ECAM 以证据为基础的补充和替代医学 1741 - 4288 1741 - 427 x Hindawi出版公司 810876年 10.1155 / 2013/810876 810876年 研究文章 彩色光影响心肺协调 http://orcid.org/0000 - 0001 - 7900 - 188 x Edelhauser 弗里德里希 1、2、3、4 在野阵营 弗洛里安 1 Kleinrath 乌尔里希 4 Luhr Birgit 4 马修森 彼得·F。 3 http://orcid.org/0000 - 0002 - 1357 - 0112 Weinzirl 约翰内斯 2、3 http://orcid.org/0000 - 0001 - 8303 - 0261 Cysarz 德克 1、2、3 Litscher 格哈德 1 人智学医学综合课程 威滕/ Herdecke大学 58313年Herdecke 德国 uni-wh.de 2 椅子的医学理论,综合和人智学医学 威滕大学/ Herdecke 58313 Herdecke 德国 uni-wh.de 3 结合医学研究所 威滕大学/ Herdecke 58313 Herdecke 德国 uni-wh.de 4 Gemeinschaftskrankenhaus Herdecke 58313 Herdecke 德国 emeinschaftskrankenhaus.de 2013年 31日 12 2013年 2013年 26 09年 2013年 10 12 2013年 10 12 2013年 2013年 版权©2013弗里德里希·Edelhauser et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

背景。曝光可以影响不同的生理功能,例如,视交叉上核(SCN)。通过影响自主神经系统,视交叉上核可能影响心率变异性(HRV)。标准化的颜色改变曝光HRV但结果不一致。在这项研究中,我们调查的影响,列举了红灯(约。640海里)和蓝色(约。光(约480海里)。50 lx)在心肺和HRV的协调。<我talic> 方法。17名健康受试者(7男性,年龄:26.5±6.2年)受到以下序列(10分钟):daylight-red light-daylight-blue light-daylight。红色和蓝色灯是由日光通过彩色玻璃窗格。光谱的HRV指标(低频:低频、高频:高频振荡,和sympathovagal平衡低频/高频)和心肺的措施协调(嗯:心脏呼吸比PCR:阶段协调比例)进行了分析。<我talic> 结果。后的低频分量和高频增加分量减少红光。因此,低频/高频增加后红灯。此外,在红光嗯和PCR仅限于4:1,也就是说,4一个呼吸周期期间心跳。<我talic> 结论。列举了红色和蓝色灯都能改变自主控制反映在HRV以及心肺协调。

1。介绍

在正常视野,光是被视杆细胞和视锥细胞。这种方式生物钟位于视交叉上核(SCN)每天都携入的 1, 2]。因此,光影响许多其他功能协调的生物钟。除了这种影响所谓的形象形成视觉系统存在的内在光敏视网膜神经节细胞(ipRGCs)最近被发现 3]。它们形成一个非成象形成视觉系统;也就是说,光刺激是不习惯形成图像。在光刺激ipRGCs显示synaptically驱动反应(视杆细胞和视锥细胞由输入)和自主响应(这是基于光色素黑视素)( 4]。ipRGCs更敏感的短波长光(蓝色)比长波长光(红色)( 5]。他们还计划在视交叉上核( 6, 7]。因此,图像形成和非成象形成视觉系统影响视交叉上核的反应。

随着SCN影响自主神经系统(ANS) [ 8, 9)不同的视觉刺激(例如,不同颜色)可能改变俺们不同。这样的改变可能是量化利用心率变异性(HRV)分析。例如,在健康受试者心率呼吸引起的调制由副交感神经活动(呼吸性窦性心律不齐,RSA) [ 10]。这种调节的程度可能分析使用光谱分析( 11]。在一般情况下,高频振荡的心率与副交感神经活动的调节和低频振荡是由于交感神经和副交感神经活动的调节。可能如果心肺交互获得额外的信息进行了分析。它已经表明,心跳和呼吸的振荡可能间歇性地同步( 12, 13]。夜间睡眠时心率和呼吸给最有可能4:1-synchronization;4,心跳发生在固定的时间在每一个呼吸周期( 14- - - - - - 17]。

