ışık - Tıpacı

28. Haziran 201615. Ocak 2025

Işık Kirliliğinin İnsan Sağlığı ve Ekoloji Üzerindeki Etkisi

Doğal döngüleri bozan aşırı veya yanlış yönlendirilmiş yapay ışık olarak tanımlanan ışık kirliliği, insan sağlığı ve ekosistemler üzerinde yaygın sonuçlara sahiptir. Science Advances dergisinde yayınlanan Gece Gökyüzünde Yapay Işık Parlaklığının Dünya Atlası adlı son yayın, 2001’deki ilk atlasın yayınlanması sırasında mevcut olmayan gelişmiş uydu görüntüleme teknolojisinden yararlanarak ışık kirliliğinin kapsamı ve etkileri hakkında güncel bilgiler sunmaktadır.

This content is available to members only. Please login or register to view this area.

Küresel Işık Kirliliği: Genel Bakış ve Haritalama

Atlas, atmosferik parçacıklardan ve bulutlardan yansıyan ışığın bir sonucu olan “yapay gökyüzü parıltısını” ölçmektedir.
Sanayileşmiş bölgeler en yüksek ışık kirliliği seviyelerini sergiler ve en çok etkilenen ülke Singapur olarak belirlenmiştir. Burada, yaygın parlaklık doğal gece görüşüne adaptasyonu engeller.
Kuzey Amerika ve Avrupa’da, sakinlerin önemli bir yüzdesi (%80 ve %60) kentsel ve banliyö ışık doygunluğu nedeniyle Samanyolu galaksisini göremiyor.
Ölüm Vadisi Milli Parkı gibi uzak bölgeler bile Las Vegas ve Los Angeles gibi şehirlerden yayılan ışık kirliliğinin etkilerine karşı bağışık değil.

İnsan Sağlığı Üzerindeki Etkileri

Vücut Saati Bozulması (Sirkadiyen Ritim):

İnsanlar ve diğer canlı organizmalar uyku, metabolizma ve hormon salgılanması gibi temel süreçleri düzenlemek için sirkadiyen ritimlere güvenir.
Özellikle geceleri elektrik ışığına maruz kalma nedeniyle bu ritimlerin bozulması, uykuyu düzenlemek ve oksidatif stresi önlemek için önemli bir hormon olan melatonin üretimini baskılar.
Uzun vadeli sirkadiyen uyumsuzluğun şunlara katkıda bulunduğundan şüpheleniliyor:
Uyku bozuklukları.
Obezite ve diyabet gibi metabolik sorunlar.
Meme ve prostat kanseri de dahil olmak üzere belirli kanserler.
Depresyon gibi ruh hali bozuklukları.

Işık Türleri ve Etkileri:

Gündüz Maruziyeti: Parlak, maviyle zenginleştirilmiş ışık (örneğin, floresan ışığı) uyanıklığı korumaya ve sirkadiyen saati senkronize etmeye yardımcı olur.
Gece Maruziyeti: LED sokak lambaları, tabletler ve akıllı telefonlardan gelen mavi ışık özellikle zararlıdır ve vücudun gece fizyolojisine geçişini geciktirir.
Öneriler şunları içerir:
Geceleri loş, sıcak renkli ışıklar (düşük mavi içerik) kullanmak.
Akşam saatlerinde elektronik ekranlardan kaçınmak.

Ekolojik Sonuçlar

Yaban Hayatı Davranışı:

Işık kirliliği kuşlarda göç modellerini değiştirir ve deniz memelilerini şaşırtır.
Yapay ışık, özellikle gececi türlerde doğal avcı-av ilişkilerini bozar.

Azaltma Önerileri:

Şehirler, ekolojik etkisi en az olan aydınlatma sistemlerine öncelik vermelidir.
Sokak lambalarını daha düşük mavi içerikli olanlara dönüştürmek kritik öneme sahiptir. Örneğin, Los Angeles ve New York‘ta beyaz LED sokak lambalarının benimsenmesi olumsuz ekolojik ve sağlık etkileri nedeniyle eleştirilmiştir.

Araştırma Boşlukları ve Gelecekteki Yönler

Yapay ışığın insan hayatına girmesi nispeten yeni bir olgudur ve yalnızca son iki yüzyılı kapsamaktadır. Bu evrimsel yeniliğin uzun vadeli etkileri hala incelenmektedir. Devam eden araştırmalar şunları amaçlamaktadır:

Belirli ışık yoğunluklarının ve dalga boylarının kesin sağlık etkilerini ölçmek.
Kentsel ve konut ortamları için optimize edilmiş aydınlatma teknolojileri geliştirmek.
Işık kirliliğinin daha geniş ekolojik etkilerine ilişkin anlayışı genişletmek.

Keşif

Işık kirliliği ve insan sağlığı ve çevre üzerindeki etkileri üzerine yapılan araştırmalar, haritalama, fizyolojik etkiler ve ekolojik sonuçlarda dikkate değer katkılarla yirmi yıldır evrimleşmiştir.

2001 yılında, temel araştırmalar yapay aydınlatmanın oluşturduğu potansiyel risklere ışık tutmaya başladı. Stevens ve Rea, inşa edilmiş çevredeki ışığın endokrin bozulması ve meme kanserine olası bağlantısı üzerindeki etkilerini araştırdı. Aynı zamanlarda, Cinzano, Falchi ve Elvidge tarafından ilk Yapay Gece Gökyüzü Parlaklığının Dünya Atlası geliştirildi ve küresel ışık kirliliğinin kapsamını haritalamada önemli bir dönüm noktası oldu.

2004 yılına gelindiğinde, araştırmacılar yapay ışığı daha geniş sağlık ve ekolojik sorunlarla ilişkilendirmeye başlamıştı. Pauley, aydınlatmanın sirkadiyen ritim düzenlemesindeki rolünü vurgulayarak, bunun bir halk sağlığı endişesi olarak ortaya çıkışını vurguladı. Spiegel ve diğerleri, yapay aydınlatma nedeniyle uyku kısıtlamasının leptin ve ghrelin gibi açlık düzenleyici hormonlardaki değişikliklerle nasıl ilişkili olduğunu ve dolayısıyla iştahı nasıl etkilediğini gösterdi. Ayrıca, Longcore ve Rich, ekolojik ışık kirliliği kavramını ortaya koydu ve bunun gececi yaban hayatı ve ekosistemler üzerindeki yıkıcı etkisini vurguladı.

