vitamine A-suppletie. De donkeradaptatiefunctie werd gemeten vóór de supplementatie, 1 dag na de behandeling en 75 dagen na de behandeling. Er werd waargenomen dat na slechts één dag vitamine A-suppletie de herstelkinetiek van de donkeradaptatie significant versneld werd na het bleken van de fotoreceptoren. De donkeradaptatie werd verder versneld na 75 dagen behandeling. Een latere studie door Kemp e.a. bestudeerde de donkeradaptatie bij personen met primaire biliaire cirrose en de ziekte van Crohn, die beide een vitamine A-tekort hadden. Binnen 8 dagen na orale suppletie van vitamine A was de visuele functie van beide patiënten hersteld tot normaal. Bovendien verbeterde de aanpassingskinetiek aanzienlijk bij beide proefpersonen na suppletie.
AnthocyanenEdit
Anthocyaninen vormen de meerderheid van de 4000 bekende flavonoïde fytochemicaliën. Deze groep van ongeveer 600 bioactieve antioxidanten heeft de sterkste fysiologische effecten van alle plantverbindingen. Deze chemische stoffen zijn ook de meest zichtbare van de flavonoïde fytochemicaliën, omdat zij zorgen voor helderblauwe, rode of paarse pigmentatie bij veel plantensoorten. Anthocyanen dienen ook om de fotosynthetische weefsels te beschermen tegen de directe zonnestralen. Bovendien zorgen de antioxiderende, ontstekingsremmende en vasoprotectieve eigenschappen van anthocyanen ervoor dat ze diverse gezondheidseffecten kunnen hebben. Bij de mens zijn anthocyanen werkzaam tegen verschillende gezondheidsproblemen, waaronder neurologische schade, atherosclerose, diabetes, maar ook slechtziendheid. Anthocyanen werken vaak samen met andere fytochemicaliën om biologische effecten te versterken; daarom blijft de bijdrage van individuele biomoleculen moeilijk te ontcijferen.Als gevolg van anthocyanen die bloemen een heldere kleur geven, zijn de planten die deze fytochemicaliën bevatten van nature succesvol in het aantrekken van bestuivers zoals vogels en bijen. De vruchten en groenten die door dergelijke planten worden geproduceerd, zijn ook helder gepigmenteerd, waardoor dieren worden aangetrokken om ze op te eten en de zaden te verspreiden. Dankzij dit natuurlijke mechanisme zijn anthocyaan-bevattende planten wijdverbreid in de meeste gebieden van de wereld. De grote overvloed en verspreiding van anthocyaan-bevattende planten maakt ze tot een natuurlijke voedselbron voor veel dieren. Door fossiele bewijzen is bekend dat deze verbindingen in grote hoeveelheden werden gegeten door primitieve hominins.
Tijdens de Eerste en Tweede Wereldoorlog was bekend dat vliegeniers van de Britse luchtmacht grote hoeveelheden bosbessenjam aten. De vliegeniers aten dit anthocyaanrijke voedsel vanwege de vele visuele voordelen, waaronder een versnelde aanpassing aan het donker, wat waardevol zou zijn voor nachtelijke bombardementsmissies.
VoedselbronnenEdit
Bramenvruchten
Fris gekleurde vruchten en groenten zijn rijk aan anthocyanen. Dit is intuïtief logisch, omdat anthocyanen planten pigment geven. Bramen zijn de meest anthocyaanrijke voedingsmiddelen, met een gehalte van 89-211 milligram per 100 gram. Andere voedingsmiddelen die rijk zijn aan deze fytochemicaliën zijn rode uien, bosbessen, bosbessen, rode kool en aubergine. De inname van elk van deze voedingsbronnen levert naast anthocyanen een verscheidenheid aan fytochemicaliën op, omdat deze van nature samen voorkomen. De dagelijkse inname van anthocyanen wordt geschat op ongeveer 200 milligram voor de gemiddelde volwassene; deze waarde kan echter oplopen tot enkele grammen per dag als een individu flavonoïde supplementen consumeert.
Effect op aanpassing aan het donkerEdit
Anthocyanen versnellen de aanpassing aan het donker bij de mens door de regeneratie van het staaffotopigment, rhodopsine, te verbeteren. Anthocyanen doen dit door zich direct aan opsine te binden na de afbraak van rhodopsine tot zijn afzonderlijke bestanddelen door licht. Eenmaal gebonden aan opsine, verandert de anthocyanine zijn structuur, waardoor het sneller toegang krijgt tot de retinale bindingsplaats. Door een dieet dat rijk is aan anthocyanen kan iemand in kortere tijd rhodopsine aanmaken, omdat opsine een grotere affiniteit heeft met retinal. Door dit mechanisme is een individu in staat om de aanpassing aan het donker te versnellen en in een kortere periode nachtzicht te bereiken.
Ondersteunend bewijsEdit
In een dubbelblind, placebogecontroleerd onderzoek, uitgevoerd door Nakaishi et al. werd aan een aantal deelnemers een concentraat van anthocyanen in poedervorm, afkomstig van zwarte bessen, verstrekt. Deelnemers kregen een van de drie doses anthocyanen om te meten of het resultaat op een dosis-afhankelijke manier optrad. Bij alle deelnemers werd de periode van donkeradaptatie gemeten voorafgaand aan en twee uur na de supplementatie. De resultaten van dit experiment tonen aan dat anthocyanen de donkeradaptatie aanzienlijk versnelden bij slechts één dosis vergeleken met de placebo. De gegevens als geheel overziend concludeerden Nakaishi et al. dat anthocyanen de donkeradaptatieperiode effectief verkortten op een dosisafhankelijke manier.
Tegenstrijdig bewijsEdit
Ondanks het feit dat veel wetenschappers geloven dat anthocyanen gunstig zijn voor het versnellen van donkeradaptatie bij mensen, toonde een studie uitgevoerd door Kalt et al. in 2014 aan dat anthocyanen van bosbessen geen effect hebben. In deze studie werden twee dubbelblinde, placebogecontroleerde studies uitgevoerd om de donkeradaptatie na de inname van bosbessenproducten te onderzoeken. In geen van beide studies had de inname van anthocyanen uit blauwe bosbessen effect op de duur van de donkeradaptatie. Uit deze resultaten concludeerden Kalt et al. dat anthocyanen in blauwe bosbessen geen significant verschil opleveren voor de donkeradaptatie-component van het menselijk gezichtsvermogen.