最近试图捕捉变化引起的心血管控制彩色光异构。明亮的光线(≥5000 lx)敏锐地增加健康受试者的平均心率蓝光是最有效的( 18]。与生理黄疸新生儿光疗增加心率和呼吸速率下降期间主动睡眠相比主动睡眠没有光疗[ 19]。在健康受试者视觉刺激不同的颜色没有改变平均心率但HRV的变化引起的。在接触绿色或红色的光线(700 lx)非常低振幅增加而在蓝光这些振荡减少相比,黑暗( 20.]。另一项研究表明,在暴露于红色或蓝色昏暗的灯光(照度低于1勒克斯)HRV的低频振荡增加健康受试者焦虑和抑郁的症状( 21]。这些研究表明,每种颜色刺激可能改变心血管调节不同。

本研究的目的是调查期间同时影响HRV的接触红色或蓝色的灯光,呼吸速率和心肺健康受试者的协调。我们使用了一个“自然环境”,由彩色玻璃窗格的窗口被日光。这样的水平照度很低(30到100 lx)而不是标准化的。

2。方法 2.1。主题

20名健康受试者参与研究(10女性,平均年龄:27±6年)。所有的科目有心血管疾病史,尤其是,也不次于高血压或抗心律失常的治疗。所有的患者有任何光线疗法的经验。三个男性受试者被排除在研究之外,因为他们故意改变了他们的呼吸。因此,这些学科不仅集中在不同的视觉刺激,还在呼吸。所有的受试者都给了他们的书面知情同意。这项研究是大学的伦理委员会批准的威滕/ Herdecke。

2.2。协议

受试者舒舒服服地坐在扶手椅上约。1.5米的窗户。窗口的大小是匹配的彩色玻璃窗格的大小(约。0.6米×1.1米)和黑色不透明的窗帘。红色和蓝色玻璃窗格用于生成两个不同的颜色刺激。(红色的面板是由黄金,蓝色的彩色面板中添加氧化亚铁。他们生产的吕西安Turci和玛丽安·奥特梅尔Lichtblick汽车集团。德国勒拉赫市)。每个玻璃面板安装在站在卷允许快速变化的视觉刺激。在色觉黑色不透明的窗帘被放置,这样光线是唯一的视觉刺激。每个主题被暴露在下列顺序的视觉刺激(照度等级:30 - 100 lx): (1) daylight-red ligh-daylight-blue light-daylight

每个刺激的持续时间是10分钟(总时间:50分钟)。为了减少偏见引起的HRV的昼夜变化 22)过程进行了10点和下午1点之间。

2.3。数据采集

一个1通道霍尔特心电图(ECG)和呼吸道跟踪(鼻/口腔气流被热电偶)记录在每个会话(奥地利格拉茨Medikorder MK2型、席勒工程)。心电图的设备的采样率是3000 Hz,因此,《纽约时报》的设备内部R-peak检测精度< 1毫秒。为了减少内存消耗,心电图是保存在一个采样率为250 Hz和鼻腔气流得救了采样率为100 Hz。将心电图后,气流的跟踪和时间R-peaks个人电脑,心电图,乘以R-peaks被检查视力。对于文物的相关R-peaks纠正在必要时(例如,通过消除工件或纠正的时候R-peak)。不到0.01%的R-peaks确定的设备必须纠正。

气流跟踪分析如下。吸气发作被定义为局部最小值的变化造成的气流,因为他们从呼气热空气(温暖是呼吸道),吸入空气的温度环境。《纽约时报》的自动识别吸气发作也检查视力。再次,以防工件的吸气发作的时间改正。

R-peaks的目视检查,随后HRV分析(见部分 2.4)和气流的分析跟踪进行了使用自定义编写的程序与Matlab (Mathworks纳蒂克,妈,美国)。

2.4。心率变异性

之间的间隔normal-to-normal连续R-peaks (RR-interval系列)作为计算的基础。为了避免影响之间的转换不同的视觉刺激只有5分钟的时代中每个视觉刺激进行了分析。均值normal-to-normal间隔以及随之而来的标准差(SDNN)时域计算的基本参数。在频域中,的程度非常低,低和高频率振荡的心率变异(甚低频:≤0.04赫兹,低频:0.04 -0.15赫兹,和高频:0.15 - -0.4 Hz)和比低频/高频计算使用快速傅里叶变换( 11]。除了光谱的HRV指标我们也量化自相似性的心率时间序列使用去趋势波动分析(DFA) [ 23, 24]。

