Adaptacja (oko)

Istnieje szereg różnych metod, z różnym poziomem dowodów, które zostały rzekomo lub wykazane w celu zwiększenia szybkości, z jaką wizja może dostosować się w ciemności.

Czerwone światła i soczewkiEdit

W wyniku komórek pręcikowych mających szczytową czułość przy długości fali 530 nanometrów nie mogą postrzegać wszystkich kolorów w spektrum wizualnym. Ponieważ komórki pręcikowe są niewrażliwe na długie fale, użycie czerwonych świateł i czerwonych soczewek stało się powszechną praktyką w celu przyspieszenia ciemnej adaptacji. Aby adaptacja do ciemności była znacznie przyspieszona, osoba powinna rozpocząć tę praktykę na 30 minut przed wejściem do pomieszczenia o niskiej luminescencji. Praktyka ta pozwoli osobie na zachowanie widzenia fotopowego (dziennego) podczas przygotowywania się do widzenia skotopowego. Niewrażliwość na światło czerwone zapobiegnie dalszemu wybielaniu komórek pręcikowych i pozwoli na ponowne naładowanie fotopigmentu rodopsyny do jej aktywnej konformacji. Gdy osoba wejdzie do ciemnego otoczenia, większość jej komórek pręcikowych będzie już dostosowana do ciemności i będzie w stanie przekazywać sygnały wizualne do mózgu bez okresu akomodacji.

Koncepcja czerwonych soczewek do adaptacji w ciemności jest oparta na eksperymentach Antoine’a Béclère’a i jego wczesnej pracy z radiologią. W 1916 r. naukowiec Wilhelm Trendelenburg wynalazł pierwszą parę czerwonych gogli adaptacyjnych dla radiologów, aby przystosować ich oczy do oglądania ekranów podczas procedur fluoroskopowych.

Kontekst ewolucyjnyEdit

Chociaż wiele aspektów ludzkiego układu wzrokowego pozostaje niepewnych, teoria ewolucji fotopigmentów pręcikowych i czopkowych jest uzgodniona przez większość naukowców. Uważa się, że najwcześniejsze pigmenty wizualne pochodziły z fotoreceptorów stożkowych, a białka opsynowe pręcików rozwinęły się później. Po ewolucji ssaków z ich reptiliańskich przodków około 275 milionów lat temu nastąpiła faza nocna, w której złożone widzenie barw zostało utracone. Ponieważ ssaki były nocne, zwiększyły swoją wrażliwość w warunkach niskiej luminescencji i zredukowały swój system fotopowy z tetrachromatycznego do dichromatycznego. Przejście na nocny tryb życia wymagałoby więcej fotoreceptorów pręcikowych do pochłaniania niebieskiego światła emitowanego przez księżyc w nocy. Można ekstrapolować, że wysoki stosunek pręcików do czopków obecnych w oczach współczesnego człowieka został zachowany nawet po zmianie trybu życia z nocnego na dzienny. Uważa się, że pojawienie się trichromii u naczelnych nastąpiło około 55 milionów lat temu, kiedy temperatura powierzchni planety zaczęła rosnąć. Naczelne były z natury raczej dzienne niż nocne i dlatego wymagały bardziej precyzyjnego fotopowego systemu wizualnego. Trzeci fotopigment stożka był niezbędny do pokrycia całego spektrum widzenia, umożliwiając naczelnym lepsze rozróżnianie owoców i wykrywanie tych o najwyższej wartości odżywczej.

ZastosowaniaEdit

• Lotnicy powszechnie noszą okulary z czerwonymi soczewkami lub gogle przed startem w ciemności, aby zapewnić, że są w stanie widzieć na zewnątrz samolotu. Ponadto w czasie lotu kokpit jest oświetlony przyciemnionymi czerwonymi światłami. To oświetlenie ma na celu zapewnienie, że pilot jest w stanie czytać instrumenty i mapy przy jednoczesnym zachowaniu widzenia skotopowego do patrzenia na zewnątrz.
• Łodzie podwodne: Często okręty podwodne są „uzbrojone na czerwono”, co oznacza, że łódź będzie się wynurzać lub zbliżać do głębokości peryskopowej w nocy. W takich sytuacjach oświetlenie w niektórych przedziałach jest przełączane na światło czerwone, aby umożliwić oczom obserwatorów i oficerów przystosowanie się do ciemności przed wyjściem na zewnątrz łodzi. Dodatkowo, przedziały na okręcie podwodnym mogą być oświetlone czerwonym światłem w celu symulacji warunków nocnych dla załogi.

