调节人体生理节律的光照治疗

杨春宇 梁树英 张青文

(重庆大学建筑城规学院，重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045)

1 引言

光是人类生活中一个非常重要的元素。光可以提供能量和帮助视觉观察，同时还具有生物学效应。在一年四季中，白天和黑夜的长短是有很大差异的，不同季节的光照也有很大的不同，因此，机体不可避免地受到自然界阴阳消长的光照影响而产生相应的改变。我国著名物候学家竺可桢教授在其著作《物候学》中，运用大量的实例表明，光节律的周年变化是季节时令对生物体产生影响的最主要因素［1］。由于光照的缺乏或不合理会导致人体产生一系列的问题，较为典型的例子就是季节性情感障碍。研究发现，许多居住在北半球的人都会因为季节的变化而产生情绪和行为的变化，医学上称为“季节性情感障碍”，特别是“冬季忧郁症”。

光疗就是指利用人工光或天然光防治疾病的非药物治疗方法。具体而言，光疗是通过发光装置产生不同波长和强度的光线，刺激神经系统和脑干网状结构，调节营养代谢、血液循环和内分泌功能，调控生理周期，改善相关症状［2］。在北美和欧洲，从上世纪八十年代开始就有学者尝试用光照治疗季节性情感障碍，随后又有学者开始把光疗应用于非季节性情感障碍的治疗中，积累了大量的光疗使用经验。研究证明，光疗在治疗精神和情感障碍、睡眠周期综合症、自身免疫性疾病、老年痴呆、皮肤病等方面都有不错的效果。在我国，由于各种条件的限制，光疗的相关研究和应用都还比较缺乏。因此，我们有必要对光疗进行更深入的研究。

2 光疗的主要治疗对象

2.1 精神和情感障碍

随着人们生活节奏的加快，物质生活水平不断提升的同时，生活压力、社会压力也随之增加，心理问题频发，其中，抑郁症就是一种比较典型的严重影响身心健康和造成社会巨大损失的精神障碍性疾病。目前，抑郁症是世界第4大疾病，预计到2020年可能成为仅次于心脏病的人类第2大疾患。世界卫生组织的统计数字显示，全球抑郁症患病率约为11%;在美国，抑郁症的发病率是20%～30%。我国患病率约为3%～5%，即超过2600万人患有抑郁症［3～4］。同时，抑郁症也是导致自杀的最主要原因，自1949年以来至2003年，全国平均每年有24万人因抑郁症而自杀。近年来报道最多的抑郁症是季节性情感障碍 (Seasonal Affective Disorder，SAD)，其首先是由Rosenthal(1984)命名的［5］，主要指每年同一时期反复抑郁发作的情感性精神疾病。这类患者往往于每年秋季或冬季陷入抑郁，而春季或夏季转为轻躁狂或恢复正常，其特征性症状为睡眠增加、食欲增高、喜食碳水化合物、体重增加等非典型症状，多见于女性，属于情感障碍 (抑郁症)的一个特殊亚型。季节性情感障碍是一类比较常见的精神疾病，在美国普通人群的发病率为5%～10%［6］。国外近年来报告较多，逐渐引起精神医学界的注意，国内迄今甚少报告。

由于季节性情感障碍的发病与季节有密切关系，从提出这一疾病概念开始就有学者认为其发病与冬季的日照时间较短有关，因而进行了大量的研究。Kripke等 (1983)最先发现光照能缓解季节性抑郁症患者的抑郁症状。Sakamoto(1993)研究发现，SAD发病率与日照时间数呈显著负相关［7］。Terman等 (1998)发现光照的强度和治疗的效果有关，强光治疗的疗效优于一般弱光。Rastad对50名季节性抑郁患者的随机对照研究也证实了光强与治疗效果有关这一结论［8］。此外Golden所做的Meta分析也证实了光疗治疗季节性抑郁的有效性［9］。实践上，从1993年来，采用光疗治疗SAD使越来越多的患者受益。光疗改变了昼夜的时间节律，延长了光照时间，明显减少早醒，改善抑郁情绪，减少自杀的发生率，其治疗效果经过抑郁量表的测验得到了证实。现在普遍认为光疗是治疗SAD的首选治疗手段［10］。其具体治疗方法是采用10000 lx光疗盒，每日30分钟，或2500 lx，每日1～2小时。尽量在清晨醒后进行治疗，或在白天某一固定的时间进行照射。持续2～4周于上午 (6～8AM)或下午 (7～9PM)进行治疗，可取得平稳的抗抑郁效果［11］。同时，大量学者还针对光疗对于非季节性情感障碍的治疗效果进行了研究。Even通过既往光疗对非季节性抑郁症治疗的研究进行系统评价后认为，光疗对非季节性抑郁症有肯定的辅助治疗作用，并且对部分非季节性抑郁症患者能发挥单独的治疗作用［12］。

