特種LED光組合減輕抑郁癥癥狀的機理研究

王丹妮　張大偉　王成

摘要：

抑郁癥是一種患病率高、易復發(fā)的精神疾病，會造成生活質量下降，認知功能損傷等問題，嚴重時還會產生自殺想法和自殺行為。研究表明，機體褪黑激素含量的減少可能引發(fā)抑郁癥。研究光照強度、光譜分布等對褪黑激素分泌的影響，光線療法對抑郁癥的作用以及利用 LED光譜可調且智能化的優(yōu)點，根據不同場合和時間段的需求，整合出不同維度的光，給人們帶去舒適的體驗，創(chuàng)造利于身心健康的光環(huán)境，從治療和預防兩方面更好控制抑郁癥。

關鍵詞：

抑郁癥； 褪黑激素； 照度； 光譜分布； 光療； 健康光照

中圖分類號： TM 923文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2017.04.010

Abstract：

Depression is a mental illness with high prevalence and recurrence.It will cause the low life quality and the problem such as cognitive impairment and lead to suicide when the disease is severe.Research has shown that less melatonin levels of the organism can induce the depression.This article mainly introduced the relationship between the secretion of melatonin and light intensity with spectral distribution，the effects of light therapy for depression.According to the LED spectral adjustable and intelligent，we integrate the different dimensions of light to bring people comfortable experience and create light environment conducive to the physical and mental health for the treatment and prevention to relieve the depression well.

Keywords：

depression； melatonin； illuminance； spectral distribution； phototherapy； healthy lighting

引言

抑郁癥是一種會導致患者功能殘疾、患病率高且反復發(fā)作的精神疾病，影響患者的生活和工作，加重了家庭和社會的負擔?，F(xiàn)代社會的快速發(fā)展以及無處不在的競爭機制更是加重了抑郁癥的患病率，也使得抑郁癥越來越年輕化。

據世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計全世界抑郁癥的發(fā)病率約為11%，共有超過3.4億名患者[1]，已成為世界第4大疾患。預計到2020年，抑郁癥可能成為僅次于冠心病的第2大疾病[2]。

藥物治療結合心理輔導是目前臨床實踐中最常用的治療方法，藥物治療的效果不如預期，約有40% 的患者對抗抑郁藥物沒有反應[3]，同時，抗抑郁藥存在明顯的副作用，如：依賴性、損害認知與記憶[45]和臟器功能受損等，影響患者的健康。心理療法見效緩慢，只適用于輕度抑郁癥。大量研究發(fā)現(xiàn)，機體褪黑激素的含量減少與抑郁癥有關。照度和光譜等參數(shù)會影響褪黑激素的分泌，因此，光線療法可能成為代替藥物治療抑郁癥的一種安全、有效的治療方法。

1褪黑激素與抑郁癥的關系

抑郁癥患者通常伴有睡眠障礙，是晝夜節(jié)律紊亂的表現(xiàn)。褪黑激素能調整人體生物鐘，改善睡眠的作用，這已在臨床上得到證實[6]。抑郁癥的發(fā)病機理十分復雜，研究發(fā)現(xiàn)，抑郁癥患者夜間褪黑激素的濃度較正常人低，褪黑激素是由5羥色胺在N乙酰轉移酶的作用下，將乙酰基從乙酰輔酶A轉移到5羥色胺氨基形成乙酰血清素后合成的[7]。腦內5羥色胺的含量下降可能會降低褪黑激素的分泌，褪黑激素的晝夜和季節(jié)分泌節(jié)律發(fā)生變化可能會導致季節(jié)性情感紊亂以及內源性抑郁癥[8]，研究發(fā)現(xiàn)[910]，抑郁癥患者發(fā)病期間褪黑激素分泌減少，待癥狀緩解后褪黑激素的分泌量有一定回升，這也說明了褪黑激素與抑郁癥存在密不可分的聯(lián)系。

2光照影響褪黑激素的分泌

視覺系統(tǒng)中，視網膜包含3種感光細胞，分別為視桿細胞、視錐細胞和視網膜神經節(jié)細胞。其中視網膜神經節(jié)細胞不參與視覺成像，它是內在感光的，主要負責人體的非視覺生物效應，協(xié)調人體的生理節(jié)律周期。光進入人眼后的作用過程如圖1所示，光線投射到視網膜上后，通過自主感光的視網膜神經節(jié)細胞（ipRGC）將信號傳遞給視交叉上核（SCN），SCN通過其特定的神經通路連接到松果體來分泌褪黑激素[11]。褪黑激素的分泌存在晝夜節(jié)律性，白天褪黑激素的分泌較少，黑夜后快速增加，凌晨2～3點達到頂峰。褪黑激素進入血液后流向全身從而調節(jié)生物節(jié)律和神經內分泌等。

