在不同溫度環(huán)境中光源照明對(duì)人體體溫的調(diào)節(jié)作用,人體生理學(xué)論文

在不同溫度環(huán)境中光源照明對(duì)人體體溫的調(diào)節(jié)作用,人體生理學(xué)論文在日常生活中人們經(jīng)常會(huì)感到光源的照度與色溫的升高或者下降，能夠使人感到暖和或涼意，而且人體的內(nèi)部溫度也會(huì)遭到照明光源的影響.例如，健康人體的生理活動(dòng)多呈24h的晝夜節(jié)律，而照明光線在調(diào)節(jié)人體晝夜生理節(jié)律方面起著最為重要的作用.人體在晝夜的生理變化中體溫的波動(dòng)就是一個(gè)光源作用的重要具體表現(xiàn)出.在白天，光源照度和色溫升高時(shí)，人的體溫升高；而在夜間，當(dāng)人體處于暗光或無(wú)光環(huán)境進(jìn)入睡眠時(shí)，體溫就會(huì)下降.Yasukouchi等就光源色溫對(duì)人體的覺(jué)悟水平、自主神經(jīng)功能、體溫調(diào)節(jié)以及睡眠構(gòu)造的生理作用進(jìn)行了闡述.結(jié)果表示清楚，光源色溫對(duì)人體的體溫調(diào)節(jié)有明顯的作用.Sato等的研究證明，當(dāng)環(huán)境溫度為26C,相對(duì)濕度為60%,受試者在晚上分別暴露于5000lx的亮光和100lx的暗光下時(shí)，與亮光相比，由于在暗光下人體褪黑激素的分泌較多，人體體核溫度發(fā)生了有意義的下降.關(guān)于光源色溫對(duì)體溫調(diào)節(jié)的一系列研究表示清楚，在冷色溫和暖色溫之間人的熱感覺(jué)相差約為1~1.5C.Yujiri指出：光源色溫可能和人的冷-熱感覺(jué)有密切的關(guān)系.Nakamura等的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人暴露于與人體的體溫調(diào)節(jié)密切相關(guān)的環(huán)境大氣溫度低于冬天的溫度時(shí)，受試者喜歡低色溫的暖光源；而當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，受試者就喜歡高色溫的冷光源；并將3個(gè)不同空間的環(huán)境溫度分別設(shè)定為10、23和30C,受試者分別喜歡選擇色溫3.5103,5103和7103K的光源，這講明：光源照明在一定的程度上介入人的體溫調(diào)節(jié).當(dāng)前尚未見(jiàn)有不同環(huán)境溫度下光源照明對(duì)人體溫調(diào)節(jié)影響的研究報(bào)道.本文的研究目的是觀察人體分別暴露于日常生活和工作中經(jīng)常碰到的相差12C的環(huán)境溫度、30C的輕度熱和18C的中度冷時(shí)，光源照明對(duì)人體體溫調(diào)節(jié)的作用，為不同溫度下適宜照明光源的選擇提供生理學(xué)的根據(jù).1實(shí)驗(yàn)對(duì)象和方式方法1.1受試對(duì)象8名男性大學(xué)生和研究生作為自愿者參加了本研究，平均年齡〔281.3〕歲，平均身高〔1702.5〕cm,平均體重〔677.0〕kg.受試者在整個(gè)實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)中著短袖體恤、短褲、短襪和軟鞋，在實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)中禁用酒精、咖啡類飲料，不能從事重體力活動(dòng).實(shí)驗(yàn)前都向受試者講述了本研究的技術(shù)道路、操作方式方法和可能的風(fēng)險(xiǎn)，簽署了相關(guān)協(xié)議并向倫理委員會(huì)備案.1.2實(shí)驗(yàn)條件本項(xiàng)研究在人工氣候室內(nèi)進(jìn)行.由2種氣溫、2種照度和2種色溫組合而成8種實(shí)驗(yàn)條件，如表1所示.光源照度和色溫用色度計(jì)〔MINOLTA,CL10〕調(diào)控.【表1】1.3測(cè)試項(xiàng)目及方式方法皮膚溫度和體核溫度的測(cè)試使用高靈敏度的熱敏電阻溫度計(jì)〔3M,Micropore,TechnocaST-23S〕.測(cè)試人體外表前額〔A〕、肩部〔E〕、上肢〔F〕、手背〔G〕、胸部〔H〕、腹部〔J〕及下肢〔K〕等7個(gè)點(diǎn)的皮膚溫度，根據(jù)Hardy-Dubois的公式算出平均皮膚溫度〔tsk〕：tsk=0.07tA+0.35tE+0.14tF+0.05tG+0.19tH+0.13tJ+0.07tK〔1〕皮膚血流量使用激光多普勒流量計(jì)〔ALF21Advance,Japan〕測(cè)定，測(cè)定位置在上肢.1.4實(shí)驗(yàn)程序受試者進(jìn)入人工氣候室內(nèi)溫度25C、相對(duì)濕度50%的預(yù)備間，休息15min.