2021年11月24日
週に一度、朝に照射された深紅色の光をわずか3分間浴びるだけで、視力の低下を大幅に改善できることが、UCLの研究者による先駆的な新しい研究で明らかになりました。

Scientific Reportsに掲載されるこの研究は、長波深赤色光を毎日3分間浴びると、ヒト網膜のミトコンドリア細胞を産生するエネルギーが「スイッチオン」され、自然に低下している視力が促進されることを示した研究チームによる以前の研究*に基づいている。

この最新の研究では、科学者たちは、以前の研究よりもはるかに低いエネルギーレベルを使用しながら、1回の3分間の曝露がどのような影響を与えるかを確立したいと考えていました。さらに、ミトコンドリアが時間帯によって「作業負荷が変化する」ことを発見したハエ**を対象としたUCLの別の研究に基づいて、研究チームは午前中の曝露と午後の曝露を比較しました。

要約すると、研究者は、朝に670ナノメートル(長波長)の深赤色光を3分間照射すると、参加者の色コントラスト視力が平均で17%改善し、この1回の曝露の効果が少なくとも1週間持続することを発見しました。しかし、午後に同じテストを実施したところ、改善は見られませんでした。

科学者たちは、今回の研究で明らかになった深赤色光の利点は、目の健康に画期的な効果をもたらし、手頃な価格の在宅眼科治療につながり、自然に視力が低下している世界中の何百万人もの人々を救うはずだと述べています。

筆頭著者であるグレン・ジェフリー教授(UCL眼科学研究所)は、「私たちは、朝に長波の深赤色光に1回さらされるだけで、世界中の何百万人もの人々に影響を与える主要な健康と福祉の問題である視力の低下を大幅に改善できることを実証しました。

「人口レベルで適用されたこの単純な介入は、人々の高齢化に伴う生活の質に大きな影響を与え、視力低下に関連する問題から生じる社会的コストの削減につながる可能性があります。」

視力とミトコンドリアの自然な低下

40歳前後のヒトでは、目の網膜の細胞が老化し始め、この老化のペースは、エネルギー(ATPとして知られる)を産生し、細胞機能を高める役割を持つ細胞のミトコンドリアも低下し始めるときに引き起こされます。

ミトコンドリア密度は、高いエネルギー需要を持つ網膜の視細胞で最も高くなります。その結果、網膜は他の臓器よりも早く老化し、生涯にわたってATPが70%低下し、通常の役割を果たすためのエネルギーが不足しているため、視細胞機能が大幅に低下します。

ヒトにおける深赤色光の影響を研究する中で、研究者らは、マウス、マルハナバチ、ショウジョウバエでこれまでに得られた知見に基づいて、670ナノメートル(長波長)の深赤色光に目をさらすと、網膜の光受容体の機能が大幅に改善されることを発見しました。

「ミトコンドリアは、長波長光に対する特定の感受性を持ち、その性能に影響を与えます。650〜900nmの長波長は、ミトコンドリアの性能を向上させ、エネルギー産生を増加させます」とジェフリー教授は述べています。

午前と午後の学習

網膜の視細胞集団は、色覚を媒介する錐体と、低/薄暗い光で視力を適応させる桿体で形成されています。この研究では、錐体***に着目し、プロタン軸(赤緑コントラストを測定)とトリタン軸(青-黄)に沿って色コントラスト感度を観察しました。

参加者は全員34歳から70歳で、眼疾患はなく、検査前に目の健康に関するアンケートに回答し、色覚(錐体機能)は正常でした。これは「クロマテスト」を使用して評価されました:コントラストが非常に低く、ますますぼやけて見える色の文字を識別する、カラーコントラストと呼ばれるプロセス。

20人の参加者全員(女性13人、男性7人)に、午前8時から午前9時までの3分間、670nmの深赤色光を照射した。その後、曝露の3時間後に色覚検査が再度行われ、参加者のうち10人も曝露の1週間後に検査されました。

平均して、色覚に「有意な」17%の改善が見られ、これはテストされた参加者で1週間続きました。高齢の参加者の中には、20%の改善が見られ、これも1週間続きました。

最初のテストから数か月後(深紅色の光のプラスの効果が「洗い流された」ことを確認した)、20人の参加者のうち6人(女性3人、男性3人)が、午後12時から午後1時の間に同じテストを実施しました。その後、参加者に色覚検査を再度行ったところ、改善は見られませんでした。

