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身体里的“光合作用”

2021-12-04游星

东方企业家 2021年12期
关键词:生物钟光合作用人造

游星

我们为什么需要晒太阳?

阳光是生命孕育和繁衍的基本条件之一,世界各地的早期人类文明普遍存在太阳崇拜。太阳能是地球上大部分能量的总来源,光照不仅为人类提供了对周边环境的基本视觉,慷慨地提供热量、能源和食物,还在人类数百万年的进化过程中影响着人体机能。即便不用什么高深理论的解释,从我们最直观的感受出发也能解释一二——阳光灿烂的日子里我们的心情通常比较舒畅,感觉到活力和振奋;阴雨连绵的时节我们的心情会不由自主地低落,感到萎靡和倦怠。

這种感觉并不仅仅是主观上的感受,自然光对人体生理和心理健康状况的影响已经得到了诸多科学研究的支持。关于光照的非视觉功效研究涉及昼夜节律、体温调节、激素分泌、睡眠状态、情感认知和情绪变动等方面。

早在古埃及、古希腊和古罗马时期,人类就发现了阳光对健康的作用,他们推崇做日光浴来治疗疾病。来到近代,丹麦医生Niels Ryberg Finsen(尼尔斯·吕贝里·芬森)首次发明了可以用来治疗寻常狼疮的光疗技术,并因此于1903年荣获诺贝尔生理学及医学奖,他被称为“现代光疗之父”。从此光疗技术被引入正规医学治疗项目之中,应用愈加广泛,在治疗小儿黄疸、皮肤病、创伤愈合、消炎镇痛上的效果显著。我国率先在二十世纪五十年代从煤矿工业劳动保护的研究中发现了矿井工作人员长期缺乏日照而导致的各种健康问题,要求在煤矿工业中实行上井后照射太阳灯的制度。

光照对人体最明显的影响体现在对昼夜节律的调节上。人类是昼行性哺乳动物,在漫长的进化过程中形成了日出而作、日落而息的生活节奏,地球公转引起的季节变化与地球自转引起的昼夜变化在人体内形成了规律的生物钟(circadian clock)。人体的生物钟由母钟和子钟构成,时刻接收着来自外界的明暗周期信号来调节自身的时相,以适应外界环境的变化。与许多动物一样,人类的生物节律受生物钟驱动,以25小时左右的周期(昼夜节律)发出活动和休息的节律信号,但地球自转以24小时为周期变化,因此与外界环境有1小时左右的差距,生物钟还具有纠正这种偏差使昼夜节律与24小时环境变化同步的功能。

2002年,美国布朗大学的David Berson(大卫·博生)发现了除锥状细胞和杆状细胞之外的第三类感光细胞,揭示了光如何通过视网膜作用于视交叉上核(SCN)从而产生光生物效应的通路,也解开了光如何影响人体昼夜生物节律的谜题。通常来说,人在正常的生物钟作用下醒来,阳光会立即进入眼睛,光信号通过视交叉上核和颈上神经节到达松果体。然后,饮食中摄入的氨基酸和色氨酸进入血液被分解产生血清素,产生褪黑素(melatonin)。褪黑素只有在N-乙酰转移酶被激活后才被生物合成,但在光的存在下,这种酶的活性受到抑制,从而阻止了这种代谢过程。因此,当外界变暗时,N-乙酰转移酶被激活以产生褪黑素。换言之,如果人体在白天正常接触到12小时左右的阳光,那么褪黑素的生成过程会被抑制,人体的血压和体温会保持在较高水准,维持在适合活动的状态。而进入夜晚,人体所接受的光信号较为微弱,松果体开始分泌褪黑素,四肢的散热功能活跃,人体核心温度下降,会在1到2小时内产生自然困倦。因此,如果白天没有晒到充足的阳光,或者在黑暗的房间内睡到午后,又或者夜晚暴露在强光下太久,昼夜节律就无法顺利重置,导致产生入睡困难和睡眠质量降低等睡眠障碍。长此以往,会打破人体固有的内在平衡,造成精神疲惫、思维紊乱、情感障碍、免疫力下降和心脑血管疾病。

