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第3章 健康なくらしに寄与する光 2 光の治療的応用―光による生体リズム調節―

滋賀医科大学医学部睡眠学講座教授 大川 匡子

2-1 はじめに

 もともとヒトは昼行性の哺乳類であり、日の出とともに起床して、日中活動し、日が沈むと休息をとるという生活が生物としての本来の姿である。ヒトの生体リズムは24時間より長い周期を持っているが、脳にある生物時計がこの周期を外界の24時間の環境変化に同調させる働きをしている。外界の24時間の環境変化とは、主に昼夜の明暗環境の変化で、目から入った光信号は生物時計へ伝達され、昼間の明るい環境および夜間の暗い環境が正常な睡眠・覚醒リズムを保つ上で必須の条件となっている。
 ところがこの1世紀の間に、電気が使われ始め、現代人は夜遅くまで強い照明を浴び、また交代勤務や時差勤務体制の増加に伴い、夜に活動して昼間に眠るなど自然の昼夜とは異なった明暗サイクルで生活する機会も増えた。このようなライフスタイルの変化が生物時計(Biological Clock)の機能不全の引き金となり、生体リズム障害を引き起こす。代表的な病気がいわゆる「概日リズム睡眠障害(Circadian Rhythm Sleep Disorders)」である。

2-2 眠りの進化

 生物の進化に伴って、眠りも体を休ませる「休息」から、脳を休ませる「睡眠」へと進化している。昆虫などの無脊椎動物は眠っているというより、体を動かさないでただ休息している状態は見受けられる。魚類は大脳が小さく、脳波を測定できないので、定義上は眠っていると言えないが、ヒレを体にぴったりとつけてじっと動かずにいるなど特定の睡眠姿勢をとるものが多いことから、睡眠に近い状態と考えられる。爬虫類・両生類は脳波を測定できるが、活動期と休息期の脳波にほとんど変化がみられないことから、脳波のパターンによって睡眠を定義できないが、睡眠の原形の状態と考えられる。鳥類・哺乳類では脳の発達に伴い、脳波に明らかな変化がみられ、ノンレム睡眠とレム睡眠に分化し、真睡眠に分類される。鳥類はレム睡眠時に必ずしも急速眼球運動はみられず、レム睡眠時も目を閉じて眠らないこともある。多くの鳥はノンレム睡眠時に泳いだり、飛び続けたりといった単純な運動が可能である。
 哺乳類で食物連鎖の最下位に位置するネズミは、身の安全を守るため昼間に眠り、夜間に活動する、といった多くの動物とは逆転した生活をしている。1日の総睡眠時間は13時間にのぼるが、まとまった睡眠はとらず、小刻みに眠る。食物連鎖の上位に位置する百獣の王ライオンは1日14~16時間、無防備な姿勢でまとまった睡眠をとる。アフリカゾウはその巨体から天敵は人間くらいしかいないのに、1日3~4時間くらいしか眠らない。ゾウは草食動物であり、その巨体を維持するために多くの草を食べ続けないといけないからである。同様に草食性のウシも1日3時間くらいしか眠らず、うとうとした状態で反芻することができる(表1)。

表1 動物の種による睡眠時間

 これに対し、ヒトは今でこそ夜にも活動できるが、人間は本来、昼行性の動物である。夜には目も良く見えず、えさも取れず、収穫もできないので、その期間に体を休め、睡眠に充てていたという生物学的背景があるのであろう。

2-3 睡眠のメカニズム

図1 生物時計
図1 生物時計
図2 メラトニン分泌と光の制御
図2 メラトニン分泌と光の制御

 人の生体リズムは多くの動物と同じように生物時計によって駆動され、約25時間の周期(概日リズム)で活動と休息のリズム信号を出しているが、地球の自転により24時間周期で変化する外部環境とは約1時間のズレが生じる。生物時計はこのズレを修正し、概日リズムを24時間の環境変化に同調させる機能も持つ。通常、起床直後に太陽光が目から入ると、その光信号は視交差上核(suprachiasmatic nucleus:SCN)、上頚神経節を経由して、松果体にたどり着く。すると、食事で摂取して血液中にあるトリプトファンというアミノ酸が分解されてセロトニンが産生され、メラトニンがつくられる。このとき、N-acetyltransferaseという酵素が活性化されてはじめてメラトニンが生合成されるのであるが、N-acetyltransferaseは光があると活性が抑えられ、この代謝が行われないようになっている。したがって、外界が暗くなったときに、N-acetyltransferaseが活性化されて、メラトニンができるのである(図1、図2)。
 こうして生物時計によってリセットされた時刻から10~12時間は代謝が高められ、血圧・体温も高めに保持され、覚醒して活動するのに適した状態になる。これが朝の光を浴びてから13時間くらい経過すると、松果体からメラトニンの分泌が始まり、手足の末端からの放熱も盛んになる。こうした放熱により深部体温が低下してくると、1~2時間のうちに自然な眠気が出現する。つまり、太陽光に対する生物時計のリセット機能により、朝起床して太陽光を最初に浴びた時刻に応じて夜に眠気が出現し、自然に眠くなる時刻が決定されるのである。朝の起床時に充分な太陽光を浴びなかったり、暗い部屋で昼過ぎまで眠っていると、こうした概日リズムのリセットが適切に行われず、その日の入眠時刻が遅くなる。一方、夕方から夜の時間帯に強い光を浴びると、昼の時間が延長することになり、休息への準備が遅れ、結果的に入眠時刻が遅れることになる。

