Ánh sáng xanh từ điện thoại ức chế tuyến tùng tiết melatonin thế nào?

Nhiều người có thói quen cầm điện thoại lướt mạng xã hội, đọc tin tức hoặc xem phim tài liệu trước khi đi ngủ ^[1]. Tuy nhiên, chỉ sau vài chục phút sử dụng thiết bị, cảm giác buồn ngủ thường biến mất và thay vào đó là sự tỉnh táo kéo dài bất thường ^[2]. Nguyên nhân cốt lõi của tình trạng này xuất phát từ việc ánh sáng khả kiến bước sóng ngắn, thường gọi là ánh sáng xanh, phát ra từ màn hình đã can thiệp trực tiếp vào đồng hồ sinh học tự nhiên ^[1].

Nói một cách ngắn gọn, ánh sáng xanh ức chế tuyến tùng tiết hormone melatonin thông qua các tế bào cảm quang đặc biệt ở mắt ^[3], ^[2]. Khi mắt tiếp nhận các bước sóng ngắn này vào buổi tối, não bộ nhận được tín hiệu nhầm lẫn rằng trời vẫn còn sáng, từ đó trì hoãn quá trình đưa cơ thể vào trạng thái nghỉ ngơi ^[2], ^[4].

Mắt tiếp nhận ánh sáng xanh và truyền tín hiệu ức chế như thế nào?

Cơ chế sinh học truyền tín hiệu ánh sáng đến hệ thống điều hòa nhịp sinh học diễn ra qua một con đường hoàn toàn tách biệt với thị giác thông thường ^[2]. Năm 2002, các nhà khoa học đã công bố trên tạp chí Science việc phát hiện ra một thụ thể ánh sáng mới là các tế bào hạch võng mạc nhạy sáng nội tại (ipRGCs) ^[2]. Loại tế bào này khác biệt cả về giải phẫu học lẫn chức năng so với các tế bào que và tế bào nón dùng cho thị giác, đồng thời tiến hóa sớm hơn thị giác trong sinh học động vật có vú ^[2].

Mặc dù các tế bào ipRGCs chiếm tỷ lệ chưa đầy 1% trong tổng số các tế bào hạch ở võng mạc, chúng lại phân bố rộng rãi để tạo thành một mạng lưới máy dò ánh sáng bao phủ khắp mắt ^[2]. Khả năng thu nhận ánh sáng của mạng lưới này được củng cố nhờ các nhánh gai chứa sắc tố quang học mang tên melanopsin ^[2]. Sắc tố melanopsin có độ nhạy cảm tối đa với ánh sáng xanh ở bước sóng xấp xỉ 480 nm ^[2]. Dù tế bào que và tế bào nón cũng đóng góp một phần vào việc phát hiện ánh sáng, melanopsin mới chính là thụ thể quang học sơ cấp chịu trách nhiệm chuyển đổi thông tin quang học tới hệ thống sinh học ^[2].

Các tế bào ipRGCs được kết nối trực tiếp bằng đường truyền thần kinh tới các vùng não bộ tham gia điều hòa nhịp sinh học và sự tỉnh táo ^[2]. Cụ thể, thông tin quang học từ võng mạc được dẫn truyền qua nhân trên chéo (SCN) thuộc vùng dưới đồi ^[3], ^[4]. Từ nhân trên chéo, tín hiệu tiếp tục đi qua hệ thần kinh giao cảm để tới tuyến tùng – nơi chịu trách nhiệm tổng hợp và bài tiết hormone melatonin ^[3]. Khi sắc tố melanopsin bị kích thích bởi các bước sóng xanh, tín hiệu kích hoạt này sẽ gửi lệnh ngăn chặn quá trình sản xuất melatonin tại tuyến tùng ^[3], ^[2].

