생체시계를 교란하는 백색 LED

그림설명 : 과학자들은 다른 형태의 전구들보다 더 많은 녹색을 발생하는 경향이 있는 LED조명의 잠재적인 생체적 효과에 대하여 조사하고 있다.  우리는 매일 발광다이오드 (LED)를 접하게 된다. 이러한 LED는 알람 시계, 새로운 텔레비전, 교통 신호등, 스마트 폰 디스플레이의 조명으로 사용된다. 점차적으로 에너지 효율이 좋은 조명, 자동차 헤드라이트, 가로등에 적합한 백색 LED가 나타나게 될 것이다.   우리가 이해할 수 없는 것은 청색광을 포함한 색의 스팩트럼을 방출하는 백색 LED의 가장 일반적인 형태가 수면과 같은 일상 활동을 규정짓는 우리 뇌의 생체 시계에 신호를 보내는데 부적당한 효과를 보이고 있다는 것이다.   청색광에 대한 신체의 특별한 민감도 현실화는 청색광이 수면과 다른 생체 과정들에 대한 신체의 패턴들을 설정하는 동물들에서 거의 24 시간 주기인 우리의 생물학적 리듬을 방해할 수 있다는 것에 대한 과학적인 조사를 하도록 자극해 왔다.   국제 Dark-Sky 연합과 같은 조직들은 실외 야간 조명을 위해 백색 LED 이용을 경고하고 있으며, 몇몇 과학자들은 이미 청색이 많은 조명의 실외 사용을 금지하는 규제를 요구하고 있다. 하지만, 대부분은 이러한 효과들이 작다고 판단하고 있으며, 만약 백색 LED 빛이 전혀 어떠한 건강 상의 문제를 가지고 있다면 결정되기 전에 더 많은 과학적 연구들이 요구된다고 한다. 몇몇 과학자들은 밝음과 어둠에 대한 인간의 전체 24 시간 노출 패턴에서 수명 박탈과 같은 다른 요소들이 생물학적 리듬을 훨씬 더 방해할 수 있다고 주장한다. 전염병 연구들은 암, 심장 혈관 질환, 비만과 같은 건강 문제에 생물학적 주기 방해를 연결해 왔고 과학자들은 만약 한밤 중에 조명, 청색이 많은 LED가 하나의 원인인지를 연구하고 있다.   이스라엘 하이파(Haifa) 대학 아브라함 하임 (Abraham Haim)은 백색 LED를 빛 조명의 형태로 고려한다. 동물에서 생체적인 리듬과 주기들을 연구하는 과학자, 시간 생물학자인 하임은 환경 친화적인 조명이라 불리는 것은 환경친화적이 아니라고 말했다. 그는 청색광이 들쥐, 사마귀, 쥐와 같은 야행성 동물들 내 생물학적 주기에 관계된 호르몬들을 방해할 수 있다는 것을 보이는 연구들을 수행했다.   백색 LED는 청색과 노란색 광의 혼합으로 만들어져 백색광처럼 보인다. 백열등과 소형 형광등을 포함하여 다른 광 전구들은 청색이 덜 발생하도록 하는 경향이 있다. 21세기까지 과학자들은 로드(rod)와 콘(cone)인 눈에서 두 가지 형태의 광 민감 세포들만 알려졌다. 그러나, 2001년에 브라운 대학의 데이빗 버슨 (David Berson)은 포유동물의 눈들은 빛 흡수에 대해 3번째 세포를 포함한다는 것을 입증했다.   시애틀에 있는 워싱턴 대학에서 인과학과 교수인 제이 네이쯔 (Jay Neitz)는 연대생물학과 비젼(vision) 연구가 전체 세계에서 매우 놀라운 발견이라고 말했다. 로드와 콘은 생물학적 주기의 리듬에 대해 반응할 수 있다고 생각했고 이에 따라 일상 생물학적인 리듬에 대한 중요한 뇌의 표준 시간, 초시각교차핵으로 신호를 보내는 특별한 세포가 있다는 것을 발견했다고 덧붙였다.   고유 광에 민감한 레티날 (retinal) 신경질 세포들이라 불리는 최근 발견된 세포의 형태는 총 백 만개 콘들에 대해 레티날 신경질 세포들 중 대략 하나만이 다른 광 민감성 세포들보다 수 측면에서 훨씬 더 작다. 그러나, 그들은 멜라놉신(melanopsin)이라 불리는 주요 광 민감성 단백질을 포함한다. 