Инновации 10 Ноября 2020

Томской лампой по зимней депрессии

В Томске разработали светодиодный прибор для лечения депрессии. Это совместная разработка ученых НИИ психического здоровья Томского НИМЦ, НИИ полупроводниковых приборов и Центра промышленного дизайна Томского политехнического университета
Томской лампой по зимней депрессии
Дизайн корпуса световой панели для терапии ярким светом. Вариант крепления на стене
ТПУ

Разработкой дизайна прибора, вопросами, связанными с удобством управления и визуальным комфортом устройства, занималась профессор ТПУ, член Союза дизайнеров России Мария Кухта. «Создание медицинских аппаратов для терапии ярким светом на основе LED-технологии (Light Emission Diode) в высшей степени актуально, — рассказала она “Стимулу”. — Необходимо восполнять дефицит солнечного света во многих регионах России, в первую очередь в Сибири, на Дальнем Востоке и Крайнем Севере. Это позволит существенно снизить риск возникновения сезонных депрессий. Свет крайне важен для синхронизации биологических ритмов человека, их нарушение — одна из основных причин аффективных расстройств. Наша разработка позволяет обеспечить потребность человека в комфортном и качественном обустройстве среды обитания и дает возможность восстановить потенциал здоровья».


КУХТА.jpg
Профессор Томского политехнического университета, член Союза дизайнеров России Мария Кухта
ТПУ

 

Корни депрессии

Депрессивные расстройства, по данным Всемирной организации здравоохранения, охватывают не менее 322 млн человек на нашей планете. Крупнейшие исследования по оценке распространенности депрессии показали, что более 20% людей в течение жизни будут иметь диагноз «депрессивное расстройство». Ежегодно в мире около 800 тыс. человек совершают суициды, которые чаще всего теснейшим образом связаны именно с депрессивными расстройствами. Среди всех заболеваний головного мозга расстройства настроения обходятся наиболее дорого, они влекут за собой огромные экономические потери для всего общества. Экономическое бремя аффективных расстройств, например, в Европе — самое высокое в сравнении с остальными заболеваниями головного мозга и составляет около 114 млрд евро в год.

magnifier.png Депрессивные расстройства, по данным Всемирной организации здравоохранения, охватывают не менее 322 млн человек на нашей планете. Крупнейшие исследования по оценке распространенности депрессии показали, что более 20% людей в течение жизни будут иметь диагноз «депрессивное расстройство»

Современное понимание причин развития депрессивных расстройств исходит из так называемой биопсихосоциальной модели, согласно которой в возникновении расстройств настроения важную роль играют как биологические факторы, так и психосоциальные. Это и климато-географические особенности (длительность светового дня, температура окружающей среды и другие), и социальные факторы, и особые условия работы (ночные смены, вахтовый режим). Даже режим питания сказывается на циркадианном (суточном) ритме. Когда наступает рассогласование биологических ритмов между собой и (или) с внешними средовыми воздействиями, говорят о десинхронозе. Одной из основных причин депрессивных расстройств наряду с другими факторами становится именно десинхроноз.

«Современная жизнь во многих случаях не позволяет человеку жить в такт с “дыханием природы” и несет с собой риск нарушения биологических ритмов: нерегламентированный распорядок дня, проживание в городских условиях с “загрязнением” светового, звукового окружения, посменная работа, растущие информационные нагрузки, увеличение потенциальной стрессовой нагрузки. Все это в совокупности резко увеличивает вероятность развития депрессивных расстройств», — рассказал «Стимулу» один из авторов разработки ведущий научный сотрудник отделения аффективных состояний НИИ психического здоровья Томского НИМЦ Герман Симуткин.

