Modelul matematic dezvăluie niveluri surprinzătoare de lumină în uter, remodelând înțelegerea vederii fetale

Dezvoltarea vizuală fetală este un domeniu de cercetare relativ nou, dar în creștere, având implicații semnificative asupra înțelegerii formării timpurii a sistemului vizual. Deși este bine documentată capacitatea fătului de a percepe stimuli auditivi și olfactivi în uter, existența unei stimulări vizuale semnificative în mediul intrauterin rămâne controversată. Studiile anterioare sugerau că doar expunerea directă la o sursă puternică de lumină ar putea oferi un nivel detectabil de iluminare în uter, însă cercetări recente au indicat posibilitatea unei expuneri constante la lumină în ultimele două luni de sarcină, ceea ce a stârnit un nou interes în studiul dezvoltării vizuale fetale.
Cercetarea Universității din Waikato își propune să modeleze nivelul de iluminare care ajunge la făt prin țesuturile materne, analizând în special rolul țesutului adipos în absorbția și propagarea luminii monocromatice transdermale. Modelarea Monte Carlo este utilizată pentru a simula transportul fotonilor prin straturile materne și lichidul amniotic, oferind o estimare cantitativă a expunerii fetale la lumină în timpul trimestrului al treilea de sarcină.

Există mai multe metode de modelare utilizate anterior pentru a evalua iluminarea fetală:

• Modelarea transportului fotonilor - utilizată pentru a analiza iluminarea țesuturilor cerebrale, dar fără aplicabilitate directă asupra stimulării vizuale fetale.
• Măsurători ale transmisiei luminii prin mostre biologice - sugerează posibilitatea unei iluminări intrauterine, dar nu permit o analiză detaliată a variabilității interindividuale.
• Simulări Monte Carlo anterioare - au arătat dificultăți în percepția fetala a stimulilor transdermali, dar nu au luat în calcul eterogenitatea țesuturilor materne.
• Modele utilizate în oximetria fetală - au explorat transportul luminii în abdomenul matern, dar nu s-au concentrat pe stimularea vizuală fetală.

Un element central al acestei cercetări este rolul țesutului adipos matern, care variază între 1,0 cm și 2,5 cm în grosime și este cel mai puternic absorbant de fotoni dintre straturile tisulare materne. Variabilitatea sa individuală poate influența semnificativ nivelul de lumină care ajunge la făt.

Metodologia studiului

Pentru a modela propagarea luminii prin abdomenul matern și lichidul amniotic, a fost dezvoltat un model Monte Carlo în limbajul C, care simulează traiectoria a peste 12 miliarde de fotoni în fiecare simulare. Modelul ia în considerare cinci straturi:

• Pielea maternă
• Țesutul adipos
• Mușchii abdominali
• Uterul
• Lichidul amniotic

Pentru a înțelege mai bine influența lungimii de undă asupra penetrării luminii, au fost testate șapte lungimi de undă ale luminii monocromatice: 400 nm, 450 nm, 500 nm, 550 nm, 600 nm, 650 nm și 700 nm. Simulările au fost realizate pentru patru grosimi diferite ale țesutului adipos: 1,0 cm, 1,5 cm, 2,0 cm și 2,5 cm.

Rezultate

1. Lungimile de undă mai mari permit o penetrare mai profundă a luminii

• Simulările au arătat că lumina de 650 nm are cea mai mare penetrare prin țesuturile materne, comparativ cu lungimile de undă mai scurte, cum ar fi 400 nm și 450 nm, care sunt aproape complet absorbite de straturile superficiale.
• La 700 nm, deși penetrarea este mai mare, există riscul ca lumina să fie la limita spectrului vizibil pentru ochiul fetal.

2. Țesutul adipos joacă un rol esențial în atenuarea luminii

• În cazul unei grosimi de 1,0 cm a țesutului adipos, iluminarea uterină a fost comparabilă cu lumina unei luni pline.
• La 2,5 cm grosime, iluminarea uterină a scăzut de aproximativ 3.500 de ori, echivalând cu cerul înstelat în condiții de întuneric total.
• O reducere cu 0,5 cm a țesutului adipos duce la o creștere de aproximativ 15 ori a intensității luminii ajunse la uter.

3. Influența separării stimulilor luminoși

• Pentru a studia percepția vizuală fetală, au fost testate stimulii luminoși în perechi, cu distanțe de separare de 18 mm, 25 mm și 35 mm.
• La 18 mm, lumina provenită din cele două surse s-a contopit, făcând imposibilă distingerea lor de către făt.
• La 25 mm, separarea a fost vizibilă doar în cazul unui țesut adipos subțire (1,0 - 1,5 cm).
• La 35 mm, sursele au rămas clar distincte, indiferent de grosimea țesutului adipos.

4. Conversia intensității luminoase în iluminanță

• Iluminanța (lux) a fost calculată pentru fiecare grosime de țesut adipos.
• Pentru 1,0 cm țesut adipos, iluminanța la nivelul uterului a fost aproximativ 0,05 lx, similară luminii unei luni în condiții de cer senin.
• Pentru 2,0 cm țesut adipos, iluminanța a fost 0,00022 lx, comparabilă cu un cer acoperit, fără lună.
• La 2,5 cm țesut adipos, iluminanța a fost neglijabilă, făcând imposibilă detectarea stimulului de către făt.

Implicații și concluzii

• 650 nm este lungimea de undă optimă pentru stimularea vizuală fetală, având cea mai bună combinație între penetrare și vizibilitate.
• Țesutul adipos matern influențează semnificativ expunerea fetală la lumină, iar femeile cu un strat adipos mai gros pot avea fături mai puțin expuse la stimuli vizuali.
• Pentru studii experimentale, femeile însărcinate cu un strat adipos peste 2,0 cm ar putea fi excluse din experimentele de stimulare vizuală, deoarece lumina ar fi insuficientă pentru a produce un răspuns detectabil la făt.
• Separarea surselor de lumină trebuie să fie de cel puțin 35 mm pentru a asigura vizibilitatea distinctă a stimulilor în uter.
• Stimulii luminoși mai puternici (în limitele siguranței materno-fetale) ar putea crește șansele ca lumina să ajungă la făt.

Această cercetare oferă informații fundamentale pentru dezvoltarea unor experimente viitoare privind stimularea vizuală fetală, dar și pentru monitorizarea transabdominală a sănătății fetale, având aplicații în domeniul fototerapiei prenatale și al diagnosticului fetal prin tehnici optice avansate.