之后進(jìn)入光源實(shí)驗(yàn)室，其室內(nèi)環(huán)境溫度25C,相對(duì)濕度50%,色溫2700K,照度E=100lx,平靜休息30min.然后根據(jù)表1所示條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo).每2次實(shí)驗(yàn)之間最少相隔3d.1.5統(tǒng)計(jì)處理對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)測(cè)定分散分析，組間比擬采用配對(duì)t檢驗(yàn)，P0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P0.01為差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果2.1體核溫度實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示清楚，環(huán)境溫度及光源色溫對(duì)直腸溫度變化的作用有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.隨著環(huán)境溫度由30C下降至18C時(shí)，在3000K的暖色溫光源下直腸溫度比6000K的冷色溫下為高，在E=300,1000lx時(shí)的顯著性分別為P0.01和P0.05,如此圖1所示.【圖1】在環(huán)境溫度18C下，當(dāng)光源色溫為3000或者6000K時(shí)，300和1000lx的照度都未引起直腸溫度的差異性變化.這講明在環(huán)境溫度下降時(shí)，影響人體體溫調(diào)節(jié)的因素主要是光源的色溫，而不是其照度.當(dāng)人體在30C下暴露，直腸溫度逐步升高.但無(wú)論是在300lx或是1000lx的照度條件下，2種光源色溫均未引起體溫變化的差異.2.2皮膚溫度平均皮膚溫度的測(cè)定結(jié)果表示清楚，當(dāng)環(huán)境溫度下降至18C時(shí)，平均皮膚溫度也逐步下降.在300lx時(shí)，3000K色溫下的平均皮膚溫度比6000K色溫下明顯為低〔P0.01〕，如此圖2所示.【圖2】而隨著在30C條件下暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，與6000K色溫相比，在3000K色溫下皮膚溫度的升高最為顯著〔P0.01〕，如此圖3所示.【圖3】2.3皮膚血流量皮膚血流量的測(cè)定結(jié)果表示清楚，在30C時(shí)，皮膚血流量逐步升高，但在不同光源色溫條件下其變化是不同的；1000lx、3000K條件下皮膚血流量增加至0.265mL/〔gmin〕，最為顯著；而在300lx和6000K條件下皮膚血流量為0.212mL/〔gmin〕,增加幅度最小.兩者間有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異〔P0.01〕.但值得指出的是，當(dāng)色溫為3000K時(shí)，1000lx照度條件的皮膚血流量高于300lx照度條件的〔P0.05〕；在18C時(shí)，人體的皮膚血流量逐步降低.與6000K條件相比，在3000K條件下皮膚血流量的下降更為顯著〔P0.01〕，如此圖4所示.【圖4】3討論人類的生活和工作都是在不同氣溫、不同光源照明下進(jìn)行的，而這兩種因素對(duì)人體的體溫調(diào)節(jié)都有一定的影響.因而，研究不同氣溫條件下，不同光源照度和色溫對(duì)人體體溫調(diào)節(jié)的影響，分析環(huán)境氣溫及人造光源協(xié)同作用的機(jī)制有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值，能夠提示人們?cè)诓煌h(huán)境溫度下選擇適宜的照明光源.在研究人體的體溫調(diào)節(jié)時(shí)最常用的指標(biāo)是體核溫度、不同部位的皮膚外表溫度和皮膚血流等與熱調(diào)節(jié)相關(guān)的指標(biāo).本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示清楚：在環(huán)境溫度升高或下降時(shí)，上述3項(xiàng)指標(biāo)都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，而且在這些變化中，光源的照度和色溫也起著一定的作用.