Vai trò của melatonin và mối liên hệ mật thiết với thân nhiệt

Melatonin là hormone sinh học thiết yếu đối với nhiều chức năng sống của con người, bao gồm hệ miễn dịch, tim mạch, hệ thần kinh và chu kỳ thức ngủ ^[3]. Loại hormone này được kiểm soát bởi tuyến tùng và tạo phản hồi ngược trở lại nhân trên chéo ^[4]. Nhờ cơ chế đó, melatonin củng cố áp lực buồn ngủ và ức chế xu hướng duy trì trạng thái tỉnh táo của não bộ ^[4].

Melatonin không chỉ đơn thuần là hormone gây ngủ mà còn đóng vai trò như một chất trung gian điều hòa giữa hoạt động của nhân trên chéo và quá trình điều nhiệt của cơ thể ^[4]. Thông thường, sự gia tăng tiết melatonin vào buổi tối sẽ mở đầu cho một chuỗi biến đổi về nhiệt độ ^[4]. Khi melatonin tăng lên, nhiệt độ da ở các vùng xa trung tâm như bàn tay, bàn chân sẽ ấm dần lên do hiện tượng giãn mạch ngoại vi, giúp giải phóng nhiệt ra môi trường ngoài ^[4].

Ngược lại, nhiệt độ da ở các vùng gần trung tâm cơ thể như vùng dưới xương đòn và nhiệt độ lõi cơ thể (CBT) bắt đầu hạ thấp, phản ánh sự sụt giảm sản sinh nhiệt và gia tăng mất nhiệt vào buổi tối ^[4]. Thước đo gián tiếp cho quá trình tản nhiệt này là độ chênh lệch nhiệt độ ngoại vi - trung tâm (DPG), vốn có mối liên quan trực tiếp đến cảm giác buồn ngủ chủ quan và thời gian tiềm phục giấc ngủ ^[4]. Vào buổi sáng, nồng độ melatonin giảm dần về mức nền trong khi nhiệt độ lõi cơ thể tăng nhanh trở lại ^[4]. Khi ánh sáng xanh vào ban đêm làm đình trệ sự tiết melatonin, chuỗi điều hòa nhiệt độ này bị gián đoạn, khiến cơ thể khó chuyển sang trạng thái sẵn sàng ngủ ^[4].

Các bằng chứng thực nghiệm về tác động của màn hình thiết bị

Nhiều nghiên cứu đã đo lường sự ức chế melatonin khi người dùng tiếp xúc với màn hình máy tính và điện thoại. Một thử nghiệm năm 2013 đã tiến hành kiểm tra trên 5 người tham gia dưới 3 điều kiện chiếu sáng từ màn hình máy tính có đèn nền LED trong 30 phút, từ 20:00 đến 20:30 ^[3]. Ba điều kiện gồm không có ánh sáng, ánh sáng đỏ với bước sóng khoảng 650 nm và ánh sáng xanh với bước sóng khoảng 470 nm ^[3]. Mẫu nước bọt được thu thập cả trước và sau thử nghiệm để phân tích nồng độ melatonin ^[3].

Kết quả cho thấy ánh sáng xanh từ màn hình máy tính ức chế sản xuất melatonin tới 91%, cao hơn rõ rệt so với mức ức chế 78% của ánh sáng đỏ và mức 44% khi không có ánh sáng ^[3]. Về mặt tâm lý, nghiên cứu ghi nhận sự khác biệt có ý nghĩa về tâm trạng tích cực giữa điều kiện không ánh sáng và ánh sáng đỏ (p=0.001) dựa trên bảng câu hỏi PANAS, đồng thời ghi nhận sự thay đổi đáng kể về trạng thái tức giận qua bảng câu hỏi BRUMS, trong khi các yếu tố như căng thẳng, mệt mỏi, trầm cảm hay sinh lực không đổi ^[3].