2009’a doğru ilerlerken, sirkadiyen uyumsuzluk ile metabolik ve kardiyovasküler bozukluklar arasında daha net bir bağlantı kuruldu. Scheer ve meslektaşları bu olumsuz sağlık sonuçlarını belgeledi ve yapay aydınlatmaya maruz kalmayla ilişkili metabolik risklere daha fazla dikkat çekti.

2010’da Gooley ve diğerleri, insan sirkadiyen sisteminin farklı ışık spektrumlarına, ışınım seviyelerine ve maruz kalma sürelerine nasıl yanıt verdiğini araştırarak ışık yoğunluğunun fizyolojik etkilerine dair içgörüler sağladı. Bu çalışma, ışığın sirkadiyen sistemi etkilediği nüanslı yolları vurguladı.

2013’e gelindiğinde, odak noktası hem fizyolojik hem de zihinsel sağlık etkilerini içerecek şekilde genişledi. Wright ve diğerleri. doğal ışığın insan sirkadiyen saatini harekete geçirmedeki önemini göstererek, modern yaşam tarzlarının bu senkronizasyonu nasıl bozduğunu vurguladı. Aynı zamanda, Obayashi ve meslektaşları yaşlılarda gece ışığına maruz kalma ile depresyon riski arasında önemli bir korelasyon olduğunu ortaya koydu ve ruh sağlığı araştırmalarının kapsamını daha da genişletti.

2015 yılında, ışık kirliliğinin ekolojik boyutu Swaddle ve arkadaşları tarafından geliştirilen ve antropojenik ışık ve sesin çeşitli türlerde evrimsel tepkileri nasıl etkilediğini değerlendiren bir çerçeve ile yeniden ele alındı. Bu çalışma, yapay ışığın ekosistemler üzerindeki kapsamlı etkilerini vurguladı.

Falchi ve ekibinin 2016 yılında Yapay Gece Gökyüzü Parlaklığının Yeni Dünya Atlası‘nı yayınlaması, ışık kirliliği haritalamasının doğruluğunda teknolojik bir sıçramaya işaret etti. Bu güncellenmiş atlas, daha net ve daha ayrıntılı küresel veriler sağlamak için gelişmiş uydu görüntülemesini kullandı. Aynı yıl, Potter ve arkadaşları, özellikle vardiyalı çalışanlarda sirkadiyen bozulmanın metabolik sonuçlarını inceledi ve Chang ve arkadaşları Gece ışık yayan ekranların kullanımının uykuyu, sirkadiyen zamanlamayı ve sabah uyanıklığını nasıl olumsuz etkilediğini araştırdı.

Araştırma Odaklı İlerleme

2001–2004: Işık kirliliğinin haritalanması ve sağlık ve ekolojik sonuçlarla bağlantıları üzerine ilk çalışmalar.
2009–2013: Sirkadiyen uyumsuzluğunun metabolik ve zihinsel sağlık üzerindeki etkilerinin ayrıntılı keşfi.
2015–2016: Gelişmiş haritalama teknikleri, daha geniş ekolojik çerçeveler ve yapay aydınlatmanın neden olduğu fizyolojik bozulmaların daha derin anlaşılması.

Bu ilerleme, araştırmanın temel haritalama ve temel sağlık etkilerinden metabolik, zihinsel ve ekolojik etkiler üzerine kapsamlı çalışmalara nasıl geçtiğini vurgulayarak ışık kirliliğinin etkilerine dair bütünleşik bir anlayış sağlıyor.

İleri Okuma

Stevens, R. G., & Rea, M. S. (2001). Light in the built environment: Potential role of circadian disruption in endocrine disruption and breast cancer. Cancer Causes & Control, 12(3), 279–287.
Cinzano, P., Falchi, F., & Elvidge, C. D. (2001). The first World Atlas of the artificial night sky brightness. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 328, 689–707.
Pauley, S. M. (2004). Lighting for the human circadian clock: Recent research indicates that lighting has become a public health issue. Medical Hypotheses, 63(4), 588–596.
Spiegel, K., Tasali, E., Penev, P., & Van Cauter, E. (2004). Brief communication: Sleep curtailment in healthy young men is associated with decreased leptin levels, elevated ghrelin levels, and increased hunger and appetite. Annals of Internal Medicine, 141(11), 846–850.
Longcore, T., & Rich, C. (2004). Ecological light pollution. Frontiers in Ecology and the Environment, 2(4), 191–198.
Scheer, F. A., Hilton, M. F., Mantzoros, C. S., & Shea, S. A. (2009). Adverse metabolic and cardiovascular consequences of circadian misalignment. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 106(11), 4453–4458.
Gooley, J. J., Rajaratnam, S. M. W., Brainard, G. C., Kronauer, R. E., Czeisler, C. A., & Lockley, S. W. (2010). Spectral responses of the human circadian system depend on the irradiance and duration of exposure to light. Science Translational Medicine, 2(31), 31ra33.
Wright, K. P. Jr., McHill, A. W., Birks, B. R., Griffin, B. R., Rusterholz, T., & Chinoy, E. D. (2013). Entrainment of the human circadian clock to the natural light-dark cycle. Current Biology, 23(16), 1554–1558.
Obayashi, K., Saeki, K., Iwamoto, J., Ikada, Y., & Kurumatani, N. (2013). Exposure to light at night and risk of depression in the elderly. Journal of Affective Disorders, 151(1), 331–336.
Swaddle, J. P., Francis, C. D., Barber, J. R., Cooper, C. B., Kyba, C. C. M., Dominoni, D. M., … & Longcore, T. (2015). A framework to assess evolutionary responses to anthropogenic light and sound. Trends in Ecology & Evolution, 30(9), 550–560.
Potter, G. D. M., Cade, J. E., Grant, P. J., & Hardie, L. J. (2016). Circadian disruption and metabolic consequences: A review of animal and human evidence and implications for shift workers. Proceedings of the Nutrition Society, 75(1), 65–71.
Falchi, F., Cinzano, P., Duriscoe, D., Kyba, C. C. M., Elvidge, C. D., Baugh, K., … & Furgoni, R. (2016). The new world atlas of artificial night sky brightness. Science Advances, 2(6), e1600377.
Chang, A. M., Aeschbach, D., Duffy, J. F., & Czeisler, C. A. (2016). Evening use of light-emitting eReaders negatively affects sleep, circadian timing, and next-morning alertness. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 112(4), 1232–1237.