Witamina AEdit

Witamina A jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania ludzkiego oka. Fotopigment rodopsyny znaleziony w ludzkich komórkach pręcikowych składa się z retinalu, formy witaminy A, związanej z białkiem opsyny. Po absorpcji światła rodopsyna została rozłożona na retinal i opsynę poprzez wybielanie. Retinal mógł wtedy mieć jeden z dwóch losów: mógł rekombinować z opsyną, aby zreformować rodopsynę, lub mógł zostać przekształcony w wolny retinol. Amerykański naukowiec George Wald był pierwszym, który uznał, że układ wzrokowy traci witaminę A i jest zależny od diety w celu jej zastąpienia.Witamina A pełni wiele funkcji w organizmie człowieka poza zdrowym widzeniem. Jest niezbędna w utrzymaniu zdrowego systemu odpornościowego, jak również w promowaniu normalnego wzrostu i rozwoju. Przeciętny dorosły mężczyzna i kobieta powinni spożywać 900 i 700 mikrogramów witaminy A dziennie, odpowiednio. Konsumpcja powyżej 3000 mikrogramów dziennie jest określana jako toksyczność witaminy A i jest zwykle spowodowana przypadkowym spożyciem suplementów.

Źródła witaminy AEdit

Witamina A jest obecna zarówno w źródłach zwierzęcych, jak i roślinnych jako retinoidy i karotenoidy, odpowiednio. Retinoidy mogą być natychmiast wykorzystane przez organizm po wchłonięciu do układu krążenia; jednak karotenoidy pochodzenia roślinnego muszą być przekształcone w retinol przed wykorzystaniem przez organizm. Największym zwierzęcym źródłem witaminy A są wątroba, produkty mleczne i ryby. Owoce i warzywa zawierające duże ilości karotenoidów mają kolor ciemnozielony, żółty, pomarańczowy i czerwony.

Kontekst ewolucyjnyEdit

Białka opsynowe oparte na witaminie A były używane do wyczuwania światła w organizmach przez większość historii ewolucyjnej, począwszy od około 3 miliardów lat temu. Cecha ta została przekazana od organizmów jednokomórkowych do wielokomórkowych, w tym Homo sapiens. Witamina ta została najprawdopodobniej wybrana przez ewolucję do wyczuwania światła, ponieważ siatkówka powoduje przesunięcie absorbancji fotoreceptorów do zakresu światła widzialnego. To przesunięcie absorbancji jest szczególnie ważne dla życia na Ziemi, ponieważ generalnie odpowiada szczytowej irradiancji światła słonecznego na jej powierzchni. Drugim powodem, dla którego siatkówka stała się niezbędna dla ludzkiego wzroku, jest fakt, że ulega ona dużym zmianom konformacyjnym, gdy jest wystawiona na działanie światła. Uważa się, że ta zmiana konformacyjna ułatwia białku fotoreceptora rozróżnienie pomiędzy stanem cichym a aktywnym, co pozwala lepiej kontrolować fototransdukcję wzrokową.

Dowody eksperymentalneEdit

Różne badania zostały przeprowadzone w celu sprawdzenia skuteczności suplementacji witaminy A na adaptację do ciemności. W badaniu przeprowadzonym przez Cideciyan et al. długość ciemnej adaptacji była mierzona u pacjenta z układowym niedoborem witaminy A (VAD) przed i po suplementacji witaminy A. Funkcja adaptacji do ciemności była mierzona przed suplementacją, 1 dzień po leczeniu i 75 dni po leczeniu. Zaobserwowano, że już po jednym dniu suplementacji witaminą A kinetyka powrotu adaptacji do ciemności uległa znacznemu przyspieszeniu po wybieleniu fotoreceptorów. Adaptacja do ciemności uległa dalszemu przyspieszeniu po 75 dniach leczenia. W kolejnym badaniu Kemp i wsp. badali adaptację ciemną u osób z pierwotną żółciową marskością wątroby i chorobą Crohna, u których występował niedobór witaminy A. W ciągu 8 dni doustnej suplementacji witaminy A u obu pacjentów funkcje wzrokowe powróciły do normy. Co więcej, kinetyka adaptacyjna znacznie poprawiła się u obu badanych po suplementacji.

