光照对阿尔茨海默病的影响研究进展*

Research Progress of Light Effects on Alzheimer Disease

严永红 骆玉洁 YAN Yonghong, LUO Yujie

◎建筑技术科学

光照对阿尔茨海默病的影响研究进展*

Research Progress of Light Effects on Alzheimer Disease

严永红 骆玉洁 YAN Yonghong, LUO Yujie

摘 要研究表明褪黑素的含量下降可能与阿尔茨海默病（AD）的发病以及其患者的睡眠障碍有关。大量研究显示光照强度和光谱能量分布等均可影响人体褪黑素的分泌，适宜的光照可改善AD患者的睡眠障碍。此外，AD患者这一特殊群体对建筑光环境的要求也有特殊性：如日光的最大化利用；对于人工光而言，则要求使用较高的照度水平、尽可能消除眩光、避免光照水平的突然变化及不同亮度区域间提供适当的过渡照明等。合理的建筑光环境设计可改善AD患者的生活质量，减少其异常行为，改善其睡眠障碍。研究光照对阿尔茨海默病的影响将对阿尔茨海默病的预防和治疗，甚至对AD患者的日常管理起到积极的作用。论文对AD患者褪黑素水平与睡眠障碍的关系、人工光照强度与光谱分布对患者褪黑素分泌水平的影响、人工光照对AD病症的辅助治疗方案等相关研究的进展进行了介绍。

关键词阿尔茨海默病（A D）；褪黑素（MT）；睡眠障碍；光照强度；光谱；建筑光环境

严永红, 骆玉洁. 光照对阿尔茨海默病的影响研究进展[J]. 西部人居环境学刊, 2015, 30(06): 1-4.

0 引 言

阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease，AD）是一种以进行性认知障碍和记忆力损害为主的中枢神经系统退行性疾病，是最常见的老年病之一。在绝大多数国家里，AD都是最常见的痴呆类型，高于血管性痴呆。AD的发病率为1.0%~2.0%，且随年龄的增长而增高。在中国，AD的发病率在65~75岁的人群中为4.8%，＞75~85岁的人群中为11.5%，而85岁以上的人群中，其发病率大于30.0%[1]。预计到2050年，我国患者将接近2000万。因此，AD的相关研究必将成为未来研究的重要课题[2]。

众所周知，AD患者的日常管理相当困难，其原因之一就在于该病的患者所存在的睡眠问题、夜行及与之相关的日间易激惹行为。已有的研究表明褪黑素（Melatonin, MT）的含量下降可能与AD的发病以及AD患者的睡眠障碍有关。而国内外已有大量研究显示光照强度和光谱能量分布等均可影响人体的MT的分泌，适宜的光照也可巩固及改善AD患者的夜间睡眠效能，增加日间觉醒时间，并减少患者的抑郁以及激越行为。此外，针对AD患者这一特殊群体的特点，对建筑光环境的要求也具有一定的特殊性，通过建筑光环境的设计可以改善其生活质量，减少其行为异常，改善其睡眠—觉醒节律。因而研究光照对阿尔茨海默病的影响将对阿尔海默病的预防和治疗，甚至对AD患者的日常管理起到积极的作用。本文将就此予以简单综述。

1 阿尔茨海默病患者的睡眠障碍

睡眠障碍在AD患者中非常常见，是AD 的心理行为症状之一[3]。Tractenberg等人[4]使用睡眠障碍问卷调查了120例AD患者，其结果显示34%的AD患者出现夜间多醒，82%的AD患者出现夜间起床活动的行为。解恒革等人[5]使用国际通用的神经精神科问卷调查了373例AD患者的睡眠行为障碍，其中包括是否存在睡眠障碍及其严重程度和频度，其结果显示19.8%的AD患者有睡眠障碍。随着年龄的增长，老年人可能会出现不同程度的睡眠障碍，但相对于正常老年人而言，AD患者更易患睡眠障碍。由于睡眠障碍可能会加重痴呆患者的记忆力障碍，因此可能会影响到AD患者的认知功能[6]。此外，在临床实验中已经得到证明，睡眠障碍会引发老年痴呆患者的多种并发症，例如行为能力以及认知功能障碍的进一步恶化、免疫力降低、神经—内分泌系统失调、出现严重的烦躁和焦虑情绪，这种变化将加快患者的衰退进程。此外，睡眠障碍还会增大照料老年痴呆患者的难度，给其家庭和社会带来巨大的经济与精神的负担[7]。