2-4 概日リズム睡眠障害

 概日リズム睡眠障害には、夜勤や時差の大きい地域への飛行などによる外因性の急性症候群(交代勤務と時差症候型)と、生物時計あるいはその同調機構の障害によって睡眠スケジュールを望ましい時間帯に合わせることが困難な内因性の慢性症候群(睡眠相後退型、事由継続型、睡眠相前進方、不規則睡眠覚醒型)がある。

図3 概日リズム睡眠障害
図3 概日リズム睡眠障害

(1)時差型、交代勤務型(Jet Lag Type、Shift Work Type)

 時差のある地域にジェット機で短時間に移動すると、到着後に睡眠・覚醒障害、頭痛、消化器の不調、めまいなど心身の不調が出現する。これが時差ぼけあるいは時差症候型と呼ばれる状態である。原因として、かつては機内の閉鎖的環境による心理的影響や、空気の乾燥、長時間の座位、不規則な居眠りなどの影響が重視された。しかし、時差のない南北飛行ではこうした症状が起こらず、東向きと西向きでは症状の起こり方が異なることなどから、出発地の時刻に合っていた生物時計と到着地における睡眠・覚醒スケジュールがずれることにより起こることがわかってきた。
 実際にジェット機で時差帯域を飛行し現地に到着すると、われわれは到着地の時刻に合わせて生活しようとする。しかし、生物時計が作り出す概日リズムは、容易には変化しないため、しばらくは飛行前の日本のリズムを刻み続ける。このため、到着地の夜には、概日リズムの機能によりまだ身体が活動に適した状態にあり、睡眠をとろうと試みてもぐっすり眠れない。一方、到着地の昼は、日本から持ち越した概日リズムにより、身体が休息状態にあるため、活動中に眠気や疲労感が生じやすい。たとえば、ニューヨークと日本のように地球の表裏の位置関係にある地域への移動である場合、到着地の生活リズムに適応するのに10日~2週間はかかると言われている。
 交代勤務に関連した睡眠障害も同様の機序で生じると考えられている。

(2)睡眠相後退型(Delayed Sleep Phase Type)

 長い休暇で夜更かしをして遅くまで寝ている習慣がつくと、仕事を再開するとき朝なかなか目が覚めず、つらく感じる。これを我慢すると、通常は2~3日のうちに早くに寝つけるようになり、必要とされる時刻に起きられるようになるが、睡眠相後退型にはそれができない。患者は1)日中の行動や心理状態とかかわりなく朝方まで入眠できない、2)いったん入眠すると比較的安定した睡眠が得られ、遅い時刻まで起きられないが目覚めた際に不快感はない、3)長期間にわたり睡眠改善の努力をしてもうまくいかない、の3つの特徴がある。努力して無理に起床しても、午前中はぼんやりとした状態が続き、1~2日でもとの夜更かし・朝寝坊の生活に戻ってしまう。睡眠時間帯の遅れのために定刻に出勤・登校することが困難なため、社会生活に大きな支障を来たす。
 思春期から青年期に発症することが多く、夏休みなどの長い休暇中の昼夜逆転生活、受験勉強などが発症の誘因となる。臨床的にみても、睡眠相後退とともに、最低体温出現時刻やメラトニン分泌リズムが健常人に比べて遅れていることがわかっている。
 他に睡眠時間帯が毎日およそ1時間ずつ遅れていく自由継続型、睡眠時間帯が通常より極端に早まり修正できず、20時ごろには起きていることが困難となる睡眠相前進型、高齢者に多く、睡眠と覚醒の出現が昼夜を問わず不規則になる不規則睡眠・覚醒型がある。不規則睡眠・覚醒型については後で詳述する。

