Cơ thể có một đồng hồ sinh học quyết định lúc nào buồn ngủ, lúc nào tỉnh táo. Đồng hồ này cần được chỉnh lại mỗi ngày, và tín hiệu chỉnh chính là ánh sáng đi vào mắt.
Đồng hồ trung tâm: nhân trên chéo
Ở người và các loài có vú, đồng hồ trung tâm là nhân trên chéo (suprachiasmatic nuclei, SCN) [2]. Đây là một cấu trúc đôi nằm trong vùng dưới đồi, mỗi nhân chỉ khoảng 0,25 mm³ [2]. SCN nhận tín hiệu ánh sáng từ mắt qua bó võng mạc–vùng dưới đồi (retinohypothalamic tract) [2].
Mắt có một loại "cảm biến" không dùng để nhìn
Ngoài tế bào que và tế bào nón dùng để nhìn, võng mạc còn có tế bào hạch võng mạc tự cảm quang (intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, ipRGC). Các tế bào này chứa sắc tố melanopsin [1]. Melanopsin nhạy nhất với ánh sáng bước sóng ngắn, đỉnh quanh 480 nm [2][1], tức vùng xanh lam – xanh lục.
Theo Brown và cộng sự, ipRGC là đầu mối của các phản ứng "không thị giác" với ánh sáng: điều chỉnh nhịp sinh học, tiết melatonin, mức tỉnh táo và co đồng tử [1].
Melatonin: tín hiệu "trời đã tối"
Melatonin là hormone tăng lên vào buổi tối và ban đêm. Việc ánh sáng ức chế melatonin ở người mới được phát hiện từ năm 1980 [2]. Mức ức chế melatonin buổi tối là một phép đo chính để xây dựng khuyến nghị ánh sáng [1].
Mức nhạy giữa người với người chênh nhau rất lớn. Trong nghiên cứu của Phillips và cộng sự về ánh sáng buổi tối, ở cấp nhóm, mức độ rọi gây tác động một nửa (ED50) là 24,6 lux [4]. Ở cấp cá nhân, ED50 trải từ 6 lux ở người nhạy nhất tới 350 lux ở người kém nhạy nhất [4]. Ánh sáng 10, 30 và 50 lux làm thời điểm melatonin bắt đầu tăng (đo được) lùi muộn lần lượt 22, 77 và 109 phút [4]. Brown và cộng sự cũng ghi nhận mức nhạy với ánh sáng trắng buổi tối chênh nhau hơn 10 lần giữa các cá nhân [1].
Đường cong đáp ứng pha: cùng ánh sáng, khác giờ, khác tác động
Tác động của ánh sáng còn phụ thuộc vào thời điểm. Đường cong đáp ứng pha (phase response curve, PRC) mô tả đồng hồ bị đẩy sớm hay lùi muộn bao nhiêu khi gặp ánh sáng ở từng giờ khác nhau.
Nói gọn, ánh sáng buổi sáng đẩy đồng hồ sớm lên, còn ánh sáng buổi tối và ban đêm làm đồng hồ lùi muộn [2]. Trong thí nghiệm của Khalsa và cộng sự, người tham gia nhận một đợt sáng 6,7 giờ ở khoảng 10.000 lux [3]. Biên độ của đường cong, từ mức lùi lớn nhất tới mức sớm lớn nhất, là 5,02 giờ [3]. Lùi pha xảy ra khi đợt sáng đặt trước thời điểm nhiệt độ lõi thấp nhất trong đêm [3].
Đồng hồ cũng cộng dồn ánh sáng. Hệ nhịp sinh học người tích hợp qua nhiều lần tiếp xúc, mỗi lần ngắn tới năm phút [2]. Một nghiên cứu bảng hỏi ghi nhận mỗi giờ ở ngoài trời thêm đi kèm giấc ngủ sớm hơn khoảng 30 phút [2].
Melanopic EDI: đo ánh sáng theo cách đồng hồ "thấy"
Lux thông thường (lux photopic) được tính theo độ nhạy của tế bào nón, tức theo cách mắt nhìn. Nó không phản ánh đúng tác động lên ipRGC. Tiêu chuẩn CIE S 026/E:2018 định nghĩa các hàm độ nhạy phổ và đại lượng cho từng loại trong năm loại tế bào cảm quang của mắt, trong dải 380–780 nm [5].
Từ hệ đo này có đại lượng độ rọi ánh sáng ban ngày tương đương melanopic (melanopic equivalent daylight illuminance, melanopic EDI). Đó là độ rọi của ánh sáng ban ngày chuẩn D65 sẽ kích thích melanopsin đúng bằng nguồn sáng đang đo [1].
Khuyến nghị Brown 2022
Năm 2022, một nhóm chuyên gia công bố khuyến nghị đồng thuận [1]. Tất cả đo tại mắt, theo mặt phẳng đứng, ở độ cao khoảng 1,2 m (tư thế ngồi):
- Ban ngày trong nhà: tối thiểu 250 lux melanopic EDI, ưu tiên ánh sáng ban ngày [1].
- Buổi tối, từ ít nhất 3 giờ trước giờ ngủ: tối đa 10 lux melanopic EDI [1].
- Khi ngủ: phòng càng tối càng tốt, tối đa 1 lux melanopic EDI [1].
- Ban đêm nếu cần nhìn: tối đa 10 lux melanopic EDI [1].
Các tác giả nêu độ rọi buổi tối trong nhà thường được ghi nhận ở mức khoảng 30 lux photopic [1]. Nhiều đèn LED trắng ấm gia dụng có thể giữ melanopic EDI ở mức 10 lux hoặc thấp hơn trong khi vẫn cho khoảng 30 lux [1].
Điều này có nghĩa gì với phòng ngủ của bạn
Phần này là suy luận biên tập, nối cơ chế với các chỉ số trên site.
- Chỉ số khớp trực tiếp với khuyến nghị là melanopic EDI. Nếu chỉ có máy đo lux thông thường, bạn đo được độ rọi photopic tại mắt; chuyển sang melanopic EDI cần biết phổ nguồn sáng.
- Nhiệt độ màu tương quan chỉ là gợi ý thô về ánh sáng bước sóng ngắn.
- Ngưỡng 1 lux khi ngủ thấp hơn nhiều người nghĩ. Ánh đèn đường, biển hiệu lọt qua rèm và đèn báo chờ của thiết bị là những nguồn cần kiểm tra.
- Xem điện thoại trên giường trước khi ngủ rơi đúng vào khung 3 giờ buổi tối mà khuyến nghị đặt trần 10 lux.
Chỗ bằng chứng còn yếu
- Khuyến nghị Brown 2022 là đồng thuận chuyên gia, dựa trên nghiên cứu phòng thí nghiệm và thực địa [1]. Các nghiên cứu thực địa chưa được thiết kế để tách riêng vai trò của melanopsin [1].
- Mức 10 lux buổi tối là con số cho người trưởng thành "trung bình"; mức nhạy chênh hơn 10 lần giữa người với người [1][4].
- Khuyến nghị dành cho người 18–55 tuổi có lịch sinh hoạt ban ngày, không dành cho người làm ca đêm; trẻ em, người cao tuổi và nhóm bệnh lý cần xem xét riêng [1].
- Với PRC [3] và ED50 [4], chúng tôi chỉ đọc phần tóm tắt. Toàn văn tiêu chuẩn CIE S 026 [5] chúng tôi chưa mở được.