2.2 睡眠障碍

当今社会越来越多的人工作时间不规律，长期或间歇性的日夜颠倒式工作影响了人正常的生理周期，导致神经衰弱和睡眠障碍等疾病。研究表明，参与睡眠的生理结构和机制相当复杂，现代科学证明，人体内源性生物钟位于视交叉上核，能引发松果体节律性分泌褪黑素，白昼静止状态，夜晚合成增加。同时，褪黑素作用视交叉上核等部位，诱导睡眠产生。当这种节律被打乱时，就会导致睡眠障碍。

对于睡眠障碍的治疗，传统的镇静催眠药物具有副作用而不能长期使用。而大量研究证明，光疗可以明显改善机体内源性生物钟和生物节律。1993年，Campbell等发现，光疗 (4000 lx)可作用于昼夜节律系统，改善老年人的睡眠。Philip等人研究采用弱强度的白光 (2500 lx，APOLLO光系统)和绿光 (350 lx，SUNNEX生物技术公司出品)同样取得了好的效果。Avery用强度为2500 lx明亮光和强度为350 lx的绿光治疗夜间频醒、再入睡困难的失眠患者，研究发现可明显减少频醒次数，同时减少失眠患者在床上的非睡眠时间，使睡眠效率提高90%，即增加了15～20分钟的睡眠时间。同时，用白光和红光治疗慢性睡眠障碍及与年龄相关的睡眠失调，可提高睡眠效率但并不增加睡眠时间。目前，使用光疗治疗睡眠障碍的方法是患者处于相对封闭安静的环境中，选择强度2000～2200 lx的白光，使患者暴露在光下或距离1 m进行照射，每日2小时，疗程为1周、10天或2周不等，在治疗的同时进行睡眠情况的观察和各种参数的统计［2］。

3 光疗的作用机制

大量研究表明生物体中松果体能够根据外界光照条件产生分泌调节［13～14］。当外界光的信息 (长短、强弱)通过视觉器官引起下丘脑视交叉上核 (SCN)发生节律性振荡时，松果体能够将这种信息转化为节律性地分泌褪黑激素，从而作用于许多器官上的褪黑激受体，并显示昼夜和季节性的不同。褪黑素(melatonin，MT)是一种主要由松果体细胞分泌的肽类激素，它由5-羟色胺 (5-HT)在酶的作用下转变而成，作为一种时间信号调节生物的昼夜节律。人类MT的合成、分泌呈现出昼夜节律和季节节律等。一方面，体液中MT浓度呈24小时节律变化，白天低、夜间高，夜/昼比率为2.6～3.2。另一方面，由于日照时间的季节性改变，夜长的冬季MT分泌时间最长、分泌量最多，而昼长的夏季MT分泌时间短、分泌量少，从而呈现出季节性节律。

人体内的生物钟和生理节律受光的影响，光线通过控制松果体分泌褪黑素，从而影响人的睡眠和情绪。1980年Lewy等发现高强度的光线可影响人类松果体释放褪黑素，这一发现进一步表明人类的生理功能明显受光线的影响。临床研究也证明，用光照治疗精神和情感障碍和睡眠障碍有效，其机制就在于光照可调节松果体分泌褪黑素［15］。同时，Koorengevel等研究发现，“眼外”光照射对抑郁症治疗效果与对照组无区别，这说明光照疗法是通过眼睛介导的［16］。光疗时，病人眼睛暴露在不同的可见光下，光线通过视觉信号刺激视网膜，作用于非视锥细胞，非视杆细胞的视觉光受体，通过视神经的非感觉传导通路来调节松果体的功能，促进松果体释放褪黑素，通过眼与中枢神经系统的相互作用，经视丘下部路径调节免疫系统治疗各种疾病，这一神经传导通路已被跟踪证实，其生理解剖基础已经明朗［17］。