23. Haziran 2016

Murmansk Işığından D Vitaminine

Murman, Saami dilinde yeryüzünün kenarı demektir. Evet, orada kendi halinde bir şehir var; adı Murmansk. Sovyetler Birliği’nin kahraman şehirlerinden biri, I. Dünya Savaşı’nda müttefik ülkelerden gelen yardımı karşılamak amacıyla bir liman şehri olarak kurulmuş. 1942’de Alman bombardımanıyla neredeyse yok edilmiş ancak destekle yeniden toparlanmış. Daha da ileri giderek ilk buzlanmaya karşı dayanıklı petrol platformuna ev sahipliği yapmaya başlamış. Rusya’nın en güçlü dönemlerinde de şehir unutulmamış. Öyle ki bugün şehirde atom enerjisi kullanan denizaltı ve buzkıran filoları bulunmakta. Kendi adıyla anılan oblastın (idari bölgenin) merkezi olan şehir, Rusya’nın kuzeybatı ucunda, Barents Denizi’ne 50 km uzaklıkta. Kuzey Kutup Dairesindeki en büyük şehir olan Murmansk’ta 2010 yılında yapılan nüfus sayıma göre 307.257 kişi yaşıyor.

Gelelim bu liman-şehrin iklimine. Yıllık sıcaklık ortalaması 0°C olan şehirde kuzey ışıklarını görmek de mümkün. Karların mayıs ayında tamamen kalkmasıyla ağustos sonuna kadar süren yaz aylarında Güneş ışınlarının şehir ile yaptığı maksimum açının 44° olması sebebiyle sıcaklık 13°-8°C arasında değişiyor. Tabi burada yaz ayları olarak geçen günler Türkiye’dekilerden biraz farklı. Güneş, ışınlarının gün sonunda yeryüzü ile yaptığı 0,5 derecelik açıdan sonra batmak yerine tekrar yükseliyor.

Fotoğraf: Dave Nicoll, Flickr

Ekim ayında geri gelen kar yağışı ile giderek gün ışığını kaybeden halk, yılın en zor dönemine giriyor. Aralık ve Ocak aylarını neredeyse karanlıkta geçiren halk Mayıs ayına kadar psikolojik açıdan baş etmesi oldukça güç, güneşsiz, yarı aydınlık bir havada yaşamak zorunda kalıyor.

Yirmi dört saatten uzun bu geceler coğrafi literatürde Kutup Gecesi olarak adlandırılıyor. Kutup bölgelerinde bu durumun yol açtığı bir sağlık sorunu olan Kutup Gecesi Stresi kilo kaybı, metabolizma aksaklıkları gibi fizyolojik, depresyon gibi psikolojik sorunlara yol açıyor. Vücudun biyolojik saatini dengeleyen ve ritmini kontrol edenmelatonin hormonu normal şartlarda gece saatlerinde salgılanır. Kutup bölgelerindeki fizyolojik stresin önemli sebeplerinden biri de bu sürekli gece durumudur.

Sürekli geceler halkı çeşitli önlemler alarak yaşamaya sevk ediyor. Yoğun kış döneminde okullar eğitime kısa sürelerle devam ediyor. Bu sırada çocuk yaştaki öğrenciler gün içinde özel egzersizler yapıyor ve özel bir diyete göre besleniyor. Konuyla ilgili olarak National Geographic 2013 Nisan sayısında bir fotoğraf görüyorum. Fotoğrafı telif hakları sebebiyle yayınlayamıyorum ancak fotoğrafın altında şöyle yazıyor:

“1977, Rus kenti Murmansk’ta yaşanan uzun kış sırasında D vitamini eksikliğini bertaraf etmek için ultraviyole lambası etrafında toplanmış çocuklar.”

Sovyetler döneminde gelişme çağındaki çocuklara devlet tarafından normal günün sabah saatlerine denk gelecek şekilde rutin bir şekilde bu kuvars lamba terapileri uygulanırmış. Kısılan eğitim bütçesi ve değişen yönetimler bu terapileri halk kliniklerinde reçeteli seanslara çevirmiş. Zamanla çeşitli sebeplerden bu terapileri bitirmek zorunda kalmışlar. Bunu telafi etmesi ümidiyle bugün hâlâ sürdürülen özel spor kompleksleri ve medikal tedavi yöntemleri kullanımına geçilmiş. O günden sonra bazı aileler ve özel kurumlar kendi imkanları doğrultusunda bu elzem terapileri de sürdürmüş.

Norveç’in kuzeyinde çekilmiş bir fotoğraf. Benzer bir uygulamada genç erkekler yapay güneş ışığı altında vakit geçiriyor. (Fotoğraf: Perspektivet Museum, Flickr)

Murmansk’taki bu uygulama aslında tıbbi alanlarda yaygın olarak kullanılan bir tür ışık terapisi. İhtiyaca göre uygulanan bu çeşitli fototerapilerin yaygın kullanım alanı deri dokusundaki eksikleri dolayısıyla vücudun eksikliklerini gidermek. Ayrıca psikolojik olarak stresi ya da depresyonu tedavi etmek için de kullanıyor. Uyku düzeni oluşturmak, biyolojik zamanlamayı düzenlemek gibi bir çok amaç için kullanılan bu yöntemin bitkisel kullanımları da var. Bu yönteme özellikle uyuşturucu üreticileri, uyuşturucu maddeleri elde ettikleri bitkileri kapalı alanlarda yetiştirebilmek adına başvuruyor.

Epidermis (Fotoğraf: Wikimedia Commons)

Murmansk halkı bir yana dursun; hepimizin ihtiyacı olan şeylerden biridir D vitamini. Balık, yumurta, tereyağı gibi kaynaklardan alabildiğimiz gibi D vitamininin büyük bir kısmı deride UVB ışınları yardımı ile sentezlenir; bu sentez ise vücuda gene besinlerden alınan bir tür molekül olan provitamin D varlığında mümkün olur. Güneşli ülkelerde bu en son akla gelen şeylerden biri olsa da kutup dairelerindeki insanlar için hayati öneme sahiptir.