在人工照明被广泛应用的现代社会,都市人群主要的活动场所局限在室内,晒太阳仿佛成了一项奢侈的行为。实际上,多晒点太阳可能是最简单的保健方式之一。明亮温暖的自然光能够改善人们的心情,有研究表明,人们在阳光明媚的天气中,体内的血清素含量比阴天时要高。此外,大脑中的血清素产生速度与光照持续时间相关,晒太阳的时间越久,产生血清素的速率越高。也有学者研究了阳光与内啡肽的关系,发现接触阳光能令人体的皮肤细胞产生这种令人情绪平静欢快的激素。

晒太阳还可以降血压。爱丁堡大学的一项研究发现,如果将手臂完全暴露在阳光下,只需约20分钟就能促进皮肤产生一氧化氮,从而使血脉扩张,达到降压的效果。

阳光还能促进生成维生素D,维生素D对于骨骼健康至关重要,能够促进钙质和磷酸盐的吸收,预防软骨病和骨骼畸形,增强人体的肌肉力量,提高人体免疫功能,保护我们免遭呼吸道感染。然而,这种维生素很难通过日常饮食来足量摄取,好在阳光是获取这种维生素的最佳途径,人体在接触日照之后可以自行合成维生素D,因此它也被称为“阳光维生素”。

人造光:健康的隐形杀手?

太阳光是最健康的光,其所包含的光谱跨度广泛,按照不同的波长来划分,紫外线、可见光和红外线都以不同方式对人体健康产生影响。而在人工光源普及的今天,我们能在日常生活中长时间接触自然光的机会越来越少,居光环境对健康潜移默化的影响作用逐渐受到重视。其中电子屏幕所产生的的蓝光的危害已经得到公认,这种蓝光会影响睡眠荷尔蒙的分泌,导致视力受损和失眠。然而人造光的影响远不止于此,最主要的原因在于常见的人造光源的光谱跨度很窄,与太阳光相比几乎完全没有紫外线和红外线光谱,可见光的光谱也不完整,因此人造光不能从根本上替代太阳光的作用。

现代人因为轮班工作、加班熬夜等状况,无法从睡醒开始接受足够多阳光的照射,而夜晚又经常处于强光照射下,很难在入睡前完全进入黑暗的状态。工作场所的人造灯光和天然光在色温、显色指数和照度上都存在不同,但松果体会在接收到光信号后,仍然尽职尽责地调控褪黑素的分泌过程。长时间的光照环境会抑制褪黑素的产生,由于生物钟创造的昼夜节律不会轻易改变,我们的大脑仍会判定身体还处于适合活动的状态,即便尝试入睡也很难顺利睡着。而身体在没有充分休息的状态下苏醒投入新一天的活动,很容易积累疲惫和精神上的压力,引发健康问题。

白天自然光照射不足与睡眠紊乱、骨质疏松和亚健康状态有关,而夜间的人造光暴露则会导致更多的肥胖、情绪障碍和乳腺癌等疾病。在电灯发明和大规模普及之前,人类主要生活在低于30勒克斯或者高于300勒克斯照度的自然光环境之中,如今以日光灯、霓虹灯、路灯、电脑手机等电子屏幕为代表的人造光无处不在。越来越多的研究表明,夜间光暴露是扰乱生物钟的罪魁祸首之一。睡眠节律被破坏导致的一系列问题最为突出,失眠、抑郁和心脑血管疾病都与低质量睡眠密不可分。