2.5。心和肺的协调

呼吸速率均值和标准差计算。是由两种不同的方法量化心肺协调。(a)的比值心率和呼吸率(嗯,心脏呼吸比率)作为一个简单的指标间歇心肺协调( 25]。(b)此外,”阶段协调比率”(PCR) ( 14, 26)计算,因为它也考虑了时间的协调更详细地心跳和呼吸。这种方法是有利的而为例,分析心肺同步使用所谓的synchrograms [ 12),因为它能够探测短和间歇时代心肺协调(协调后能被探测到的只有两个连续呼吸周期)( 14),而synchrograms需要长时期的分析检测心肺同步( 13, 17]。

进行了如下分析。首先,RR-tachogram<我nline-formula> R R (<我nline-formula> = 1 , , N )被转化为一个符号序列象征心率(图的加速和减速 2): (2) 年代 = { 0 , 如果 R R - - - - - - R R - - - - - - 1 0 , 1 , 如果 R R - - - - - - R R - - - - - - 1 < 0

接下来,<我nline-formula> :<我nline-formula> n 协调的心跳和呼吸导致特定序列的0和1。例如,7:2-coordination(7心跳在2呼吸周期)是明确下面的二进制模式(图的特征 1):1001100。减少虚假检测心肺协调各自的模式必须出现,也至少有三个后续符号必须属于同一模式。以下7<我nline-formula> :<我nline-formula> n 比率的心肺功能协调包含相关信息的大部分地区:3:1,7:2、4:1,9:2、5:1,11:2和6:1 ( 14]。反映这些二进制模式<我nline-formula> :<我nline-formula> n 比表中列出 1。随后,PCR计算的加权平均数<我nline-formula> :<我nline-formula> n 比率: (3) 聚合酶链反应 = = 1 7 : n · N ( : n ) = 1 7 N ( : n ) 在这里,<我nline-formula> N ( : n ) 出现的次数是各自的吗<我nline-formula> :<我nline-formula> n 比率。量化心肺协调嗯和PCR计算每个视觉刺激的中产5分钟的时代。

用于分析不同的二进制模式<我nline-formula> :<我nline-formula> n 比率的心肺功能协调。

:<我nline-formula> n 二进制模式 互补二元模式
3:1 001001年 110110年
7:2 0010011 1101100
4:1 00110011 11001100
9:2 000110011 111001100
5:1 0001100011 1110011100
11:2 00011000111 11100111000
6:1 000111000111 111000111000

短的心电图记录和呼吸道跟踪(虚线)。加速度的符号表示编码(1)和减速(0)的瞬时心率呼吸性窦性心律不齐的结果,也就是说,心率,呼吸的调制。二进制符号的序列可用于检测心肺协调。在这个例子中,心肺协调比例的7:2(2 7心跳呼吸周期)将被检测到。

的例子RR-interval系列、II-interval系列,和心脏呼吸比率(嗯)的一个主题。视觉刺激的顺序每个图所示。

2.6。统计数据

本探索性试验研究的目的是评估影响HRV的红色和蓝色的视觉刺激和心肺协调。每5分钟时代被下面的量化参数:意味着RR-interval SDNN,甚低频,低频,高频,低频/高频,呼吸速率的平均值和标准偏差,嗯,PCR。连续的视觉刺激之间的转换的影响降到最低的5分钟时代中每个分析了视觉刺激。一种非参数方法和重复测量方差分析(弗里德曼测试)被用来量化差异的不同的视觉刺激。事后差异不同的视觉刺激是计算使用意味着等级和根据Bonferroni调整为多个比较。一个<我nline-formula> P < 0.05 被认为是具有统计学意义。

嗯的一个特定的功能是定心的比率4:1在夜间睡眠[ 17, 27]。我们分析心肺是否协调中心更严格的这4:1的比例在接触彩色光。嗯对的定心4:在颜色光被定义为1 (4) 人力资源 R 大调的 _ 上校 - - - - - - 人力资源 R 性能试验 _ 上校 > 0 , 如果 人力资源 R 性能试验 _ 上校 < 4 : 1 , 人力资源 R 大调的 _ 上校 - - - - - - 人力资源 R 性能试验 _ 上校 < 0 , 如果 人力资源 R 性能试验 _ 上校 > 4 : 1