視力低下に赤い光が効果 /iStock
　私は小学校時代から超のつくド近眼だったのだが、40を過ぎて老眼という魔の手が迫っている。近眼の人は老眼にならないという都市伝説むなしく、加齢による視力低下は否応なしにやってくるようだ。

　だが加齢による視力低下に関していえば、改善される可能性があるという。『Journals of Gerontology』（6月29日付）に掲載された研究によれば、ごくシンプルな方法で視力を回復できるかもしれないそうだ。

　その方法とは1日3数分間赤い光を放つLEDライトを見つめること、ただそれだけだ。目をつぶっていてもOKだという。
【歳をとると目が悪くなる理由】

　人間の網膜には、「桿体（かんたい）細胞」と「錐体（すいたい）細胞」という2種類の視細胞が備わっている。

　桿体細胞（棒状であるためにこう呼ばれる）は光の明暗を認識する。
色自体は認識しないが、その代わり暗いところでも機能することができる。一方、錐体（円錐状であるためにこう呼ばれる）は、色を見るための細胞だ。

　どちらも大量にエネルギーを必要とするのだが、それを供給してくれるのが細胞内のミトコンドリアだ。ミトコンドリアは「アデノシン三リン酸（ATP）」という化合物を生産する。これが桿体と錐体にとってのエネルギーとなる。

　ところが、年を追うごとに、だんだんとミトコンドリアのエネルギー生産力が衰えてくる。
【赤い光でミトコンドリアに充電することで視力回復】

　じつは650～1000ナノメートルの波長を持つ赤い光は、ミトコンドリアを元気にすることが知られていた。

　ならばこれを利用して、スマホの電池のようにミトコンドリアを充電してやれば、視力を回復できるのでは？ と考えたのがユニヴァーシティ・カレッジ・ロンドン（イギリス）の研究チームだ。
　
　研究チームはこの仮説を検証するため、健康な目を持つ24名（28～72歳）を対象に、例の赤い光を見つめるという実験を行なった。

赤い光を見るだけで加齢による視力低下が回復する可能性

視力低下に赤い光が効果 /iStock
　私は小学校時代から超のつくド近眼だったのだが、40を過ぎて老眼という魔の手が迫っている。近眼の人は老眼にならないという都市伝説むなしく、加齢による視力低下は否応なしにやってくるようだ。

　だが加齢による視力低下に関していえば、改善される可能性があるという。『Journals of Gerontology』（6月29日付）に掲載された研究によれば、ごくシンプルな方法で視力を回復できるかもしれないそうだ。

　その方法とは1日3数分間赤い光を放つLEDライトを見つめること、ただそれだけだ。目をつぶっていてもOKだという。
【歳をとると目が悪くなる理由】

　人間の網膜には、「桿体（かんたい）細胞」と「錐体（すいたい）細胞」という2種類の視細胞が備わっている。

　桿体細胞（棒状であるためにこう呼ばれる）は光の明暗を認識する。

色自体は認識しないが、その代わり暗いところでも機能することができる。一方、錐体（円錐状であるためにこう呼ばれる）は、色を見るための細胞だ。

　どちらも大量にエネルギーを必要とするのだが、それを供給してくれるのが細胞内のミトコンドリアだ。ミトコンドリアは「アデノシン三リン酸（ATP）」という化合物を生産する。これが桿体と錐体にとってのエネルギーとなる。

　ところが、年を追うごとに、だんだんとミトコンドリアのエネルギー生産力が衰えてくる。

すると桿体と錐体は十分なエネルギーを補給できなくなってしまい、目の調節力が弱まってきて、結果として視力が低下することになる。

　これが「老眼」と呼ばれるやつだ。実は、目の調節力の低下は10代から始まっていて、年を追うことに衰えているのだが、日常生活の中で気づきやすくなるのが40歳を過ぎた頃だという（個人差あり）。