2-5 概日リズム睡眠障害と光療法

 先述した時差型の治療としては、高照度光を利用し、概日リズムが到着地の時刻に同調するのを促進させる方法がある。ヨーロッパへの西向き飛行後に速やかに生物時計を到着地時刻に合わせるには、到着地時刻での7時から15時の間(日本時刻の15時から23時)は、できるかぎり太陽光にあたるよう心がけて生物時計を遅らせるようにし、18時(日本時刻の2時)以降は、太陽光を避けることで概日リズムが早まるのを防ぐ。こうして概日リズムを遅らせるようにし、生物時計が持ち越している出発地時刻を速やかに到着地時刻に同調させる。アメリカへの東向き飛行後には、到着地時刻の7時から13時(日本時刻の24時から6時)までは、サングラスなどで太陽光を避け概日リズムが遅れるのを防ぎ、到着地の13時(日本時刻の早朝)以降はできるかぎり太陽光にあたり、概日リズムを早めるようにする。スポーツ選手が最高のコンディションで海外の大会に臨めるよう、スポーツ医学でもこれらのノウハウが取り入れられてきている。
 睡眠相後退型の治療法としても、光療法が有効である。

【症例1】50歳男性
 中学時代より夜更かしがちとなり朝起きるのが困難になった。高校、大学と通じ遅刻も多かった。卒業後、企業に就職したが26歳頃より夜の入眠時刻が極端に遅れ、努力しても戻せなくなった。午前4~5時まで眠れず、午後1~3時にならないと起床できないようになったため、35歳で辞職し学習塾を始め、午後4~9時まで中学生の学習指導を行っていた。49歳で治療を希望して来院した。睡眠薬、ビタミンB12の投与では、ともに効果はなかったため、高照度光療法(照度3,000ルクスの光療法器を9~11時頃の2時間照射)を開始したところ、夜1時に入眠し、朝8時に覚醒できるようになった(図4)。

睡眠相後退型の光療法
図4 睡眠相後退型の光療法

 この男性の光療法前後の睡眠と直腸温の変化を示したのが図5である。光療法前は昼の12時頃に最低体温が現れているのに対し、光療法後は朝の6時頃に変化してきているのがわかる。また、光療法前には体温の振幅が1度程度であったのが、1.5~1.8とかなり大きくなっているのがわかる。患者さん自身も「もやもやして、ぼんやりしていたのが、すごく体調が良くなった」と感想を述べている。直腸温だけでなく、メラトニンリズムにも変化が現れ、3,000ルクスの光を2日間照射するだけで、メラトニンリズムが前進した。したがって、この症例からもわかるように、光により睡眠相を含む生体リズムを変化させることが可能である。生体リズムの変化は、光を浴びる時間帯によっても異なり、夜に強い光を浴びると睡眠相は後退し、朝に光を浴びると睡眠相は前進する。

図5 光療法による睡眠と直腸温の変化
図5 光療法による睡眠と直腸温の変化
図6 携帯タイプの高照度光療法器
図6 携帯タイプの高照度光療法器

2-6 不規則睡眠・覚醒型(Irregular Sleep-Wake Type)

 高齢者は、加齢により生体リズムに障害を来たす。主な原因として、同調因子の変化があげられる。多くの高齢者は社会の第一線からは引退した状態であるため、外出の必要性が減り、光を浴びる機会も少なくなる(光同調因子の減弱)。対人交流も限られるので、日中の活動性が低下することで運動量も減少し、社会同調因子の低下が著しく、メリハリのない1日を過ごすことになる。さらに白内障や網膜・視神経も衰えてくるため、視覚機能が低下することも生体リズム障害の一因になると考えられる。視覚だけでなく、多くの感覚機能が低下していくために、同調因子が入ってきてもうまく受け取れないことも考えられる。
 図8は健康な高齢者、不眠の高齢者、光照射を行った後の高齢者のメラトニン血中濃度を比べた図である。不眠で悩む高齢者が一番低いが、光療法を行った後は、健康な高齢者よりも高くなった。また、別のデータで、健康な高齢者と認知症の高齢者のメラトニンの血中濃度を調べた研究結果(Mishima,1999)があり、これによると図8と同様、健康な高齢者はメラトニンのピークが午前0時に来るが、認知症の高齢者ではメラトニンの分泌リズムに振幅の幅があまりなく、どこがピークなのか定かではない。これは、メラトニンの分泌機能の低下というよりも受光量が減少していることがメラトニンの分泌低下の原因となり、高齢者の不眠を引き起こしている可能性を示唆するものである。したがって、高齢者の不眠対策としては、いきなり睡眠薬を投与するのではなく、生活習慣を見直し、光を浴びることから始めるのが望ましいといえる。