人體暴露于低溫環(huán)境時(shí)，由于冷的直接作用或者由于冷而啟動(dòng)體溫調(diào)節(jié)的生理機(jī)能，冷能夠直接或反射性地引起皮膚血管的收縮、血流阻力加大、皮膚血流量下降、交感神經(jīng)興奮以及一系列產(chǎn)熱反響的發(fā)動(dòng)，這均構(gòu)成了熱調(diào)節(jié)的變化.文獻(xiàn)[3]中的研究結(jié)果表示清楚，假如在晝白光〔高色溫〕或暖白光〔低色溫〕的照明作用下人體就可能發(fā)生熱感覺(jué)的變化，則在冬天選用暖光源〔低色溫〕，而在夏天選用冷光源〔高色溫〕，可使電能的消耗節(jié)省5%~18%;同時(shí)，6000K高色溫光源與3000K的低色溫光源間的熱效應(yīng)相差1~1.5C.本文的實(shí)驗(yàn)表示清楚：當(dāng)室溫由30C下降至18C時(shí)，在3000K的色溫光源作用下，平均皮膚溫度、手和下肢皮膚溫度的下降均比6000K色溫光源時(shí)顯著；皮膚血流量的下降在3000K色溫光源下比6000K色溫光源時(shí)顯著；直腸溫度的下降則在3000K色溫光源時(shí)比6000K色溫光源時(shí)小.人體體溫的維持是通過(guò)熱的產(chǎn)生和喪失來(lái)控制平衡的.當(dāng)人暴露于冷的環(huán)境時(shí)，體熱的喪失可被皮膚血管的收縮、阻力的加大和皮膚血流量的減少來(lái)制約.此時(shí)，假如體溫不能維持在正常范圍，人體的產(chǎn)熱量就增加.一般以為，在環(huán)境溫度為26C機(jī)會(huì)體的代謝率最低；在環(huán)境溫度為28C下面時(shí)，平靜的人體一般不會(huì)出汗.溫度由26C下降至18C時(shí)，人體的代謝率要增加2倍方可維持體熱的平衡.因而，人體在冷的環(huán)境中停留時(shí)，由于冷的直接作用，或者由于冷刺激而啟動(dòng)體溫調(diào)節(jié)機(jī)能，進(jìn)而對(duì)人體的生理功能產(chǎn)生明顯的影響.光源對(duì)人體生物鐘影響的一個(gè)重要方面就具體表現(xiàn)出在其對(duì)體溫的調(diào)節(jié)上，如在夜間睡眠時(shí)體溫下降，而白天體溫上升.Morita等的研究表示清楚，在不同色溫光源的作用下，夜間體核溫度的下降和尿內(nèi)褪黑激素分泌的增加能被高色溫的綠光和藍(lán)光所抑制，但不能被低色溫的紅色光源所抑制.這表示清楚光源色溫度在體溫調(diào)節(jié)方面有一定的作用.體溫受光源色溫度影響而變化的機(jī)制可能由體內(nèi)神經(jīng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)的變化來(lái)調(diào)節(jié)；下丘腦前部是體溫調(diào)節(jié)的重要中樞所在，很多能影響人體體溫的理化因素均通過(guò)改變?cè)搮^(qū)域的溫度敏感神經(jīng)元而發(fā)揮其效應(yīng)，如褪黑激素就具有類似于散熱性物質(zhì)的特性，而下丘腦的體熱調(diào)節(jié)中樞具有褪黑激素的受體.Reppert等的研究表示清楚：人體尿內(nèi)褪黑激素的水平和體核溫度之間有相應(yīng)的相關(guān)性〔負(fù)相關(guān)〕.同時(shí)，他們還證明，在白天給人注射褪黑激素可以引起人體體核溫度的下降，而且高色溫光源比低色溫光源的作用更為明顯.Yasukouchi等的研究證明，當(dāng)人在15C的氣溫下暴露90min,皮膚溫度的下降在3000K時(shí)比在5000K和7500K時(shí)明顯，但直腸溫度的下降則較少.這表示清楚在3000K的光源條件下體熱的喪失較少.本文的研究結(jié)果和這一觀察一致，即暖色溫能夠使冷的條件下的直腸溫度保持在較高的水平上，這有利于對(duì)體溫的維持.能夠以為，在冷的環(huán)境下光源的色溫作用于下丘腦，導(dǎo)致體溫調(diào)節(jié)中樞興奮性的變化，進(jìn)而發(fā)生直腸溫度的變化和皮膚溫度及皮膚血流的改變.因而，在冷的環(huán)境內(nèi)，從人體對(duì)冷的耐受性和保持體溫的觀點(diǎn)來(lái)看，暖色溫能夠制約人體從體表散熱，對(duì)冷環(huán)境的體溫調(diào)節(jié)是很有利的.也就是講在冷環(huán)境內(nèi)，運(yùn)用3000K的光源比6000K的光源對(duì)冷的耐受能力高.因而，在冷的季節(jié)和冷的環(huán)境中選擇3000K的光源能減少體熱的喪失，也講明光源照明在人體的體溫調(diào)節(jié)中可能是一個(gè)重要的外環(huán)境因素.