 

Депрессивный COVID

На распространение депрессий сильно повлияла пандемия коронавируса. Об этом свидетельствуют специалисты по всему миру. Резко возросла безработица, люди стали меньше зарабатывать, почти перестали видеться с родными и друзьями, постоянно боятся за свое здоровье и жизнь. Большую роль в формировании стресса и депрессии, по мнению ученых, играют СМИ. Вал негативной информации о распространении заболевания, часто с излишними подробностями, оказывает негативное влияние на психику людей из всех социальных слоев. Исследователи Калифорнийского университета в Ирвине (США) опросили 6500 жителей страны в марте и апреле 2020 года. По словам ведущего автора работы профессора медицины Элисон Холман, люди, опрошенные ближе к концу исследования, говорили о более сильных симптомах депрессии, чем те, кого спрашивали в начале.

magnifier.png На распространение депрессий сильно повлияла пандемия коронавируса. Об этом свидетельствуют специалисты по всему миру. Резко возросла безработица, люди стали меньше зарабатывать, почти перестали видеться с родными и друзьями, постоянно боятся за свое здоровье и жизнь

«В клинической практике уже сейчас мы можем наблюдать даже у лиц, не перенесших данную инфекцию, увеличение расстройств тревожно-фобического спектра, связанное с нарастанием чувства страха, тревоги, беспомощности, неопределенности, снижением социальных контактов, личного общения с близкими людьми, с вероятной угрозой наказания и так далее, — говорит Герман Симуткин. — Многолетние наблюдения показывают, что расстройства тревожно-фобического спектра очень часто, особенно при их большой продолжительности, предшествуют расстройствам настроения или идут параллельно с ними. Кроме того, нередко люди в сложившейся ситуации могут испытывать необоснованное чувство вины из-за предполагаемого заражения ими членов семьи или близкого окружения».

По словам Германа Симуткина, распространению депрессивных расстройств сильно способствуют и усугубляющиеся экономические проблемы. В контексте хронобиологии многие люди в условиях пандемии COVID-19 радикально изменили ритм жизни в связи с различными ограничительными мерами, изменением привычного характера работы, ритма чередования работы и отдыха. График рабочего дня, недели стал более нестабильным, а производственная нагрузка во многих случаях даже возросла при одновременном снижении эмоционально-значимых личных контактов между людьми. Во многих случаях люди стали меньше двигаться. Офисные сотрудники, школьники, студенты в дистанционном режиме больше времени проводят у мониторов, способных негативно влиять на биологические ритмы человека.

 

Смена дня и ночи

Наиболее важный внешний синхронизатор наших биологических ритмов — естественный суточный цикл свет—темнота и его сезонные изменения, от его правильной настройки зависит наше психическое и соматическое здоровье. Наши «биологические часы» настроены на 25-часовой суточный ритм, поэтому они нуждаются в ежедневной коррекции своего хода.

Один из ключевых внешних «задавателей» циркадианного ритма — яркий свет. Попадая на сетчатку глаз через каскад нервных путей, он оказывает влияние на выработку в эпифизе специального нейрогормона мелатонина, который, в свою очередь, обеспечивает тонкую настройку деятельности всего организма в соответствии со временем суток и сезоном года. Наиболее важно ресинхронизирующее воздействие яркого света именно в утренние часы.

Биологическая роль мелатонина очень велика. Помимо хронобиологического действия и регулирования ритма сон—бодрствование он участвует в регулировании активности иммунной системы, имеет антиоксидантное, противоопухолевое, антистрессовое действие, регулирует половое поведение и так далее.

magnifier.png «В настоящее время световая терапия рекомендована как лечение первой линии при сезонных аффективных расстройствах, включая его мягкие, субсиндромальные формы. Расширенный анализ проведенных исследований в этом направлении показал, что светотерапия способна оказывать антидепрессивный эффект как в случае САР, так и при несезонной депрессии»

«В популярной литературе мелатонин называют “посланником темноты”, поскольку его выработка увеличивается с наступлением сумерек, обеспечивая наступление сна, и уменьшается в светлое время дня. Современная необходимость (или привычка) длительного взаимодействия человека с электронными гаджетами, компьютерами, в спектре излучения которых есть голубой цвет, способствует подавлению синтеза мелатонина в то время, когда его концентрация в норме должна возрастать (например, вечером и ночью), что в конечном итоге также может способствовать десинхронозу».

Примером модельного хронобиологического расстройства, происхождение которого тесным образом связано с климато-географическими условиями, может служить так называемое сезонное аффективное расстройство (САР) и его более мягкие, субсиндромальные формы (суб-САР).

