为什么同样的光有时能大幅拨动生物钟,有时却几乎没用
生物钟通过视网膜中一小群感光细胞对光作出反应,其中包括含黑视蛋白的细胞,它们与负责普通视觉的视杆细胞和视锥细胞是分开的。这些细胞把信号送入昼夜节律系统,而它们的相对影响力会随光照持续时间而变化。在一项研究中,研究者让人在几种波长下接受6.5小时的单色光照射,结果驱动褪黑素抑制的波长在暴露过程中发生了移动:开始时峰值约在441纳米,说明短波长视锥细胞贡献很强;到最后一个四分之一时段,峰值移到约485纳米,与黑视蛋白接管一致[3]。相位重置也呈现类似模式,根据模型中纳入哪些光感受器功能,峰值波长大约在445至487纳米之间[3]。
这对任何想有意利用光照的人来说都很重要。短暂闪光和长时间光照并不只是同一信号的弱版和强版;它们调动的是不同的光感受器,所以最有效的颜色可能取决于你暴露多长时间[3]。同一项研究还指出,暴露的最初几分钟似乎驱动了大部分相位重置反应,这就是为什么短而时机恰当的光照可能胜过更长、更暗的一次照射。
短脉冲与持续光照:速度与总效果之间的取舍
在重置昼夜节律方面,间歇光照按每分钟计算比连续光照更高效。在一项实验中,12名年轻人在生物夜间的一个6.5小时窗口内接受了6次单色光脉冲,结果与历史上接受相同波长连续光照的人的数据进行了比较[1]。连续蓝光(460纳米)产生的总相位延迟最大,但间歇绿光(555纳米)按每分钟光照暴露计算的延迟最大[1]。
褪黑素的结果与相位偏移不同。连续暴露下的抑制显著高于间歇暴露,而且在两种模式下蓝光都高于绿光[1]。因此,脉冲式光照安排可以是一种高效拨动生物钟的方式,同时比相同总时长的稳定光照产生更少的褪黑素抑制——如果一个人想要昼夜节律效应而不想要光照提神、降低褪黑素的那一面,这一区别就很重要。
为什么两个人对完全相同的光反应不同
人对光的敏感性个体差异很大,这种差异体现在一个人暴露于光照时身体抑制多少褪黑素上。一篇关于这种差异背后因素的叙述性综述发现,人口学、环境、健康和遗传特征方面都存在差异证据,不过对其中许多因素的研究仍然有限[4]。实际含义是:对一个人强烈抑制褪黑素的光剂量,对另一个人可能作用小得多,这使任何单一建议都变得复杂。
年龄是被提出的差异来源之一,但情况尚无定论。一篇关于年龄差异的综述发现,一些研究——尤其是聚焦老年人的研究——报告了褪黑素抑制、昼夜节律相位偏移和瞳孔对光反射方面的差异,而另一些研究则没有发现差异[2]。在出现差异的地方,研究者怀疑瞳孔收缩和晶状体混浊是促成因素;在没有差异的地方,则有人提出补偿机制[2]。该综述还指出,儿童可能对光特别敏感,但不同年龄组之间的比较仍然有限[2]。这些是假说,而非已有定论的解釋。
β受体阻滞剂增加了什么——以及为什么答案仍基本悬而未决
β受体阻滞剂是一类减弱神经系统部分信号的药物,而这里唯一一项将其与光照结合的研究是在临床背景下进行的:冬季抑郁。该研究报告了清晨给予短效β受体阻滞剂作为治疗手段,并描述了光照疗法下褪黑素和睡眠的相位偏移[5]。这是对一种干预及其观察到的时序变化的报告,而不是对β受体阻滞剂如何改变光致相位偏移幅度或褪黑素抑制量的对照测试。
其他关于光非视觉效应的研究根本没有测试β受体阻滞剂,因此无法说明该药是否会改变波长敏感性、脉冲与连续光照之间的取舍,或上文描述过的个体差异[1][3][4]。这个联合问题——阻断β肾上腺素能信号是否会改变给定光照暴露拨动生物钟或抑制褪黑素的程度——在现有证据中基本上尚未被测量。可以确定的是,等式中的光照一侧已被较好地刻画,并且高度依赖时机、波长、持续时间和个人,因此未来任何β受体阻滞剂测试都需要控制这些因素,才有可能检测到药物效应[3][4]。
本文引用的文献
间歇光照暴露对昼夜节律相位重置、褪黑素抑制和急性提神效应的光谱敏感性
间歇光脉冲按每分钟计算在相位延迟上比连续光照更高效,而褪黑素抑制在连续暴露下更强,且460纳米光比555纳米光更强。
光非视觉效应年龄差异综述:从儿童到老年人的褪黑素抑制、昼夜节律相位偏移和瞳孔对光反射
一些研究报告了褪黑素抑制、昼夜节律相位偏移和瞳孔对光反射的年龄相关差异,另一些则没有发现差异;瞳孔收缩、晶状体混浊和可能的补偿被提出来作为解释。
人类昼夜节律相位重置和褪黑素抑制对光的光谱敏感性随光照持续时间动态变化
在6.5小时光照暴露过程中,驱动褪黑素抑制和昼夜节律重置的波长向黑视蛋白主导方向移动,提示早期有视锥细胞贡献,随后是持续的黑视蛋白贡献。
与光照褪黑素抑制反应差异相关的因素:一篇叙述性综述
光致褪黑素抑制的个体间差异与人口学、环境、健康和遗传特征相关,不过对许多因素的研究仍然有限。
冬季抑郁中的褪黑素
清晨短效β受体阻滞剂与光照疗法一起被用作冬季抑郁的治疗,并报告了褪黑素和睡眠的相位偏移。
