Lumina solară, UVB și vitamina D – Iluminatul centrat pe om(HCL-Human Centric Lighting) dincolo de stimularea melanopică

Radiațiile UVB inițiază procese vitale în organismul nostru

Radiațiile UVB declanșează procese vitale în organismul nostru, unul dintre acestea fiind producerea vitaminei D la nivelul pielii. Se știe foarte bine că expunerea excesivă la soare poate prezenta riscuri. Mai puțin cunoscut este faptul că același lucru este valabil și în cazul expunerii insuficiente la soare, din cauza stilului nostru de viață predominant în interiorul clădirilor. În prima parte a acestui articol, vom prezenta mai întâi cunoștințele științifice privind vitamina D. În partea a doua, vom explica modul în care lumina artificială poate fi îmbogățită cu o doză mică și sigură de radiații UVB, pentru a suplimenta producția naturală de vitamina D la nivelul pielii.

Nici prea mult, nici prea puțin.

Partea I: Bazele biologice ale vitaminei D

Lumina este un element fundamental al vieții pe Pământ [1, 2], fiind la fel de importantă precum hrana, aerul și apa. Senzația produsă de lumina soarelui are un efect profund asupra sănătății și stării de bine a oamenilor, susținând procesele vizuale, emoționale și biologice ale organismului.

O parte din această radiație este percepută sub formă de lumină vizibilă, în timp ce alte componente, precum radiațiile UV (ultraviolete) și IR (infraroșii), sunt invizibile pentru noi, dar nu sunt lipsite de importanță.

Radiațiile infraroșii ne oferă căldură și confort, în timp ce radiațiile UV ne pot furniza ceea ce este cunoscut sub denumirea de „vitamina soarelui”.

Pe de altă parte, expunerea excesivă la lumina solară poate provoca arsuri solare. Pentru majoritatea oamenilor, aici se opresc cunoștințele despre acest subiect.

Atunci când discutăm despre iluminatul centrat pe nevoile omului (HCL-Human Centric Lighting) și despre efectele acestuia asupra ritmului nostru circadian (ciclul somn–veghe), subliniem adesea faptul că oamenii își petrec peste 90% din timp în interior [3].

Acest fapt este la fel de important și atunci când analizăm expunerea la radiațiile UVB în aer liber, necesară pentru menținerea unor niveluri suficiente de vitamina D în organism.

Cercetările arată clar că nivelurile de vitamina D variază pe parcursul anului și că multe persoane au un nivel insuficient de vitamina D chiar și în lunile de vară (Figura 1).

Deoarece stilul de viață modern ne ține în interior în cea mai mare parte a timpului și deoarece practicile de evitare a soarelui sunt frecvente în multe țări, o mare parte din populația lumii pur și simplu nu primește suficientă vitamina D.

O meta-analiză globală recentă, bazată pe măsurători ale sângelui colectate între 2000 și 2022, a constatat că aproximativ 77% dintre oameni au niveluri insuficiente de vitamina D [4]. Deși se presupune adesea că deficitul de vitamina D este în principal o problemă în țările situate la latitudini mai mari (adică mai departe de ecuator), acest lucru nu mai este valabil.

Stilul de viață modern înseamnă că oamenii petrec cea mai mare parte a timpului în interior, indiferent de locul în care trăiesc. În plus, în regiunile mai apropiate de ecuator, temperaturile ridicate, umiditatea și impactul tot mai mare al schimbărilor climatice pot descuraja oamenii să petreacă timp în aer liber. Ca urmare, insuficiența de vitamina D este răspândită în întreaga lume.

Același studiu [4] a arătat că, chiar și în regiunile ecuatoriale (între 20° latitudine sudică și 20° latitudine nordică), peste 52% dintre oameni au niveluri insuficiente de vitamina D. În afara acestor regiuni, prevalența este chiar mai mare, situându-se de obicei între 75% și 85%. Majoritatea oamenilor știu că nivelurile de vitamina D tind să scadă în lunile de iarnă.

După cum se arată în Figura 1, concentrațiile de vitamina D din timpul iernii pot fi cu până la 50% mai mici decât nivelurile atinse de obicei în timpul verii. Această variație sezonieră evidențiază cât de mult depinde nivelul nostru de vitamina D de expunerea la lumina soarelui pe parcursul anului.

Figura 2 prezintă un spectru tipic al luminii naturale, care include lumina vizibilă, radiația infraroșie și radiația ultravioletă (UV). Radiația UVC este absorbită complet de stratul de ozon și nu ajunge la suprafața Pământului [6]. Radiația UVB este absorbită doar parțial și joacă un rol esențial în producerea vitaminei D în piele [6,7]. În schimb, radiația UVA este în mare parte neafectată de atmosferă.

Cantitatea de UVB care ajunge pe Pământ depinde de mai mulți factori, inclusiv latitudinea, altitudinea, concentrația de ozon, condițiile meteorologice, poluarea aerului și ora din zi și perioada anului [8,9]. Cele două grafice din Figura 2 compară condițiile de vară și de iarnă la o latitudine de 50°N, în condiții de cer senin.

Graficele arată că lumina soarelui din timpul iernii este nu doar mai puțin intensă în general, ci conține și relativ mai puțină radiație UVB. Acest lucru se datorează faptului că soarele se află mai jos pe cer în timpul iernii, ceea ce face ca lumina solară să traverseze un strat mai gros de atmosferă și ozon, care absoarbe mai multă radiație UVB [10]. Ca urmare, expunerea la UVB iarna poate fi de aproximativ 26 de ori mai redusă decât vara, în timp ce nivelurile luminii vizibile (exprimate în lux) scad doar de aproximativ patru ori.