2 褪黑素与阿尔茨海默病的关系

1987年, Maurizi首先提出体内MT含量的下降可能与阿尔茨海默病（AD）发病有关。Reiter[8]在1922年发现老年人合成分泌MT的功能减退。刘荣玉[9]等人的研究表明，随着年龄的增加，血及脑脊液中的MT呈下降趋势。由于AD的发病率随着年龄的增长而逐渐上升，这些研究无疑为体内MT的含量下降可能与AD发病有关的想法提供了一定的依据。

AD 患者的褪黑素分泌下降，会引起其生物节律的紊乱、睡眠质量的下降以及认知功能的损害[10]。目前，已有大量研究表明MT水平降低和生理节律紊乱与认知功能的破坏明显相关。Ohashi等人[11]通过测定一组AD患者的血清MT发现，AD患者血清MT较对照组分泌降低，并且生理节律出现紊乱。Uchida等用放射免疫分析法测定AD病人血清MT每日节律的研究也提示AD病人缺乏MT节律的可能性较大[12]。周江宁等人[13]的研究发现，AD患者脑室脊液MT水平较正常人明显降低。而脑脊液MT水平下降与AD患者昼夜节律总体紊乱是一致的，如睡眠—觉醒节律紊乱、体温节律紊乱以及休息—活动节律紊乱，并且与衰老和AD中视交叉上核（SCN）的退化一致。Wu Yinghui等人[14]的研究表明在老年受试者中，SCN的MT1受体减少，并且在后期临床AD患者中这种减少更加明显。MT1受体的减少很可能是因为在衰老过程和AD患病过程中的昼夜节律的紊乱。

此外，Kenji Obayashi等人的研究[15]发现老年女性明显比老年男性有着更低的MT水平，这一研究的结果可以作为进一步研究AD的性别差异以及相关治疗的基础数据。

3 光照对褪黑素分泌的影响

3.1 光照强度对褪黑素的分泌的影响

褪黑素是一种受光生物效应影响的激素，是机体表达黑暗的化学信号，对光照的强弱有着灵敏的反应。墨尔本大学的McIntyre等人的实验[16]表明，光照强度越大，对褪黑素的抑制作用越强，所需的时间越短。同样McIntyre的实验[17]也发现，在同一种光源的作用下，低照度的光照并不能通过持久时间的照射达到高照度的光照在短时间内对褪黑素所产生的抑制效果。但Brainard等人的研究[18]表明低照度的光（小于或等于200lx）同样可以抑制褪黑素的分泌或使人体昼夜节律产生时相位移。此外，Ruger的研究也表明100lx的白光可抑制褪黑素的分泌。Amely Wahnschaffe等人的研究[19]发现只需要30min，某些人工光所发出的低强度光就会影响到健康被试的褪黑素水平及警醒程度。该研究指出可以通过使用没有蓝光成分的黄光灯，将这种光暴露对褪黑素的抑制作用降至最低。由此说明，非视觉的神经节细胞受到光刺激而产生的影响机理远比预想中的更加复杂。

3.2 光谱能量分布对褪黑素分泌的影响

同一照度下，光谱能量分布不同的光源对褪黑素的作用效果也不一样。Maliana. G[20]的实验证实照度为18lx的波长为470nm 的LED光源对褪黑素起到的抑制作用非常明显，而同样照度的3000k的荧光灯却不会对人体节律产生显著的影响。由此说明光谱能量分布的不同对褪黑素的抑制作用也不相同。

Wright[21]等人曾用470nm（蓝光）、497nm（蓝绿光）、525nm（绿光）、595nm（琥珀光）以及660nm（红光）的LED对被试者进行实验。实验结果表明497nm（蓝绿光）LED对褪黑素产生的抑制作用最大（42min），从而证实LED的光照是改变褪黑素时相变化的有效办法，其中蓝绿LED的光照最有效。而我国北京大学第三医院神经科[22]也曾在实验中使470nm的LED光照对被试者进行实验，实验表明470nm的LED蓝光对人体的生物节律的影响是安全有效的。

