基于老年人视觉特征的人居空间健康光环境研究动态综述

崔　哲，陈尧东，郝洛西

(同济大学 建筑与城市规划学院，上海　200092)



基于老年人视觉特征的人居空间健康光环境研究动态综述

崔哲，陈尧东，郝洛西

(同济大学 建筑与城市规划学院，上海200092)

现代城市人居空间中不利的室内环境因素(声、光、热及空气质量等)往往给老年人的身心健康带来各种威胁。本文试图从建筑光环境的角度探讨解决老年人视觉舒适度、心理情绪及生理节律等问题的方法，通过整理、分析国内外相关研究前沿动态，梳理、总结了人居空间光环境与老年人生活质量之间的科研焦点问题。

老年人；视觉特征；建筑光环境；光照刺激

引言

我国正面临着严峻的社会老龄化问题。第六次人口普查(2010)资料[1]显示：60 岁以上的老年人口占总人口数的13.31%。《老龄蓝皮书——中国老龄产业发展报告》(2014)[2]指出：到21世纪中叶，我国老年人口将经历一个急速膨胀的时期；到2030年，65岁以上人口将达到3.71 亿人，所占人口比例高达25.3%。联合国人口数据预测显示，我国在2030年左右将成为世界老龄化程度最高的国家。据预测[2]，2053 年为止，65 岁以上人口比例将达到34.9%,从而正式步入“老龄社会(Aged society)”。我国“十二五”规划[3]强调：建立以居家为基础、社区为依托、机构为支撑的养老服务体系，拓展养老服务领域，实现养老服务从基本生活照料向医疗健康、精神慰藉等方面的延伸。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》中明确提到人口老龄化加快。

城市人群每天在人居空间(家、办公室、学校等人居空间)的时间高达80%～90%[4]，老年人由于身体机能的退行性变化，在室内的时间甚至更多。人居空间环境因素对使用人群生活品质的影响研究显示[5]，不利的环境因素(声、光、热及空气质量等)会给老年人的身心健康带来隐患，是一些慢性疾病(如:心血管疾病、老年性阿尔兹海默病、肺癌[6，7]等)的重要病因之一；与哮喘[8]、肥胖[9]等病症呈现出一定的相关性。图1[4]显示了人居空间环境中的各种压力源(stressors：声环境、光环境、热工环境、空气质量等)给老年人身体或心理带来的生理功能紊乱与人体生理机制的对应关系。如图1所示，室内空间压力源、生理作用机制、身心疾病之间呈现出复杂的关系，这使得量化研究环境对老年人身心健康影响作用变得更加困难。从图1还可以看出，光环境品质能作用于人体的抗压、生理节律及氧化应激等机制，与抑郁、心血管疾病、睡眠障碍等老年人多发疾病相关。日本研究人员笹本康太郎的研究[29]显示，光环境对老年人精神健康的影响权重比热环境及空间更大。综上所述，以人居空间光照环境为切入点，探讨研究老年人身心健康与室内光环境之间的相关性，具有较大的现实意义及社会意义。

本文通过整理、分析国内外相关研究前沿动态，试图从建筑光环境的角度探讨解决老年人视觉舒适度、心理情绪及生理节律等健康问题的方法，梳理、总结出人居空间光环境与老年人生活质量之间的科研焦点问题。

图1　室内空间环境压力源、人体生理机制与疾病之间的联系[4](作者译，重绘)Fig.1　Associations between stressors, mechanisms and diseases & disorders