Một nghiên cứu khác thực hiện năm 2018 đã khảo sát 43 sinh viên tình nguyện khỏe mạnh nhằm đánh giá thời gian trễ giấc ngủ khi sử dụng điện thoại thông minh ^[1]. Những người tham gia được yêu cầu lên giường lúc 23:00 và dùng điện thoại trong 60 phút để xem một bộ phim tài liệu về thế giới tự nhiên ^[1]. Nghiên cứu tiến hành ngẫu nhiên giữa ba đêm: một đêm không dùng bộ lọc, một đêm dùng bộ lọc màu hổ phách và một đêm dùng bộ lọc màu xanh trên màn hình ^[1].

Kết quả đo phổ quang học và ghi chép giấc ngủ cho thấy thời gian trễ giấc ngủ trung bình ở đêm không dùng bộ lọc là 20,84 ± 9,15 phút ^[1]. Khi sử dụng tấm lọc màu xanh, thời gian trễ giấc ngủ kéo dài lên 26,33 ± 1,59 phút ^[1]. Đáng chú ý, việc sử dụng tấm lọc màu hổ phách để chặn các bước sóng ngắn đã rút ngắn thời gian trễ giấc ngủ xuống chỉ còn 15,26 ± 1,04 phút, qua đó cải thiện chất lượng giấc ngủ rõ rệt ^[1].

Quang phổ và liều lượng: Bao nhiêu ánh sáng là đủ gây gián đoạn?

Trước đây, giới khoa học từng nhận định rằng cần có mức chiếu sáng mạnh, tối thiểu khoảng 2500 lux, mới có thể gây ức chế melatonin ở người ^[2]. Tuy nhiên, các nghiên cứu trong môi trường kiểm soát nghiêm ngặt đã chứng minh rằng mức độ rọi chỉ từ 1 lux trở xuống của ánh sáng đơn sắc xanh (bước sóng 440-460 nm) chiếu vào võng mạc cũng đủ để làm giảm đáng kể lượng melatonin ban đêm ^[2]. Đối với ánh sáng huỳnh quang quang phổ rộng thông thường, mức sáng dưới 100 lux cũng có thể gây ra hiện tượng này, trong đó mức phơi nhiễm xấp xỉ 100 lux tạo ra khoảng 50% phản ứng ức chế tối đa ^[2].

Một thử nghiệm năm 2011 trên 8 đối tượng khỏe mạnh có độ tuổi trung bình 23,9 ± 0,5 tuổi đã nghiên cứu đường cong đáp ứng theo liều lượng bức xạ của đèn LED xanh bước sóng đỉnh 469 nm (độ rộng bán phổ 26 nm) ^[5]. Thử nghiệm diễn ra trong khung giờ từ 2:00 đến 3:30 sáng ở các đối tượng có đồng tử phản xạ tự nhiên ^[5]. Kết quả xét nghiệm máu cho thấy mức độ bức xạ của ánh sáng xanh càng tăng thì nồng độ melatonin trong huyết tương bị ức chế càng mạnh (p < 0.0001) theo mô hình đường cong sigmoid (R^2 = 0.99; ED50 = 14,19 microWatt/cm^2) ^[5]. Mức độ ức chế này từ đèn LED xanh dải hẹp được ghi nhận là mạnh hơn so với mức bức xạ 40 microWatt/cm^2 của đèn huỳnh quang ánh sáng trắng 4000 K thông dụng ^[5].

Các nghiên cứu khác củng cố thêm rằng dải bước sóng ngắn từ 446 đến 477 nm tạo ra phản ứng ức chế melatonin mạnh nhất ^[5]. Chẳng hạn, việc tiếp xúc 2 giờ với ánh sáng 460 nm vào cuối buổi tối (21:30 đến 23:30) làm suy giảm melatonin mạnh hơn hẳn so với bước sóng 540 nm hoặc bóng tối ^[4]. Tiếp xúc 5 giờ với màn hình LED trước giờ ngủ cũng gây ức chế melatonin ban đầu và làm chậm nhịp tăng sinh sau đó ^[4]. Ngoài ra, ở mức ánh sáng phòng thấp 40 lux, việc tiếp xúc 2 giờ buổi tối với đèn huỳnh quang giàu sắc xanh (nhiệt độ màu 6500 K) gây ức chế melatonin lớn hơn đáng kể so với đèn sợi đốt (nhiệt độ màu 3000 K) ^[6]. Ngay cả mức sáng sinh hoạt dưới 200 lux trong phòng khách so với mức sáng mờ khoảng 3 lux cũng đủ rút ngắn thời gian tiết melatonin ở người trẻ tuổi ^[6].

