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As radiações ópticas visíveis ao olho humano assim como as extensões ultravioleta e infravermelha são importantes para o crescimento, o equilíbrio fisiológico e a saúde dos seres vivos. Elas também possuem efeitos sobre o comportamento humano, que são visuais e não visuais, pois a luz é diferente para a visão e para o sistema circadiano (LRC, 2009).

Embora a atual definição da luz esteja relacionada com a visão em específico, tem sido frequente a associação da luz com uma variedade de respostas oculares circadiana, neuroendócrina, neurocomportamental e terapêutica em seres humanos (IES, 2008). É cada vez mais importante o conhecimento das influências biológicas diretas da radiação óptica, já que seus efeitos podem ser significativos para o bem estar e a saúde humana (IES, 2011).

Os sinais da radiação ótica são absorvidos pela retina, que é uma extensão do cérebro, onde são convertidos em sinais elétricos. Dando-se início nela os processos das respostas visual, circadiana, neuroendócrina e neurocomportamental (IES, 2008; 2011).

Para as respostas visuais, os sinais elétricos são transmitidos a partir da retina ao longo do trato óptico primário para o córtex visual através do núcleo geniculado lateral, por toda a extensão da via óptica secundária, para o colículo superior (figura 3) (KOLB, 2003, apud IES, 2008).

Figura 3: Componentes do sistema visual acima do olho. Fonte: Tradução nossa (IES, 2011).

Na condição das respostas não visuais, a informação da radiação óptica é capturada pelos fotorreceptores retinal, convertida em sinais neurais e transportada diretamente para o núcleo supraquiasmático (NSQ), que é o relógio biológico do cérebro, do hipotálamo anterior via um caminho neural delicado, o trato retino hipotalâmico, que opera de forma independente da visão (figura 4) (MARKUS et al., 2003; MOORE et al., 1972, KOLB, 2003 apud IES, 2008; van BOMMEL, 2011; MOORE et al., 1995, apud IES, 2011).

O NSQ impulsiona o ritmo circadiano na produção de melatonina pineal (isto é, níveis elevados de melatonina durante a noite e baixos durante o dia) via caminho multissináptico, que se projeta para o núcleo paraventricular do hipotálamo e o gânglio cervical superior (figura 10), de onde se originam fibras que inervam diretamente a glândula pineal (MARKUS et al., 2003; KLEIN et al, 1995, apud IES, 2008). A temperatura corporal e o hormônio da melatonina pineal são os marcadores de fase mais comumente usados desse ritmo (IES, 2011).

Figura 4: Ilustração simplificada da via da retina para o núcleo supraquiasmático (NSQ) do “relógio” hipotalâmico.

Fonte: Adaptado de IES (2011).

São as células fotorreceptoras, contidas na retina, que identificam a radiação óptica para as respostas visual, circadiana, neuroendócrina e neurocomportamental (MARKUS et al. 2003; IES, 2008).

Até recentemente, acreditava-se que havia apenas duas classes de células fotorreceptoras na retina de vertebrados: os bastonetes, responsáveis pela visão em níveis muito baixos de luz (visão escotópica), e os cones, que respondem pela visão em níveis de luz diurna (visão fotópica), além de serem capazes de reconhecer as cores e discernir detalhes finos (IES, 2008; 2011).

Entretanto, em 2002, Brainard, Thapan e Berson, da Brown University (EUA), descobriram uma nova classe de fotorreceptor na retina de mamíferos: intrinsically photosensitive Retinal Ganglion Cells - ipRGCs (células ganglionares da retina

Córtex visual

Gânglio cervical superior Cordão espinhal

Nervo óptico

Trato retino hipotalâmico

Glândula pineal núcleo

supraquiasmático núcleo

paraventricular do hipotálamo

intrinsecamente fotossensíveis) (IES, 2008, 2011; van BOMMEL, 2011; LRC, 2010; WOJTYSIAK, 2010).

Nesses fotorreceptores há o melanopsina, quinto fotopigmento (proteína de absorção de luz) do olho à base de opsina (parte proteica da rodopsina), que mede as respostas não visuais (IES, 2008; PROVENCIO, 1998, 200, apud IES, 2011). Além disso, as ipRGCs são principalmente, embora não exclusivamente, responsáveis pela resposta neuroendócrina do corpo à radiação óptica (REA, 2005, HATTAR, 2003, apud IES, 2011).

As ipRGCs estão situadas na camada de células ganglionares da retina, despolarizam em resposta à radiação óptica, apresentam resposta muito mais lenta a um estímulo da radiação óptica e têm uma resposta espectral de pico em aproximadamente 480nm (IES, 2008, 2011).

Estudos realizados com a supressão de melatonina noturna, como marcador, mostrou que o novo fotorreceptor na retina humana tem um espectro de ação com uma sensibilidade máxima no azul e insignificante para a luz em partes do espectro relativas ao amarelo e ao vermelho (WOJTYSIAK, 2010).