2.1光譜分布對褪黑激素的影響

褪黑激素是一種受光周期影響的激素，是機體表達黑暗的化學信號，相同照度下，機體生理系統(tǒng)和松果體對光譜分布不同的光源有不同的靈敏度響應。視網膜中視桿細胞對弱光敏感，產生暗視覺；視錐細胞能感受強光，產生明視覺；視網膜神經節(jié)細胞則與節(jié)律周期有關。視桿細胞的最大響應波長為507 nm，視錐細胞的最大響應波長為555 nm。最初的研究認為，峰

值在509 nm的光對褪黑激素的抑制最明顯[12]，該值與暗視覺的最大光譜響應波長接近。隨著研究的深endprint

入，Brainard等[13]發(fā)現(xiàn)視桿、視錐細胞并不是參與抑制褪黑激素的主要光感受器，峰值

波長在446～477 nm之間的光比長波長的光更有效地抑制夜間褪黑激素的分泌，這個波長區(qū)間正好在視網

膜神經節(jié)細胞的最大響應波長附近，如圖2所示。Wright等[14]分別

用470 nm、497 nm、525 nm、595 nm

和660 nm的LED每天照射受試者一定時間，結果表明470 nm的藍光LED照射40～50 min時對褪黑激素的抑制率最大。魯玉紅等[15]通過實驗用468 nm、457 nm和453 nm的藍光LED照射健康人體進一步表明在峰值波長為468 nm的藍光下，被試者的工作效率最高且不易感到疲勞。因此初步認為

短波長的光對機體生理節(jié)律周期的敏感度要高于長波長的光。

2.2光強對褪黑激素的影響

褪黑激素不僅受光譜成分的影響，對光照強度也有著靈敏的反應。不同生物體有各自的光強靈敏度。大鼠的松果體對光強十分敏感，小于10 lx的光照就能使N乙酰轉移酶的活性下降50%[16]。猴子需要500～600 lx的光照才能抑制褪黑激素的分泌[17]。而人類與其他哺乳動物相比似乎需要更高的光強度才能抑制褪黑激素[18]。Lewy等[19]在凌晨2～4點用500 lx和2 500 lx的光分別照射2 h，發(fā)現(xiàn)暴露在2 500 lx光照下的個體在前10～20 min內褪黑激素濃度快速下降，1 h左右到達最低且保持穩(wěn)定，待進入黑暗環(huán)境42 min內褪黑激素的濃度會快速上升，甚至高于光照前。而處于500 lx光照下個體的褪黑激素濃度幾乎沒有變化，進入黑暗環(huán)境后非但沒有上升還略微下降。進一步用1 500 lx的光照射健康個體后測試發(fā)現(xiàn)其效果與2 500 lx的光相似，使褪黑激素的濃度降低50%。Mclntyre等[20]通過實驗研究了5種不同強度的光照對褪黑激素的抑制率。如圖3所示，光強為3 000 lx、1 000 lx、500 lx、350 lx和200 lx的同一種光在午夜照射健康人體1 h后，褪黑激素的抑制率分別為71%、67%、44%、38%和16%。光照越強對褪黑激素的抑制作用越明顯，照度弱的光需要照射一段時間后才能抑制褪黑激素的分泌，即使增加照射時間也無法達到高照度光的抑制效果。比較Lewy和Mclntyre的實驗發(fā)現(xiàn)相同光強的褪黑激素抑制率不同，可能是光照時間的不同造成的。已知白天人體的褪黑激素濃度低，進入午夜后，褪黑激素開始快速分泌，在凌晨2～3點達到峰值，推測午夜至凌晨1點對光的干擾最為敏感。因此，光照強度、光譜分布影響褪黑激素分泌的同時，光照時間也會造成人體褪黑激素含量的差別。

3光線療法治療抑郁癥

自1984年，Rosenthal等[21]發(fā)現(xiàn)2 500 lx的光照能緩解季節(jié)性情感障礙患者的抑郁情緒后，經過30多年的研究，光線療法現(xiàn)已成為治療季節(jié)性情感障礙（SAD）的標準療法。SAD是由于光照不足，褪黑激素分泌過多使人體晝夜節(jié)律紊亂造成的。治療原理是通過強光照射抑郁癥患者一段時間，患者體內的褪黑激素濃度急劇下降，照射結束后不久褪黑激素分泌出現(xiàn)反彈，調整睡眠覺醒周期相位（早晨光照使相位提前，晚上光照使相位延后），激活HPA軸（下丘腦垂體腎上腺軸），使其從異常中恢復從而達到改善抑郁癥狀的效果。Terman[22]經過大量病例的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)復發(fā)性或慢性抑郁癥在一年中隨時會發(fā)生，但在冬天會加劇，因而認為非季節(jié)性抑郁癥仍存在季節(jié)性。因此，研究認為光線療法可能也適用于非季節(jié)性抑郁癥。Wirz等[23]讓29個患有復發(fā)性抑郁癥的患者接受3周光照治療（5 000 lx，2 h）后，抑郁評定量表的分數(shù)提高了64.1%，抑郁情緒得到明顯的改善。Goel等[24]每天早晨用10 000 lx的光照射慢性抑郁癥患者1 h，持續(xù)5個星期，患者的抑郁程度與對照組相比改善了50%。Golden等[25]，Pail等[26]通過實驗也得到了相同的結論。近年來，美國西奈山醫(yī)學院的科學家[27]發(fā)現(xiàn)用光刺激腹側被蓋區(qū)的多巴胺神經元產生很高的超極化激活電流，使得鉀離子通道電流增大，從而逆轉抑郁癥狀。雖然國內外光線療法的治療數(shù)據不多，但其治療效果確是不可忽略的。

