調節人體生理節律的光照治療

楊春宇 梁樹英 張青文

(重慶大學建筑城規學院，重慶大學山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，重慶 400045)

1 引言

光是人類生活中一個非常重要的元素。光可以提供能量和幫助視覺觀察，同時還具有生物學效應。在一年四季中，白天和黑夜的長短是有很大差異的，不同季節的光照也有很大的不同，因此，機體不可避免地受到自然界陰陽消長的光照影響而產生相應的改變。我國著名物候學家竺可楨教授在其著作《物候學》中，運用大量的實例表明，光節律的周年變化是季節時令對生物體產生影響的最主要因素［1］。由于光照的缺乏或不合理會導致人體產生一系列的問題，較為典型的例子就是季節性情感障礙。研究發現，許多居住在北半球的人都會因為季節的變化而產生情緒和行為的變化，醫學上稱為“季節性情感障礙”，特別是“冬季憂郁癥”。

光療就是指利用人工光或天然光防治疾病的非藥物治療方法。具體而言，光療是通過發光裝置產生不同波長和強度的光線，刺激神經系統和腦干網狀結構，調節營養代謝、血液循環和內分泌功能，調控生理周期，改善相關癥狀［2］。在北美和歐洲，從上世紀八十年代開始就有學者嘗試用光照治療季節性情感障礙，隨后又有學者開始把光療應用于非季節性情感障礙的治療中，積累了大量的光療使用經驗。研究證明，光療在治療精神和情感障礙、睡眠周期綜合癥、自身免疫性疾病、老年癡呆、皮膚病等方面都有不錯的效果。在我國，由于各種條件的限制，光療的相關研究和應用都還比較缺乏。因此，我們有必要對光療進行更深入的研究。

2 光療的主要治療對象

2.1 精神和情感障礙

隨著人們生活節奏的加快，物質生活水平不斷提升的同時，生活壓力、社會壓力也隨之增加，心理問題頻發，其中，抑郁癥就是一種比較典型的嚴重影響身心健康和造成社會巨大損失的精神障礙性疾病。目前，抑郁癥是世界第4大疾病，預計到2020年可能成為僅次于心臟病的人類第2大疾患。世界衛生組織的統計數字顯示，全球抑郁癥患病率約為11%;在美國，抑郁癥的發病率是20%～30%。我國患病率約為3%～5%，即超過2600萬人患有抑郁癥［3～4］。同時，抑郁癥也是導致自殺的最主要原因，自1949年以來至2003年，全國平均每年有24萬人因抑郁癥而自殺。近年來報道最多的抑郁癥是季節性情感障礙 (Seasonal Affective Disorder，SAD)，其首先是由Rosenthal(1984)命名的［5］，主要指每年同一時期反復抑郁發作的情感性精神疾病。這類患者往往于每年秋季或冬季陷入抑郁，而春季或夏季轉為輕躁狂或恢復正常，其特征性癥狀為睡眠增加、食欲增高、喜食碳水化合物、體重增加等非典型癥狀，多見于女性，屬于情感障礙 (抑郁癥)的一個特殊亞型。季節性情感障礙是一類比較常見的精神疾病，在美國普通人群的發病率為5%～10%［6］。國外近年來報告較多，逐漸引起精神醫學界的注意，國內迄今甚少報告。

由于季節性情感障礙的發病與季節有密切關系，從提出這一疾病概念開始就有學者認為其發病與冬季的日照時間較短有關，因而進行了大量的研究。Kripke等 (1983)最先發現光照能緩解季節性抑郁癥患者的抑郁癥狀。Sakamoto(1993)研究發現，SAD發病率與日照時間數呈顯著負相關［7］。Terman等 (1998)發現光照的強度和治療的效果有關，強光治療的療效優于一般弱光。Rastad對50名季節性抑郁患者的隨機對照研究也證實了光強與治療效果有關這一結論［8］。此外Golden所做的Meta分析也證實了光療治療季節性抑郁的有效性［9］。實踐上，從1993年來，采用光療治療SAD使越來越多的患者受益。光療改變了晝夜的時間節律，延長了光照時間，明顯減少早醒，改善抑郁情緒，減少自殺的發生率，其治療效果經過抑郁量表的測驗得到了證實。現在普遍認為光療是治療SAD的首選治療手段［10］。其具體治療方法是采用10000 lx光療盒，每日30分鐘，或2500 lx，每日1～2小時。盡量在清晨醒后進行治療，或在白天某一固定的時間進行照射。持續2～4周于上午 (6～8AM)或下午 (7～9PM)進行治療，可取得平穩的抗抑郁效果［11］。同時，大量學者還針對光療對于非季節性情感障礙的治療效果進行了研究。Even通過既往光療對非季節性抑郁癥治療的研究進行系統評價后認為，光療對非季節性抑郁癥有肯定的輔助治療作用，并且對部分非季節性抑郁癥患者能發揮單獨的治療作用［12］。