Atualmente, é amplamente aceito, que os picos de sensibilidade da fototransdução circadiana (quando os sinais da radiação óptica são convertidos em sinais neurais) estão na região do comprimento de onda curto do espectro visível (IES, 2011).

A conexão entre essa terceira classe de fotorreceptor e a luz foi a ligação que faltava na descrição do mecanismo de efeitos biológicos controlados pelo ciclo claro/escuro. Esta descoberta revolucionou as pesquisas no espectro, na intensidade, na duração e no tipo de luz que afetam as respostas biológicas (MARTAU et al, 2010).

Quando os sinais da radiação óptica, que são convertidos em sinais neurais para outras funções do corpo que não a visão, alcança a retina, eles regulam, direta e indiretamente, a fisiologia e o comportamento do ser humano. Isso inclui efeitos agudos,

como supressão da produção de melatonina pineal, elevação da produção de cortisol pela manhã, aumento do estado de alerta subjetivo, melhoria no desempenho psicomotor, mudança nos padrões de ativação cerebral para um estado mais alerta, elevação da frequência cardíaca, aumento da temperatura corporal, ativação da contração da pupila e estímulo à expressão de genes do relógio circadiano (LOCKLEY, 2006; IES, 2011).

O efeito de longo prazo da radiação óptica e, possivelmente, o mais importante, é a sua capacidade de regular o relógio circadiano do corpo, assegurando que sua fisiologia e seu comportamento estejam devidamente sincronizados com o mundo externo (MARKUS et al., 2003; IES, 2008; IES, 2011).

A sincronização do relógio circadiano com o padrão diário claro-escuro é fundamental para o funcionamento adequado e eficiente do corpo, pois, praticamente, todos os parâmetros comportamentais e fisiológicos apresentam ritmos circadianos - ritmos diários que se repetem aproximadamente a cada 24 horas e são acionados por um relógio endógeno (IES, 2011).

Os eixos neurocomportamental (exemplo: ciclo do sono/despertar) e neuroendócrino (exemplo: produção de hormônio) são influenciados pela radiação óptica, ambos direta e indiretamente, por meio dos relógios circadianos, que conduzem e coordenam os ritmos nesses sistemas (IES, 2008).

Essa sincronização aumenta as possibilidades de sobrevivência do organismo e garante o metabolismo apropriado dos sistemas fisiológico e comportamental, que funcionarão no seu máximo apenas quando for necessário (IES, 2008).

Para que ocorra a sincronização com o ambiente, a sensibilidade do relógio circadiano para a reposição do estímulo deve mudar periodicamente. Isso permite mudanças de fase tendo diferente direção e tamanho ao ser induzida, dependendo das características do estímulo administrado (ASCHOFF, 1965, SEWEENEY, 1959, apud IES, 2008).

Várias características da radiação óptica (intensidade, espectro, distribuição, timing, duração e a exposição prévia à radiação óptica) afetam a magnitude da resposta da redefinição de fase (IES, 2008; LRC, 2009).

Diante dos estudos realizados sobre os novos efeitos da luz, surge um novo paradigma para a luz, relacionado com as características dos sistemas visual e circadiano (LRC, 2009). Ambos os sistemas têm fins compatíveis para atenderem adequadamente os aspectos de desempenho, bem estar, satisfação e conforto do ser humano que, por sua vez, são influenciados pela cultura, experiência e expectativas de cada indivíduo. Entretanto, os objetivos do sistema visual, da aparência e do desempenho visual, são distintos daqueles do circadiano, dos efeitos de alerta e da mudança de fase (figura 5).

Figura 5: Modelo dos sistemas visual e circadiano.

Fonte: Adaptado de LRC (2009).

A exposição à radiação da luz azul do céu difuso tem a importante função de regular a produção de melatonina e a consequente ordenação dos ritmos circadianos do corpo (WENGRAITS & SLINEY, 2006). Além disso, a exposição moderada à radiação solar pode causar benefícios biológicos, como a produção de vitamina D, por baixos níveis de

Sistema Visual Sistema Circadiano

ultravioleta e a possível obtenção de efeitos positivos para o sistema imunológico (SLINEY, 2010).

Entretanto, há contínuas discussões de como atingir o equilíbrio entre esses aspectos positivos e a prevenção à exposição excessiva às radiações solares que aumentam os riscos dos efeitos retardados sobre a pele e os olhos (SLINEY, 2010).

Os impactos da luz no sistema visual, causados pelos resultados da radiação ótica na pele e nos olhos, são aspectos estudados e bem entendidos (BOYCE, 2006). Segundo Boyce (2006), os que não estão compreendidos satisfatoriamente são os efeitos da luz operando através do sistema circadiano.

A iluminação pode gerar vários efeitos no organismo humano, seja através do sistema visual, por causas já entendidas, e/ou do circadiano. Pesquisas são realizadas para um melhor esclarecimento das causas referentes ao novo fotorreceptor. O equilíbrio entre os efeitos fisiológicos positivos e negativos é a preocupação de pesquisadores para se atingir uma iluminação adequada, em quantidade e qualidade.