4LED營造健康的照明環(huán)境

人們的生活已經離不開照明，無處不在的燈光不僅為我們帶來了方便也成了諸多健康問題的隱形殺手。人工照明的出現(xiàn)延長了人們的工作時間，也打亂了人類原本24小時的生物節(jié)律，使得各種疾病蜂擁而至，抑郁癥便是其中一員。抑郁癥的治療是目前的研究熱點，光療也成為其治療的有利候選。為了更好地緩解抑郁癥，營造一個利于身心發(fā)展的健康照明環(huán)境與治療同樣重要。健康的照明環(huán)境在保證良好的視覺功效的基礎上，還應考慮光照與晝夜節(jié)律、情緒的關系。光照對晝夜節(jié)律的影響上文已說明。在情緒方面，照度與情緒呈倒U型分布[28]，一定照度范圍內，隨著光照度的增加，被照者表現(xiàn)出更多的積極情緒，但并不能一味的增大，若超出閾值，負面情緒就會增加。因此，過暗或過亮的光照都不利于人的健康。研究發(fā)現(xiàn)高色溫會顯著抑制褪黑激素的分泌，讓人充滿緊張感，長期照射會使人感覺疲憊[29]，低色溫產生更多的幸福感。重慶大學對于教室光照環(huán)境的相關研究[30]表明：上午9～12點這段時間內使用色溫6 000 K左右的白光LED并逐漸將照度增加至1 000 lx，褪黑激素的抑制率約為0.99，該光照環(huán)境下學生的視覺、心理主觀感受最佳；下午2～5點采用500 lx的中高色溫白光LED，并將色溫從高向低過度，褪黑激素的抑制率約為0.89，該混光模式下人身體、視覺體驗的滿意度最高。休息時間選用2 700 K，300 lx的低色溫、低照度的暖白光LED，此時褪黑激素抑制率較低約為0.59，身體和心理都比較放松。

人的主觀感受隨著時間和場合在不斷地變化，先前的研究都采用白熾燈、熒光燈作為治療光源，這些燈具無法滿足健康照明的要求，而LED與傳統(tǒng)光源相比，光譜分布可調，在調節(jié)人體晝夜節(jié)律方面有明顯的優(yōu)勢。已知人眼光感受器對藍光光譜的靈敏度最高，藍光對褪黑激素的抑制最強，紅光的抑制作用最弱，強光瞬間可以抑制褪黑激素的分泌，弱光則需要作用一段時間才起效。因此，人在藍光含量豐富及高照度水平的照明條件下比較活躍，工作效率高，不含藍光且照度低的照明環(huán)境更適合休息。以照度、色溫為變量，控制不同LED照明方式的出光比調節(jié)色溫和亮度，得到適合不同場合和時間段的光照，實現(xiàn)動態(tài)照明。光照強度和光譜分布會影響褪黑激素的分泌，變化的光照時刻調節(jié)著人體褪黑激素的濃度，使人體生理節(jié)律周期正常運作，促進人們的身心健康，在一定程度上能預防和緩解抑郁癥。endprint

5結語

抑郁癥的發(fā)病機理復雜，至今尚不明確，但已證實抑郁癥與褪黑激素的關系密切，研究發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者體內的褪黑激素含量低于正常人。而光照強度、光譜分布、色溫等均能影響褪黑激素的分泌，調節(jié)機體生理節(jié)律。用高色溫、大功率的LED來治療抑郁癥是一種有別于傳統(tǒng)治療方法的新突破。雖然國內外的研究數(shù)據還不夠充分，但不能忽視其作用，光療或將成為治療抑郁癥的趨勢。此外，健康的照明環(huán)境也同樣重要，不適宜的光照直接影響人的視覺、身體感受引發(fā)身心疾病。我們利用LED光譜分布可調且智能的優(yōu)勢，從視覺、生理和情緒三個方面出發(fā)，根據場合和時間點調制出最適宜的光照，實現(xiàn)動態(tài)照明，營造利于身心健康的光環(huán)境，從而帶給人們舒適的體驗。總之，光療結合健康的光照環(huán)境能從治、防兩個角度更好地緩解抑郁癥的趨勢。

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（編輯：張磊）endprint