英国、美国、日本和韩国都有研究表明,夜间长期暴露在高强度的光照下会改变人体的摄食习惯,哪怕只是开着电视或者床头灯睡觉,都可能会造成肥胖的累积,这一结论在倒班工作者身上得到了明显的验证。而一项针对美国女性医护人员的大规模长期追踪研究显示,随着夜间户外光线量增加,女性罹患乳腺癌的概率有所提升。尽管英国科学家针对数万名成年女性进行长达六年的随访后得出的结论并不支持前者的观点,但夜间光暴露可能造成乳腺癌的解释通路仍然成立,昼夜节律的紊乱和免疫能力的下降极有可能增加罹患癌症的风险。

夜间的人造光暴露会导致更多的肥胖、情绪障碍和乳腺癌等疾病

或许可以借助植物的光合作用来更直白地解释光照对我们人体健康的影响。绿色植物在白天接受光线的照耀,吸收光能,把二氧化碳和水合成富能有机物,同时释放氧气。而在夜间植物会消耗氧气,排出二氧化碳。这种不断轮转的节律保障了植物能够获得充足的养料用于发育生长。数百万年来形成的昼夜节律使得人类在白天接触足够多的光照,进行了体内的“光合作用”,从而抑制松果体内褪黑素的产生,保持可以维持活动的血压和体温,满足工作和生活所需。到了黑暗的夜间,这种“光合作用”受到抑制,松果体分泌褪黑素,人体的核心体温降低,心率放缓,产生疲乏状态,陷入自然睡眠。一旦这种人体内的“光合作用”过程遭受干扰,就像喜光的绿色植物被移植到暗房中,维持生命运转的基础会遭到严重破坏。

做个理智的“追光者”

光照与我们的健康息息相关,也对我们的个体情绪、社会心理和行为产生影响。研究表明,自然光能夠诱发积极情绪;自然光的光照强度与攻击性行为的发生呈现负相关;适度的光照也会激发人们的社会利他行为;在明亮环境下人们可能会做出更加道德的决策,有利于冲突的解决。

从1903年的诺贝尔生理学及医学奖颁发给光疗技术以来,人们对光与健康之间的认知在逐渐加深。季节性情感障碍(seasonal affective disorder,SAD)这一概念从1984年被美国国立精神卫生研究所环境精神部主任Rosenthal(罗森泰)提出以来,人们一直在关注SAD与光照的关系。科学家们在秋冬白昼短暂、日照较少的高纬度地区发现了许多SAD的病例,随着日照时间的减少,病人们普遍出现了抑郁症状,通常这种状况能在白昼变长和调整光照强度和光谱能量分布之后得到缓解。此外,对于罹患重度抑郁症、极地抑郁症和产后抑郁症的人群,光疗也是一种非常有效的方法。光疗对于患有阿尔茨海默病和帕金森病的人群同样能起到缓解症状的效果。

光疗同样被应用于失眠症的治疗。日本的一项实验证明,长期处于轮班制度下睡眠紊乱的病患用3000勒克斯的光线照射两天之后,褪黑素节律就会提前,睡眠质量得到改善。根据光健康学的研究,工作场所和居住环境的照明在满足功能性需求的情况下,应该着重考虑灯光对人们心理情绪和身体健康的影响。按照光谱学的研究,在高显色指数的基础上,应适当减少蓝光的相对能量,增加红光的相对能量,减弱蓝光对人体的伤害。同时,应当注意色温、色彩和明暗的搭配,有可能的话多采用一些动态灯光,根据外界环境变化可以自由调控灯光。

多接触太阳光的好处不必赘言,但科学家们提醒晒太阳要适度,因为太阳光中的紫外线对于人体皮肤屏障的破坏力十分巨大,要在做好防晒的情况下晒够太阳,最好能避开上午十点到午后两点之间这个紫外线最猛烈的时段。美黑在欧美国家蔚为时尚,不过长时间曝晒在高强度的日光下对健康未必有多大好处,日光浴和晒紫外线灯应当量力而行。找个清闲的周末去散散步,和阳光做个亲密的接触或许足够我们在工作日重拾活力。

至于规避夜间人造光的影响,在就寝之前把手机留在卧室之外,拉好窗帘,关掉光源,提前一个小时上床休息会是个不错的选择。

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