光照對生理之影響

刊登日期:2016/4/5
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光照對於生命晝夜節律系統來說,具有很大的影響,亦即可以調節生物的生理反應,例如環境光影響著哺乳動物的生理時鐘,以保持生理和心理節律同步,並獲得最佳身體機能;照明對於生理反應與睡眠品質影響非常大,尤其是藍光影響更需要注意,過多的藍光也會影響到眼睛的健康,照明中光的強度和頻譜的影響是重要的討論課題。本文藉由文獻的蒐集與研析,由人類生理反應、視覺、睡眠行為與光照節律,探討光對人類的影響。

光照對生理反應的影響
光照對人體生理和行為影響很大,這種反應的受器是眼睛,眼睛內視網膜除了負責視覺訊號的桿狀與錐狀細胞外,尚有第三種感測細胞,稱為內在光敏視網膜神經節細胞(ipRGCs),會產生非視覺響應,圖一為視覺與非視覺傳導路徑示意圖,對於腦內之松果體褪黑激素產生與抑制、心率和核心體溫的改變、皮質醇的產生等,都有直接或間接的影響;此神經節細胞對藍色的光很敏感,直接影響視覺大腦,刺激著下視丘視叉上核(SCN),當使用藍光照射時,只要 2個小時就會使此神經結細胞達到最高感光度反應,夜間處於藍光LED的環境時,於不同光量(20 μW~600 mW)下,照射 90分鐘,引起褪黑激素抑制效果等同於 4,000K、40 μW的效果。



圖一、視覺與非視覺傳導路徑示意圖

光照對睡眠的影響
睡眠是定期休息的行為, 伴隨著複雜的大腦電生理活動。在人類生活中,睡眠行為是最小的肢體活動,伴隨著閉眼與肌肉的放鬆,並減少對環境刺激的響應。以眼睛活動的方式,可以分為非快速眼動和快速眼動期,圖二為睡眠時期示意圖,在非快速眼動時期,與副交感神經活動有關,主要可以分為四個睡眠期,第一(S1)與第二期(S2)為淺睡期,第三(S3)與第四(S4)為深睡期。

快速眼動睡眠,是一個睡眠的階段,眼球在此階段會快速移動或轉動,與交感神經系統作用有關,在這個階段,大腦神經元的活動與清醒的時候相同,多數在醒來後能夠回憶起的夢都是在快速眼動期睡眠發生,它是全部睡眠階段中最淺的。睡眠和清醒的交替保持晝夜節律週期為 24小時,晝夜節律的調節為下視丘視叉上核的作用,環境光又直接刺激下視丘視叉上核,影響人體生理時鐘調制,保持生理和心理節律內部最佳同步,以獲得身體機能正常運作

光照中藍光的影響
藉由菱鏡的分光, 人眼可以很輕易地看到七色光存在,除了提供人類的視覺外,亦提供著植物生存所必須的光能。一般來說,由於光的波長越短光能越強,亦即構成較高的潛在危險,但由於環境中空氣與水的作用,紫外光被消除不少,使得人眼所接觸的光波波長大部分都為近 300 nm以上之光源。

目前白光 LED大部分的作法為,以藍光晶片激發螢光粉達到白光的效果,因此存在著大量 460~500 nm的藍光波段,尤其是高色溫光源的藍光成分更高。此外,LED光源在老化後所有波長都會衰減,且紅、綠色螢光粉效能衰減與藍光晶片不同,使得 LED使用越久藍光比例越高,造成人眼藍光的接收量增加,因此對於 LED藍光影響的問題被特別重視,事實上其他種光源,例如鎢絲燈、螢光燈皆有一定比例的藍光存在。一般來說……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。




圖三、藍光危害指數B(λ)、常見光源頻譜與視覺函數

 
作者:劉旻忠、李麗玲 / 工研院綠能所
★本文節錄自「工業材料雜誌」352期,更多資料請見下方附檔。


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