光学的に改善されたミトコンドリア機能は、老化した人間の視覚低下を補う

要約

人口の年齢層は高齢化傾向にあり、身体的な衰えに苦しむ人の割合が大きくなっています。ミトコンドリアは、アデノシン三リン酸(ATP)の形で細胞機能に提供するエネルギーが年齢とともに低下するため、老化のペースに影響を与えます。ミトコンドリア密度は、光受容体、特に高いエネルギー需要を持ち、色覚を媒介する錐体で最大です。したがって、網膜は他の臓器よりも早く老化し、生涯にわたってATPが70%低下し、視細胞機能が大幅に低下します。ミトコンドリアには、その性能に影響を与える特定の光吸光度特性があります。650〜>1,000 nmのより長い波長は、ミトコンドリア複合体の活性、膜電位、およびATP産生を改善します。ここでは、670nmの光を使用して視細胞の性能を改善し、28〜72歳の心理物理学的に測定します。ロッドとコーンの性能は、約40歳を過ぎると著しく低下しました。670nmの光は若年層には影響がなかったが、40歳前後では、ミトコンドリアの脆弱性を示すことが知られている青色視覚軸(Tritan)の色コントラスト感度に有意な改善が見られた。赤色の視軸(プロタン)は改善したが、有意には改善しなかった。桿体の閾値も、この>40年間で大幅に改善されました。特定の波長を使用してミトコンドリアのパフォーマンスを高めることは、この代謝要求の厳しい組織の老化プロセスを緩和する上で重要です。

老化、色覚、光生体調節

トピック:

• 老化

• 、

• アデノシン三リン酸

• 、

• ミトコンドリア

• 細胞機能

• 、

• 色

• 、

• 網膜錐体

• 、

• コントラスト、感度

• 、

• 膜電位

• 、

• 光受容体

• 網膜

• 、色覚

• 、

• 波長

• 、

• 感情的な脆弱性

• 、

• エネルギー吸収度

問題セクション:

記事

ディシジョンエディタ: デビッド・ル・クトゥール、MBBS、FRACP、PhD

人間の老化は大きな社会問題であり、網膜は代謝率が高いこともあって、他の臓器よりも早く老化します(1,2)。ここでは、中央桿体の30%が死に、錐体は70歳までに機能が低下しています(3–5)。老化のペースは、燃料電池機能のためにアデノシン三リン酸(ATP)を生成するミトコンドリアによって制御される細胞代謝によって部分的に制御されています。ミトコンドリアが衰退すると、膜電位とATP合成が低下します。これが起こると、ミトコンドリアは全身の炎症を増加させる活性酸素種の産生を増加させ、細胞死のシグナルを送ることができます(6)。

ミトコンドリア密度は視細胞で最も高く、その低下は網膜機能の低下や加齢性疾患の発症に関連している可能性があります(7)。しかし、ミトコンドリアは人間の視覚の限界を超える波長を含むより長い波長を吸収するため、老化したミトコンドリアのパフォーマンスを光学的に改善することができ、これはしばしば光生体調節と呼ばれます。光によるミトコンドリア機能の改善は、ミトコンドリア膜電位とATP産生の増加と関連しています(8,9)。さらに、長波長光は、加齢やミトコンドリアの損傷によって低下した網膜および一般的な中枢神経系の機能を改善することができます(10–12)。また、光生体調節が老化したマウスの網膜機能を改善できることも示されています(13)。しかし、マウスの網膜は中枢に錐体密度のピークを欠いており、霊長類とは老化が大きく異なる(14)。さらに、げっ歯類は一般的に光を避け、主要な感覚モダリティとして視覚を使用しません。

ここでは、より長い波長を使用して、この治療法が老化したヒトの網膜機能を改善できるかどうかを判断します。具体的には、670 nmに2週間の比較的短時間の毎日の曝露が、約40歳以上の人々の網膜機能、特に三タンの視覚軸を媒介する錐体(青色に見える)を有意に改善できるという仮説を検証しました。

方式

男女ともに24人の健康な参加者が、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの倫理的承認を得て使用されました。年齢は28歳から72歳まで。若年群と高齢群のカットオフポイントは>38歳で、年齢が唯一の有意変数であった。異なる参加者を使用して、異なる時期に実施された桿体(スコトピック)閾値と色コントラスト感度(CCS)を測定しました。各グループには12人の個人がいました。CCS群には、6人の若い参加者(女性5人と男性1人)と6人の年配の参加者(女性4人と男性2人)がいて、スコトープ性閾値群には、6人の若い参加者(女性4人と男性2人)と6人の年配の参加者(女性4人と男性2人)がいました。670nmの照明デバイスは、直径4cmのチューブに埋め込まれた光拡散板の後ろに10個の670nmLEDを取り付けたシンプルな市販のDCトーチをベースにしていました。角膜のエネルギーは約40mW/cmであった2その結果、約5〜10秒間、画像が穏やかな緑色になることがよくありました。参加者は、ライトを使用して毎朝3分間利き目を照らし、これを毎日2週間繰り返すように求められました。これらの指標は、多数の動物実験で使用された範囲内にあるため、選択されました。670 nmの照明は、桿体密度と錐体密度のピークを含む中心網膜に大きく限定されていました。