빛이 멜라놉신을 부딪칠 때, 이것은 인체의 생체적인 주기 리듬을 규칙화하는 작은 뇌 영역인 초시각교차핵 (superchiasmatic nucleus)로 신호들을 보내기 위해 신경질 세포들을 유발시킬 수 있다. 뉴욕주, 렌셀럿 공대에서 조면 연구 센터의 이사인 마크 리 (Mark Rea)는 새로 발견된 신경질 세포들이 망막으로부터 뇌의 생체적인 주기 시스템까지 신호들을 보내는데 대표적인 역할을 한다고 한다. 이것이 발생했을 때, 멜라놉신 단백질드은 남색에서 청색 사이에서 440에서 460 나노미터 사이 파장 영역에서 광에 가장 민감하다. 많은 백색 LED디자인은 450nm 근처에서 중심인 청색광을 개발한다.   스위스 바셀 (Basel)에서 생체시계학자(chronobiologist)에 의한 2005년 연구에서 인체 지원자들은 550nm의 더 높은 파장을 가진 거의 노란색-녹색 광에 노출될 때보다 신체의 생체적인 주기 시스템에 의해 규정된 호르몬인 멜라토닌에서 더 큰 감소를 경험하는 한밤 중 460nm 광까지 2시간동안 노출됐다는 것을 보였다. 신체가 각성과 수면의 규칙적인 24시간 리듬을 유지하는 것을 도와주는 멜라토닌은 DNA과 같은 생체적인 분자들을 보호해 왔다는 산화방지제 화합물이다.   환경 관리(Environmental Management) 저널의 2011년 10월호에서 하이파(Haifa) 대학의 하임과 그의 공동 저자들은 백색광 LED가 저압력 나트륨 램프들보다 5배 멜라토닌을 감소할 수 있으며, 주차장에서 종종 보여지는 노란색-주황색 조명들을 생산할 수 있다는 것을 계산하였다. 하임과 그의 공동 저자들은 540nm보다 짧은 파장에서 광의 외부 방출을 전체 금지하고, 인간과 동물들에서 생물학적 주기의 리듬 붕괴와 감소된 멜라토닌 생산의 효과를 감소하기 위하여 저압력 나트륨 램프의 디자인으로 되돌아가야 한다고 한다.   또한, 연구팀은 소비자들과 전구 생산자들에게 전구들에 의해 생상된 빛의 파장들에 대한 이해가 증가되어야 한다고 한다.   그러나, Rea는 서로 다른 빛에 의해 발생되는 상대적인 양이 아닌 절대적인 멜라토닌 양의 감소를 이해하는 것은 중요하다고 말한다. 또한, 그는 작은 양보다도 5배 더 많다는 것은 좋은 것이 아니라고 말한다. 부가적으로, 그는 빛 스펙트럼에 기반된 단순한 계산들이 멜라토닌의 감소를 정확하게 결정하지 못한다고 한다. 대신에, 한가지는 빛 노출에 대해 양, 소스, 지속 시간과 같은 다른 요소들과 관찰자에게 어떻게 바로 도달했는지을 고려해야만 한다는 것이다. 이러한 모든 요소들이 어떤 영향들을 미치는가를 예견하는데 도움이 된다.   하임은 이러한 요소들을 이해하고, 연구팀은 요소들을 해명하는 연구들을 조절하여 알아보고 싶어한다. 한편, 연구팀은 두 각도들로부터 이러한 토픽의 연구를 하고 있다. 첫째, 연구팀은 24시간 주기를 넘어 인간의 눈에 도달하는 빛을 측정하기 위하여 헤드셋을 개발하였다. 이는 데이시미터(Daysimeter)로 불린다. 보정된 기구들로 눈에 실제 도달하는 빛을 측정하는 것은 건강 상의 문제에서 빛의 영향에 대한 답을 얻는 다음 단계의 핵심이 될 것이다. 부가적으로, 연구팀은 레티나에 도달하는 빛이 어떻게 생물학적 주기의 시스템에 도달하는 신경 신호들로 변환되는지에 대한 생리학적 모델을 개발하였다.   이전의 연구는 신경 신호들이 생물학적 주기의 시스템을 자극하는 정도가 얼마나 많은 멜라토닌이 감소되는지를 결정한다는 것을 설립했다. 이러한 모델은 가시광 스펙트럼의 서로 다른 부분으로 눈의 민감성을 설명하고, 뇌의 다양한 부분들에서 신호를 트리거하는 빛의 레벨들을 설명한다. 번개의 짧은 플래쉬는 생물학적 주기의 시스템에서 신호를 트리거하지 못하지만, 광에 더 많이 노출되게 할 수 있다.   