Prohormon olan, kalsiyum ve fosfat metabolizmasının işleyişini düzenleyen D vitamini iki çeşittir. Bunlar bitkisel kaynaklı D2 ve hayvansal kaynaklı D3’tür. Karaciğerin ve kemiklerin D vitamini depolama kapasitesi oldukça sınırlıdır. Tek seferde alınan 600.000 IU* miktarın ancak %15’i depolanır, bu stok ise sadece 1 hafta tedavi edici etki gösterebilir. O yüzden derideki üretimle desteklenmelidir.

Derideki üretim -Murmansk’taki uygulamada olduğu gibi- ışık yardımı ile olmakta. Gözümüzle göremediğimiz morötesi –ultraviyole– ışık UVA, UVB ve yeryüzüne pek uğrayamayan UVC ışınlarından oluşur. UVC, ozon tabakası tarafından tutulur ve bunun bize kadar çok az bir miktarı ulaşır. UVA ışınları –ki tehlikelidir– derinin en üst tabakası olan epidermisi geçerek bir sonraki kısım olan dermisin derinlerine kadar ilerleyebilir. UVB ise epidermiste tutulur. Melanin salgısını artırarak derinin koyu renk almasını yani bronzlaşmayı sağlar; ayrıca D vitamini sentezini de uyaran bu ışındır. UVA’dan ne kadar korunursak o kadar iyi, ancak uygun miktarda UVB ışınlarına sağlıklı bir yaşam için ihtiyacımız vardır.

Derimize yeterince ayrıntılı bakarsak en dıştaki koruyucu deri, epidermis, beş katmandan oluşur ve UVB uyaranlı D vitamini en alt iki katmanda sentezlenir. Bunlar Stratum spinusum ve dokunma hissini algılayan Merkel hücrelerini barındıran Stratum basale’dir.

Vücuda provitamin olarak giren -besinlerden alınan- bu D vitamininin hayvansal formu 7-dehidrokolesterol, bitkisel formu ise ergosterol’dür. İki form da eş güçtedir ve eğer bu provitaminler alınmadan önce kaynak canlıda D vitaminine dönüşmüş ise direkt emilimi gerçekleşerek etki gösterir. Bu amaçla bitkilerden ticari olarak da üretilir. Bazı D vitamini destek hapları bu yöntemle üretilir.

UVB ışını her iki provitamin formundaki B halkasını kırar.

B halkası kırılarak, UV yardımı ile oluşan D3 vitamini (kolekalsiferol) karaciğer tarafından alınır ve endoplazmik retikulum üzerinde sırasını bekleyen 25-hidroksilaz enzimi ile 25-hidroksivitamin D3’e dönüşür. Bu formu karaciğerdeki temel depo formudur. Bir miktarı enterohepatik dolaşım denilen, kolesterol, safra tuzları ve diğer bazı moleküllerin bağırsak tarafından emilip kapı toplar damarı ile karaciğere geri döndüğü dolaşıma katılır, bir miktarı da böbreklere geçerek kalsitriol hormonuna dönüşür Bu çeşitli formlardaki moleküller ilgili yerlerde gerekli görevleri üstlenmek üzere kullanılır. Kemik yapısı, kemik ve dişlere kalsiyumun mineralizasyonu, kalp ritminin düzenlenmesi ve hücresel metabolizma görev aldığı yerlerden temel olanlarıdır.

Peki eksikliğinde veya aşırı alımda neler olur? D vitamini eksikliğinin yaygın olarak yol açtığı hastalık gençlerde raşitizmdir, Bu, bozulan kalsiyum ve fosfat metabolizması nedeni ile kemiklerin mineralizasyonunun aksaması sonucu kemiklerde yumuşamaların görüldüğü hastalıktır. Yetişkinlerde ise raşitizmin çok benzeri olan osteomalazi hastalığı görülebilir.

Gene D vitamininin eksikliğinde aksayan diğer önemli metabolik fonsiyonlar, yaşamı tehdit edebilir. Yüksek toksik özellik gösteren bir vitamin olması aşırı alımlarda zehirleyici, istenmeyen etkilere neden olur örneğin kalp ve damar kireçlenmeleri, yumuşak olması gereken dokularda sertleşme, verimsizleşme ve daha da kötüsü kandaki artan kalsiyum miktarı ile bağlantılı nörolojik etkiler görülebilir.

Son olarak… Malum yaz ayları geliyor; güneş fazlasıyla bizimle olacak. Güneşten korunmanın güneş görmeden geçmesi gereken bir yaz demek olmadığını biliyoruz. Aşırı güneşlenmenin kötü sonuçları olabilir ancak güneş, sağlıklı bir yaşam için temel gereksinimlerimizdendir. Gerektiği kadar güneşi tenimizde hissetmek hepimizin yararına olacaktır.

Nina Simone’un sözleriyle:

Kuşlar yükseklerde uçuşuyor, ne hissettiğimi biliyorsun
Gökte güneş, ne hissettiğimi biliyorsun
Kiraz kuşları süzülüyor, ne hissettiğimi biliyorsun
Yeni şafak
Yeni gün
Yeni hayat, benim için
Ve güzel hissediyorum…

*IU: Enternasyonel Ünite, 1 IU = 0,025 µg D vitamini

Kaynaklar

AçıkBilim

● Harper’ın Biyokimyası, 25. Baskı, Nobel Tıp Kitabevleri, 2004.
● Biyokimya, 5.Baskı, Nobel Akademik Yayıncılık, Ocak 2013.
● Lipoproteins: Lipid Digestion & Transport / Joyce J. Diwan, Rensselaer Politeknik Esntitüsü, 2012
● UV Radiation, World Health Organization, 2013
● Dark Nights of The Soul, The Nation, 5 Nisan 1998 / Google News
● http://en.wikipedia.org/wiki/Light_Therapy
● There will be darkness: Polar nights in Murmansk, Russia Beyond The Headlines, 2013
● http://www.murmantourism.ru/eng/
● Soviet Era Photo Chronicles, #58, http://englishrussia.com

9. Mayıs 20169. Mayıs 2016

Bir Tutam Kabartma Tozu Görüşümüzü Geliştirebilir Mi ?

