光照对人的生理节律的影响

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1、万方数据2005年3月灯与照明第29卷第1期光照对人的生理节律的影响孙大鹏(天津大学建筑学院，天津300072)摘要：最新的研究发现，人体的生物钟系统和视觉系统具有不同程度的光照需求，这个结论对传统的照明设计观念提出了挑战。适当的光照可以起到调节人体生理节律的作用，本文阐述了光照强度、空间分布、频谱分布等对生理节律的作用规律和机理，了解这部分内容将有助于我们营造一个健康舒适的光照环境。关键词：生物钟系统；生理节律；松果腺；下丘脑视交叉上核；褪黑素；光谱灵敏度1人的生理节律和人体生物钟系统人类的众多行为和生

2、理现象如觉醒、血压、心率、体温等都具有昼夜周期性，这种每间隔大约24小时重复一次的生理现象称为生理节律。生理节律是人类在长期进化的过程中保存下来的适应性特征，这些节律可以随着外界环境(比如光照)的改变而改变，当人体受到光照时，人体内的生物钟系统将导引并启动从光信号到生理信号的连锁放大过程，从而调节人的行为和生理活动，影响人体的生理节律。人体的生物钟系统包括视网膜、下丘脑视交叉上核(sup随chi够m砒icnucle岫，SCN)和松果腺(pinealgland，P∞，正是通过它们之间的相互作用，产生、重置和

3、调控人体的生理和行为节律，其中下丘脑视交叉上核起支配作用，是生理节律最主要的起搏器，它一方面受到外界环境因素(主要是光照周期信号)的影响，另一方面接受机体自身机制(某些化学物质如5一羟色胺、褪黑素)的调节；松果腺的作用是合成褪黑素(melatonin，MEL)，褪黑素的合成具有明显的昼夜节律性，白昼血中浓度极低，黑夜显著升高，夜间褪黑素分泌量比白天多5一lO倍，清晨2：00到3：00达到峰值，褪黑素不仅辅助完成视交叉上核的生理节律起搏功能，还能将光照周期信号输送到人体多个功能器官，以传达光信息和生物周期的

4、相关信息；视网膜是生物钟系统感知光的窗口，最新研究表明，存在于视网膜节细胞(retinalgalldioncells，RGcs)上的视黑蛋白(nlel锄opsin)是生物钟系统最直接的光信号接受体，除此之外，隐色素(c珂ptochmme，CRY)是另外一种生物钟光受体，Hatter等人的研究结果还提示，除视黑蛋白和隐色素外，可能还存在其他的光输入途径，而且各种光受体之间相互对话，最后由视网膜下丘脑束将光信息传递到下丘脑视交叉上核。光照是人体生理节律的主要触发因子，由于下丘脑视交叉上核的节律性活动周期要稍稍

5、大于24小时，因此光暗周期就成了促使下丘脑视交叉上核的活动周期与太阳日同步的主要因素。2光的特性(强度、时段、空间分布、光谱等)对生理节律的影响随着研究的不断深入，人们逐渐地认识到光照对于人体生理节律的重要作用。1980年，Lewy和他的同事们证明了明亮的白光(夜间2：00—4：00，照度为25001]【)能够抑制人体褪黑素的分泌，使夜间人体褪黑素的水平与日间持平，后来他们又证明了明亮的白光能够缓解“季节性情绪紊乱症”(SeasonalA虢ctiveDisorder，SAD，或者称“冬日抑郁症”，具体症状

6、为：情绪明显低落、易发怒、显著疲劳、嗜睡、糖代谢增加等)的症状。这一成果激起了人们对这一领域的研究和探索，以后的研究证明了：白天明亮的光照及夜间的黑暗环境有助于AD症(Alzheimer’sDisease，具体症状为缺乏规律的活动与睡眠习惯)患者改进他们的活动及睡眠结构。·3】·万方数据2005年3月灯与照明第29卷第l期(Vansomeren等)有节奏的光照要比持续光更能促进未成年人的生长。(Miller等)明亮的光照能够增强脑部活动(Badia等)、改善认识行为(Boyce等)和主观的机敏性(FigI

7、leim等)。除此之外，相关的研究还发现光照可以提高夜班工人的工作效率；可以直接影响人大脑皮层的活动；等等。光照对人体生物钟系统的作用不同于视觉系统的作用原理，它具有自身的规律和特点，下面仅从光照强度、持续时间与时段及光谱分布几个方面分别阐述。2．1光照强度对人体生理节律的作用在白光照明的办公室里，水平工作面500l】【的照度足以满足人的视觉工作的需要，但在相同的光照条件下持续照射一个小时，才刚刚能够激发生物钟系统的光生物作用。如果用夜间光照(持续一小时)对褪黑素的抑制程度来反映生理节奏的相对灵敏度，那么

8、我们可以得到有关照度与生理节奏的相对灵敏度的函数曲线(如图1)。图1右侧的曲线表明：人眼看到照度为100—200l】【的光(“全光谱”荧光灯)能够在一定程度上抑制褪黑素的产生，即水平工作面500b【的照度水平接近于可以抑制褪黑素分泌的照度下限。该图表也说明，相对来说，人体生物钟系统需要的照度值最大，视觉工作需要的照度要低几个数量级，而在黑暗环境(如在月光下)下具有感知力需要的照度值要比视觉工作需要的照度再低几个数量级。人眼肴到