Hiểu lầm về các ứng dụng lọc ánh sáng xanh trên điện thoại

Hiện nay, nhiều người tin rằng chỉ cần bật chế độ ban đêm (Night Mode) hoặc cài đặt các ứng dụng lọc ánh sáng xanh trên điện thoại thông minh là có thể thoải mái sử dụng thiết bị trước khi ngủ mà không lo hại mắt hay mất ngủ ^[7]. Tuy nhiên, các bằng chứng khoa học cho thấy hiệu quả thực tế của các giải pháp phần mềm này vẫn còn nhiều tranh cãi ^[7].

Một nghiên cứu quan sát công bố năm 2024 đã đánh giá tác động của ứng dụng lọc ánh sáng xanh đối với chất lượng giấc ngủ của người dùng điện thoại qua bảng câu hỏi chỉ số PSQI ^[7]. Trong số những người tham gia, có 9,7% sử dụng ứng dụng lọc thường xuyên, 9,7% thỉnh thoảng dùng và có tới 80% không bao giờ dùng ^[7]. Tỷ lệ người có điểm PSQI trên 5 (biểu hiện chất lượng ngủ kém) chiếm 54,10%, trong khi nhóm có điểm dưới 5 chiếm 45,90% ^[7].

Phân tích phương sai ANOVA cho thấy không có mối liên hệ mang ý nghĩa thống kê giữa việc dùng ứng dụng lọc ánh sáng xanh và việc cải thiện chất lượng giấc ngủ nói chung (p = 0.925) ^[7]. Nghiên cứu chỉ ghi nhận mối liên hệ giữa việc dùng ứng dụng lọc với hiệu quả giấc ngủ theo thói quen ở nhóm tuổi từ 31 đến 40, nhưng không quan sát thấy lợi ích tích cực kéo dài trên mọi thông số giấc ngủ ^[7]. Trong khi các bộ lọc vật lý như tròng kính chặn sáng mang lại tác động rõ rệt trong việc bảo vệ nồng độ melatonin, giá trị của các ứng dụng phần mềm vẫn chưa có sự đồng nhất và cần thận trọng nhìn nhận ^[4], ^[7].

Những nhóm đối tượng cần đặc biệt thận trọng

Tác động gây rối loạn nhịp sinh học và trì hoãn giấc ngủ của ánh sáng xanh có thể ảnh hưởng nặng nề hơn ở một số nhóm đối tượng cụ thể ^[2], ^[8]. Nhóm đầu tiên là phụ nữ mang thai ^[8]. Trong thai kỳ, melatonin giữ vai trò thiết yếu trong việc điều hòa nhịp ngày đêm, tạo giấc ngủ ngon và có tác dụng bảo vệ thần kinh tích cực đối với sự phát triển của thai nhi ^[8].

Một thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên năm 2021 đã đánh giá việc sử dụng kính chặn ánh sáng xanh trên các phụ nữ mang thai con so khỏe mạnh ở giai đoạn đầu của 3 tháng cuối thai kỳ ^[8]. 60 người tham gia được chia thành hai nhóm: 30 người đeo kính chặn ánh sáng xanh và 30 người đeo kính đối chứng có chức năng chặn một phần, thực hiện trong 2 tuần ^[8]. Mẫu nước bọt được lấy mỗi 30 phút, bắt đầu từ 3 giờ trước giờ ngủ thông thường ^[8]. Dữ liệu phân tích từ 47 người cho thấy nhóm đeo kính chặn ánh sáng xanh có thời điểm bắt đầu tiết melatonin sớm hơn 28 phút so với nhóm đối chứng (p = 0.019) ^[8]. Nồng độ melatonin của nhóm này cũng cao hơn rõ rệt tại các mốc 20:00, 21:00 và 22:00 ^[8].

