VRIJESCHOOL – 6e/7e klas – Natuurkunde – licht (3-4)

.

Om licht te kunnen karakteriseren zijn de vorige artikelen  [3-1]  en [3-2]  een goede hulpbron. 
Er is nog veel meer over ‘licht’ te vertellen. [3-3]
Hieronder een ouder artikel, waarin nog interessante gezichtspunten. 
Het onderzoek staat niet stil en sommige bevindingen van toen, moeten wellicht weer wat worden genuanceerd.

De mens kan het daglicht niet missen

Daglicht heeft een belangrijke invloed op het functioneren van mens en dier. De intensiteit van het licht, de lengte van de dag en de seizoensgebonden verschillen daarin hebben invloed op de „biologische klok’’ en op de ritmische levensprocessen die deze klok stuurt.

Is het moderne leven onder kunstlicht, dat het natuurlijke ritme verstoort, daarom schadelijk voor de mens? Niet meteen ( ) Toch blijft het daglicht voor de mens onmisbaar.

Tijdens de industriële revolutie werd een toenemend aantal gevallen van een typische kinderziekte waargenomen die later bekend werd als de Engelse ziekte. Deze uitte zich in een zwak bottenstelsel, waardoor de benen en de rug van de kinderen krom groeiden. De oorzaak van de ziekte was aanvankelijk onbekend, zodat artsen niets konden doen om het groeiend aantal zieke kinderen te genezen. Men merkte op dat de Engelse ziekte vooral in dichtbevolkte industriegebieden voorkwam, waar weinig zonlicht was. Later bleek dat de ziekte eenvoudig te genezen was door de kinderen aan zonlicht bloot te stellen.

De Engelse ziekte is een van de voorbeelden waardoor onder medici het besef groeide dat zonlicht voor het lichaam van aanzienlijk belang is. Zonlicht is straling die bestaat uit elektromagnetische golven met uiteenlopende golflengten. De hele korte golven vormen ultraviolette straling. Het ultraviolet ligt net onder de grens van de zichtbare straling. De kortste zichtbare golven geven violet en blauw licht, de iets langere zijn groen, geel of oranje en de langste golven die we nog kunnen zien zijn rood. In het natuurlijke daglicht komen al deze golflengten meestal in een zodanige verhouding voor dat wij wit licht zien.

Naast door de golflengte wordt licht gekenmerkt door intensiteit. In onze normale omgeving varieert de intensiteit sterk, in de eerste plaats door de draaiing van de aarde om haar as. Hierdoor is het elk etmaal ’s nachts donker. Tijdens de omloop van de aarde om de zon zijn er in de loop van het jaar bovendien verschillen in daglengte. Terwijl rond de evenaar de daglengte vrij constant is, zijn in de Noord- en Zuidpoolgebieden de daglengteverschillen tussen winter en zomer soms zo extreem dat de zon een etmaal lang niet ondergaat of opkomt.

Zonnig

Ook het weer beïnvloedt de hoeveelheid licht die wij zien. De intensiteit op een zonnige dag is ongeveer tien maal groter dan bij bewolking. Toch is op een bewolkte dag de lichthoeveelheid altijd nog circa honderd maal groter dan in een kamer met kunstlicht. Van de grootte van deze verschillen zijn we ons maar nauwelijks bewust.

Hoewel we goed kunnen zien onder al deze lichtomstandigheden is het de vraag hoe licht andere functies van ons lichaam beïnvloedt. Deze vraag was het thema van het congres „Medische en biologische invloeden van licht”, dat vorige week* door de New Yorkse Academie van Wetenschappen werd georganiseerd.

De Engelse ziekte, die vooral voorkwam in verstedelijkte gebieden met straten en huizen waar weinig licht door kon dringen, is een sprekend voorbeeld van de gevolgen van tekort aan zonlicht. Hoewel het al meer dan 60 jaar bekend is dat de ziekte hierdoor ontstaat, bleek op het congres dat men het waaróm pas onlangs is gaan begrijpen.
Ultraviolette straling van de zon zet de biologische grondstof voor vitamine D in de huid om in vitamine D3. Het bloed brengt vitamine D3 naar de lever en de nieren waar de uiteindelijk biologisch werkzame vorm van vitamine D gemaakt wordt. Dit vitamine D zorgt ervoor dat de darmen calcium opnemen wat vooral bij groeiende kinderen noodzakelijk is voor de botvorming.