1　老年人的视觉特征及身心问题

1.1视觉特征

老年人随着年龄的增长、身体的衰退，视觉系统会发生各种退行性改变[10]，主要有：①角膜直径变小、曲率半径增大、知觉敏感性降低；②瞳孔变小，如图2[11]显示，老年人瞳孔的最大直径和最小直径随着年龄的增长均会缩小，老年人瞳孔对光的反应灵敏度也会下降，75岁的老年人,只能达到20岁时的12 %,到80岁，老年人的瞳孔对光的反应灵敏度已经几乎接近于零了[10]；③晶状体硬化，调节能力低(图3[11])，约60岁以后眼睛实际上已变成一个焦点固定的光学系统；④晶状体对短波长的吸收系数极大地增加，导致老年人颜色视觉能力的降低。此外，玻璃体结构及视网膜等眼部结构也会发生改变。以上眼部结构的变化会使老年人的视觉系统存在以下特征：①明、暗视力的降低；②颜色辨别能力下降；③对比敏感度的下降；④对眩光比较敏感；⑤视野变小、景深感觉减弱；⑥此外，老年人眼部发生病理性变化的概率也会大大增加，如白内障、黄斑变性、青光眼及糖尿病视网膜疾病等。

1.2生理及行为问题

基于上文所述的视觉特征，结合老年人受限于身体机能衰退导致行为不便，较少在室外接触日光等问题，老年人接收到的光照刺激远远低于年轻人。郝洛西课题组相关的研究显示[12]，在人工照明条件下，我国50%的起居室夜间的照度范围仅在40～80 lx，可见，中国居住空间人工照明远远未达到住宅照明标准的规定(起居室的照度标准值为100～300 lx)。然而，大量研究显示[13]，要满足人体的非视觉效应(情感效应、生物效应)的光环境，其瞳孔照度推荐达到1 000 lx以上。这些现状导致了中国城市居住空间光环境难以满足人的生理及心理的照明需求。光照不足会引起老年人多种情绪障碍及生理疾病[15]。世界卫生组织报告显示[16]，情绪障碍是老年人群的重要疾病负担之一，不良的情绪会扰乱人体正常生理功能，导致机体平衡失调，影响防御功能、免疫功能下降，导致诸如睡眠障碍及阿尔茨海默病等疾病的发生和发展。老年人面临主要的情绪问题有:紧张、焦虑，抑郁、沮丧，暴躁、愤怒等。紧张、焦虑的情绪会使老年人心率加快，加大了血流的阻力，从而导致血压增高，持久的紧张或焦虑会加大老年人患高血压的风险[17-18]。抑郁 沮丧会使老年人对日常生活丧失兴趣，情绪的消沉，自卑抑郁，甚至会出现情绪不稳定(mood instability)、狂躁[19]，自杀等倾向[20-21]。暴躁、愤怒会引起老年人头痛、头晕，甚至晕厥等现象，严重时可能导致中风。

图2　最大和最小瞳孔直径随着年龄的变化[11](作者译，重绘)Fig.2　The maximum and minimum pupil diameter changes with age

图3　随着年龄的增加人眼的调节幅度缩小[11](作者译，重绘)Fig.3　The decline of eyes adjustment ability with age

老年人随着年龄的增长，睡眠紊乱的几率大大高于年轻人。睡眠障碍会严重影响老年人的身体健康，增加患心血管疾病的概率、导致内分泌系统紊乱和免疫力的下降[22-23]。老年性阿尔兹海默病患者受到睡眠障碍困扰的几率较健康老年人更高，其睡眠质量更差。研究显示[24-26]，老年性阿尔兹海默病晚期患者晚上几乎有40%的时间处于清醒状态，而白天的大部分时间处于非清醒状态。

因此，光照环境对老年人的身心健康和生命品质至关重要，而当今中国家居空间照明标准只考虑到视觉需求，忽略了光的情感效应和生物效应。在中国社会老龄化程度不断深化的今天，原居养老是主要的养老模式，创造满足老年人情感需求的家居空间光照环境，提高老年人的生命品质具有极大的学术意义和社会意义。