한시간 동안 백색광 LED 가로등 아래에 사람을 가상으로 이러한 모델에 적용함으로써, 연구팀은 한시간의 노출로 약 3 ~ 8%까지 멜라토닌 레벨들을 감소시킬 수 있다는 것을 계산하였다. 모델링의 3 ~ 8% 효과는 작지만 그것은 중요하다. 그리고, 과학에서는 아직까지 그만큼의 효과를 보지 못했다. 연구팀의 비슷한 모델 기반 계산들은 컴퓨터 스크린들과 테블릿들과 같은 전자 소자들로부터의 빛이 7 ~ 20%까지 멜라토닌을 감소할 수 있다는 것을 보여주었다.   다른 관점에서 Rea는 백생광 LED를 포함하지 않는 다른 예를 제안하였다. Rea는 하키 게임에 참석하였을 때 광측정 소자를 다른 동료에게 들게 하였다. 연구팀의 모델 계산에 따르면, 이는 멜라토닌 생산의 20 ~ 25%를 억제시켰다. Rea는 “그러나, 멜라토닌을 제거하는 것과 같이 제로까지 억제시키지는 못했다. 당신이 바깥에 나가 창문 밖 가로등을 바라보다가 갑자기 밤에 어떤 멜라토닌도 가지지 못한다. 그것은 단순히 사실이 아니다. 그래서, 당신은 숫자들을 알아야만 한다.”고 말한다. Rea는 밤에 홀로 빛을 바라보는 것은 어떻게 환경이 생물적인 시계에 영향을 끼치는지에 대한 기본적인 물음에 대답하지 못한다고 믿는다.   그는 “당신은 낮에 얻었던 것을 역시 알지 못하고 밤에 빛에 대해 실제 이야기 할 수 없다는 것을 안다. 24시간 리듬에 대한 고려는 필요하다. 너무 피상적이어서 3 ~ 8%까지 멜라토닌 억제를 이야기할 수 없고, 건강하게 할 것인지 아닌지에 대한 어떤 결론도 내릴 수 없다. 하임은 더 긴 주기의 시간 동안 큰 모집단 밀도를 이용하여 밤시간의 빛과 건강 상의 관계를 탐구하여 더 자세한 유행병학상의 연구들을 요구한다.   Rea는 유행병학을 넘어 움직임을 제안한다. 그는 사람의 실제 24시간 광 노출의 자세한 측정들과, 동물들을 위한 비슷한 빛-어둠 패턴들을 만드는 실험들을 디자인하는 것을 제안한다. 이때, 그는 빛-어둠 패턴이 건강에 영향을 끼치는지 아닌지에 대한 가설을 테스트할 수 있다고 한다. 그리고, 기술적인 해결들이 있다. 표준 기술 국가기관(National Institute of Standards and Technology)의 시력(vision) 과학자 Wendy Davis는 LED 기술들이 조정할 수 있는 빛을 만들게 하여 밤에 부족한 청색과 낮에 청색이 풍부한 빛을 만들 수 있다고 한다. 그러나, 이것이 필요한지 아닌지는 따져봐야만 한다. 국가 전기 제조 협회(National Electrical Manufacturers Association)에서 regulatory affair의 매니저인 Alex Boesenberg는 우리가 훌륭하고, 명석하면, 적절히 실행된 연구를 지원하고 이를 수행하는 것 이외에 생물학적 주기의 붕괴에 대한 충분한 연구가 없다고 한다. 그는 만약 어떤 것에 대한 변경이 필요하거나 무엇이 행해지도록 필요하다면 검토하고 살펴보겠다고 한다.   하임은 내부 및 외부 빛들에 대한 결정은 인간과 야생, 다른 동물들의 생명을 무시하지 않고, 시간 생물학의 아이디어들을 따라야만 한다고 한다. 그는 빛의 생물학적 영향들에 대해 찾을 수 있는 동물 모델들의 연구가 더 필요하다고 한다. 이 시점에서 분명한 결과의 부제에 따라 Rea는 사람들이 가능한한 일정한 24시간 스케줄을 유지하라고 충고한다. 그리고, 이는 생물학적 주기의 시스템을 일정 리듬으로 유지하기 위한 가장 안전한 방법이며, 어떤 가능한 부정적인 건강 영향에 기여하지 않을 것이라고 한다.   원문출처 : http://medicalxpress.com/news/2011-10-white-disrupt-biological-clocks.html