Bikarbonat (kabartma tozu); maden suyunun (soda) köpürmesine, hamurun kabarmasına, kokunun absorbe edilmesine sebep olur ve diş temizliği de dahil olmak üzere çeşitli şeylerin temizliğinde kullanılabilir. Vücutta ise, bikarbonat; sindirime yardımcı olur, pH’ın tamponlanmasında önemli role sahiptir ve fiziksel gayret sırasında üretilen laktik asiti nötrleştirir. Vücudumuzdaki bikarbonatın çoğu bütün hücrelerde atık olarak üretilenkarbondioksitten kaynaklanır. Bunun yanı sıra, tükettiğimiz karbonatlı içecekler ve bazı karbonat içeren besinler de bikarbonat kaynağıdır.

Journal of Biological Chemistry ‘de yayınlanan Harvard University ve Salus University’nin yaptığı ortak çalışmada, araştırmacılar, bikarbonatın; ışığı saptayan koni ve çubuk fotoreseptörleri tarafından oluşturulan görsel sinyalleri düzenlememizi nasıl değiştirdiğini tanımladılar.

Koni ve çubuk fotoreseptörleri bünyesindeki cGMP isimli küçük çözülebilir bir molekül; foton alımını fotoreseptörün elektrik aktivitesine bağlıyor. Işıkta, cGMP bozulmuş haldedir ve iyon kanalları kapalıdır. Pozitif yüklü sodyum iyonlarının çubuk ve konilere girişi durur ve zar, daha negatif ya da hiperpolarize hale gelir. Bikarbonat ise; direkt olarak cGMP sentezinden sorumlu guanilat sikraz enzimini uyarır.

Harvard University ‘den makale yazarlarından Clint Makino:

“Işığın etkisinin tersine çevrilmesiyle, bikarbonat; foton tepki büyüklüğünü sınırlandırır ve toparlanmasını hızlandırır. Sonuç olarak da; ışığa duyarlılık biraz azalır ancak hareket eden objeleri takip edebilme yetisi gelişir. Asıl şaşırtıcı olan ise; –elbette ki doğrulamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç var ancak– görüş, metabolik düzeyde değişebilir. Bazı retinal hastalıklarda, genetik bozukluk; konilerde ve/veya çubuklardaki cGMP ‘nin ölümcül düzeyde anormal seviyelere yükselmesine sebep oluyor. Bir kez kaybedildiğinde de koni ve çubuklar yenilenemez, bu yüzden de geri dönüşü olmayan körlük trajik son olur” diyor.

İlerleyen zamanlarda, bilimciler; gözdeki bikarbonat seviyesini kontrol ederek göz hastalıklarının gelişimini yavaşlatma ya da tamamen engelleyebilme olanaklarını araştırmayı planlıyorlar.

Makale Referansı: Bicarbonate Modulates Photoreceptor Guanylate Cyclase (ROS-GC) Catalytic Activity, J. Biol. Chem. published March 12, 2015 as DOI: 10.1074/jbc.M115.650408

Kaynak:

Bilimfili,
“A pinch of baking soda for better vision?”, http://phys.org/news/2015-03-soda-vision.html

10. Mart 2016

Gözdeki Nöronlar Hareketi Algılamak İçin Matematikten Yararlanıyor

Gözlerimiz beynimize sürekli olarak çevremizde olup bitenler hakkında bilgi gönderir. Gelen bilgi beyinde tanıyabileceğimiz nesneler biçiminde düzenlenir. Bu süreçte gözde bulunan bir dizi nöron, bilgi taşınımı içinelektriksel ve kimyasal sinyaller kullanır. Ulusal Sağlık Enstitüleri’nde (İng. National Institutes of Health – NIH) fareler üzerinde yapılan bir çalışmada bir nöron türünün bu sayede nasıl hareket eden nesneleri ayırt edebildiği ortaya kondu. Buna göre, normalde öğrenme ve bellek ile ilişkilendirilen bir protein olan NMDA reseptörü, gözdeki ve beyindeki nöronlara bu bilgiyi taşımada yardımcı olabiliyor.

Araştırmadan elde edilen bulgular Neuron dergisinde yayımlanan ve baş yazarlığını Jeffrey S. Diamond’ın yaptığı bir makale ile açıklandı. “Göz hem dış dünyaya, hem de beynin içsel işleyişine açılan bir penceredir. Yaptığımız çalışma, gözdeki ve beyindeki nöronların karmaşık bir görsel dünyada hareketi algılamalarına yardımcı olması için NMDA almaçlarını nasıl kullanabileceklerini gösterdi,” diyor Dr. Diamond.

Işık göze girip, göz küresinin arkasındaki retinaya ulaştığında görme başlar. Retinada bulunan nöronlar, ışığı sinirsel sinyallere dönüştürerek beyne iletir. Dr.Diamond’un laboratuvar ekibinden Dr. Alon Poleg-Polsky, fare retinası üzerinde yaptığı çalışmalar sırasında yönelimsel seçici retina ganglion hücrelerini (İng. directionally selective retinal ganglion cells – DSGC) incelemiş. DSGC hücrelerinin göze göre belli yönlerde hareket eden nesneler olduğunda ateşlenerek, beyne sinyal gönderdiği biliniyor.

Elektriksel olarak kaydedilen verilere göre bu hücrelerin bir bölümü retinaya ışık hüzmesi soldan sağa doğrudüştüğünde ateşlenirken, hücrelerin diğer bir bölümü ise ışık hüzmesi retinaya ters yönde düştüğünde ateşleniyor. Daha önce yapılan çalışmalarda, bu benzersiz tepkilerin komşu hücrelerin kimyasal iletişim noktaları olan sinapslardan gönderilen sinyallerin alımı ile kontrol edildiği öne sürülmüştü. Bu çalışmada Dr. Poleg-Polsky bir sinaps kümesindeki NMDA reseptörlerinin aktivitesinin, DSGC hücrelerinin beyne yöne duyarlı bilgi gönderip göndermeyeceğini düzenleyebileceğini keşfetti.