2　国内外相关研究动态

2.1光环境与视觉舒适度

目前，关于老年人视觉舒适度的相关研究大多围绕居住空间光环境参数(亮度分布、照度、色温、绕居住空间光环境参数(亮度分布、照度、色温、光色、频率)与视觉舒适度之间的相关性展开探讨，研究方法主要为主观评价的方式。如，同济大学光环境实验室[27]根据真实的医院病房空间搭建等尺度模拟实验室，设置不同色温(3 000 K、4 000 K、5 700 K)、照度(100 lx、200 lx、400 lx)及直接照明贡献率(0%、30%、50%、70%)的光照场景，通过主观问卷及访谈的方式探讨了有过心血管疾病史的老年人在各光照环境下的视觉舒适度及心理感受。结果显示：①老年被试对色温为4 000 K 的照明场景满意度较高；②相较于400 lx及100 lx，被试更倾向于200 lx的照明场景，说明老年人在病房修养中对照度的要求并不是越高越好；③同时，老年人认为直接照明贡献率为30%(间接照明贡献率为70%)的照明场景更满意，也说明了老年人更喜欢柔和的光环境。日本学者大江由起等人[28]的研究则探讨了老年人和年轻人两组被试在不同行为下对空间光环境变化的感知及容忍度状况，比较了两类人群间的差异，并量化了在不同行为下的最适光照环境。图4所示为被试对室内光环境色温的变化幅度及速率的容忍情况(用容忍率表示)。图中横轴为变化前色温，纵轴为变化后色温(Y=X的直线表示色温没有变化)。核心区域表示(左图，深灰色)被试对于色温变化的容忍率达80%以上时色温的变化幅度及速率范围。实验结果显示年轻人随着色温变化速率的变慢，其容忍率有明显的增加，调节时间与容忍率也呈现出显著地相关性；而老年被试对任意色温变化幅度及速率的容忍率均能达到了80%以上。研究人员认为，这是由于老年人视觉系统退化导致其对色温变化的敏感度衰退所致。

图4　被试对室内光环境色温的变化幅度及速率的容忍情况[28](作者译，重绘)Fig.4　The tolerance of the subjects towards the changes of CCT

2.2光环境与心理情绪

如前文所述，老年人的情绪障碍与光照不足具有一定的相关性已经得到照明界的广泛认同。日本学者笹本康太郎[29]的研究也充分证明了这一观点。研究人员通过QOL问卷对日本山口县300名65岁以上的老年人被试进行问卷调查，探讨不同环境因素对老年人日常生活及健康的影响权重。研究人员针对问卷数据进行x2检验，对抽选出的因子权重进行多重回归分析，结果显示：影响老年人精神健康状况的环境因素权重由大到小依次为：光环境、空间、热环境。Prabu Wardono等人[30]使用数字情景模拟、主观问卷评价的方法，以光、色彩和装饰为变量，针对被试的感知、情绪以及社交行为进行实验研究。实验结果也表明，光照环境对空间使用者情绪的影响最为显著。大量研究显示，运用光照刺激缓解老年的负面情绪甚至抑郁症症状是一种有效且安全的手段[31]。Terman M等人[32]通过长期的跟踪实验，研究结果显示：50%～65%的抑郁症患者在一周内情绪和抑郁程度就得到了有效改善。捷克学者J.Prasko等人[33]通过对抑郁症患者进行高强度的白光(10 000 lx, 每天上午6:30—7:30，持续6周)光照刺激实验，得出高强度白光对患者的情绪及抑郁症状具有良好的改善作用。