4 光照对阿尔茨海默病的治疗作用

目前，已有的报道显示给予AD患者足够的日间光照，可显著减少其行为异常，例如日落综合征、夜游、兴奋和谵妄等，且可明显改善患者的睡眠—觉醒节律。此外，对于有严重精神症状而无视力障碍的AD患者，采用增加室内光照的方法也可以达到同样的效果，但对于有严重视力障碍的患者，其生物节律无明显的改善[23]。研究表明光照疗法对AD患者的睡眠质量、日间过度嗜睡、生活质量、神经精神症状有较好疗效, 但对患者的认知能力及痴呆程度没有明显的影响[24]。每日给与充足的日光照射有助于改善痴呆患者的昼夜节律。其原理是以光照控制褪黑素的产生，调整人体生物钟，以达到提前或延迟睡眠周期的效果，从而使患者的睡眠恢复正常[25]。李素珍的研究[26]将120 例居住环境光照不足或阴暗的AD 患者随机分为对照组和试验组各60 例，其中试验组的60例患者采用全天明亮光照（60W光照量，6h）和褪黑素治疗，而对照组的60 例患者则每日只用褪黑素治疗，12个月后进行比较发现试验组的患者的认知缺陷、睡眠状况均有明显的改善。而Figueiro等人[27]的研究显示增强昼夜节律刺激的光照疗法（light treatment）或可改善阿尔茨海默病患者的睡眠、抑郁及激越症状。该研究涉及14所疗养院的AD患者。研究所采用的是300~400lx的低强度光照，色温大于9000K。这些光源被安装在AD患者的房间内，白天照射，研究为期4周。在光照治疗前后，研究者使用校准设备采集了患者的亮—暗及活动—休息规律。通过使用标准化测评工具，研究者获知了患者的睡眠质量、抑郁及激越情况。研究者发现，匹兹堡睡眠质量指数量表（PSQI）显示，AD患者的睡眠质量、睡眠效力及总睡眠时长均有显著改善。并且，光照疗法也有效减少了AD患者抑郁及激越症状的评分。同时，来自护士的主观报告称，AD患者比之前更加安静，吃饭也更好，行为总体上更易于管理了。

5 建筑光环境设计要求

在奥地利维也纳的圣卡塔琳娜老人院进行的研究[28]认为，由于老龄化眼睛晶状体的变厚和变黄，使得眼睛更难清晰地看到物体，因此，相比20岁的年轻人，75岁以上的老人平均需要4倍的光照。该研究还表明，多达60%的AD患者的对比敏感度有困难，例如对眩光、对象和面部识别、视觉注意力、颜色和深度知觉、运动觉和视觉等会产生误解，所以其跌倒的风险大大增加。此外，他们难以沟通，还有幻视的情况出现。

因此，尽量保证AD患者所处建筑的室内拥有良好的自然采光，最大化利用日光，适当增加AD患者所处的建筑室内照明的亮度将起到十分积极的作用，建议使用较高的照度水平。在建筑的室内应使用漫射照明与间接照明，避免闪亮的表面，建筑室内表面可考虑使用高漫反射率的材料，以消除眩光。此外，还要注意灯光亮度的突然变化，因为这对AD患者来说需要更多的适应时间，所以在针对AD患者进行建筑室内光环境设计时，应避免光照水平的突然变化，对于不同亮度的区域，在之间应提供适当的过渡照明。

此外，由于AD患者的行动不便，往往大量的时间在室内，有时患者起床后会在椅子坐上一天，接触阳光的时间少，可能导致维生素D的缺乏，而这有可能使AD病情恶化。现有的研究已经表明给予无视力障碍的AD患者足够的日间光照，可显著减少其行为异常，例如日落综合征、夜游、兴奋和谵妄等，且可明显改善患者的睡眠—觉醒节律。