NMDA almaçları, glutamat ve glisin nörokimyasallarına tepki olarak elektriksel sinyaller üreten proteinlerdir. Etkinleştiklerinde, elektriksel yük taşıyan iyonların tıpkı kapağı açılmış bir kanala akan su gibi hücrelerden içeri ve dışarı akışına izin verirler.

1980’lerin başlarında Fransa’da ve NIH Enstitüleri’nde yapılan çalışmalarda, nöron kuvvetle aktifleştirilmediği ve elektriksel durumu belli bir gerilimin üstüne çıkmadığı sürece magnezyumun akışı engellediği görülmüştür. Bu düzenlemenin belli öğrenme ve bellek türleri için ve ayrıca nöronlardaki sinyallerin yükseltilmesi (İng. amplify) için kritik olduğu düşünülmüştür.

Dr.Poleg-Polsky tarafından yapılan başka deneylerde de magnezyumun NMDA almaçları üzerindeki kontrolünün DSGC hücrelerinin ateşlenmesini nasıl düzenleyebildiği incelendi. Gerçek koşulları taklit etmek için Dr.Poleg-Polsky farklı arka plan ışıklarına maruz bıraktığı retinaların üzerinden ışık hüzmeleri geçirdi. Araştırma sonuçları, arka plandaki ışıkların ürettiği sinyal akışının karışmasına rağmen, geçen ışık hüzmelerine yanıt olarak hücrelerin beyne sürekli bilgi iletiminin değişken magnezyum engeli ile güvencelendiğini ortaya koydu.

NMDA almaçları hücrelerin hüzmelere verdiği tepkileri çarpımsal ölçekleme (İng. multiplicative scaling) adı verilen bir işlemle yükselterek bunu gerçekleştiriyor. “Gözdeki hücreler çarpma işlemi yapabiliyor. Bu da hücrelerin bir kaplanın aheste bir biçimde geziniyor mu yoksa hızlı hareketlerle yemek peşinde mi olduğunu belirlemesine yardımcı oluyor,” diyor Dr.Poleg-Polsky. Bu çalışmanın sonuçları, NMDA almaçlarının nöronların bilgi iletiminde nasıl kritik bir rol oynadığını öneren ve giderek artan kanıtlar yığınını destekliyor. “Elde ettiğimiz sonuçlara bakılırsa, NMDA almaçları nöronların kendilerini ilgilendiren bilgiyi gereksiz arka plan gürültüsünden ayırmalarına yardımcı oluyor,” diyor Dr.Diamond.

Kaynak:

Bilimfili
MedicalXpress, “Eye cells may use math to detect motion”
< http://medicalxpress.com/news/2016-03-eye-cells-math-motion.html >

İlgili Makale: Alon Poleg-Polsky et al. “NMDA Receptors Multiplicatively Scale Visual Signals and Enhance Directional Motion Discrimination in Retinal Ganglion Cells”, Neuron (2016). DOI: 10.1016/j.neuron.2016.02.013

22. Şubat 201620. Ocak 2025

Fosfen Fenomeni: Işık Olmadan Işığı Görmek

Fosfen olarak bilinen fenomen, dış ışık uyaranları olmadığında bile parlak ışıltılar veya ışık parlamaları görme deneyimini ifade eder. Genellikle karanlıkta otururken, gözleri sıkıca kapatırken veya gözlere baskı uygularken yaşanan fosfenler, görsel sistemdeki sinirsel aktivitenin büyüleyici tezahürleridir. Fosfen terimi, Yunanca phōs (ışık) ve phainein (göstermek) kelimelerinden türetilmiştir ve “görünen ışık”ın özünü yansıtır.

Fosfenler Nasıl Oluşur

Fosfenler öncelikle retina ve görsel sistem içindeki fotoreseptörlerin veya sinir yollarının mekanik, elektriksel veya manyetik uyarılması sonucu oluşur. Görsel bilgi normal koşullarda ışığın retinadaki fotoreseptörleri aktive etmesiyle işlenirken, fosfenler bu tür dış ışık uyaranları olmadığında ortaya çıkar. Bunun yerine, ışığa olan ihtiyacı atlayarak görsel sistemin doğrudan uyarılmasıyla ortaya çıkarlar.

Fosfen Oluşum Mekanizmaları

Mekanik Uyarım:

Retina veya çevresindeki dokular, gözlere sürtme veya bastırma gibi mekanik olarak uyarıldığında, fotoreseptörler aktive olur. Bu uyarım, beynin ışık olarak yorumladığı sinyalleri tetikler.
Örneğin, gözleri sıkıca kapattıktan veya ovuşturduktan sonra görülen ışıltılı ışıklar veya flaşlar, retina üzerindeki mekanik basınçtan kaynaklanır.

Kas Kasılması ve Basınç Değişiklikleri:

Hapşırma, öksürme, gülme veya hatta burnunuzu sümkürme gibi aktiviteler fosfenlere yol açabilir. Bu eylemler, göz içi veya kafa içi basıncında geçici değişikliklere neden olarak görsel yolları dolaylı olarak uyarabilir.
Aniden kan basıncında düşüşler, örneğin hızla ayağa kalkmak, retinaya ve beyne giden kan akışının azalması sonucu fosfenleri tetikleyebilir.

Elektriksel Uyarım:

Fosfenler, retinanın veya optik sinirin doğrudan elektriksel uyarımı yoluyla yapay olarak indüklenebilir. Örneğin, kör bireylerde görmeyi geri kazandırmak için tasarlanmış belirli nöroprotez cihazlarda, görsel korteksi aktive etmek için elektrik sinyalleri kullanılır ve yapay görsel girdi olarak fosfenler üretilir.

Manyetik Uyarım:

Manyetik alanlardaki hızlı değişiklikler retinayı veya görsel korteksi uyarabilir. Örneğin, uzaydaki astronotlar yörüngedeyken kozmik ışınlar veya manyetik alan değişiklikleri nedeniyle fosfenler gördüklerini bildirmişlerdir.