2.2 睡眠障礙

當今社會越來越多的人工作時間不規律，長期或間歇性的日夜顛倒式工作影響了人正常的生理周期，導致神經衰弱和睡眠障礙等疾病。研究表明，參與睡眠的生理結構和機制相當復雜，現代科學證明，人體內源性生物鐘位于視交叉上核，能引發松果體節律性分泌褪黑素，白晝靜止狀態，夜晚合成增加。同時，褪黑素作用視交叉上核等部位，誘導睡眠產生。當這種節律被打亂時，就會導致睡眠障礙。

對于睡眠障礙的治療，傳統的鎮靜催眠藥物具有副作用而不能長期使用。而大量研究證明，光療可以明顯改善機體內源性生物鐘和生物節律。1993年，Campbell等發現，光療 (4000 lx)可作用于晝夜節律系統，改善老年人的睡眠。Philip等人研究采用弱強度的白光 (2500 lx，APOLLO光系統)和綠光 (350 lx，SUNNEX生物技術公司出品)同樣取得了好的效果。Avery用強度為2500 lx明亮光和強度為350 lx的綠光治療夜間頻醒、再入睡困難的失眠患者，研究發現可明顯減少頻醒次數，同時減少失眠患者在床上的非睡眠時間，使睡眠效率提高90%，即增加了15～20分鐘的睡眠時間。同時，用白光和紅光治療慢性睡眠障礙及與年齡相關的睡眠失調，可提高睡眠效率但并不增加睡眠時間。目前，使用光療治療睡眠障礙的方法是患者處于相對封閉安靜的環境中，選擇強度2000～2200 lx的白光，使患者暴露在光下或距離1 m進行照射，每日2小時，療程為1周、10天或2周不等，在治療的同時進行睡眠情況的觀察和各種參數的統計［2］。

3 光療的作用機制

大量研究表明生物體中松果體能夠根據外界光照條件產生分泌調節［13～14］。當外界光的信息 (長短、強弱)通過視覺器官引起下丘腦視交叉上核 (SCN)發生節律性振蕩時，松果體能夠將這種信息轉化為節律性地分泌褪黑激素，從而作用于許多器官上的褪黑激受體，并顯示晝夜和季節性的不同。褪黑素(melatonin，MT)是一種主要由松果體細胞分泌的肽類激素，它由5-羥色胺 (5-HT)在酶的作用下轉變而成，作為一種時間信號調節生物的晝夜節律。人類MT的合成、分泌呈現出晝夜節律和季節節律等。一方面，體液中MT濃度呈24小時節律變化，白天低、夜間高，夜/晝比率為2.6～3.2。另一方面，由于日照時間的季節性改變，夜長的冬季MT分泌時間最長、分泌量最多，而晝長的夏季MT分泌時間短、分泌量少，從而呈現出季節性節律。

人體內的生物鐘和生理節律受光的影響，光線通過控制松果體分泌褪黑素，從而影響人的睡眠和情緒。1980年Lewy等發現高強度的光線可影響人類松果體釋放褪黑素，這一發現進一步表明人類的生理功能明顯受光線的影響。臨床研究也證明，用光照治療精神和情感障礙和睡眠障礙有效，其機制就在于光照可調節松果體分泌褪黑素［15］。同時，Koorengevel等研究發現，“眼外”光照射對抑郁癥治療效果與對照組無區別，這說明光照療法是通過眼睛介導的［16］。光療時，病人眼睛暴露在不同的可見光下，光線通過視覺信號刺激視網膜，作用于非視錐細胞，非視桿細胞的視覺光受體，通過視神經的非感覺傳導通路來調節松果體的功能，促進松果體釋放褪黑素，通過眼與中樞神經系統的相互作用，經視丘下部路徑調節免疫系統治療各種疾病，這一神經傳導通路已被跟蹤證實，其生理解剖基礎已經明朗［17］。