此外,偏差越大嗯颜色刺激(前<我nline-formula> 人力资源 R 性能试验 _ 上校 )4:1的比例越大,相应的差异实现集中(或约束)对4:1在颜色刺激(<我nline-formula> 人力资源 R 大调的 _ 上校 )。量化这一集中,我们策划<我nline-formula> 人力资源 R 性能试验 _ 上校 与(<我nline-formula> 人力资源 R 大调的 _ 上校 - - - - - - 人力资源 R 性能试验 _ 上校 )。根据定义,定心是负相关的图所示。因此,我们计算皮尔逊相关系数<我nline-formula> r 和它的伴随<我nline-formula> P 价值。虚假的相关性引起的异常值检测如下:计算相关系数也省略的最小和最大的区别<我nline-formula> 人力资源 R 大调的 _ 上校 - - - - - - 人力资源 R 性能试验 _ 上校 。只有在相关被认为是显著的<我nline-formula> P 价值的相关性(原始,没有异常值)<我nline-formula> P < 0.05 。PCR的定心向4:1的比例是类似地分析。

3所示。结果

一个完整的例子RR-interval系列、II-interval系列,和心脏呼吸率(嗯)如图 2。注意,每个视觉刺激的中间5分钟时代进行了分析。的水平照度约。50 lx在彩色光。RR-interval平均是1002 ms(即。,大约。每分钟60次)一开始并没有改变在一系列不同的视觉刺激(见表 2)。SDNN作为衡量整个过程在时域是常数(73毫秒)。在频域中低频、高频和低频/高频显示变化对视觉刺激的顺序,而变化的甚低频略高于水平的意义(<我nline-formula> P = 0.0526 )。在白天低频低初相比,日光在中间(6.84 ln女士2和7.31 ln女士2,<我nline-formula> P < 0.05 )和日光(6.84 ln女士2和7.39 ln女士2,<我nline-formula> P < 0.05 )。此外,如果还在红光比白天低结束时(6.94 ln女士2和7.39 ln女士2,<我nline-formula> P < 0.05 )。相反,高频只是在白天高初相比,日光在中间(7.33 ln女士2和7.02 ln女士2,<我nline-formula> P < 0.05 )。在白天低频/高频低初相比,日光在中间(−0.24和0.47;<我nline-formula> P < 0.01 )和白天相比(−0.23和0.64,<我nline-formula> P < 0.01 )。对心率变化的分形特性的自相似性参数<我nline-formula> α 在白天也降低初相比,日光在中间,蓝光和日光结束时(0.80和1.03,<我nline-formula> P < 0.01 ;0.80和1.06,<我nline-formula> P < 0.05 和0.80和1.08,<我nline-formula> P < 0.01 )。

HRV和心肺协调的结果。所有值都意味着±SD。

日光 红灯 日光 蓝色的光 日光
RR-interval(女士) 1002年 ± 149年 999年 ± 132年 992年 ± 123年 995年 ± 1113年 986年 ± 108年
SDNN(女士) 73年 ± 31日 74年 ± 33 79年 ± 35 78年 ± 33 83年 ± 28
甚低频(ln女士2) 6.61 ± 0.75 6.88 ± 0.75 6.99 ± 0.83 7.31 ± 0.75 7.51 ± 0.75
低频(ln女士2)<我nline-formula> §§ 6.84 * , # ± 0.88 6.94 * ± 0.98 7.31 ± 1.07 7.18 ± 0.99 7.39 ± 0.77
高频(ln女士2)<我nline-formula> § 7.33 # ± 1.00 7.10 ± 1.00 7.02 ± 1.03 6.91 ± 1.23 6.86 ± 1.06
ln (LF / HF)<我nline-formula> §§§ - - - - - - 0.24 * * , # # ± 0.93 0.12 ± 0.87 0.47 ± 0.91 0.39 ± 0.74 0.64 ± 0.81
α §§ 0.80 * * , # # , 美元 ± 0.19 0.94 ± 0.22 1.03 ± 0.23 1.06 ± 0.24 1.08 ± 0.19
分别地。率(分钟−1) 15.5 ± 2.0 15.6 ± 2.0 15.8 ± 2.0 16.4 ± 2.1 16.2 ± 2.8
SD(分别地。率)(分钟−1) 2.3 ± 0.9 2.4 ± 1。0 3所示。0 ± 0.9 3所示。0 ± 1。2 2.9 ± 1。8
4.1 ± 1。2 4.2 ± 1。1 4.2 ± 1。2 4.0 ± 1。2 4.2 ± 1。3
聚合酶链反应 4.1 ± 1。1 4.2 ± 1。1 4.1 ± 1。2 4.0 ± 1。1 4.0 ± 1。1