AntocyjanyEdit

Antocyjany stanowią większość z 4000 znanych fitochemikaliów flawonoidowych. Ta grupa około 600 bioaktywnych antyoksydantów ma najsilniejsze działanie fizjologiczne spośród wszystkich związków roślinnych. Te związki chemiczne są również najbardziej widoczne wśród fitochemikaliów flawonoidowych, ponieważ zapewniają jasnoniebieską, czerwoną lub purpurową pigmentację wielu gatunkom roślin. Antocyjany służą również do ochrony tkanek fotosyntetycznych przed bezpośrednim działaniem promieni słonecznych. Ponadto, właściwości przeciwutleniające, przeciwzapalne i wazoprotekcyjne antocyjanów pozwalają im wykazywać różnorodne efekty zdrowotne. U ludzi, antocyjany są skuteczne dla różnych warunków zdrowotnych, w tym uszkodzenia neurologiczne, miażdżyca, cukrzyca, jak również zaburzenia widzenia. Antocyjany często współdziałają z innymi fitochemikaliami, aby wzmocnić efekty biologiczne, dlatego też wkład poszczególnych biomolekuł pozostaje trudny do rozszyfrowania.W wyniku antocyjanów zapewniających jasne zabarwienie kwiatów, rośliny zawierające te fitochemikalia są naturalnie skuteczne w przyciąganiu zapylaczy, takich jak ptaki i pszczoły. Owoce i warzywa produkowane przez takie rośliny są również jasno pigmentowane przyciągając zwierzęta do jedzenia ich i rozproszenia nasion. Dzięki temu naturalnemu mechanizmowi rośliny zawierające antocyjany występują w dużych ilościach w większości rejonów świata. Duża obfitość i dystrybucja roślin zawierających antocyjany sprawia, że są one naturalnym źródłem pożywienia dla wielu zwierząt. Poprzez dowody kopalne wiadomo, że związki te były spożywane w dużych ilościach przez prymitywnych hominins.

Podczas I i II wojny światowej lotnicy British Air Force były znane spożywać duże ilości dżemu jagodowego. Lotnicy spożywali ten bogaty w antocyjany żywności ze względu na wiele korzyści wizualnych, w tym przyspieszone ciemne adaptacji, które byłyby cenne dla misji bombardowania night.

Źródła żywnościEdit

Jasno kolorowe owoce i warzywa są bogate w antocyjany. To ma sens intuicyjnie, ponieważ antocyjany oferują pigmentację do roślin. Najbardziej bogatym w antocyjany pokarmem są jeżyny, zawierające 89-211 miligramów na 100 gramów. Inne pokarmy, które są bogate w ten fitochemiczny obejmują czerwoną cebulę, jagody, borówki, czerwona kapusta i bakłażan. Spożycie każdego z tych źródeł żywności przyniesie szereg fitochemicznych oprócz antocyjanów, ponieważ naturalnie istnieją razem. Dzienne spożycie antocyjanów szacuje się na około 200 miligramów w przeciętnej osoby dorosłej, jednak wartość ta może osiągnąć kilka gramów dziennie, jeśli osoba spożywa suplementy flawonoidów.

Wpływ na ciemne adaptacjiEdit

Antocyjany przyspieszyć ciemne adaptacji u ludzi poprzez zwiększenie regeneracji fotopigmentu pręta, rodopsyny. Antocyjany osiągnąć to poprzez wiązanie bezpośrednio do opsyny po degradacji rodopsyny do jej poszczególnych składników przez światło. Po związaniu się z opsyną, antocyjan zmienia swoją strukturę, przyspieszając w ten sposób dostęp do kieszeni wiążącej siatkówki. Przez posiadanie diety bogatej w antocyjany osoba jest w stanie wytworzyć rodopsynę w krótszych okresach czasu z powodu zwiększonego powinowactwa opsyny do retinalu. Dzięki temu mechanizmowi osoba jest w stanie przyspieszyć ciemną adaptację i osiągnąć widzenie nocne w krótszym okresie czasu.

Dowody potwierdzająceEdit

W podwójnie ślepym, kontrolowanym placebo badaniu przeprowadzonym przez Nakaishi i wsp. sproszkowany koncentrat antocyjanów pochodzących z czarnych porzeczek został dostarczony do pewnej liczby uczestników. Uczestnicy otrzymali jedną z trzech dawek antocyjanów, aby zmierzyć, czy wynik wystąpił w sposób zależny od dawki. Okres adaptacji do ciemności był mierzony przed i dwie godziny po suplementacji u wszystkich uczestników. Wyniki z tego eksperymentu wskazują, że antocyjany znacznie przyspieszyły ciemną adaptację tylko na jednym poziomie dawki w porównaniu do placebo. Obserwując dane jako całość Nakaishi i wsp. doszli do wniosku, że antocyjany skutecznie skróciły okres ciemnej adaptacji w sposób zależny od dawki.

Sprzeczne dowodyEdit

Pomimo tego, że wielu naukowców uważa antocyjany za korzystne w przyspieszaniu ciemnej adaptacji u ludzi, badanie przeprowadzone przez Kalt i wsp. w 2014 roku wykazało, że antocyjany z borówki nie mają żadnego efektu. W tym badaniu przeprowadzono dwa podwójnie ślepe, kontrolowane placebo badania w celu zbadania ciemnej adaptacji po spożyciu produktów z borówki. W żadnym z badań spożycie antocyjanów borówki nie wpłynęło na długość ciemnej adaptacji. Na podstawie tych wyników Kalt i wsp. doszli do wniosku, że antocyjany z borówki nie mają znaczącego wpływu na składnik ciemnej adaptacji ludzkiego wzroku.

.