Yaygın Senaryolar ve Örnekler

Fosfenler çeşitli günlük senaryolarda ve benzersiz ortamlarda ortaya çıkar:

Gözleri Sıkıca Kapatma: Gözlerinizi sıkıca kapattığınızda görülen kısa flaşlar veya desenler mekanik uyarımın klasik bir örneğidir.
Gözleri Ovuşturma: Kapalı gözlerin nazikçe veya sertçe ovulması, retina hücrelerinin mekanik aktivasyonu nedeniyle dönen ışıklar veya renkli şekiller oluşturur.
Ani Hareketler veya Basınç Değişiklikleri: Hapşırma, gülme veya öksürme sonrasında görülen görsel kıvılcımlar, geçici mekanik veya basınç kaynaklı uyarım nedeniyle oluşur.
Astronotlar ve Manyetik Alanlar: Uzayda, manyetik alandaki değişiklikler veya kozmik ışınlara maruz kalma, doğrudan retinayı veya görsel yolları uyararak fosfenlere yol açabilir. Bu fenomen astronotlar tarafından sıklıkla bildirilmiştir.

Tıbbi ve Bilimsel Bağlamlarda Fosfenler

Araştırma ve Görme Protezleri:

Fosfenler, kör bireyler için görsel protez geliştirmede önemli bir ilgi alanıdır. Araştırmacılar, görsel korteksi veya retinayı elektriksel olarak uyararak yapay görme işlevi gören fosfenler yaratabilirler.

Elektromanyetik Etkiler:

Transkranial manyetik stimülasyon (TMS) veya elektromanyetik alanlara maruz kalmayı içeren deneyler, fosfenlerin görsel korteks etrafındaki manyetik değişikliklerle indüklenebileceğini doğrulamıştır.

Tanısal ve Nörolojik Önem:

Fosfenler bazen migren auraları veya retina dekolmanı gibi görsel sistemi veya beyni etkileyen durumlarla ilişkilendirilir. Fosfenlerin varlığı ve özellikleri bu gibi durumlarda tanısal ipuçları sağlayabilir.

Genişletilmiş İçgörüler

Fosfenlerin incelenmesi, sinirbilim ve oftalmolojiden uzay tıbbına kadar birçok bilimsel alanı birbirine bağlar. Bu ışıklı hisler, beynin, harici duyusal girdinin olmadığı durumlarda bile, sinir sinyallerini işleme ve yorumlama konusundaki karmaşık yeteneğini vurgular.

Keşif

Antik Gözlemler

Antik Yunan (~MÖ 400):

Demokritos ve Aristoteles gibi filozoflar, dış ışıkla ilgisi olmayan görsel deneyimler hakkında spekülasyonlarda bulundular. Aristoteles, kapalı gözlere bastırıldığında “parlak noktalar” görme fenomenini, mekanik olarak indüklenen fosfenlerin erken bir anlatımını tanımladı.

MS 2. Yüzyıl – Galen:

Romalı bir hekim olan Galen, dış aydınlatma olmadan algılanan ışık hislerini kaydetti ve bunların sinirsel kökenleri hakkında spekülasyonlarda bulundu.

Orta Çağ ve Rönesans Gözlemleri

10. Yüzyıl – İbn-i Heysem:

İbn-i Heysem, Optik Kitabı adlı eserinde ışığın davranışını ve görsel algıyı ele aldı. Göze bastırmanın ışık benzeri hisler ürettiğini öne sürerek, görmede içsel uyarımın rolünü vurguladı.

17. Yüzyıl – Johannes Kepler (1604):

Kepler, göz üzerine yaptığı çalışmalarda fosforları retina mekaniğiyle ilişkilendirdi. Göze uygulanan basıncın ışık hisleri yaratabileceğini fark etti.

Erken Modern Dönem

1664 – Thomas Willis:

Willis, Cerebri Anatome adlı eserinde görsel yollar da dahil olmak üzere beyin ve sinir sistemi hakkında ayrıntılı bir açıklama yaptı. Fosfenleri optik sinir ve retinadaki sinirsel aktiviteyle ilişkilendirdi.

1800 – Sir Isaac Newton:

Newton, fosforlarla ilgili kişisel deneylerini anlatarak, göze uygulanan basıncın renkler ve desenler üretebileceğini belirtti. Bu etkileri retinanın mekanik uyarımıyla ilişkilendirdi.

19. Yüzyıl

1820 – Jan Purkyně:

Purkyně, dış basıncın retina üzerindeki etkilerini inceledi ve fosfenlerin desenlerini belirledi. Çalışmaları, bunların mekanik kökenlerine ilişkin anlayışı genişletti.

1860 – Hermann von Helmholtz:

Helmholtz, Handbuch der Physiologischen Optik adlı eserinde, fosfenlerin ilk kapsamlı açıklamalarından birini sundu. Retinanın ve optik sinirin mekanik, elektriksel ve kimyasal uyarımı yoluyla bunların üretimini tanımladı.

20. Yüzyıl

1929 – Hans Berger:

Berger, elektroensefalografiyi (EEG) geliştirirken, beynin elektriksel uyarımının fosfenleri indükleyebileceğini keşfetti. Bu bulgu, görsel fenomenleri anlamak için yeni yollar açtı.

1950’ler – NASA ve Astronot Raporları:

Yörüngedeki astronotlar, kozmik ışınlar ve manyetik alan değişiklikleri nedeniyle oluşan ışık parlamalarını (fosfenler) bildirmeye başladılar; bu fenomen daha sonra bilimsel çalışmalarla doğrulandı.

1960 – Brindley ve Lewin:

Çığır açan deneylerde, Brindley ve Lewin, görsel korteksin doğrudan elektriksel uyarımı yoluyla fosfenleri indükleyerek yapay görme yaratma olasılığını gösterdiler.

1970’ler – Görsel Protez Araştırmaları:

Sinir mühendisliğindeki gelişmeler, görme engelli bireylere temel görsel algıyı geri kazandıran protez cihazlar geliştirmek için fosfenlerden yararlandı.

21. Yüzyıl

2000’ler – Fonksiyonel Görüntüleme ve Elektromanyetik Çalışmalar:

Araştırmacılar, fosfenlerin sinirsel ilişkilerini incelemek için fMRI ve TMS (transkraniyal manyetik stimülasyon) kullandılar ve algıları sırasında aktive olan belirli beyin bölgelerini belirlediler.

