基于昼夜节律调节的病房照明设计策略研究

　　摘 要：分析了照明对于患者昼夜节律调节的重要作用，尝试从提高房间表面反射率、优化LED照明等方面提出基于昼夜节律调节的医院病房照明设计策略。

　　病房作为医院建筑中一种较为普遍的空间，是为患者提供检查、治疗、住宿的场所。住院患者基本上每天24h 身在病房之中，而医护人员因为轮班也会在夜班查房。已有研究表明，病房照明对患者和医护人员的昼夜节律调节有显著影响，在病房的设计中应给予重点考虑。

　　一、照明对昼夜节律调节的影响

　　（ 一）昼夜节律的定义

　　昼夜节律（circadian rhythm）是指生命活动以 24h 左右为周期的变动。地球上所有活生物体都具有昼夜节律，这些昼夜节律是每天重复的生物周期，并受到环境信号的调节或带动。

人类睡眠和清醒状态受暴露于光明和黑暗的时间长短的影响。每天的明暗循环影响着人的行为和生理节律变化。研究发现，这些变化是由生物钟控制的，对于人类来说，生物钟位于两个大脑上方区域，称为视交叉上核。昼夜明暗交替循环可以确保白天警觉性达到高峰，而夜间则可以巩固睡眠。通常，人类在失眠或睡眠障碍中会产生疲劳，缺乏机敏性或机能，可以使用人工照明将昼夜节律重新调整为人类所需的睡眠和唤醒时间[1]。

　　（ 二）影响昼夜节律调节的照明因素

　　在影响昼夜节律调节的照明因素中，包含“静态”因素和“非静态”因素。“静态”因素是指光谱功率分布（SPD）和角膜照度，这两者通常由照明设计师决定；“非静态”因素包括时间、持续时间以及曝光历史等，通常由受光者决定[2]。

　　LED 光谱优化旨在常规照明要求的约束下，可有效提高生物钟的可调范围等。角膜照度作为昼夜节律的重要影响因素已经得到研究者的广泛认同，可分为两部分：一是直接角膜照度，这是由光源直接到达眼睛的光造成的；二是间接角膜照度，这是由房间表面相互反射的光引起的。对于人工照明来说，提高直接角膜照度，意味着提高光源发出的光通量，容易引起眩光；所以，通常认为提高间接角膜照度对调节人类的昼夜节律非常重要。

　　（ 三）现有照明条件对患者昼夜节律的影响

　　患者尤其是ICU 中的患者长期处于病房当中，对光照的需求很高。当自然光无法满足照度要求时，通常会以人工照明加以辅助。典型的医院照明富含蓝光，当患者在夜间暴露在强光环境中时，会抑制褪黑激素（夜间黑暗期间产生的“促睡眠激素”）产生，降低睡眠质量；同时，增加皮质醇激素（通常称为“压力激素”），破坏患者的昼夜节律[3]。因为病房光环境长期得不到改善，节律紊乱带来生物钟相位移动，进而影响患者的摄食、躯体活动、睡眠和觉醒等行为；甚至连学习与记忆能力、情绪等也有明显的昼夜节律波动。

　　（ 四）有利于患者昼夜节律调节的光环境

　　相对于传统的建筑照明设计主要关注可见性问题，如减少眩光和阴影、显色性、安全性和美观性等，基于昼夜节律调节进行照明设计时，会涉及更多不同的照明设计目标，因此，其度量标准也不同于照明设计师当前使用的度量标准。在指定昼夜节律照明时，重要的是要考虑角膜照度、光谱、光色、光照照射的时间和持续时间以及先前接受的曝光量[2,5]。

　　研究表明， 在4000K CCT（ 相关色温） 和 CRI ≥ 80 的条件下，即使采用先进的LED 光谱优化，实现昼夜节律调节目标。

　　二、基于昼夜节律调节的病房照明设计策略

　　（ 一）提高间接角膜照度

　　提高间接角膜照度的一种实用且有效的方法是提高房间表面的反射率。已有研究者通过照明软件模拟分析表明：当房间表面采用高反射率材质时，将初始光通量投向天花板，光线在房间内部表面多次反射，最后到达眼睛的角膜照度十分高。与其他增加间接角膜照度的方法相比，提高房间表面反射率的方法具有明显的优势，因为后者与间接角膜照度增加了具有超线性相关性，而且仅改善间接角膜照度，有助于避免眩光；同时实现房间内部照度均匀分布。

　　高反射率材质一般会采用浅色材质，对于病房而言，天花板吊顶可以采用石膏，墙面可以采用白色乳胶漆，地面可以采用浅色调和漆。如此不仅提高了病房中患者和医护人员的角膜照度，调节昼夜节律，还能够创造温馨舒适的工作休养氛围。

　　（ 二）优化病房LED 照明

　　传统病房照明大多使用荧光灯，而随着科技进步，LED 取代荧光灯将成为趋势。由于LED 光源相对于荧光灯具有亮度色温可调的特点，全球各大灯具厂商已经研制出遵循自然光变化规律的24 小时明暗模式的昼夜节律光源。这类可调式LED 照明具有改变光强、光谱和光色的功能。灯光的场景和模式设计考虑了光生物效应，通过提供可控的光质量来影响人的生理和行为能力，其中，光源光谱的变化能最大限度地满足患者对昼夜节律调整的需求；而良好的光色有利于医护人员进行临床检查。例如飞利浦照明公司设计研发的Healthwell 照明系统[3]，在明尼苏达大学共济会儿童医院儿科重症监护病房中应用了该系统。大约有10 盏LED 灯设置在天花板和墙壁的不同位置，系统会自动根据时间和房间内人数来调整明暗，而患者和医护人员也可以通过控制面板来手动调整房间的光照。这套可智能调节的LED 照明系统对长时间住院的ICU 患者助益良多。在墙上的LED 灯还能变换出不同颜色，如粉红色、绿色和蓝色，患童可以通过控制面板来改变颜色，分散他们注意力同时可减轻疼痛。由于现有各国照明标准并未就灯具的放置安装提供具体建议，所以LED 照明在病房照明设计中有很大的发挥空间。

　　三、结束语

　　病房照明与病房使用者的昼夜节律活动关系密切。如何在病房照明设计中合理、高效地利用人工照明从而促进患者和医护人员的昼夜节律改善是值得深入研究的课题。了解病房的功能、了解患者和医护人员对照明的需求和期望对于实现昼夜节律调节的照明设计至关重要。