По словам Германа Симуткина, в случае САР у человека в определенное время года возникают, к примеру, осенне-зимние депрессии. Их особенности — повышенная сонливость, утомляемость, ухудшение настроения и самочувствия в вечернее время, повышенный аппетит, особенно к углеводистой пище, сладкому — например, к шоколаду или конфетам, увеличение веса тела. Эпидемиологические данные в отношении САР и суб-САР, собранные в разных странах мира, имеют весьма широкий диапазон в зависимости от региона исследования c тенденцией к увеличению числа случаев «зимней депрессии» по направлению к более северным широтам. Современные обобщенные данные показывают, что САР, или «зимняя депрессия», — наиболее распространенное из всех расстройств настроения (свыше 10% населения в умеренных широтах).


СВЕТ ПАНЛ НА СТОЛЕ.jpg
Современные технические достижения позволяют применять для светотерапии так называемые световые короба (боксы), в которых используются флуоресцентные лампы дневного света с суммарной интенсивностью света до 10 000 люкс. Настольный вариант размещения прибора
ТПУ

 

Все дело в сдвиге биоритмов

Механизм развития САР до сих пор не до конца ясен, хотя изначально предполагалось, что важную роль в развитии этого расстройства может играть дефицит света в осенне-зимний период и повышенный уровень мелатонина, а эффективным способом терапии осенне-зимней депрессии может быть использование яркого света, способного подавлять избыточную выработку мелатонина.

Яркий флуоресцентный свет (2000 люкс, с 6 до 9 утра и с 4 до 7 вечера) при терапии «зимней депрессии» начали использовать американские ученые в середине 1980-х. Они основывались на базисном предположении, что терапевтическую пользу в этом случае может принести специально созданное искусственное увеличение продолжительности светового дня в зимнее время до 13 часов (в естественных условиях это соответствовало длине светового дня весной), и на полученных данных о способности яркого света подавлять синтез мелатонина в эпифизе.

Но данные в отношении мелатонина у пациентов с депрессией, полученные в разных исследованиях, были весьма противоречивы. К тому же было выявлено, что сезонные депрессии могут встречаться и в летнее время и могут быть широко представлены как в южных, так и в северных широтах, что говорит в пользу более сложного происхождения сезонных депрессий, чем только дефицит света и избыток мелатонина.

magnifier.png «Несмотря на то что потребность в использовании светотерапии остается высокой и ее эффективность (особенно в случае осенне-зимней депрессии) доказана, к сожалению, отечественных приборов для светотерапии, сертифицированных как медицинские изделия, у нас до сих пор нет»

Появилось предположение, что ключевую роль играет не столько повышение уровня мелатонина, сколько неправильная ритмика его выделения и сдвиг различных биологических ритмов. В соответствии с гипотезой «фазового сдвига» предполагалось, что светотерапия способна сдвигать фазы биоритмов у животных и у человека и ресинхронизировать нарушенные биоритмы.

«Отдельные авторы предприняли попытку учесть обе гипотезы, предположив, что при проведении светотерапии возможен эффект сдвига фаз с задержкой вечернего подъема секреции мелатонина, — говорит Герман Симуткин. — Во всяком случае, сегодня считается, что механизм действия светотерапии комплексный и включает в себя и другие важные аспекты терапевтического эффекта. Возможно, для возникновения сезонной депрессии необходимо совпадение нескольких факторов. В первую очередь это определенная биологическая уязвимость тех систем головного мозга, которые отвечают за адаптационные возможности организма и одновременно являются биологическими звеньями, поломка или нарушение функционирования которых обусловливает развитие депрессии. Влияют также особые климатические условия».

Наиболее неблагоприятными в отношении развития САР могут быть регионы с особыми характеристиками температуры окружающего воздуха, существенной амплитудой световой инсоляции в разные сезоны года (в России это регионы Сибири и Крайнего Севера). Например, для Томска при низкой солнечной инсоляции в осенне-зимний период температура зимой может достигать минус 40, а летом плюс 40, что негативно влияет на здоровье отдельных групп населения. Примечательно, что САР чаще всего начинаются и регистрируются в относительно молодом возрасте. Регионы с неблагоприятными климатическим условиями и с высокой миграционной активностью относительно молодого населения, с высоким удельным весом вахтовых условий труда представляют собой особую зону риска для развития САР.