§ P < 0.05 ,<我nline-formula> §§ P < 0.01 ,<我nline-formula> §§§ P < 0.001 ;<我nline-formula> * P < 0.05 与日光(结束);<我nline-formula> * * P < 0.01 与日光(结束);<我nline-formula> # P < 0.05 与日光(中间);<我nline-formula> # # P < 0.01 与日光(中间);<我nline-formula> 美元 P < 0.05 和蓝色的光。

平均每分钟呼吸速率为5.5到16.4周期(cpm)。呼吸速率的标准差范围从2.3到3.0 cpm。这两个参数没有改变在一系列不同的视觉刺激。平均:<我nline-formula> n 心肺功能协调的比例量化嗯和PCR也没有改变。他们都是接近4中不同的视觉刺激。

定心(或约束)的心肺功能协调关于4:1的比例如下。在红灯期间发现了一个清晰的线性关系在定心图中所表示的相关系数<我nline-formula> r (见图 3(一个) 3 (c);嗯:<我nline-formula> r = - - - - - - 0.72 ,<我nline-formula> P < 0.01 ;聚合酶链反应:<我nline-formula> r = - - - - - - 0.68 ,<我nline-formula> P < 0.01 )。因此,在白天偏离越大4之前的颜色刺激差异越大<我nline-formula> 人力资源 R 大调的 _ 上校 - - - - - - 人力资源 R 性能试验 _ 上校 实现集中在颜色光刺激(监禁)。嗯的定心导致窄分布的标准差(PCR)嗯(PCR)红灯期间也较低(见表 1)。注意,定心不影响平均嗯(PCR)。在蓝光嗯和PCR没有中心(数据 3 (b) 3 (d);嗯:<我nline-formula> r = - - - - - - 0.35 ,n。聚合酶链反应:<我nline-formula> r = - - - - - - 0.64 、n)。注意,相对较大的相关系数图 3 (d)是由异常引起的(相关系数没有例外:<我nline-formula> r = - - - - - - 0.44 ,<我nline-formula> P = 0.10 )。我们也检查了定心图对于所有其他视觉刺激的组合。这些定心图显示显著负相关,也就是说,定心向4:1的比例。

分析心肺的定心协调对4:1在暴露于红色和蓝色灯。(一),(c)在红灯期间显著负相关系数<我nline-formula> r 嗯,PCR表明定心对4:1。(b)、(d)在蓝光定心不发生;也就是说,相关性不显著。注意,在图(d)的高相关性<我nline-formula> r 是不合逻辑地异常造成的右下角图的一部分。虚线显示平均<我nline-formula> 性能试验 _ 上校 (和<我nline-formula> 聚合酶链反应 性能试验 _ 上校 ),平均<我nline-formula> 大调的 _ 上校 - - - - - - 性能试验 _ 上校 (和<我nline-formula> 聚合酶链反应 大调的 _ 上校 - - - - - - 聚合酶链反应 性能试验 _ 上校 ),分别。

4所示。讨论

红色和蓝色光的视觉刺激没有标准化的照度不改变整个过程平均心率和呼吸率。总之,低频振荡过程中增加,而高频振荡在第一部分的过程有所下降。低频/高频显示更详细的结果:这个参数在暴露于日光下只会增加。,红色和蓝色灯并没有改变低频/高频,而白天在中间和日光。自相似性参数<我nline-formula> α 最后在白天增加日光开始。此外,在红灯嗯表达的心肺功能协调和PCR集中(限制)对4:1(4心跳在一个呼吸周期)。嗯和PCR是接近4:1在红光比在白天开始。蓝光对心肺协调没有任何影响。