6 结论和展望

迄今为止，已有大量研究致力于光照强度、光谱能量分布对人体褪黑素水平的影响，光照疗法对阿尔茨海默病患者的睡眠、抑郁及激越症状的影响，也取得了不少研究成果。这对阿尔茨海默病的预防和治疗及对患者的日常管理将起到积极的作用。但由于这一问题的复杂性，目前的研究尚未能够提出疗效确定的、可用于临床辅助治疗的人工光照方案。此外，研究者对于阿尔茨海默病人由于老龄化而导致的眼睛对比敏感度下降所带来的一系列问题的关注度也较低。随着我国老龄化社会的到来，这些问题对建筑空间设计及对应的光环境设计提出了新的挑战，应引起建筑师和照明设计师们的足够重视和关注。我们应该在相关研究领域展开更加深入、系统的研究，并将成果尽快转化为相应的技术措施，以满足老龄化社会的要求。

参考文献：

[1] 彭竹芸, 晏宁, 晏勇. 阿尔茨海默病脑脊液和血液生物学标志物的研究进展[J]. 重庆医学, 2012(25): 2662-2665.

[2] 朱玲, 刘承宜. Alzheimer病的光疗机理研究[C]// 中国科学技术协会. 节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集（二）.武汉: 中国科学技术协会, 2007: 4.

[3] Yu J M, Tseng I J, Yuan R Y, et al．Low sleep effifiency in patients with cognitiveimpairment[J]. Acta Neurol Taiwan, 2009, 18(02): 91-97．

[4] Tractenberg R E, Singer C M, Cummings J L, et al. The sleep Disorders Inventory: an instrument for studies of sleep disturbance in persons with Alzheimer's disease[J]. J Sleep Res, 2003, 2(04): 331-337．

[5] 解恒革, 王鲁宁, 于欣, 等．痴呆患者和社区人群睡眠行为障碍的发生率及其相关因素[J]. 中国临床康复, 2005, 9(44): 32-35.

[6] Cole C S, Richards K C. Sleep and cognition in people with Alzheimer's disease[J]. Issues Ment Health Nurs, 2005, 26(07): 687-698．

[7] 罗韶华. 老年痴呆症养老院建筑设计初探——基于重庆市养老院现状的调查研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2015: 22.

[8] Reiter R J. The aging pineal-gland and its physiological consequences[J]. Bioessays, 1992，14(03): 169-175.

[9] 刘荣玉, 周江宁. 老年人和老年性痴呆患者脑脊液松果体素昼夜和季节性节律的变化[J]. 中华老年医学杂志, 2000, 19(04): 258.

[10] Nilsson P M, Rööst M, Engström G, et al. Incidence of diabetes in middle-aged men is related to sleep disturbances[J]. Diabetes Care, 2004, 27(10): 2464-2469.

[11] Ohashi Y, Okamoto N, Uchida K, et al. Daily rhythm of serum melatonin levels and effect of light exposure in patients with dementia of the Alzheimer's type[J]. Biological Psychiatry, 1999, 45(12): 1646-1652.

[12] Uchida K, Okamoto N, Ohara K, et al. Daily rhythm of serum melatonin in patients with dementia of the degenerate type[J]. Brain Res, 1996, 717(1-2): 154-159.

[13] Liu R Y, Zhou J N, van Heerikhuize J, et al. Decreased melatonin levels in postmortem cerebrospinal fluid inrelation to aging, Alzheimer's disease, and apolipoprotein E-epsilon4/4 genotype[J]. J Clin Endocrinol Metab, 1999, 84(01): 323-327.

[14] Wu Y H, Zhou J N, Van Heerikhuize J, et al. Decreased MT1 melatonin receptor expression in the suprachiasmatic nucleus in aging and Alzheimer’s disease[J]. Neurobiology of Aging, 2007(28): 1239-1247.

[15] Obayashi K, Saeki K, Tone N, et al. Lower Melatonin Secretion in Older Females: Gender Differences Independent of Light Exposure Profiles [J]. J Epidemiol, 2015, 25(01): 38-43.

[16] McIntyre I M, Norman T R, Burrows G D, et al. Human Melatonin Suppression by Light is Intensity Dependent[J]. Journal of Pineal Research，1989(06): 149-156.