 

Figura 1: Variația sezonieră a nivelurilor medii de vitamina D într-un grup studiat din Regatul Unit (după [5]), determinată prin analize de sânge. Sunt indicate trei intervale pentru nivelul de vitamina D: suficient (>75 nmol/L), insuficient (50–75 nmol/L) și deficitar (< 50 nmol/L). De remarcat că, în timpul iernii, deficiența de vitamina D este frecventă.

 

 

Figura 2: Intensitatea radiației solare în funcție de lungimea de undă, la prânz, pe 21 iunie și 21 decembrie, pe
o suprafață orizontală la nivelul mării, la latitudinea 50° N (după [9]). Observați diferența de intensitate pentru timpul de vară și
de iarnă și deplasarea în regiunea ultravioletă.

 

În condiții reale, reducerea expunerii la UVB este adesea și mai mare, deoarece lunile de iarnă au de obicei mai multe zile înnorate și cu cer acoperit [11,12]. Această scădere sezonieră accentuată a disponibilității UVB ajută la explicarea motivului pentru care nivelurile de vitamina D scad atât de semnificativ în perioada de iarnă.

De asemenea, din cauza temperaturilor mai scăzute, expunem mai puțină piele la lumina soarelui. Peste 80% din vitamina D este produsă prin expunerea la lumina soarelui [13], în timp ce alimentele contribuie doar cu o cantitate relativ mică. Prin urmare, menținerea unor niveluri sănătoase de vitamina D doar prin alimentație este dificilă, iar suplimentarea pe termen lung este adesea necesară atunci când expunerea la lumina soarelui este insuficientă.

Odată ce vitamina D este produsă în piele, aceasta este transformată în ficat și rinichi în forma sa biologic activă. În această stare activă, vitamina D funcționează ca un hormon steroid care joacă un rol important în sănătate și stare de bine, influențând funcția multor țesuturi și celule din întregul organism.

Din păcate, nivelurile de vitamina D au scăzut semnificativ începând cu anii 1970. Se consideră că mai mulți factori asociați stilurilor de viață moderne contribuie la această tendință:

• Mai mulți oameni locuiesc acum în medii urbane decât în zone rurale, unde expunerea la UVB este adesea mai redusă.
• O proporție tot mai mare de locuri de muncă se desfășoară în interior, în loc de exterior.
• În climatele mai calde, disponibilitatea pe scară largă a aerului condiționat îi încurajează pe oameni să petreacă mai mult timp în interior.
• Utilizarea tot mai frecventă a divertismentului în interior și a mediilor digitale, precum televiziunea, jocurile și activitățile bazate pe internet, a redus timpul petrecut în aer liber, în special în rândul copiilor.
• Îngrijorările legate de cancerul de piele i-au determinat pe mulți oameni să evite expunerea directă la soare sau să adopte măsuri ample de protecție împotriva soarelui. Împreună, aceste schimbări ale stilului de viață au redus substanțial cantitatea de radiații UVB pe care oamenii o primesc de la lumina soarelui, contribuind la prevalența pe scară largă a nivelurilor scăzute de vitamina D observate astăzi.

Datele din Sondajul Național de Examinare a Sănătății și Nutriției din SUA (NHANES) arată o scădere semnificativă a nivelurilor de vitamina D din sânge între perioadele de sondaj 1988–1994 și 2001–2004 [14]. În doar un deceniu, proporția populației cu niveluri suficiente de vitamina D (≥75 nmol/L) a scăzut substanțial.

Studiul a concluzionat că recomandările existente privind suplimentarea cu vitamina D s-ar putea să nu fie suficiente pentru a aborda prevalența în creștere a insuficienței de vitamina D.

Această scădere a statutului vitaminei D se reflectă și în reapariția rahitismului (oase moi și slabe), o boală cauzată de deficiența severă de vitamina D. Studiile din Japonia [15] și Regatul Unit [16] au raportat o creștere de trei ori și, respectiv, de patru ori, a numărului de cazuri de rahitism în ultimul deceniu.

Aceste constatări sugerează că insuficiența de vitamina D devine tot mai frecventă. Se consideră că expunerea redusă la lumina soarelui, combinată cu suplimentarea insuficientă cu vitamina D, este un factor major care contribuie la această tendință.

Notificare importantă privind suplimentarea vs expunerea la UV

Se presupune în mod obișnuit că vitamina D obținută prin expunerea la lumina soarelui și vitamina D obținută din alimente sau suplimente urmează aceleași căi biologice și, prin urmare, oferă aceleași beneficii. Ca urmare, administrarea de suplimente de vitamina D în timpul iernii este adesea considerată un înlocuitor simplu pentru expunerea redusă la soare și, în parte, chiar este. Cu toate acestea, există mai multe motive să credem că vitamina D produsă în mod natural în piele prin expunerea la lumina soarelui poate oferi beneficii biologice mai ample decât vitamina D obținută doar din suplimente.