コーン機能

色コントラスト感度は、コンピューターグラフィックスシステム「Chromatest」を使用して、進行性の年齢の12人の健康な参加者で、プロタン(赤の視覚軸)とトリタン(青の視覚軸)軸全体の色コントラスト閾値を測定することによって評価されました 既知の眼または全身疾患のない進行性の年齢の参加者(平均年齢、43.1歳、範囲、28〜68歳、標準偏差= 13.7)。CCS測定では、被験者は刺激モニターから一定の距離をとって座り、視力の文字が網膜上で1.3度の角度になるようにしました。文字は、刺激の平衡性を確保するために、ランダム化されたノイズ背景に表示されました。それらは、それぞれプロタン軸とトライタン軸をテストするために、赤または青で現れました。ソフトウェアは、バイナリ検索アルゴリズムを利用してしきい値を決定します。670 nm 曝露の開始前と曝露後に 3 回のベースライン記録が行われました。最終的なCCS記録は、治療の最終日に撮影されました。結果は、最初のベースライン記録と 670 nm 曝露後に撮影された最終記録から分析されました。検査と再検査のばらつきは、プロタン閾値で0.5%、トライタン閾値で1.4%であった。

ロッド機能

桿体閾値は、CCS群とは異なる12人の健康な参加者において、670nm曝露の前後にも決定された。670 nm の適用時間は上記のとおりです(平均年齢、47.8 年、範囲、29–72 年、標準偏差 = 16.5)。参加者は、光子捕捉を最大化するために瞳孔を拡張し、40分間暗順応しました。網膜感度は、3デシベル(dB)ステップ(6-3階段閾値戦略)を使用して、刺激サイズ1.73°(ゴールドマンサイズV)のメドモント暗順応色周囲計(オーストラリア、メドモント)で測定されました。光刺激(505 nmを200msで提示)を、網膜の中心24°内に分布する17のテストポイントで、中心窩に対して4°、6°、8°、および12°の離心率で提示しました。適切なレンズ補正は、30cmの視距離に対して使用されました。参加者は中央のターゲットに焦点を合わせるように指示され、内蔵の赤外線カメラを使用してテスト中に監視されました。測定値はdB単位であるため、値が大きいほど検出が優れていることを示します。試験と再試験のばらつきは1.5dB以内でした。

統計解析

データは、GraphPad Prism 6(GraphPad、カリフォルニア州サンディエゴ)を使用してグラフ化および分析され、Wilcoxonマッチドペアの符号付きランク検定で有意性が確認されました。若年群と高齢群を比較した測定値を、Mann–Whitney U検定で有意性について分析した。

業績

ベースラインで調べた3つの視覚機能のそれぞれに、約40歳から低下の兆候が見られました。.ただし、提示されたデータは年齢を線形変数として表示しないため、これには資格が必要です。三タン軸では、ベースラインCCSは、若年参加者と比較して約40年間で最大47%、平均約20%有意に増加しました(図1A、p ≤ .0001)。

図 1.
議論

ミトコンドリアを調節する670nmの光を比較的短時間曝露すると、老化したヒトの視細胞機能が改善したことが示されましたが、プロタンとトリタンの閾値には、2つの錐体色系に特異的な特徴の違いを反映して違いがありました。トライタン系は、高齢の参加者で約22%改善した。トライタン軸は、短波長感受性錐体関数に部分的に基づいています。これらの細胞は比較的脆弱で、年齢や糖尿病などの疾患に不均衡があります(15)。さらに、我々は最近、旧世界の霊長類において、S錐体は他の錐体クラスよりもミトコンドリアの含有量が少なく、ATPのATP産生において解糖系への依存度が高いことを示しました。これにより、老化のペースが速くなる可能性があります(16)。プロタンよりもトリタン機能の改善が相対的に増加したことを説明する際に、S錐体ミトコンドリア機能の誤差は、その数が減少するため、より小さな誤差がある可能性があります。したがって、670nmはそれらに大きな影響を与える可能性があります。しかし、プロタン系は、統計学的に有意ではないにもかかわらず、高齢の参加者でも約10%改善しました。

トリタンの感度に影響を与える潜在的な要因は、加齢に伴うヒトの水晶体の進行性の黄変であり、これはより短い波長を吸収し、理論的には測定に影響を与える可能性があります(17)。しかし、レンズの変化とは無関係に色の外観を安定させるメカニズムでこれらの変化を補償することが現在知られている(18)。ただし、35歳から40歳の間に水晶体の混濁に有意な変化があり、若いグループと年配のグループの間のベースラインの違いを説明できるという証拠はありません。また、水晶体の混濁度の変化は、ベースラインに対する670 nmの曝露後に得られた結果の価値を損なうことはありません。