図7 一般男性と高齢者の生体リズムの比較
図7 一般男性と高齢者の生体リズムの比較

図8 高齢者のメラトニン血中濃度の比較
図8 高齢者のメラトニン血中濃度の比較 

 図9は多発脳梗塞性認知症の患者さんの睡眠図で、睡眠と覚醒が昼夜を問わず現れ、不規則睡眠・覚醒型を示している。

図9 不規則睡眠・覚醒リズム

【症例2】71歳男性
 50歳頃より高血圧のため治療を受けていた。65歳頃より物忘れがひどくなり、また夜間に不眠がみられるようになった。夜間不眠時に外出し、睡眠中の近所の人々を起こしたり、ゴミ箱に放火するような行為が目立つようになり、70歳時に精神科の老人病棟に入院した。入院後にも昼間に眠っていたり、夜間に起きて病棟内を大声を出して歩き回ったり、部屋の中で放尿するような行為が目立った。睡眠・覚醒リズムは非常に不規則であった。この患者さんに対し、看護スタッフが一緒に新聞を読んだり、戸外に散歩に連れ出すなど積極的に働きかけて、昼間に寝かさないようにケアを行うと、夜にしっかりと睡眠をとり、昼間には機嫌よく覚醒しているという睡眠・覚醒リズムが確立した。この症例からも生体リズムの同調因子である社会的な接触、受光量を増加させることで、健康的な睡眠・覚醒リズムを維持できるようになることがわかる。

2-7 気分障害

 気分障害の中でも、季節性感情障害(Seasonal Affective Disorder)は生体リズムの異常に関連した疾患で、欧米ではうつ病患者の10~30パーセントが季節性をもつとの報告がある。日本では53の大学附属病院の精神科外来を受診した患者さんを調査した結果によると、うつ病患者の1~3パーセントが季節性をもち、東北や北海道といった緯度の高い地域に多いことが報告されている。これは、緯度の高い地域では天候が良くない日が続くため、日長時間、日照時間が短くなることが大きな原因と考えられる。白夜が存在する北欧では、この傾向はさらに顕著である。
 この疾患は、10月頃より調子が悪くなり、気分の落ち込み、焦燥感、意欲減退、過眠、食欲増進、体重増加、炭水化物や甘いものがほしくなるなどを主訴とし、春先には症状が改善される特徴がある。

【症例3】24歳女性、季節性うつ病、睡眠相後退
 秋田県で生まれ育つ。19歳頃より秋になると、特別な誘因もなく気分が滅入るようになった。秋、冬期の気分が滅入る時期には睡眠が長くなる傾向がみられ、朝なかなか覚醒できず、起床も昼近くになることが多く、会社を休むこともあった。何もやる気がせず、出勤してもぼんやりとして仕事をこなす速度が遅くなり、上司に注意されることもあった。23歳のころ、近医を受診し、抗うつ薬を処方されたが、効果はなかった。3月になるとうつ状態は自然に改善し、朝も早く目覚めるようになった。このような冬季の気分の低下と睡眠時間が長くなる傾向は毎年繰り返されるようになった。また、5~8月にはかなり気分が良く、睡眠時間も短い傾向がみられた。
 24歳の頃、11月中旬、感情喪失感、焦燥感、離人感、脱力、疲労感、意欲減退などを主訴として、当院外来を受診した。昨年までの症状がさらに重症となり、会社を1週間ほど休んでいる状況であった。過食症状はみられなかった。入床時刻は23時ごろであるが、起床はほとんど正午近くになっていた。初診時でのハミルトンうつ病評価点は18点であった。1週間後より光療法を行ったところ、治療開始後3日目ごろより気分と意欲に明らかな改善がみられた。1週間後には起床時刻は7時となり、出勤も億劫ではなくなり、2週間後のハミルトン評価点は7点にまで低下していた。
 このように季節性感情障害に対しても、光療法が有効であるという報告は多い。

2-8 おわりに

 先述したように、高照度光には、1)朝の光は睡眠・覚醒リズムを前進させる働きがあり、ヒト本来が持っている約25時間の概日リズムを、朝、太陽光を浴びることで24時間にリセットすることができる、2)夕方の光は睡眠・覚醒リズムを後退させる働きがあり、夜間強い照明を浴びて、勉強や仕事をしていると睡眠相後退型の睡眠障害に陥る危険性が高まる、3)昼間に強い光を浴びると、睡眠・覚醒リズムと体温リズムの振幅を大きくし、メリハリのある生活ができるようになる、4)光は季節性感情障害を改善する、という作用があることがわかっている。睡眠障害やうつ病の治療に、他の治療法と高照度光を組み合わせることで、効果が高まることが大いに期待される。

引用・参考文献

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