2010’lar – Kök Hücre ve Organoid Araştırması:

Retinal organoidlerin geliştirilmesi, bilim insanlarının kontrollü koşullar altında fosfen oluşumunun sinirsel temelini simüle etmelerine ve incelemelerine olanak sağladı.

Günümüz:

Fosfenler, sinirbilim, nöroprotez ve uzay tıbbında görsel algının temel mekanizmalarına ilişkin içgörüler sunan kritik bir araştırma alanı olmaya devam ediyor.

İleri Okuma

Kepler, J. (1604). Ad Vitellionem Paralipomena Quibus Astronomiae Pars Optica Traditur. Frankfurt: Claudius Marnius.
Lindberg, D. C. (1976). Theories of Vision from Al-Kindi to Kepler. Chicago: University of Chicago Press.
Rosen, E. (1965). Kepler’s Somnium: The Dream, or Posthumous Work on Lunar Astronomy. Madison: University of Wisconsin Press.
Crombie, A. C. (1994). Styles of Scientific Thinking in the European Tradition: The History of Argument and Explanation Especially in the Mathematical and Biomedical Sciences and Arts. London: Duckworth.
Smith, A. M. (1996). Ptolemy’s Theory of Visual Perception: An English Translation of the Optics. Philadelphia: American Philosophical Society.
Sabra, A. I. (1981). Theories of Light from Descartes to Newton. Cambridge: Cambridge University Press.
Barker, P., & Goldstein, B. R. (2001). “Realism and Instrumentalism in Sixteenth-Century Astronomy: A Reappraisal of the Role of Kepler.” Perspectives on Science, 9(3), 232–258.
Palmieri, P. (2009). “Kepler’s Optics Without Hypotheses.” Archive for History of Exact Sciences, 63(2), 223–251.

21. Ocak 2016

Daha Verimli İlaç Taşıma Sistemleri İçin Kızılötesi Işın

Bazı ilaç rejimleri (hangi ilaç veya ilaçların ne sıklıkla ve hangi dozajda kullanılacağını öngören düzen), özellikle de tümörleri yok etmek üzere dizayn edilenler son derece zarar verici ve rahatsız edici yan etkiler üretebiliyor. İstenmeyen semptomlar çoğunlukla ilacın veya ilaçların ihtiyaç duyulmayan bölgelere de gitmesinden ve sağlıklı hücrelere zarar vermesinden kaynaklanabiliyor.

Elbette bu bir risk ve her tedavide hepimiz bu riski göze alıyoruz. Ancak bu riski de minimum etmek üzere Kanada, Quebec’ten araştırmacılar, yalnızca yakın-kızılötesi ışık etkisi altında kaldığında ilacı salabilen nanoparçacıklar geliştirdiler. Doktorlar ilacın salınmasını istedikleri bölgeye bu ışık hüzmesini yollayarak tam da istedikleri bölgede ilacın salınmasını sağlayabilecekler. Araştırmanın tüm detayları Amerikan Kimya Topluluğu’nun prestijli dergisiJournal of the American Chemical Society‘de yayımlandı.

Yıllardır bilim insanları bölgesel veya başka bir deyişle yerel tedaviler geliştirerek ilaçların yukarıda sözü geçen nedenden ötürü beraberlerinde getirdikleri yan etkilerden kurtulmak için mücadele edip duruyorlar. Bugüne kadar ışığa, sıcaklığa , ultrasona ve pH değişikliklerine tepki verebilen ilaç iletim sistemleri geliştirildi. Bu uygulamalardan gelecek vadeden bir tanesi de morötesi (ultraviyole) ışınlara duyarlı ilaç taşıma malzemeleriydi.

Işık spektrumunun bu kısmına ait olan ve malzemenin üzerine gönderilen ışın atımı malzemenin içinde bulundurduğu ilacı hedef bölgeye (tıpkı kargo taşıyan bir kurye gibi) bırakıyor. Ancak morötesi ışığın belli sınırları bulunuyor. Örneğin morötesi ışık ışınlarının kendileri de kanserojen ve vücudun iç kısımlarına ulaşabilecek güçte de değiller.

Buna karşılık yakın kızılötesi ışık bir canlı dokuya 1-2 santimetre derinliğe ulaşabilecek kadar penetre edebilir ve nispeten de daha güvenilir bir alternatif; ancak ne var ki ışığa duyarlı ilaç-taşıyıcıları bu ışık türüne tepki vermiyorlar. McGill University’den mühendis profesör Marta Cerruti ve araştırmacı arkadaşları ikisinin de iyi olan taraflarını kullanabilmeyi hedefledi ve bu iki ışığı bir araya getirerek muhtemel bir çözüm şekli yarattı .

Araştırmacılar, yakın kızılötesi ışığı ultraviyole ışığa çevirebilen nanoparçacıklarla yola çıktılar ve daha sonra bu nanoparçacıkları morötesi ışığa duyarlı hidrojel ile kaplayarak içlerine de ilaç moleküllerine refakatçi olması için flüoresan protein (bu protein çeşitleri belli ışıklar altında -rengine göre- parlayarak araştırmacılara bilgi verebilmekte, hücre içi görüntülemeyi kolaylaştırmaktadır) aşıladı. Daha sonra yakın-kızılötesi ışına maruz kalan nanoparçacıklar bu ışık ışınlarını ani olarak morötesi ışınlara çevirerek hidrojel kabuklarının açılmasını sağlıyor ve daha sonra yüklerini dışarı salıyor.

Araştırmacılar bu kargo sistemi yalnızca ilaçları bölgeye ulaştırmak için değil, aynı zamanda tanı koyabilme, bölgeyi görüntüleyebilme, hastalık teşhisi ve bölgeyle ilgili başka bilgilerin alınabilmesi için de kullanabilmek üzere dizayn etmeye çalıştıklarını belirtti.

Kaynak : Bilimfili, Ghulam Jalani, Rafik Naccache, Derek H. Rosenzweig, Lisbet Haglund, Fiorenzo Vetrone, Marta Cerruti.Photocleavable Hydrogel-Coated Upconverting Nanoparticles: A Multifunctional Theranostic Platform for NIR Imaging and On-Demand Macromolecular Delivery. Journal of the American Chemical Society, 2016; DOI: 10.1021/jacs.5b12357