Au fost identificate trei diferențe-cheie:

Interacțiunea cu alte căi biologice

Producția de vitamina D în piele este strâns legată de alte câteva  căi biologice importante. Precursorul Molecula de 7-dehidrocolesterol (7-DHC sau pre-vitamina D), care este transformată în vitamina D în urma expunerii la radiații UV, poate fi transformată alternativ, prin procese enzimatice, în colesterol (Figura 3). Colesterolul, la rândul său, servește drept precursor pentru o gamă largă de hormoni, inclusiv cortizolul.

Studiile au arătat că nivelurile de cortizol prezintă variații sezoniere, concentrațiile fiind, în general, mai ridicate iarna decât vara [17]. Reducerea semnificativă a expunerii la radiații UV în lunile de iarnă poate contribui la creșterea sintezei hormonilor asociați stresului, precum cortizolul. Aceste căi metabolice interconectate pot fi influențate și de ritmurile circadiene, anumite procese fiind mai active în timpul zilei, în timp ce altele predomină noaptea. În consecință, suplimentarea cu vitamina D poate să nu reproducă toate interacțiunile biologice complexe declanșate în mod natural de expunerea la radiațiile UV provenite din lumina solară.

 

 

 

Figura 3: Model al sintezei vitaminei D și a colesterolului pornind de la 7-DHC (precursor-vitamina D), în funcție de expunerea la lumina solară (adaptat după [18]). Trebuie remarcat faptul că sinteza colesterolului și a vitaminei D la nivelul pielii utilizează aceeași moleculă precursoare.

 

Producerea altor compuși biologic activi

Sinteza vitaminei D la nivelul pielii, indusă de lumina solară, produce nu numai vitamina D propriu-zisă, ci și o serie de derivați înrudiți ai vitaminei D (precum diferite molecule de lumisterol și tahisterol), care pot contribui la sănătate și la starea generală de bine [19]. Acești compuși nu sunt, în general, prezenți în suplimentele convenționale cu vitamina D.

În plus, cercetările [20] sugerează că derivații specifici produși pot varia pe parcursul zilei, pe măsură ce spectrul UVB al luminii solare se modifică. Acest lucru indică o relație dinamică cu ritmul circadian al organismului, dificil de reprodus prin suplimentare.

Diferențe în transportul și distribuția în organism

Vitamina D produsă la nivelul pielii este transportată și distribuită în organism într-un mod diferit față de vitamina D absorbită prin sistemul digestiv [21]. Studiile sugerează că aceste diferențe pot influența activitatea biologică, eficacitatea și durata de acțiune a vitaminei D, favorizând potențial forma sintetizată în mod natural.

Aceste căi metabolice distincte pot contribui, parțial, la explicarea motivului pentru care studiile observaționale evidențiază adesea asocieri puternice între expunerea la lumina solară și rezultatele favorabile asupra sănătății, în timp ce studiile privind suplimentarea prezintă uneori rezultate mai puțin consecvente.

Deși riscurile expunerii excesive la soare sunt larg recunoscute, posibilele consecințe ale expunerii insuficiente la lumina solară beneficiază de mult mai puțină atenție.

Acest lucru ridică o problemă importantă: cum putem obține beneficiile expunerii la radiațiile UVB, minimizând în același timp riscurile? O posibilă abordare constă în utilizarea iluminatului artificial îmbogățit cu doze mici, atent controlate, de radiații UVB — asigurând o expunere suficientă pentru susținerea proceselor biologice benefice, fără a depăși limitele de siguranță.

Cu alte cuvinte, obiectivul este atingerea unui echilibru: nici prea mult, nici prea puțin. Acest concept este ilustrat printr-o curbă bifazică doză-răspuns, prezentată în Figura 4.

 

 

 

Figura 4: Diagramă schematică a relației dintre expunerea la radiațiile ultraviolete (UVR = UVA + UVB) și povara bolilor (adaptat după [22]).

 

 

 

 

 

Beneficiile radiațiilor UV dincolo de vitamina D

În ultimii ani, cercetările au evidențiat faptul că expunerea la radiațiile UV activează numeroase alte căi metabolice la nivelul pielii, dincolo de bine-cunoscuta producere a vitaminei D și a derivaților săi. Aceste alte căi generează o varietate de compuși biologic activi care pot oferi beneficii pentru sănătatea întregului organism, prin mecanisme independente de vitamina D.

Prin urmare, asocierile puternice observate frecvent între starea bună de sănătate și nivelurile ridicate de vitamina D s-ar putea să nu se datoreze exclusiv vitaminei D în sine, ci să reflecte și activitatea acestor alte procese biologice induse de radiațiile UV. În consecință, creșterea nivelurilor de vitamina D prin suplimentare nu oferă neapărat toate beneficiile pentru sănătate asociate expunerii naturale la radiațiile UV, deoarece suplimentele nu activează întreaga gamă de căi biologice declanșate de lumina solară.

Radiațiile UV provenite de la soare, atunci când acționează asupra pielii, determină producerea unei varietăți de substanțe biologic active, inclusiv hormoni, compuși cu acțiune asemănătoare hormonilor, molecule implicate în semnalizarea sistemului imunitar și neurotransmițători.

Printre aceste substanțe se numără hormoni și peptide asociate stresului, precum cortizolul, ACTH (hormonul adrenocorticotrop), β-endorfina și hormonii de stimulare a melanocitelor (MSH), precum și alte molecule, cum ar fi oxidul nitric (NO), metaboliții melatoninei și alți compuși derivați din aminoacizi.