一般以為，周圍環(huán)境的溫度變化時(shí)，人體周圍的空氣溫度可改變體表溫度而刺激皮膚的冷、熱感受器，以感受不同的外界環(huán)境中的溫度變化.對(duì)熱刺激敏感的為熱感受器；對(duì)冷刺激敏感的為冷感受器.2種感受器分布在皮膚表層中，均呈點(diǎn)狀分布，在皮膚溫度感受器中冷點(diǎn)較多，約為熱門的4~10倍，能夠以為皮膚對(duì)嚴(yán)寒刺激比擬敏感，冷感受器的放電頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱感受器，由感受器受冷、熱的感覚能夠引起傳入神經(jīng)沖動(dòng)的發(fā)放，信息傳遞給體溫調(diào)節(jié)中樞，經(jīng)過(guò)它的整合作用，再調(diào)整受控系統(tǒng)的活動(dòng)，進(jìn)而在新的基礎(chǔ)上到達(dá)新的體熱平衡，起到穩(wěn)定體溫的效果.當(dāng)皮膚溫度在30C時(shí)是人體熱感和冷感的分界限，也就是講冷感受器在皮膚溫度低于30C時(shí)開(kāi)場(chǎng)發(fā)放沖動(dòng)，人體出現(xiàn)冷的感覺(jué)；而熱感受器在皮膚溫度超過(guò)30C時(shí)開(kāi)場(chǎng)發(fā)放沖動(dòng)，人體就感到熱.人的皮膚受環(huán)境溫度波動(dòng)的影響，發(fā)生的溫度波幅最大.但體表各部分皮膚的溫度差也很大，四肢未端皮膚溫度最低，隨著氣溫的下降，手、足皮膚溫度的下降最為顯著，而頭部皮膚溫度的變化相對(duì)小些.皮膚溫度取決于皮膚的血流量和血液溫度.環(huán)境溫度變化時(shí)，皮膚血流量主要由交感-腎上腺系統(tǒng)調(diào)節(jié).交感神經(jīng)興奮使皮膚血管收縮、血流量減少，皮膚溫度因此降低；反之，則皮膚血管舒張，皮膚溫度升高.所以講皮膚血管的舒張、收縮是重要的體溫調(diào)節(jié)形式.光源色溫和照度對(duì)人熱調(diào)節(jié)的通路可能存在著獨(dú)立的通道.近期，Yasukouchi等將光源色溫對(duì)人體非視覺(jué)生理功能作用的神經(jīng)通路進(jìn)行了具體的描繪敘述，以為起源于視網(wǎng)膜的光信號(hào)傳播至皮層時(shí)有兩條主要的神經(jīng)通路：一條是專門負(fù)責(zé)影像構(gòu)成的視覺(jué)功能，經(jīng)過(guò)內(nèi)膝狀體〔IntergeniculateLeaflets,IGL〕聯(lián)合視覺(jué)皮層；另一條則經(jīng)過(guò)視穿插上核〔Su-prachiasmaticnuclei,SCN〕聯(lián)合松果體，負(fù)責(zé)傳送非視覺(jué)信息.Yasukouchi等還開(kāi)展了光源色溫對(duì)人體中樞神經(jīng)作用的研究，如對(duì)生物節(jié)律〔褪黑素的分泌和體溫的晝夜變化〕，皮層的覺(jué)悟水平，自主神經(jīng)張力，激素分泌和皮膚血管舒、縮功能的影響等.同時(shí)，他們還通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了光源色溫和照度對(duì)人體的這些生理功能有明顯的影響.綜上所述，在選擇照明光源方式和類別時(shí)，除考慮美觀、藝術(shù)環(huán)境效果、節(jié)省電能和知足視覺(jué)工作的需求外，還應(yīng)考慮怎樣使人的生理功能，十分是使中樞神經(jīng)功能調(diào)整在最佳狀態(tài)，營(yíng)造一個(gè)溫馨舒適的光環(huán)境，使人們能在華而不實(shí)輕松、愉快和高效地工作與生活.以下為參考文獻(xiàn)：[1]YasukouchiA,IshibashiK.Nonvisualeffectsofthecolortemperatureoffluorescentlamponphysiologicalaspectsinhumans[J].JPhysiolAnthropolApplHu-manSci,2005,24〔1〕:41-43.[2]SatoM,YasucouchiA.Non-visualeffectsofroomillumination[C]//SatoM,TokuraH,WatanukiS,etal.RecentAdvancesinPhysiologicalAnthropology.Fukuoka:KyushuUnivPress,1999:3-10.[3]IshikawaY.Energy-savingeffectofheating/coolingsystembyilluminantcolor[J].JIllumEngngInst,1993,77〔11〕:690-692.[4]YujiriI.Theeffe