Nhóm đối tượng thứ hai là những người làm việc ca kíp, nhân viên điều hành hàng không hoặc phi hành gia ^[5]. Tình trạng rối loạn nhịp sinh học và mất ngủ kéo dài do phơi nhiễm ánh sáng không phù hợp là yếu tố nguy cơ dẫn đến suy giảm sự tỉnh táo và giảm sút hiệu suất làm việc ^[5]. Bên cạnh đó, những người đang gặp các rối loạn giấc ngủ mạn tính hoặc có tiền sử khó vào giấc cũng cần đặc biệt chú ý, vì việc phơi nhiễm ánh sáng từ các thiết bị di động có thể làm trầm trọng thêm các vấn đề này ^[2], ^[7].

Gợi ý các biện pháp thực tế để hạn chế ánh sáng xanh

Để giảm thiểu tác động tiêu cực của ánh sáng xanh phát ra từ các thiết bị điện tử tới hệ thống nội tiết và giấc ngủ, người dùng có thể áp dụng các thói quen dựa trên nghiên cứu khoa học:

Thứ nhất, kiểm soát thời gian sử dụng màn hình trước khi ngủ ^[1], ^[4]. Các thử nghiệm cho thấy việc tiếp xúc với màn hình LED từ 30 phút đến 2 giờ vào buổi tối đã đủ để ức chế mạnh mẽ lượng melatonin ^[3], ^[4]. Do đó, người dùng nên ngừng dùng điện thoại, máy tính bảng hoặc tắt các thiết bị có đèn nền LED ít nhất từ 1 đến 2 giờ trước giờ đi ngủ dự kiến ^[3], ^[4].

Thứ hai, ưu tiên sử dụng các biện pháp cản quang vật lý thay vì chỉ trông cậy vào phần mềm ^[1], ^[7]. Khi buộc phải làm việc với màn hình máy tính vào ban đêm, việc đeo kính chặn ánh sáng xanh đã được chứng minh giúp làm giảm bớt mức độ ức chế melatonin do đèn LED gây ra ^[4]. Ngoài ra, sử dụng các tấm lọc vật lý màu hổ phách dán trực tiếp lên màn hình điện thoại có thể giúp giảm thiểu các bước sóng ngắn gây hại và rút ngắn thời gian đi vào giấc ngủ ^[1].

Thứ ba, điều chỉnh nguồn sáng môi trường xung quanh ^[6]. Ánh sáng phòng khách với độ rọi dưới 200 lux hay các bóng đèn huỳnh quang ánh sáng trắng giàu sắc xanh (6500 K) đều có khả năng gây ức chế melatonin mạnh ^[6]. Vào buổi tối, nên chuyển sang sử dụng các nguồn sáng có độ rọi thấp, ánh sáng mờ hoặc đèn sợi đốt có nhiệt độ màu ấm (khoảng 3000 K) để tạo điều kiện thuận lợi cho tuyến tùng bắt đầu bài tiết melatonin tự nhiên ^[6]. Người có các bệnh lý nền về thần kinh hay giấc ngủ nên tham khảo ý kiến chuyên môn của bác sĩ để có phác đồ can thiệp phù hợp.

Việc nhận diện đúng cơ chế tác động của ánh sáng xanh qua tế bào ipRGCs giúp chúng ta chủ động hơn trong sinh hoạt hằng ngày ^[2]. Thay đổi thói quen dùng điện thoại trong bóng tối không chỉ bảo vệ quá trình tiết melatonin của tuyến tùng mà còn là chìa khóa duy trì giấc ngủ sâu và nhịp sinh học ổn định ^[1], ^[3].