 

Поможет яркий свет

В 2004 году в рамках Международного общества по изучению аффективных расстройств был создан комитет по хронотерапии АР. В современной клинической практике активно используется такое понятие, как психиатрическая хронотерапия. Это контролируемая экспозиция средовых стимулов, действующих на биологические ритмы человека, с целью достижения терапевтического эффекта при лечении психических расстройств. В арсенал психиатрической хронотерапии входят депривация сна или терапия бодрствованием, смещение фазы сна, световая и темновая терапия.

«Световая терапия, или лечение ярким светом, — метод, при котором в качестве лечебного фактора используется ежедневная экспозиция яркого искусственного света в определенное время суток, — поясняет Герман Симуткин. — В настоящее время световая терапия рекомендована как лечение первой линии при сезонных аффективных расстройствах, включая его мягкие, субсиндромальные формы. Расширенный анализ исследований, проведенных в этом направлении, показал, что светотерапия способна оказывать антидепрессивный эффект как в случае САР, так и при несезонной депрессии».

Как считают эксперты, в целом световая терапия по эффективности эквивалентна применению антидепрессантов. В реальной клинической практике в случае несезонной депрессии светотерапия чаще всего используется в комбинации с антидепрессантами.

magnifier.png Применение LED-технологий позволяет решить как проблему яркости, так и спектрального состава света. Световой поток макетного образца имеет цветовую температуру 3057 К, освещенность на расстоянии 0,6 м с использованием вторичной оптики 13000 люкс

Современные технические достижения позволяют применять для светотерапии так называемые световые короба (боксы), в которых используются флуоресцентные лампы дневного света с суммарной интенсивностью света до 10 000 люкс, что обеспечивает заметное сокращение времени экспозиции яркого света (до 15–60 минут против прежних 2–4 часов в день при интенсивности света 2000–2500 люкс, которая использовалась в первых приборах для светотерапии).

Относительно недавние исследования продемонстрировали хорошую эффективность при терапии САР более компактных приборов, принцип действия которых основан на LED-технологии, а в излучаемом световом спектре преобладает свет с длинной волны 464 нм — сине-голубой диапазон. Считается, что световые волны именно этого диапазона наиболее полно подавляют синтез мелатонина, а также оптимальным образом воздействуют на невизуальные фоторецепторы в специализированных ганглиозных клетках сетчатки, содержащие меланопсин, которым отводится важная роль в передаче информации о световом потоке от сетчатки в отделы головного мозга, регулирующие биологические ритмы. Для лечения «зимней депрессии» в мировой практике используются и другие световые устройства, отличающихся от классического светового бокса, например световой козырек — Light visor, имитатор рассвета и заката — Dawn and dusk simulatior.

Однако приоритет остается за световыми боксами. В отдельных клиниках и амбулаторных центрах, в том числе в России, существуют «комнаты светотерапии» для стационарного использования. В такой комнате в качестве источников света используется достаточно большое количество флуоресцентных ламп дневного света или светодиодных источников, которые суммарно способны создать необходимую интенсивность света в диапазоне 2500–10000 люкс.


МАКЕТ СВТД МАТРИЦ.jpg
Светодиодные лампы с требуемым уровнем яркости позволяют имитировать естественный свет солнца и наиболее подходят для терапии ярким светом; на рисунке представлен рабочий макет светодиодной матрицы, которую предполагается использовать для создания освещенной плоскости
ТПУ

 

Томское решение

В нашей стране исследования САР и клинической эффективности светотерапии были начаты несколько позже, чем в США и Европе, примерно с конца 1980-х, и получили активное развитие в исследовательских центрах Западной Сибири (Новосибирск, Томск) и Москвы. Обследование в Томске, проведенное специалистами НИИ психического здоровья Томского НИМЦ с помощью специальных опросников и охватившее 714 человек (средний возраст обследованных составил около 28 лет), выявило наличие отчетливой сезонной депрессии у 8% обследованных, а у 13% — более мягкие ее проявления (суб-САР), при этом наиболее часто САР встречалось в осенне-зимние и ранневесенние месяцы, а среди факторов, способствующих возникновению сезонной депрессии, были возраст обследуемого и срок его проживания на данной территории.