最近的研究显示清晰的视觉刺激对心率和HRV的影响。健康受试者暴露于强光(> 5000 lx)显示平均心率的增加( 18]。作者认为心率的增加可能是主要依赖于俺们的光致交感神经活动增加。在另一项研究中,HRV在接触改变彩色光10分钟,而平均心率没有改变( 20.]。甚低频振荡期间增加红色和绿色灯,而他们在蓝光有所下降。颜色刺激HRV后直接返回值,观察颜色刺激之前。甚低频组件的起源仍然是一个有争议的问题( 11, 28]。一些作者认为,非常低的频率变化的迷走神经的压力反射敏感性和HRV的非常低的频率变化,是由于迷走神经的调节( 29日]。因此,甚低频组件的变化可以谨慎地解释的迷走神经活动的变化。低频振荡并没有改变和高频振荡在绿灯有所下降。因此,迷走神经活动在绿灯有所下降。这些结果仅在视觉刺激与标准化的照度水平(700 lx)。视觉刺激与昏暗的灯光(1 lx)也导致改变俺们的 21]。然而,这些视觉刺激后的结果。心率减少视觉刺激后昏暗的红色,蓝色,和绿色灯与基线相比。低频振荡后增加红色和蓝色的灯光,而高频红灯后下降。因此,sympathovagal平衡低频/高频红灯后下降。

在目前的研究中我们发现增加低频振荡和减少视觉刺激后的高频振荡与红光。增加交感神经振荡,而副交感神经振荡红灯后下降。因此,低频/高频增加。这些发现符合上述发现崔et al。 21]。此外,我们发现增加的自相似性参数<我nline-formula> α 红灯后刺激。增加与整体谱密度的变化<我nline-formula> α 反映了<我nline-formula> 1 / f β 衰变的光谱。在这种特殊情况下,更多的权力转移到较低的频率后红灯刺激。与之前的研究结果,我们没有发现任何变更的平均RR-interval,也就是说,平均心率、光刺激引起的颜色。的差异在谢弗描述的颜色光刺激和Kratky [ 20.)也没有被证实。

对研究结果的差异由谢弗和Kratky可能造成不同程度的照度(700 lx和30至100 lx)。甚至低照度水平可能影响俺们因为非成象的ipRCGs形成视觉系统甚至回应一些光子( 30.),因此,也会影响视交叉上核和俺们。ipRCGs synaptically介导反应的低光刺激引起的( 4)支持了这一观点。

唯一同时在颜色的曝光效果是心肺的定心协调对4:1在红灯表示嗯和PCR。注意,嗯是一个简单的心肺的协调( 25),而PCR更为严格的关于心跳和呼吸的时间协调 14]。因此,在红灯期间协调调整,4:1的比例出现了。这种协调已观察到在健康受试者在安静的休息( 12, 13)以及在夜间睡眠( 17, 27, 31日]。这种协调的出现表明一个有机体的放松和恢复的过程。我们注意到这种放松是不同的,例如,增加高频振荡的HRV作为迷走神经活动增加的指标( 32]。

关于限制我们注意,特别是蓝光的影响可能被前面的红灯刺激抱愧蒙羞。ipRGCs在视觉刺激的反应比传统RGC[持续 4]。因此,延续效应可能是蓝色的光刺激的结果负责。随机平衡设计的一系列彩色光刺激也可能揭示特定的蓝光对HRV的影响或心肺协调。理想情况下,每一种颜色的刺激应该调查分别以避免延续效应。低频振荡的增加和减少高频振荡过程可以避免更多的时间如果可以开始前的适应过程。然而,较长的适应期也可能导致增加疲劳引起的低水平的警觉性适应时期。

总之,暴露在红灯显示心肺的定心协调对4:1。此外,红色和蓝色灯HRV表达的改变自主神经功能。这些结果可能导致理由彩色光的应用程序作为治疗手段应用于人智学艺术疗法。生理机制导致这些改变需要探索。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本研究是Software AG的赠款支持Stiftung,达姆施塔特,德国(Dirk Cysarz,彼得·f·马修森)。生产支持的有色眼镜也是Software AG Stiftung。

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