Multe dintre aceste molecule pot pătrunde în fluxul sanguin și pot influența organele din întregul organism, inclusiv creierul, sistemul imunitar și glandele endocrine [23].

Prin urmare, expunerea la radiațiile UV poate influența mult mai mult decât nivelurile vitaminei D. Aceasta contribuie la reglarea unei game largi de funcții biologice care susțin sănătatea generală și starea de bine. Efectele depind de lungimea de undă a radiațiilor UV și implică interacțiuni complexe între piele, creier, sistemul imunitar și alte organe.

Din cauza acestor multiple căi biologice, suplimentele cu vitamina D (sub formă de pastile), administrate singure, este posibil să nu reproducă toate efectele asupra sănătății asociate expunerii naturale la lumina solară.

Beneficiile expunerii adecvate la radiațiile UV și ale nivelurilor suficiente de vitamina D

Vitamina D este un hormon esențial care ajută organismul să funcționeze corespunzător. Cel mai important rol al său, demonstrat științific, este acela de a ajuta organismul să absoarbă și să utilizeze calciul și fosforul, două minerale esențiale pentru menținerea rezistenței oaselor și a dinților.

Calciul acționează, de asemenea, ca un mesager universal în interiorul celulelor. Aproape toate tipurile de celule utilizează semnale ale calciului, atent reglate, pentru a controla procese precum contracția musculară, secreția hormonală, eliberarea neurotransmițătorilor, expresia genelor, creșterea celulară și producerea energiei în mitocondrii.

În absența unei cantități suficiente de vitamina D, organismul nu poate absorbi eficient aceste minerale, chiar dacă ele sunt prezente în alimentație. Unul dintre cele mai cunoscute beneficii ale vitaminei D este contribuția sa la sănătatea oaselor.

În copilărie, vitamina D este necesară pentru creșterea și dezvoltarea corespunzătoare a scheletului. La adulți, aceasta contribuie la menținerea densității osoase și susține procesul continuu de reînnoire și reparare a oaselor.

Deficitul sever de vitamina D poate duce la înmuierea și slăbirea oaselor, provocând rahitism la copii și osteomalacie la adulți. Deficitul pe termen lung poate contribui, de asemenea, la creșterea riscului de osteoporoză și fracturi, în special la persoanele în vârstă.

Vitamina D joacă, de asemenea, un rol important în funcționarea mușchilor. Celulele musculare conțin receptori pentru vitamina D, ceea ce înseamnă că pot răspunde direct la acțiunea acesteia. Nivelurile adecvate de vitamina D susțin forța musculară, coordonarea și echilibrul. Persoanele cu niveluri scăzute de vitamina D prezintă adesea slăbiciune musculară și o capacitate fizică redusă. La adulții în vârstă, menținerea unui nivel adecvat de vitamina D a fost asociată cu un risc mai scăzut de căderi, datorită efectelor sale pozitive asupra funcției musculare și stabilității.

Pe lângă susținerea sănătății oaselor și a mușchilor, vitamina D contribuie la reglarea sistemului imunitar. Aceasta stimulează producerea unor compuși antimicrobieni naturali care ajută organismul să se apere împotriva infecțiilor, precum gripa și COVID-19 [24].

Vitamina D contribuie, de asemenea, la menținerea echilibrului răspunsului imun, permițând organismului să lupte împotriva microorganismelor dăunătoare și, în același timp, să evite inflamația excesivă, care ar putea deteriora țesuturile sănătoase. Oamenii de știință au observat asocieri între nivelurile scăzute de vitamina D și un risc mai ridicat de apariție a mai multor boli infecțioase și afecțiuni asociate sistemului imunitar, deși cercetările continuă pentru a determina amploarea acestor efecte în diferite populații.

Funcțiile menționate mai sus reprezintă beneficiile clasice și cele mai larg acceptate ale vitaminei D asupra sănătății.

Partea a II-a: Suplimentarea prin intermediul radiațiilor UVB artificiale

Pentru a identifica nivelul optim de expunere la radiațiile UVB provenite dintr-o sursă artificială — suficient pentru a obține beneficii, dar nu excesiv — trebuie mai întâi să știm ce cantitate de radiații UV este necesară pentru menținerea unui nivel adecvat de vitamina D.

Am pornit de la recomandările comune ale mai multor organizații naționale și internaționale. Deși recomandările generale diferă de la o regiune la alta, am dedus o recomandare medie care presupune expunerea la lumina solară în aer liber timp de aproximativ 15 minute, între orele 10:00 și 15:00, de două până la trei ori pe săptămână, în perioada aprilie-septembrie. În timpul expunerii ar trebui să fie descoperite fața, gâtul și mâinile și, de preferință, și antebrațele.

Pentru a estima expunerea solară în aceste momente, am utilizat un model Excel publicat, destinat calculării iradianței spectrale solare [9].

Acest model furnizează valorile iradianței spectrale pe o suprafață orizontală, la nivelul mării, în condiții de cer senin, pentru orice latitudine geografică, lună, zi a lunii și oră a zilei selectate. Modelul calculează separat iradianța directă provenită de la soare și iradianța indirectă (difuză) provenită de la cer. Prin combinare, acestea furnizează iradianța totală.

Am dezvoltat o metodă proprie pentru conversia valorilor iradianței măsurate pe o suprafață orizontală în valori corespunzătoare unei suprafețe verticale, aceasta fiind mai reprezentativă pentru forma corpului unei persoane care merge pe jos. Am luat în considerare nebulozitatea medie, pe baza datelor meteorologice, precum și vizibilitatea medie a cerului, ținând cont de obstacole precum clădirile și copacii.