«Несмотря на то что потребность в использовании светотерапии остается высокой и ее эффективность (особенно в случае осенне-зимней депрессии) доказана, к сожалению, отечественных приборов для светотерапии, сертифицированных как медицинские изделия, у нас до сих пор нет», — говорит Герман Симуткин.

Именно этот пробел призван восполнить прибор для светотерапии депрессии, разработанный совместными усилиями томских исследователей в области клинической психиатрии, инженеров, имеющих опыт в разработке и внедрении различных световых приборов, специалистов в области промышленного дизайна.

Разработка световой панели осуществлялась на основе LED-технологии. В отличие от традиционной лампы накаливания, излучающей в широком спектре, свет светодиода изначально лежит в узком диапазоне спектра и зависит от материалов, из которых сделаны полупроводниковые p-n-переходы. Возможность с помощью подбора полупроводников имитировать спектр солнечного спектра легла в основу терапии ярким светом, позволяющей решить важную проблему лечения и профилактики сезонных депрессий с помощью осветительных приборов, имитирующих солнечный свет.

Основная задача световых панелей — обеспечить комфортность интерьерных пространств, что достигается имитацией естественного рассеянного солнечного света, наиболее благоприятного для человека. Спектр световых панелей максимально приближен к солнечному, что обеспечивает требуемый уровень инсоляции, которая измеряется числом единиц энергии, падающей на единицу поверхности за единицу времени.

Для решения проблемы нехватки солнечной энергии предлагаются специальные лампы, излучение которых очень близко к солнечному свету как по яркости, так и спектральному составу. Индекс цветопередачи показывает, насколько в свете лампы видны другие цвета, измерение его производят в процентном соотношении от 0 до 100%. Показатель светопередачи, комфортный для человека, должен быть более 80%.

magnifier.png Основная задача световых панелей — обеспечить комфортность интерьерных пространств, что достигается имитацией естественного рассеянного солнечного света, наиболее благоприятного для человека

Применение LED-технологий позволяет решить как проблему яркости, так и спектрального состава света. Световой поток макетного образца имеет цветовую температуру 3057 К, освещенность на расстоянии 0,6 м с использованием вторичной оптики 13000 люкс. 

Как отмечают разработчики, этот значительно доработанный опытный образец должен пройти сложный путь регистрации как медицинского прибора и этап клинических исследований. Видимые преимущества устройства по сравнению с прежними световыми боксами — более высокая интенсивность и более сбалансированный спектр продуцируемого света, компактность, эргономичность, интуитивно понятный интерфейс управления с возможностью регулирования как интенсивности светового потока, так и времени экспозиции света, незначительное снижение интенсивности света при небольших отклонениях положения тела или головы пациента в ходе сеанса терапии, возможность размещения прибора в удобном для пациента месте, физиологичность.

Экономическая выгода от внедрения нового прибора, по словам Германа Симуткина, может быть связана с уменьшением или даже исключением в отдельных клинических случаях применения дорогостоящих синтетических антидепрессантов. Международные исследования показывают, что при применении светотерапии пациенты, страдающие депрессией, выписываются из клиники на два-три дня раньше, чем пациенты, которые в качестве лечения используют только синтетические антидепрессанты.

Темы: Инновации

Еще по теме:
03.12.2020
Платежная блокчейн-система Libra Association, принадлежащая Facebook, объявила о ребрендинге. Теперь она будет называться...
27.11.2020
Петербургские ученые и инженеры под руководством профессора Георгия Прохорова создали криогенный аппарат для заморозки и...
19.11.2020
Участники глобальной антивирусной гонки демонстрируют хорошие промежуточные результаты, позволяющие надеяться, что пробл...
18.11.2020
Принципиально новую технологию фотолитографии, которая существенно проще и дешевле, чем используемая сейчас в промышленн...
Наверх