2.3光环境与生理及行为

老年人的部分生理疾病(如，阿尔兹海默病、心血管疾病等)与其生理节律紊乱导致的睡眠障碍有一定的关联；同时，生理节律又与光照有着密切的联系；因此，该领域的研究主要通过在特定时间，运用特定光照(白光或单色光)进行特定时长的光照刺激，以调节老年人的生理节律、饮食及行为等。2001年，日本学者伊藤武夫[34]的研究针对日本新泻县内多雪地区特殊养老机构中的2名阿尔茨海默病患者(83 岁女性、90 岁女性)进行实验研究。研究针对被试的进食行为(进食量、规律程度)、睡眠觉醒状态、自立程度、声音刺激的反应、表情变化、轮椅坐姿等行为进行了量化研究。实验分为比对、光照刺激、后续观察三个阶段。采用强度为2500lx(瞳孔照度)的光照进行刺激。结果如图5所示，光照刺激对被试的进食量具有促进作用，这种积极作用在光照刺激停止后仍持续了1个月左右的时间。次年，伊藤武夫[35]又针对日本滋贺县某养老机构中27名(男性10名、女性17 名，平均年龄82.4岁)阿尔茨海默病患者进行了跟踪实验研究。实验安排在养老机构一楼公共空间，大型面光源提供高强度光照。实验分别在早餐、午餐、娱乐时间进行光照刺激，每天累计照射时间为3.5小时。实验针对被试睡眠质量、夜晚徘徊、喧哗、白天觉醒度进行量化评价。实验期间包括比对、光照刺激2个阶段，共计1.5个月。研究结果如图6所示，通过高强度光照刺激，被试在夜晚惊醒、夜晚徘徊、大声喧哗临床表现比例均呈现出显著的下降趋势。荷兰研究人员Riemersma等人[36]在1999年至2004年期间，对189名老年人(平均年龄：85.9)做了长达5年的光照刺激研究。研究采用双盲,对被试进行(1000 lx，300 lx)全天照射，并记录被试夜间褪黑激素的变化情况。研究结果显示光照刺激能有效改善老年人的老年痴呆症患者的认知的和非认知的症状，也能有效应对褪黑激素对情绪的不利影响。

图5　被试的进食量与光照刺激的关系[34](作者译，重绘)Fig.5　The impact of light stimulation on food-intake change

图6　光照刺激的不同阶段被试出现夜晚觉醒、徘徊、大声喧哗的比例[35](作者译，重绘)Fig.6　The impact of light stimulation on the subjects, nocturnal behaviors

3　总结及展望

随着全球照明技术的不断发展及进步，健康照明已成为照明邻域科研人员共同关心的课题，如何从建筑光环境的角度去解决人的心理及生理问题也有着非常重要的科研及社会意义。尤其，对于行动不便，较少参与户外活动，接受光照不足的老年人， 健康室内光环境的研究显得更有必要。

1)视觉。基于老年人特殊的视觉特征，其居住空间的照明设计上应有足够的针对性。然而，我们遗憾的发现，目前针对老年人方面的建筑设计中，照明并没有得到足够的重视。针对老年人的视觉特征的照明设计并没有形成体系。结合该领域的基础理论研究成果，将理论成果应用到实际项目中，从而逐步形成完整的老年人光照环境体系，具有巨大的社会意义。

2)生理。老年人生理节律紊乱会引起睡眠紊乱、心血管疾病、老年痴呆症等生理疾病。相关研究及应用普遍尝试通过在特定的时间给老年人特定量的光照刺激以改善老年人的节律紊乱问题。目前为止的研究成果一定程度上标定了可有效引起生理效应的光照强度、照射时刻及照射时长(累计光照量)的大致范围。然而，受限于实验方法及规模，还无法给出精确的最优数值。将来很长一段时间内该领域的研究还将处在大量重复实验以收集足够量的基础数据。

3)心理。光环境可以有效影响人的心理及情绪已经得到学界的广泛认可。舒适的光环境能调节人的情绪，甚至缓解人的抑郁症等情绪障碍。老年人的情绪受到生理节律、睡眠质量、生理疾病等因素的综合影响。因此，光照对于老年人情绪的影响是一个更为复杂和综合的课题。

老年人对于光环境的“视觉”、“生理”及“心理”的需求并不一致，如何去平衡三方面的需求，打造一个适合我国老年人居住空间的健康光环境是一个重要的研究课题。基于循证设计理念，通过实验探讨这3方面的需求在不同功能空间及不同条件下对老年人生命质量的权重，并得出指导老年健康照明设计或是该领域研究的最终目标。

[1] 国务院人口普查办公室. 国家统计局人口和就业统计司：中国2010年人口普查资料电子版，Part 1, Vol.3, 表3-1.