錐体機能を改善する能力は、桿体とは異なり、ヒトを含む霊長類では加齢とともに死滅しないため、重要です(3)。これには、桿体と分子マーカーを共有し、既知の脆弱性を持つ青色の錐体が含まれます(15,16,19,20)。錐体は生き残っているようですが、機能は低下しています(5,21)。網膜ATPが著しく低下しているにもかかわらず、それらが生き残ることは、私たちの老化の概念における課題を表しています。なぜなら、私たちの発見が示唆するように、ミトコンドリアの機能を改善することでそれらを補給することができれば、それは老化した視力にプラスの影響を与える可能性があるからです。このことの重要性は、人工照明への依存度が高まることで、網膜が完全に暗順応することはめったにないことによって再強化されています。したがって、ロッドは一般的に飽和したままです。この環境では、人間の視覚は時間帯とは無関係に円錐に依存するようになります。

視細胞機能の改善は錐体に限らず、老化した桿体機能も良好な結果を示しました。同様の改善された桿体機能は、670 nmばく露後のマウスで見られました。マウスの網膜はヒトよりも桿体が優勢であり(22)、ここでは670nmの曝露により、眼表面の電極によって記録された網膜の生理学的反応である老化網膜電図の大きさが有意に改善されます(13)。しかし、ここには、マウスやヒトのデータを損なうことはないが、それらの間の類似性を困難にする多くの資格があります。670 nmが桿体に及ぼす影響を制限する追加の要因は、ヒトでは70歳までに加齢とともに約30%失われることです(3)。したがって、検査された光受容体集団が減少しているにもかかわらず、高齢グループの改善が起こります。

視細胞クラスの違いにもかかわらず、ミトコンドリアにプラスの影響を与えることが知られている長波長光を使用すると、老化した視覚機能が改善されるという明確な証拠があります(8)。データの多くは、視覚系を含む誘発された病理学のモデルに関するものですが(10)、老化への影響に関する文献が増えています。ここでの使用の理論的根拠は、老化のミトコンドリア理論に基づいてある程度明確です。これは、活性酸素種の産生がATPと相互関係にあることが多いことが老化を促進すると主張している(6)。しかし、これは無条件ではありません(23)。網膜外部は体内で最も代謝率が高いが、中枢神経系はイオン膜ポンプの維持に大量のATPを消費し、これは年齢とともに著しく低下する(1)。したがって、老化した網膜と脳は、機能を弱体化させるATP欠損に向かって移動します。

より長い波長が中枢神経系の機能を改善したり、損傷したりすることは一般的に受け入れられていますが(10)、その作用経路は部分的に不明瞭なままです。どのミトコンドリア要素がこれらの波長を吸収するか、それらのダイナミクス、または下流の相互作用は正確にはわかっていません。さらに、波長が長いと時間帯によって影響が異なるため、時間領域を持つことが明らかになっています。これらの時間的な違いは、ミトコンドリアの複雑な活動とATP産生が著しく変化する24時間にわたるミトコンドリアの状態の変化に関連しています。この文脈では、長波長の光吸光度は、ミトコンドリアが最大出力で機能していないが、複合体とATP産生に余剰容量がある場合にのみ有効であると主張されてきました。ミトコンドリア複合体の活動がピークに達する時間帯には、より長い波長は効果がないように思われる(24)。しかし、長波長光利用の有効性の時間的変動に関する我々の理解は限られており、その使用を最大限に活用するには、かなりの調査が必要である。

このパイロット研究は、サンプルサイズのために制限がありますが、結果は、高齢のコホートでは桿体と錐体の両方の機能に有意な改善が見られましたが、若い個人では改善されませんでした。この違いは、加齢に伴うミトコンドリアの減少が、まだ若い個体に影響を与えていないためと思われます。動物の老化や疾患における長波長光の使用は、糖尿病性網膜症(NCT03866473)および加齢黄斑変性症(NCT02725762、03878420)の本格的な臨床試験における臨床応用の原動力となっています。しかし、AMD患者に関する最近発表された研究では、この疾患の網膜機能の改善を示すことができませんでした(25)。したがって、この治療経路の利点と限界については、まだ理解しなければならないことがたくさんあります。