4 光疗的适用光源

光线选择不当或使用不当可引起细胞和组织有害的光化学反应。目前绝大多数光疗装置的光源都是采用产生白光的荧光灯管或者产生称为全日光谱的荧光灯管，使光强达到2500～10000 lx的范围。一方面，这些光疗装置的荧光灯管会产生一定程度的紫外线，对视觉器官产生急性或慢性的损伤，比如损伤角膜和结膜，发生角膜结膜炎、急性或亚急性的视网膜病变，而紫外光被证实并不增加光疗的效果。另一方面，为了产生光疗效果的强光，不得不使用多根灯管，需要占据一定的空间和面积，还会产生较高的温度，对于使用者而言不太舒适和安全。同时，荧光灯的频闪还会造成眼睛疲乏和头晕，严重的情况还会造成偏头痛。

半导体照明技术的应用及迅速发展有弥补这些不足的趋势，为光疗提供了新的光源选择。其耗能小、热辐射低、环保节能、电源低、安全性高、光源单色性好、覆盖光波范围广、可以根据需要改变其波长。LED弥补了目前光疗装置由于使用荧光灯等所产生紫外线和热量的缺陷，白光LED不产生紫外线，产生的热量极低。目前，已有学者开始尝试将LED运用在光疗装置中替代传统光源。Wright等用不同波长的LED组成的两种眼镜式光源与标准光箱 (光源照度为2000 lx，照射强度为130 μW/cm2)对健康志愿者进行一次夜间2 h的光照，结果显示光刺激下可出现显著的褪黑素抑制［18］。黄煜炜(2006)运用LED照明技术，将光疗的功能融入灯具之中，使光疗设备转换成一只外表优雅的台灯式或地灯式［19］。林燕丹和居家奇 (2008)采用波长为460nm～480nm的蓝光LED，并采用PWM调光模式，将其引入不同程度抑郁症患者的辅助治疗［20］。这些研究对光疗新光源的拓展是一种有益的尝试，但有关LED照明用于光疗的安全性及其光谱能量分布对人体的影响还有待深入的研究。

研究表明，不同光谱成分、不同照度的光线对人体会产生不同的生理反应，关于人体的生物学效应研究近几年在国际上才刚刚开始。一般认为，对人体节律产生显著影响的光线波长范围在420～500 nm之间［21］。Wright的实验表明蓝/绿LED对褪黑素产生最大抑制，普通光箱和白光LED抑制差异无显著性意义［18］。动物实验表明，蓝绿光谱范围的光线对昼夜节律有最强的影响［2］。同时，研究还发现在460 nm到480 nm的蓝光成分对于人体的生理学效应最为明显，光强在400 lx以上会产生明显的生理效应，有利于抑郁症的康复治疗。美国Brown大学的David Berson发现了一种新的感光细胞，称之为司辰视觉系统 (非成像视觉)，它的最大灵敏度在波长为460nm蓝光附近，并直接作用于下丘脑的松果体，影响人体的生物功能。应用蓝光照明能刺激视网膜上的神经节细胞，使体内皮质醇的浓度增高，并抑制褪黑色素的分泌，可以明显改变原来的不适应状态。若要达到相同的生物作用，使用其它颜色的灯光所需要的照度要更高。2004年Cajochen发现用460nm单色光照射2h后比555nm单色光照射后有更明显的褪黑色素抑制作用，同时还会提高警觉反应，增加体温、心率并降低皮肤末梢区域的温度。另外，CIE最新研究结果显示，缺少蓝光的光脉冲照射能降低褪黑色素抑制作用，但是可能引起生物钟偏移［22］。

5 结语

光疗作为一种无创性的物理治疗手段，具备有效、方便、安全、副作用轻微等优点，经过近30年的研究和发展，目前已成为精神和情感障碍以及睡眠障碍等疾病，特别是季节性情感障碍的主要治疗手段，有着积极的治疗意义和广阔的治疗前景。目前，国内对光疗的使用和研究还比较缺乏，亟待开发和深入研究，特别是应进一步研究其作用机制，探讨最佳照度、最佳光谱成分、最佳治疗时间、安全性等。另外，光疗时的光空间分布、光视觉环境、室内光疗的环境反射情况及反射增量与患者心理等都值得深入研究。同时，光疗还应保护患者的隐私，达到良好的依从性和治疗效果。

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