Er zijn meer processen in de huid die onder invloed van zonlicht staan. Bij zonaanbidders is natuurlijk het verbranden en bruin worden bekend. Een huidpigment, melanine, veroorzaakt de bruine tint om de huid tegen nog meer zonlicht te beschermen. Het bruin worden is een normale functie van de huid. Op het congres in New York rapporteerde men hoe daarentegen ook huidziekten als psoriasis en huidallergieën met zonlicht geheel onder controle gebracht kunnen worden.

Leukemie

Een zeer opmerkelijk resultaat werd gebracht door Dr. R. Edelson van de
Columbia Universiteit in New York, die licht gebruikt bij de behandeling van leukemie. Hij zei: „Bij immuunziekten zoals leukemie is het zelden of nooit mogelijk de ziekte te genezen door de oorzaak weg te nemen. Het enige wat we kunnen doen is de ziekte onder controle brengen en zo het leven van een patiënt te verlengen”.

Bij leukemie gebeurt dit vaak met chemotherapie, die aanzienlijke bijwerkingen heeft. Deze bijwerking probeert Edelson te omzeilen door de natuurlijk in het lichaam voorkomende stof, 8-methoxypsoraleen, te binden aan een medicijn. De combinatie van beide stoffen heeft in het lichaam geen enkele invloed maar kan werkzaam gemaakt worden door het plaatselijk in de huid met ultraviolet licht te activeren. Zo wordt de rest van het lichaam gespaard van schadelijke bijwerkingen. Bij de eerste leukemiepatiënt, die met deze lichttherapie werd behandeld, had Edelson onlangs aanmerkelijk succes.

Fluctuaties in de lichtintensiteit die veroorzaakt worden door de beweging van de aarde hebben grote gevolgen voor de manier waarop mensen en dieren hun bezigheden in de tijd indelen. In de evolutie heeft zich een biologische klok ontwikkeld die ervoor zorgt dat dieren op die momenten actief zijn die voor hen — om uiteenlopende redenen. — het meest gunstig zijn. Deze klok staat in verbinding met de ogen, zodat hij de wisselingen van dag en nacht waarneemt en bovendien de daglengte kan meten. Onderzoekers van de Groningse en Leidse Universiteit lieten in New York zien hoe dit in zijn werk gaat.

Door veranderingen in de daglengte te meten is de klok in staat om het organisme op de jaargetijden voor te bereiden. De biologische etmaalsklok kan dus ook seizoensritmen tot stand brengen. Dit is een bijzonder belangrijke functie, omdat er tegelijk met de veranderingen in daglengte ook grote veranderingen in temperatuur en in de beschikbare hoeveelheid voedsel optreden. Deze laatste twee factoren vereisen een aanzienlijke aanpassing van de meeste diersoorten. De meest in het oog lopende aanpassingen zijn wel de vogeltrek en de winterslaap.

Dr. I. Zucker van de Berkeley Universiteit in San Fransisco liet op het congres zien dat het lichaamsgewicht van Canadese veldmuizen afneemt als in de herfst de dagen korter worden en dat hun vacht wel twee maal zo dik wordt. De geslachtsorganen van de hamster worden kleiner zodat de dieren zich niet meer kunnen voortplanten in het ongunstige winterseizoen.

Zucker vatte zijn bevindingen als volgt samen: „De daglengte is bepalend voor seizoensgebonden aanpassingen in lichaamsgewicht, temperatuurregulatie en voortplanting bij muizen. Deze aanpassingen (…) worden alle geregeld door de daglengte, wat de overlevingskansen van verschillende kleine zoogdieren vergroot”. Onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen, die de jaarritmiek bij veldmuizen in de Lauwersmeer bestuderen, bevestigen hoezeer deze dieren hun gedrag aan de seizoenswisselingen aanpassen.

Zelfmoord

Bij mensen zijn zowel psychologische als biologische jaarritmen waargenomen onder meer in groeisnelheid, agressie en het aantal verkrachtingen. Het sterftecijfer bereikt op het Noordelijk halfrond zijn hoogtepunt rond januari. Zelfmoordpogingen en bevruchtingen komen het meest in de vroege zomer voor. Bij de evenaar zijn jaarritmen vrijwel afwezig, terwijl ze op het Zuidelijk halfrond 6 maanden verschoven zijn ten opzichte van het Noordelijk halfrond.

Dr. Aschoff van het Max-Planck-Instituut voor gedragsfysiologie in Duitsland stelt dat hoewel sociale en culturele factoren de jaarritmen beïnvloeden, een biologische basis voor deze ritmen onmiskenbaar is, gezien hun kenmerkende en stabiele samenhang met de jaargetijden. Dus ook bij de jaarritmen van mensen blijkt de daglengte van belang.