[2] 吴玉韶，党俊武. 老龄蓝皮书：中国老龄产业发展报告(2014)[M].北京：社会科学文献出版社，2014.

[3] 中国第十一届全国人民代表大会.中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要.北京：人民出版社，2011.

[4] PHILOMENA M. BLUYSSEN. HOW AND WHY DO PEOPLE RESPOND TO INDOOR ENVIRONMENTAL STRESSORS?

[5] HOUTMAN I, DOUWES M, DE JONG T., et al. (2008) New forms of physical and psychological health risks at work, European Parliament, Policy department Economic and scientific policy, IP/A/EMPF/ST/2007-19, PE 408.569, Brussels, Belgium.

[6] LEWTAS J. Air pollution combustion emissions: Characterization of causative agents and mechanisms associated with cancer, reproductive, and cardiovascular effects: The Sources and Potential Hazards of Mutagens in Complex Environmental Matrices-Part II. Mutation Research/Reviews in Mutation Research,2007,636: 95-133.

[7] BABISCH W. Road traffic noise and cardiovascular risk. Noise and Health,2008, 10: 27-33.

[8] FISK W.J., MENDELL M.J. Meta-analysis of the associations of respiratory health effects with dampness and mold in homes[J]. Indoor Air,2007,17: 284-96.

[9] WHO. Global status report on no communicable diseases 2010, Geneva.(2016-08-08)[2012-02-04] http://www.who.int/nmh/publications/ncd_report2010/en/.

[10] 李凤鸣. 眼科全书(上册)[M]. 北京:人民卫生出版社,1996. 53-359.

[11] 杨公侠,杨旭东.老年人与照明(续一)[J].光源与照明，2010，3：43-45.

[12] 陈尧东，郝洛西，崔哲.中性色调起居室光照环境人因工学研究[J].照明工程学报，2014,25(4):29-34.

[13] VAN BOMMEL Wout J.M.Non-visual biological effect of lighting and the practical meaning for lighting for work practical meaning[J].Applied Ergonomics,2006.

[14] CAMPBELL SS, KRIPKE DF, GILLIN JC, et al. Exposure to light in healthy elderly subjects and Alzheimer’s patients[J]. Physiol Behav, 1988, 42(2):141-144.

[15] CAMPBELL SS, KRIPKE DF, GILLIN JC, et al. Exposure to light in healthy elderly subjects and Alzheimer’s patients[J]. Physiol Behav, 1988, 42: 141-44.

[16] World Health Organization. The Global Burden of Disease: 2004 Update. Geneva: World Health Organization,2008.

[17] BRIAN C. Sirois，MATTHEW M. Burg. Negative Emotion and Coronary Heart DiseaseA Review [J]. Behavior Modification, 2003,27(1)：83-102.

[18] 孔翠，徐丽，陈玉芹，等. CCU 283 例心理分析及护理[J].齐鲁护理杂志，2012，18(7)：101-102.

[19] HEIBY E.M., PAGANO I.S., BLAINE D.D., et al. Modeling unipolar depression as a chaotic process[J]. Psychol. Assess,2003,15(3):426-434.

[20] SACZYNSKI S.,BEISER A.,SESHADRI S.,et al.Depressive symptoms and risk of dementia: the Framingham Heart Study[J].Neurology,2010,75：35-41.

[21] ARIYO A.A.,HAAN M.,TANGEN C.M.,et al.Depressive symptoms and risks of coronary heart disease and mortality in elderly Americans. Cardiovascular Health Study Collaborative Research Group.Circulation,102: 1773-1779.