 

 

Figura 5: Doza eritemală standard (SED) pentru o plimbare de 15 minute în jurul prânzului, în ziua de 15 a lunii, la trei latitudini geografice. Valorile de bază ale iradianței, preluate din [9], au fost modificate printr-o metodă proprie pentru a reflecta expunerea unei persoane care merge pe jos (a se vedea textul principal).

 

 

Figura 5 prezintă rezultatele acestei simulări pentru o plimbare de 15 minute, la trei latitudini geografice (40°, 50° și 60°), la prânz, în ziua de 15 a lunii.

Axa verticală indică doza eritemală standard (SED — Standard Erythema Dose), o unitate standardizată utilizată pentru măsurarea cantității de radiații ultraviolete (UV) ponderate în funcție de efectul eritemal, primite de pielea unei persoane de la soare, indiferent de tipul sau sensibilitatea specifică a pielii acesteia [25].

O doză de 1 SED corespunde la 100 J/m², valoarea în jouli fiind ponderată în funcție de efectul eritemal. Ca regulă orientativă, pentru cel mai sensibil tip de piele, tipul I conform scalei Fitzpatrick, o doză SED mai mare de 2 va declanșa apariția unei arsuri solare.

După cum arată Figura 5, o plimbare de 15 minute nu depășește acest prag de arsură solară. Așa cum era de așteptat, expunerea la radiațiile UV este mai mare la latitudini mai mici, adică mai aproape de Ecuator.

Măsurarea iradianței solare

În etapa următoare, am validat simulările prin măsurarea expunerii reale la radiațiile UV în timpul unor plimbări obișnuite, desfășurate pe parcursul unui an în Eindhoven, situat la aproximativ 51° latitudine.

 

 

Figura 6: Măsurarea expunerii la radiațiile UV cu ajutorul plasturilor din polisulfonă, aplicați pe față, mâini și antebrațe, în timpul unei plimbări de 15 minute în jurul prânzului, în Eindhoven. Analiza de laborator a plasturilor permite determinarea dozei cumulative de radiații UV primite.

 

În timpul acestor plimbări, au fost utilizate plasturi din polisulfonă aplicați pe mâini și antebrațe, precum și pe față — pe bărbie, nas, obraji și frunte (Figura 6).

Acești plasturi sunt, de fapt, dozimetre purtabile, utilizate pentru măsurarea expunerii cumulative la radiațiile UV, și au fost obținuți prin intermediul grupului profesorului Ann Webb de la Universitatea din Manchester.

Spre deosebire de autocolantele destinate consumatorilor, care își schimbă instantaneu culoarea, plasturii din polisulfonă necesită o analiză de laborator. Cantitatea de radiații UV primită este determinată prin măsurarea absorbanței plasturelui la lungimea de undă de 330 nm, utilizând un dispozitiv spectral UV-VIS Edinburgh, înainte și după expunerea la radiații UV. Scăderea absorbanței reprezintă o măsură a dozei de radiații UV primite.

 

 

 

 

 

Figura 7: Compararea valorilor SED măsurate și simulate pentru plimbări de 15 minute efectuate la prânz, pe parcursul unui an.

 

În Figura 7 prezentăm valorile SED măsurate — media ponderată în funcție de suprafața corporală, calculată pe baza diferiților plasturi — pe parcursul unui an întreg, obținute prin analiza plasturilor din polisulfonă, împreună cu rezultatele simulărilor.

Rezultatele arată o concordanță foarte bună între valorile medii măsurate și cele simulate. Eindhoven este situat la latitudinea de 51,4°, în timp ce simularea a fost realizată pentru latitudinea de 50°.

De la expunerea recomandată la aplicarea unor doze mici

Doza medie rezultată dintr-o singură plimbare de 15 minute în aer liber este de 0,28 SED. Această valoare a fost obținută prin calcularea mediei pentru perioada aprilie-septembrie și prin corectarea rezultatului pentru a ține cont de faptul că, între orele 10:00 și 15:00, iradianța solară medie este de aproximativ 0,83, în condițiile în care valoarea normalizată este de 1 la ora 12:00. Prin urmare, doza săptămânală recomandată este de două până la trei ori 0,28 SED. Utilizând de 2,5 ori această valoare ca medie, obținem:

2,5 × 0,28 = 0,70 SED pe săptămână.

Dacă dorim să furnizăm această doză săptămânală prin intermediul iluminatului îmbogățit cu UVB, în timpul programului de lucru, pe parcursul unei săptămâni de cinci zile lucrătoare, rezultă o doză zilnică de:

0,70 / 5 = 0,14 SED pe zi.

Aceasta este exact doza zilnică utilizată într-un studiu clinic prezentat în continuare.

Dovezi privind eficacitatea provenite dintr-un studiu clinic

Eficacitatea unei doze extrem de mici de radiații UVB a fost testată într-un studiu clinic desfășurat în Regatul Unit [26], în timpul iernii, când lumina solară este prea slabă pentru a susține producerea naturală a vitaminei D.

În perioada cuprinsă între mijlocul lunii octombrie 2021 și martie 2022, pe o durată de 20 de săptămâni, a fost desfășurat un studiu clinic randomizat, dublu-orb, la care au participat angajați de birou ai Spitalului Sunderland.