[17] McIntyre I M, Norman T R, Burrows G D, et al. Quantal Melatonin Suppression by Exposure to Low Intensity Light in Man[J]. Life Sciences, 1989(45): 327-332.

[18] Brainard G C, Lewy A J, Menaker M, et al. Dose-response relationship between light irradiance and the suppression of melatonin in human volunteers[J]. Brain Res, 1988, 454 (1-2): 212-218.

[19] Wahnschaffe A, Haedel S, Rodenbeck A, et al. Out of the Lab and into the Bathroom: Evening Short-Term Exposure to Conventional Light Suppresses Melatonin and Increases Alertness Perception[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2013(14): 2573-2589.

[20] Figueiro M G, Bullough J D, Rea M S. Spectral sensitivity of the circadian system[J]. Proceedings of SPIE -The International Society for Optical Engineering, 2003, 5187: 207-214.

[21] Wright H R, Lack L C, Kennaway D J. Differential effects of Light wavelength in phase advancing the melatonin rhythm[J]. J PineaI Res, 2004(36): 140-144.

[22] 刘娜, 张楠, 文冰亭, 等. 单色LED 蓝色光照对健康人体昼夜节律的影响[J].中国组织工程研究与临床康复2009, 13(30): 5923-5926．

[23] 宋彩萍, 王丽姣. 老年性痴呆睡眠障碍的发生机制和护理进展[J]. 重庆医学, 2010(11): 1393-1394.

[24] 黄海华, 李明秋, 江皋轩, 等. 不同光照时间全光谱治疗对阿尔茨海默病患者睡眠障碍临床疗效的影响[J]. 中华行为医学与脑科学杂志, 2015, 24(07): 629-632.

[25] 刘小平, 陈长香, 李建民. 老年人睡眠障碍影响记忆功能的研究进展[J]. 中国老年学杂志, 2010, 30(22): 3412-3414．

[26] 李素珍. 日光治疗改善老年痴呆的体会[J]. 中国老年保健医学, 2010, 8(04): 99.

[27] Figueiro M G, Plitnick B, Lok A, et al. Tailored light treatment improves sleep, depression and agitation in persons with Alzheimer’s disease and related dementia living in long-term care facilities[J]. Clinical Interventions in Aging, 2014: 1527-2537.

[28] Sust C A, Dehoff P, Lang D, et al. Improved quality of life for resident dementia patients: St. Katharina research project in Vienna[M]. Austria: Zumtobel, 2012: 5-48.

（编辑：袁李姝）

* 国家自然科学基金面上项目（51178483；51378518）

DOI:10.13791/j.cnki.hsfwest.20150601

中图分类号TU201.1；TM923

文献标识码A

文 章 编 号2095-6304(2015)06-0001-04

收稿日期：2015-11-20

作者简介

严永红： 重庆大学建筑城规学院, 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，教授，博士生导师，65120701@126.com

骆玉洁： 重庆大学建筑城规学院, 硕士研究生

Abstract:Previous studies have suggested the melatonin levels may be associated with the incidence of Alzheimer Disease (AD) and the sleep disorder of the patients. A large number of studies have indicated that illumination intensity and spectral energy distribution can affect the secretion of melatonin in human body, and appropriate light can improve the sleep quality of the AD patients. Besides, AD patients also have special requirements for building the light environment. For example, the daylight should be used as much as possible; for the artificial light, there should be a higher level of illumination and the glare and sudden changes of illumination levels should be avoided. So the appropriate transition lighting between the areas of different brightness should be provided. Reasonable design of building light environment can improve the quality of AD patients’ lives, reduce their abnormal behavior and improve their sleep quality. Therefore, studies of the light effects on AD will play a positive role on the prevention and treatment of AD. And this paper will introduce the research progress on the relationship between melatonin levels and sleep disturbance of AD patients, the effects of artificial light intensity and spectral distribution on the secretion of melatonin of patients, and the adjuvant therapy to AD by using the artificial light.

Keywords:Alzheimer Disease; Melatonin; Sleep Disorder; Illumination Intensity; Spectrum; Building Light Environment