低照度彩光对人眼非视觉生物效应的影响[1]

　　1 引言

　　2002 年，Berson 等[1]发现了视网膜上的一种新型细胞，这种细胞与调节人类自身生物节律有着巨大的关联。简单的说，当光线进入人眼后，一路是由传统视锥和视杆细胞负责的视觉感光系统，将接受到的信号通过视神经传递给大脑视觉皮层，形成视觉体验。另一路则是由自主感光视网膜神经节细胞( ipRGC) 接受光信号后传递到大脑的生物钟———下丘脑视交叉上核( SCN) ，而SCN 又与控制人体某些激素分泌的松果体相连，由此实现生理节律的调节以及激素分泌的控制。照明已经拓展到非视觉生物效应领域，ipRGC 的分类和功能研究随着分子生物学和遗传学的快速发展取得很多重要进展[2]，光与健康之间的关系越来越多的被人类所发现。

　　目前，越来越多的研究学者在非视觉生物效应方面投入精力: Yasukouchi[3]研究表明照明色温对光生物效应有明显作用; Cajochen[4]的研究表明短波长光照比长波长光照能引起的体温、心率变化的作用更为显著; Van Bommel[5]采用光源光谱基于白炽灯光谱的相对值来定量评价光源的光生物效应;逄文强等[6]指出蓝光对脑认知力的非视觉调控效应最大; 居家奇[7]通过测量心率、体温、血压等生理参数随特定强度和光谱的照明改变而产生的变化，建立光生物效应的光谱响应数字化模型，为实际照明设计工作提供了参考。现在众多的研究结果显示，对非视觉生物效应影响最为明显的集中在短波区域，如图1 所示，B ( λ) 曲线是基于褪黑激素分泌绘制，C ( λ) 曲线是基于瞳孔大小变化绘制而成，另外加上V' ( λ) 和V ( λ) ，他们的波峰波长依次为464nm、491nm、507nm 和555nm。

　　瑞士Basel 大学的Christian Cajochen 等[4]通过使用不同波长的光来照射人眼，并且监测整个过程中心率、体温、褪黑激素水平等生理参数。结果显示，在波长为460nm 的光照射后，人体体温有所上升; 而使用550nm 的光和不使用任何光线都对人体体温没有任何较大影响。同样，波长为460nm 的光照射1. 5 小时后引起人体心率加快; 而550nm 和完全黑暗情况下对人体心率没有任何影响。Ishibash[8]通过在不同环境温度( 21℃、28℃和35℃，相对湿度50%) 、不同色温( 3000K、5000K 和7500K) 以及不同噪声环境( 背景噪音为+ 0dB、+ 5dB 和+10dB) 的情况下对8 名实验者进行生理参数的检测。结果显示环境温度对人体心率的影响最为明显。而在无背景噪声的情况下，7500K 色温情况下的心率变异性中的低频功率和高频功率的比值要明显高于5000K 和3000K。Tsutsumi [9]通过在卧室和起居室安装不同色温的荧光灯在不同的时间段照射人眼，同时监测8 名实验者的心率变异性和血压情况，结果显示6700K 的光源对于心率变异性和血压的影响要明显高于3000K 和5000K 的荧光灯。

　　从这些研究可以发现，短波波段( 如波长460nm) 的光相比长波波段( 如波长550nm) 更容易引起人体心率变化，高色温光源相比低色温光源对于心率的影响更为明显，这也与目前为止国际上较为认可的两个非视觉生物效应的模型基本吻合。但是这两种具有理论基础和科学价值的模型在实践中也存在着各自的缺陷和不足: 基于褪黑激素分泌抑制作用的实验方法，由于光照和褪黑激素抑制因果关系存在时间差而不具备即时性，会增加实验开展和验证的复杂性; 基于瞳孔收缩作用的实验方法，具有很强的直观性和即时性，但并不能排除传统感光细胞( 视锥细胞和视杆细胞) 在光照条件下对瞳孔收缩的影响。所以，采用更多的实验数据和更好的实验方法将帮助人们解开种种的不确定。

　　Moore 等[10]发现SCN 通过室旁核( subparaventricularzone，SPVZ) ———下丘脑和后交叉区( retrochiasmaticarea，RCA) ———脑干两条通路参与人体自主神经调节。作为人体自主调解特征之一———心率变化的产生，主要是心脏窦房结自律活动通过交感和迷走神经精细调控的结果[11]，而迷走神经中的副交感神经纤维是由脑干内的副交感核发出的。这有可能就是照明对人体心率变化影响的神经通路。

　　本文中，采用单色LED 作为照明光源，用心率及其变化率来对比分析低照度情况下不同光谱环境对于人体造成的光生物效应。

　　2 实验设置

　　实验采用4 种高品质单色LED 作为实验用光源，通过直流源来控制LED 光源的发光强度，从而达到调光和定标的目的。实验中选用了光谱如图2所示的蓝、绿、黄、红4 种单色光作为实验光环境。单色LED 主波长及色坐标等参数值如表1 所示。