Zece participanți au utilizat lămpi de birou standard, în timp ce alți zece participanți au utilizat versiuni modificate ale lămpilor, care conțineau LED-uri suplimentare ce emiteau niveluri extrem de scăzute de radiații UVB (Figura 8). Participanții au utilizat lămpile în timpul orelor normale de lucru, iar nivelurile lor de vitamina D au fost măsurate în mod regulat. Expunerea la radiații UV a fost extrem de redusă și concepută cu atenție pentru a rămâne mult în limitele de siguranță stabilite.

Expunerea zilnică medie a fost de 0,14 SED pe parcursul unei zile de lucru de 8 ore. Rezultatele au arătat că participanții care au utilizat sistemul de iluminat îmbogățit cu radiații UV au înregistrat o îmbunătățire semnificativă din punct de vedere statistic a nivelurilor de vitamina D, comparativ cu cei care au utilizat un sistem de iluminat obișnuit.

Mai exact, grupul expus la radiații UV a prezentat un nivel de vitamina D cu aproximativ 7 nmol/L mai ridicat după 8 săptămâni, comparativ cu grupul de control. Această metodă a redus semnificativ scăderea sezonieră obișnuită a nivelului de vitamina D care apare în timpul iernii, pe parcursul perioadei de testare de 8 săptămâni.

Un aspect important este faptul că interviurile cu participanții, realizate după încheierea studiului, au arătat că sistemul de iluminat a fost bine tolerat. Nu au fost raportate efecte adverse ale acestui tip de iluminat; din contră, participanții au apreciat iluminatul suplimentar și au menționat chiar că preferă această soluție în detrimentul suplimentelor (deoarece astfel nu riscă să uite să le ia). În ansamblu, studiul demonstrează că integrarea unor niveluri foarte scăzute de radiații UVB în sistemele de iluminat interior reprezintă o metodă practică și promițătoare pentru a susține nivelurile de vitamina D în perioadele cu expunere redusă la lumina solară. Această abordare ar putea oferi o alternativă convenabilă sau o completare a suplimentelor, în special pentru persoanele care petrec puțin timp în aer liber.

 

 

 

 

Figura 8: Lampă de podea care oferă lumină albă la birou, modificată cu LED-uri care emit niveluri extrem de scăzute de radiații UVB.

 

 

 

 

 

 

 

Siguranța fotobiologică

Sursele de lumină și corpurile de iluminat trebuie să respecte standardele de siguranță fotobiologică [27]. În ceea ce privește radiațiile UVB, acestea trebuie să îndeplinească cerințele privind iradierea actinică în conformitate cu standardul IEC 62471. Pentru o clasificare în „grupa de risc 0” (fără risc), iradierea actinică ponderată trebuie să fie mai mică de 1 mW/m². Doza de expunere definită de 0,14 SED poate fi atinsă, menținându-se totodată sub limitele de iradiere și expunere specifice „Grupei de risc 0” (Risk Group 0) în condiții de utilizare normală (standard), ceea ce face ca aplicația și corpurile de iluminat să fie sigure în exploatare. Aceste cunoștințe au fost aplicate în cazul unui accesoriu UVB conceput special de către Signify: Philips VitaUp.

 

 

 

Figura 9: Stânga: Modulul VitaUp ca soluție independentă (imaginea de sus) și modulul VitaUp pentru integrarea în corpuri de iluminat (imaginea de jos). Dreapta: Simularea optică a unei rețele 3×6 de module într-un spațiu de birouri, care indică o acoperire uniformă la nivelul birourilor.

 

 

 

 

Figura 11: Două exemple de integrare a modulului UVB VitaUp. Stânga: Philips Skylight cu modulul VitaUp în ramă. Dreapta: Regiolux Tirabo LumiD3 cu modulul VitaUp în centrul suprafeței emițătoare de lumină.

 

 

Modulul VitaUp

Cercetările și analizele preliminare descrise mai sus au condus la dezvoltarea modulului Philips VitaUp, care conține LED-uri ce emit radiații UVB. Modulul poate fi utilizat ca unitate independentă (Figura 9). Într-un spațiu de birouri, se poate crea o rețea de astfel de module pentru a asigura o acoperire uniformă a încăperii, sau acestea pot fi integrate într-un corp de iluminat.

De asemenea, modulul poate fi programat pentru a oferi un profil circadian zilnic. Radiațiile UV solare sunt prezente în mod natural doar în timpul zilei – nu și seara sau noaptea – așadar este logic ca profilul circadian să fie sincronizat cu ritmul natural.

 

 

 

Figura 10: Intensități normalizate ale spectrului de acțiune pentru pre-vitamina D (7-DHC) (linia roșie), conform definiției CIE 2006 [28], ale iradierii solare pe timp de vară (linia verde) și ale emisiei spectrale a LED-ului UVB VitaUp (linia albastră).

 

 

 

Figura 10 prezintă spectrul de emisie al modulului VitaUp. Acesta este conceput astfel încât să coincidă cu panta ascendentă a emisiei naturale de radiații UVB din lumina solară, suprapunându-se totodată, din punct de vedere spectral, peste spectrul de acțiune pentru pre-vitamina D, conform definiției CIE [28].

Figura 11 prezintă două exemple de arhitecturi ale unor corpuri de iluminat, de la Signify și Regiolux, care integrează modulul Philips VitaUp.