Op grond van dit inzicht is op het Nationale Instituut voor Geestelijke Volksgezondheid van de Amerikaanse regering een therapie ontwikkeld om de jaarlijks terugkerende „winterdepressie, waaraan tal van mensen lijden, te genezen. Deze aandoening, die pas sinds enkele jaren ten volle wordt onderkend, kenmerkt zich door een diepe neerslachtigheid, prikkelbaarheid en een sterk verminderde behoefte aan sociaal contact. Bovendien eten en slapen de patiënten in deze maanden overmatig.

De behandeling bestaat hieruit dat patiënten ’s morgens en ’s avonds aan sterke belichting worden blootgesteld. Op deze manier proberen de Amerikaanse psychiaters de korte winterdag kunstmatig te verlengen’. Tijdens de behandeling geven de patiënten een aanzienlijke verbetering te zien.

In tegenstelling tot dieren is de mens door het gebruik van vuur, olielampen, kaarsen en met name de elektrische verlichting nooit volledig afhankelijk geweest van het daglicht. Het is echter een betrekkelijk recente gewoonte om een groot deel van de dag onder kunstverlichting door te brengen. Daarom is het belangrijk om na te gaan hoe dit de lichtafhankelijke functies van de huid en de biologische ritmiek beïnvloedt.

Kunstverlichting verschilt in meerdere opzichten van natuurlijk licht: de verdeling van golflengten is anders en de lichtintensiteit is veel lager. Bovendien zijn we met kunstverlichting minder onderhevig aan veranderingen in de daglengte.

Een vergelijking van de jaarritmen bij de mens over de laatste honderd jaar laat zien dat de ritmen steeds minder uitgesproken zijn geworden. Dit is misschien een gevolg van te lage lichtintensiteiten binnenshuis, maar ook het terugdringen van de invloed van de daglengte door het altijd beschikbare kunstlicht kan een rol spelen. Jaarritmen zijn het meest uitgesproken in gebieden met weinig industrialisatie en verstedelijking. Het lijkt er dus op dat de sterkte van de ritmen afneemt naarmate we ons meer kunnen onttrekken aan de natuurlijke belichting in onze omgeving.

Geen van de deelnemers van het congres rapporteerde echter dat deze tendens schadelijk zou zijn. Mensen zijn immers veel minder dan dieren afhankelijk van grote lichamelijke aanpassingen om de winter te overleven.

Kunstlicht verschilt bovendien van daglicht doordat er een andere verdeling van golflengten is. De gevolgen van een langdurig verblijf in kunstlicht op de aanmaak van vitamine D is onderzocht op een onderzeeboot waar de bemanning drie maanden in door moest brengen. De bemanningsleden die geen extra vitamine D tabletten kregen vertoonden een aanzienlijke afname in de hoeveelheid vitamine D. Dit heeft gevolgen voor de sterkte van de botten.

Heupbreuk

Uit ander onderzoek bleek dat bijna alle mensen die met heupbreuken in het ziekenhuis worden opgenomen te weinig vitamine D hebben. Mensen die niet of nauwelijks buitenkomen, zoals veel bejaarden, zouden daarom geholpen zijn met extra vitamine D tabletten. Het is de vraag of dit alle problemen oplost.

Dr. M. Holick, die werkzaam is aan de Harvard Universiteit, heeft onlangs een nieuw type vitamine D in de huid gevonden, dat net als het bekende type ook door zonlicht geactiveerd wordt. De functie van dit nieuwe vitamine D is nog onbekend maar het staat wel vast dat we dit noch via ons voedsel, noch door middel van klassieke vitamine D tabletten binnen krijgen.

Omdat de mens beter dan dieren in staat is de invloeden van de
seizoenwisselingen op te vangen, heeft het leven onder kunstlicht geen nadelige invloed op de door de biologische klok geregelde levensprocessen. Toch blijft een zekere dosis „echt” licht nodig voor andere lichtafhankelijke functies, zoals de aanmaak van vitamine D in de huid.

Joke Meijer, destijds studente neurobiologie en deelneemster aan de conferentie, Volkskrant 10-11-1984

.

Uiteraard zijn alle mogelijke onderzoeken voortgezet:

Leukemie en vitamine D

Meer info over genoemde onderzoeken en wetenschappers via Google

.

Natuurkundealle artikelen

.

1633

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

Advertenties

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.