4 光療的適用光源

光線選擇不當或使用不當可引起細胞和組織有害的光化學反應。目前絕大多數光療裝置的光源都是采用產生白光的熒光燈管或者產生稱為全日光譜的熒光燈管，使光強達到2500～10000 lx的范圍。一方面，這些光療裝置的熒光燈管會產生一定程度的紫外線，對視覺器官產生急性或慢性的損傷，比如損傷角膜和結膜，發生角膜結膜炎、急性或亞急性的視網膜病變，而紫外光被證實并不增加光療的效果。另一方面，為了產生光療效果的強光，不得不使用多根燈管，需要占據一定的空間和面積，還會產生較高的溫度，對于使用者而言不太舒適和安全。同時，熒光燈的頻閃還會造成眼睛疲乏和頭暈，嚴重的情況還會造成偏頭痛。

半導體照明技術的應用及迅速發展有彌補這些不足的趨勢，為光療提供了新的光源選擇。其耗能小、熱輻射低、環保節能、電源低、安全性高、光源單色性好、覆蓋光波范圍廣、可以根據需要改變其波長。LED彌補了目前光療裝置由于使用熒光燈等所產生紫外線和熱量的缺陷，白光LED不產生紫外線，產生的熱量極低。目前，已有學者開始嘗試將LED運用在光療裝置中替代傳統光源。Wright等用不同波長的LED組成的兩種眼鏡式光源與標準光箱 (光源照度為2000 lx，照射強度為130 μW/cm2)對健康志愿者進行一次夜間2 h的光照，結果顯示光刺激下可出現顯著的褪黑素抑制［18］。黃煜煒(2006)運用LED照明技術，將光療的功能融入燈具之中，使光療設備轉換成一只外表優雅的臺燈式或地燈式［19］。林燕丹和居家奇 (2008)采用波長為460nm～480nm的藍光LED，并采用PWM調光模式，將其引入不同程度抑郁癥患者的輔助治療［20］。這些研究對光療新光源的拓展是一種有益的嘗試，但有關LED照明用于光療的安全性及其光譜能量分布對人體的影響還有待深入的研究。

研究表明，不同光譜成分、不同照度的光線對人體會產生不同的生理反應，關于人體的生物學效應研究近幾年在國際上才剛剛開始。一般認為，對人體節律產生顯著影響的光線波長范圍在420～500 nm之間［21］。Wright的實驗表明藍/綠LED對褪黑素產生最大抑制，普通光箱和白光LED抑制差異無顯著性意義［18］。動物實驗表明，藍綠光譜范圍的光線對晝夜節律有最強的影響［2］。同時，研究還發現在460 nm到480 nm的藍光成分對于人體的生理學效應最為明顯，光強在400 lx以上會產生明顯的生理效應，有利于抑郁癥的康復治療。美國Brown大學的David Berson發現了一種新的感光細胞，稱之為司辰視覺系統 (非成像視覺)，它的最大靈敏度在波長為460nm藍光附近，并直接作用于下丘腦的松果體，影響人體的生物功能。應用藍光照明能刺激視網膜上的神經節細胞，使體內皮質醇的濃度增高，并抑制褪黑色素的分泌，可以明顯改變原來的不適應狀態。若要達到相同的生物作用，使用其它顏色的燈光所需要的照度要更高。2004年Cajochen發現用460nm單色光照射2h后比555nm單色光照射后有更明顯的褪黑色素抑制作用，同時還會提高警覺反應，增加體溫、心率并降低皮膚末梢區域的溫度。另外，CIE最新研究結果顯示，缺少藍光的光脈沖照射能降低褪黑色素抑制作用，但是可能引起生物鐘偏移［22］。

5 結語

光療作為一種無創性的物理治療手段，具備有效、方便、安全、副作用輕微等優點，經過近30年的研究和發展，目前已成為精神和情感障礙以及睡眠障礙等疾病，特別是季節性情感障礙的主要治療手段，有著積極的治療意義和廣闊的治療前景。目前，國內對光療的使用和研究還比較缺乏，亟待開發和深入研究，特別是應進一步研究其作用機制，探討最佳照度、最佳光譜成分、最佳治療時間、安全性等。另外，光療時的光空間分布、光視覺環境、室內光療的環境反射情況及反射增量與患者心理等都值得深入研究。同時，光療還應保護患者的隱私，達到良好的依從性和治療效果。

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