Concluzii

Recent, un grup de experți internaționali a analizat cele mai recente dovezi științifice privind beneficiile pentru sănătate ale luminii solare și ale radiațiilor ultraviolete (RUV) – în special acele beneficii care nu pot fi explicate exclusiv prin producția de vitamina D [23]. Analiza lor a inclus rezultate din studii populaționale de amploare și dintr-o gamă largă de cercetări medicale.

Experții au remarcat faptul că persoanele care sunt mai expuse la lumina solară tind, în general, să aibă o speranță de viață mai mare și un risc mai scăzut de a dezvolta diverse afecțiuni. Există tot mai multe dovezi care sugerează că radiațiile ultraviolete (RUV) pot contribui la prevenirea sau ameliorarea anumitor probleme de sănătate, în special a celor asociate cu inflamația și cu disfuncțiile sistemului imunitar. Pe baza dovezilor științifice disponibile, aceștia au concluzionat că potențialele beneficii ale luminii solare pentru sănătate ar trebui să fie luate mai serios în considerare în cadrul recomandărilor de sănătate publică și că ar putea fi avute în vedere măsuri preventive legate de expunerea la radiații UVB, atât din surse naturale, cât și artificiale.

Pe lângă faptul că susține ceasul biologic intern al organismului și producția de vitamina D, componenta UVB a luminii solare naturale poate oferi beneficii pentru sănătate și stare de bine care, în mare parte, lipsesc din mediile interioare moderne. Întrucât oamenii din ziua de azi își petrec cea mai mare parte a timpului în spații închise, integrarea unor aspecte benefice selectate ale luminii solare naturale în aceste spații ar putea reprezenta o abordare nouă și inovatoare pentru susținerea sănătății și stării de bine a oamenilor. ■

 

Referințe bibliografice

[1] Rapf, R. J., & Vaida, V. (2016). Sunlight as an energetic driver in the synthesis of molecules necessary for life. Physical Chemistry Chemical Physics, 18(30), 20067-20084.

[2] Hessen, D. O. (2008). Solar radiation and the evolution of life. Solar radiation and human health, 123-136.

[3] Klepeis, N. E., Nelson, W. C., Ott, W. R., Robinson, J. P., Tsang, A. M., Switzer, P., … & Engelmann, W. H. (2001). Studiul Național privind Tiparele Activității Umane (NHAPS): o resursă pentru evaluarea expunerii la poluanții din mediu. Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology, 11(3), 231-252.

[4] Cui A, Zhang T, Xiao P, Fan Z, Wang H și Zhuang Y (2023) Prevalența globală și regională a deficienței de vitamina D în studii populaționale din perioada 2000–2022: O analiză cumulată a 7,9 milioane de participanți. Front. Nutr. 10:1070808. doi:

10.3389/fnut.2023.1070808

[5] Curtis, F. (2015). Rolul vitaminei D și al activității fizice în homeostazia glicemică (Teză de doctorat, Universitatea Aberystwyth).

[6] Lerche, C. M., Philipsen, P. A., & Wulf, H. C. (2017). Radiațiile ultraviolete (UVR): soare, lămpi, pigmentare și vitamina D. Photochemical & Photobiological Sciences, 16(3), 291-301.

[7] Nair, R., & Maseeh, A. (2012). Vitamina D: Vitamina „soarelui”. Journal of Pharmacology & Pharmacotherapeutics, 3(2), 118.

[8] Mead, M. N. (2008). Beneficiile luminii solare: un aspect pozitiv pentru sănătatea umană.

[9] Diffey, B. (2015). Iradianța spectrală solară și rezultatele sintetizate folosind Excel. Photochemistry and Photobiology, 91(3), 553-557.

[10] Engelsen, O. (2010). Relația dintre expunerea la radiațiile ultraviolete și statusul vitaminei D. Nutrients, 2(5), 482-495.

[11] Orte, P. F., Wolfram, E. A., Salvador, J., D’Elia, R., Leme, N. P., și Quel, E. J. (ianuarie 2011). Sinteza vitaminei D și iradierea eritemogenă determinate cu ajutorul unui radiometru cu filtre multibandă, precum și analiza variației anuale în Río Gallegos, Argentina. În Journal of Physics-Conference Series (Vol. 274, Nr. 1, p. 012099).

[12] Kazantzidis, A., Bais, A. F., Zempila, M. M., Kazadzis, S., Peter, N., Koskela, T., și Slaper, H. (2009). Calculul expunerii umane la vitamina D pe baza măsurătorilor spectrale UV efectuate în trei stații europene. Photochemical & Photobiological Sciences, 8(1), 45-51.

[13] Reichrath, J. (2006). Provocarea generată de efectele pozitive și negative ale luminii solare: care este nivelul adecvat de expunere la radiațiile UV solare pentru a echilibra riscurile de deficiență de vitamină D și pe cele de cancer de piele? Progress in Biophysics and Molecular Biology, 92(1), 9-16.

[14] Ginde AA, Liu MC, Camargo CA Jr. Diferențe demografice și tendințe privind insuficiența de vitamină D în populația SUA, 1988-2004. Arch Intern Med. 23 martie 2009; 169(6):626-32.

[15] Itoh, M., Tomio, J., Toyokawa, S., Tamura, M., Isojima, T., Kitanaka, S., și Kobayashi, Y. (2017). Rahitismul prin deficit de vitamină D în Japonia. Global Pediatric Health, 4, 2333794X17711342.