[22] VAN Cauter E, PLAT L, LEPROULT R, et al. Alterations of circadian rhythmicity and sleep in aging: Endocrine consequences[J]. Horm. Res.,1998,49:147-152.[23] VON Kanel R, DIMSDALE JE, ANCOLI-LSRAEL S, et al. Poor sleep is associated with higher plasma proinflammatory cytokine interleukin-6 and procoagulant marker fibrin d-dimer in older caregivers of people with Alzheimer’s disease. J.Am. Geriatr. Soc,2006(54):431-437.

[24] ANCOLI-LSRAEL S, PARKER L, SINAEE R, et al. Sleep fragmentation in patients from a nursing home. J. Gerontol. 1989,44:M18-M21.

[25] MCCURRY S, REYNOLDS C, ANCOLI-LSRAEL S, TERI L, VITIELLO M. Treatment of sleep disturbance in Alzheimer’s disease. Sleep Med. Rev.2000,4:603-628.

[26] VITIELLO MV, POCETA JS, PRINZ PN. Sleep in Alzheimer’s disease and other dementing disorders. Can. J. Psychol. 1991,45:221-239.

[27] 徐俊丽,郝洛西,崔哲. 基于视觉舒适的心内科CICU 空间光照实验研究.照明工程学报,2015,26(4):67-71.

[28] 大江由起, 井上容子.若齢者と高齢者の快適照明に関する研究 ―許容される調色速度―.学術講演梗概集 2013(環境工学I), 431-432, 2013.

[29] 笹本 康太郎, 西尾 幸一郎. 在宅高齢者の健康関連QOL に影響を及ぼす室内環境要因の分析.人間-生活環境系シンポジウム報告集，2012，36：201-204.

[30] WARDONO P, HIBINO H, KOYAMA S. Effects of interior colors, lighting and decors on perceived sociability, emotion and behavior related to social dining[J]. Procedia-Social and Behavioral Sciences, 2012, 38: 362-372.

[31] WIRZ-JUSTICE A. From the basic neuroscience of circadian clock function to light therapy for depression: on the emergence of chronotherapeutics[J]. J Affect Disord,2009，116(3):159-160.

[32] TERMAN M, TERMAN JS. Light therapy for seasonal and nonseasonal depression: efficacy, protocol, safety, and side effects[J]. CNS Spectr，2005,10(8):647-663, 672.

[33] PRASKO J, BRUNOVSKY M, RASZKA M, et al. Augmentation of Antidepressants with Bright Light Therapy in Patients with Comorbid Depression and Borderline Personality Disorder. 20th European Congress of Psychiatry.

[34] 伊藤 武夫, 小山 恵美, 中野 紀夫, 等.高照度光照射による痴呆高齢者の食事摂取量の変化について.照明学会全国大会講演論文集. 34, 203, 2001.

[35] 伊藤 武夫, 小山 恵美, 畑下 圭子, 等.高照度光照射による痴呆高齢者の夜間睡眠と行動の変化((8)視覚心理、視覚生理).照明学会全国大会講演論文集，2002，35：202.

[36] RIEMERSMA-van der Lek RF, SWAAB DF, TWISK J, et al. Effect of bright light and melatonin on cognitive and noncognitive function in elderly residents of group care facilities: a randomized controlled trial.JAMA, 2008,299(22):2642-2655.

Research Trends on Elderly Healthy Lighting in Human Habitat Based on Their Optic Characteristics

CUI Zhe, CHEN Yaodong, HAO Luoxi

(College of Architecture & Urban Planning of TongJi University, Shanghai200092, China)

Unhealthy indoor environment of modern human habitat often brings a variety of physical and mental diseases to the old people. This paper tries to analyze the visual comfort, psychological, physiology and behavior of the elderly from the perspective of building indoor light environment. Through the analysis and summary of domestic and foreign relevant literature, this paper summarizes the research focus of the light environment.

the elderly; optic characteristics; indoor environment; healthy lighting

国家自然科学基金资助(项目批准号：51508396)

郝洛西，E-mail:haoluoxi@tongji.edu.cn

TU1

ADOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2016.05.004