【涨知识】LED光对心脏的潜在影响:以蓝红绿光为主

时间:2021-05-23作者:佚名

  实验结果表明,LED光源在极低照度下对心脏的ECG各项指标存在着潜在的影响,其中对于QT值和心室率存在较大影响。蓝光波段对心率的影响更大,红、绿光对QT值的影响较为明显。

  LED在节能家电、车前灯和街灯中已经占据了重要的位置,这种新型光源是否会影响人体器官引起了研究人员的注意。过去十年间,人们越来越关注光在视网膜上的非成像生物作用,例如绩效与注意力、睡眠质量和荷尔蒙分泌等,其中特别引起关注的是大脑视交叉上核中生物钟的视网膜通道效应。

  由于人的第三种感光细胞ipRGC(Intrinsically Photosensitive Retinal Ganglion Cell)的发现,光源与人体生理健康的关系得以进一步重视,最近的研究发现光具有调节人体生理节律作用。

  Brainard等通过使用8种单色光在夜间照射测试者,发现不同单色光对人体褪黑色素含量的抑制作用不同,并根据实验结果绘制了基于褪黑色素的光谱光视效率曲线。Mariana等的研究表明,在40lx的红光和蓝光照射下,人的心率提高,在10 lx的红光和蓝光照射下脑电图中的α波幅度下降,而β波幅度上升。Christian等通过使用不同波长的光照射人眼,发现短波光照比长波对体温、心率的变化作用更为显著。柴颖斌等研究低照度彩光下(人眼处约75 lx)人体的心率变化,发现在低照度水平下不同颜色光引起的心率变化存在差异。

  上述种种实验结果都表明光源的波长是影响生物效应的重要因素,表明光对人体是一个潜在的生理、行为和治疗的激励源。近期的医学和生物学研究证实,血液中褪黑色素日含量自然变化偏差不仅影响精神状态,在长时间积累后还可能导致严重的健康问题,如早衰、性功能异常、乳腺癌等。

  窄带光源的生理节律光谱灵敏度已经有了很好的实证研究,对于光源的设计已能从光的非视觉生物效应方面给予指导,随着人工照明的普及,许多城市都变成了不夜城,夜晚低照度光同样对人体的生理存在着影响,文中基于Brinard等对褪黑色素抑制作用研究中定义的光谱光视效率曲线,通过实验测试,分析夜晚极弱光源对于人体ECG(Electro-cardiograph)的生理影响。

  生物节律因子

【涨知识】LED光对心脏的潜在影响:以蓝红绿光为主

人眼中的各类感光细胞对不同的光谱光源有不同的响应,可以通过光通量的概念引入生物节律因子,借以评价光的生物效应。图1中空心圆点为Rea等根据褪黑色素抑制作用得出的人体生理节律光谱响应灵敏度,司晨视觉曲线B(λ)是其4阶拟合曲线,明视觉曲线V(λ)是明视觉下的光谱光视效率曲线。从图1可以看出拟合的B(λ)曲线峰值在460nm附近,相对于明视曲线V(λ)向短波方向偏移,处于蓝光部分,这是大部分白光LEDs富含的光谱波段。由明视曲线V(λ)和拟合的B(λ)曲线可以定义出生物节律因子。

按照生物节律因子的概念,可以通过下面两个步骤求得其数值:

1)对于不同光源的相对光谱功率曲线Ф(λ),由一个统一的视觉因子或统一的光通量(如100lm)归一化成Ф(λ)i,norm,定义如下:

【涨知识】LED光对心脏的潜在影响:以蓝红绿光为主

式中,K =683 lm/W,为明视觉下最大光视效率值,Фv,i表示特定光谱归一化后的值。

2)节律因子BioEq(Biological Equivalent)为
【涨知识】LED光对心脏的潜在影响:以蓝红绿光为主

通过光谱仪测得不同光源的光谱Ф(λ)i,即可计算得到节律因子BioEq。

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