[16] Goldacre, M., Spitalizarea copiilor cu rahitism în Anglia: o perspectivă istorică, The Lancet, Corespondență, Volumul 383, Numărul 9917, pag. 597-598, 15 februarie 2014.

[17] Joshi, P., Martin, S., Blaha, M., McEvoy, J., Santos, R., Cannon, C., … & Jones, S. (2014). Variații sezoniere ale profilurilor lipidice la 2,8 milioane de adulți din SUA: baza de date foarte mare cu lipide (VLDL 14). Journal of the American College of Cardiology, 63(12S), A1458- A1458.

[18] Patwardhan, V. G., Khadilkar, A. V., Chiplonkar, S. A., Mughal, Z. M., & Khadilkar, V. V. (2015). Relația variabilă dintre 25-hidroxi-vitamina D, colesterolul din lipoproteinele cu densitate mare și 7-dehidrocolesterol reductaza serică, în funcție de expunerea la lumina solară. Journal of Clinical Lipidology, 9(5), 652-657.

[19] Slominski, A. T., Chaiprasongsuk, A., Janjetovic, Z., Kim, T. K., Stefan, J., Slominski, R. M., … &Tuckey, R. C. (2020). Proprietățile fotoprotectoare ale derivaților hidroxilați ai vitaminei D și ai lumisterolului. Cell biochemistry and biophysics, 78(2), 165-180.

[20] Norval, M., Björn, L. O., & de Gruijl, F. R. (2010). Este corect spectrul de acțiune pentru producerea, indusă de radiațiile UV, a previtaminei D3 în pielea umană?. Photochemical

& Photobiological Sciences, 9(1), 11-17.

[21] Duchow, E. G., Duchow, M. W., Plum, L. A., & DeLuca, H. F. (2021). Proteina care leagă vitamina D îmbunătățește semnificativ bioactivitatea, dar nu este esențială pentru vitamina D administrată pe cale orală. Physiological Reports, 9(23), e15138.

[22] Lucas, R., McMichael, T., Smith, W. & Amstrong, B. Radiațiile ultraviolete solare: povara globală a bolilor cauzate de radiațiile ultraviolete solare, World Health, 55 (2006), pp. 987-999.

[23] Riedmann, U., Dibben, C., de Gruijl, F.R. et al. Efectele benefice ale radiațiilor ultraviolete asupra sănătății: analiză a experților și raport al conferinței. Photochem Photobiol

Sci 24, 867–893 (2025). https://doi.org/10.1007/s4 3630-025-00743-6

[24] Grant, W. B., Lahore, H., McDonnell, S. L., Baggerly, C. A., French, C. B., Aliano, J. L., & Bhattoa, H. P. (2020). Dovezi conform cărora suplimentarea cu vitamina D ar putea reduce riscul de infecții cu gripă și COVID-19, precum și riscul de deces. Nutrients, 12(4), 988.

[25] Organizația Internațională de Standardizare/Comisia Internațională pentru Iluminat (1999) Standard comun ISO/CIE: Spectru de acțiune de referință pentru eritem și doză standard de eritem. ISO 17166/CIE S007/E-1999. Biroul Central CIE, Viena, Austria.

[26] Webb, A. R., van der Zande, B. M., Kift, R. C., O’NEIL, H. E. L. E. N., Lin, N. X., & Wright, D. (2022). Radiațiile ultraviolete de intensitate foarte scăzută din iluminatul birourilor pot modera ciclul sezonier al vitaminei D: un studiu-pilot. Anticancer Research, 42(10), 5101-5106.

[27] IEC 62471. (2006). Siguranța fotobiologică a lămpilor și a sistemelor de lămpi.

[28] CIE (Comisia Internațională pentru Iluminat) (2006) Spectru de acțiune pentru producerea previtaminei D3 în pielea umană. Publicația nr. CIE 174

 

 Autori: Ing. Rémy C. Broersma¹ și Dr. Ing. Marcel P. Lucassen², cercetători științifici la Signify Research Eindhoven

 

 

Ing. Rémy C. Broersma este cercetător principal în domeniul aplicațiilor de iluminat. Și-a început activitatea în 1998 la Philips Lighting (în prezent Signify) și are o pregătire în chimie și științe medicale. Activitatea sa se concentrează pe transpunerea cunoștințelor științifice în soluții practice care fac să avanseze tehnologiile sustenabile și pe cele axate pe nevoile umane (HCL-Human Centric Lighting). El identifică și dezvoltă oportunități în aplicațiile de iluminat care depășesc sfera iluminatului tradițional.

 

 

 

 

 

Dr. Ing. Marcel P. Lucassen este cercetător senior în domeniul luminii și al vederii. Deține un doctorat în biofizică (cu o teză despre constanța culorilor), obținut la Universitatea din Utrecht. Înainte de a se alătura companiei Signify, a activat în cadrul unor instituții academice și corporative, precum și ca profesionist independent, specializându-se în știința culorilor și percepția vizuală. În cadrul diviziei de cercetare a Signify, s-a concentrat pe teme legate de calitatea luminii și iluminatul axat pe nevoile umane (HCL-Human Centric Lighting), punând accent, în ultimii ani, pe aspectele non-vizuale ale luminii, în sprijinul soluțiilor dedicate sănătății și stării de bine a omului.

 

 

 

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––