在睡眠期的初始阶段，舒适凉爽的卧室环境会延迟夏季的入睡时间

这是“神经工程管理”第23篇推送

内容来源：陈    茜

本期编辑：薛朋东

校       对：王萌萌

审       核：郭晓彤

仅用于学术交流，原文版权归原作者和原发刊所有

原文信息

本文是针对《在睡眠期的初始阶段，舒适凉爽的卧室环境会延迟夏季的入睡时间》（Comfortably cool bedroom environment during the initial phase of the sleep-ing period delays the onset of sleep in summer）的一篇论文解析。该论文2016年发表于《Building and Environment》，研究作者包括兰丽、连之伟等。

原文摘要

关键词：气温  热舒适  睡眠质量  熟睡的人   卧室  生理参数 

思维导图

研究背景及问题提出

研究背景

热环境可能是影响人类睡眠的最重要因素之一，已有研究表明体温调节系统与调节睡眠的机制密切相关。事实证明，非常高或很低的空气温度会降低人类的慢波睡眠，并增加醒来的频率和持续时间。此外，在恒温环境下空气温度对人体睡眠质量影响的研究中，我们观察到，适度的冷热暴露会导致睡眠质量下降。

本文从研究目的出发，通过使用眼电图（EOG），肌电图（EMG）和脑电图（EEG）来客观地评估人的睡眠质量。这三种数据的测量为睡眠状态分类和睡眠过程的检测提供了必要的基本信息。夜间睡眠期的脑电图特征在于交替的非快速眼动（NREM），分为三个阶段(N1 ~ N3)，以及快速眼动睡眠。N3阶段睡眠的特征是慢波活动(脑波频率为0.5 Hz–2 Hz)，通常被称为慢波睡眠(SWS)或深度睡眠。

经调查显示，在许多夏天炎热的地区，空调已成为人们普遍接受的卧室必需品和常规设备。一些研究人员已经研究了不同气候下办公楼的热舒适问题，并在科学文献中有详细的记录，但是关于卧室的热环境和睡眠者的热舒适性的研究非常有限。我们提出了一种床头个性化通风系统，并发现它可以作为一种潜在的通风策略来改善卧室室内空气质量和热舒适。关于床上微气候已有初步的报道，人体与床上微环境及周围环境的关系尚待研究。

在中国，通常将节能算法应用于许多空调的控制中，而无需测试其对人体睡眠的影响：空调的设定温度会逐渐升高一段时间，然后在夜间降低至初始值(上升-下降变化)。相比之下，Teramoto等(1998)和Wakamura 和Tokura(2002)根据核心温度内部设定值的日变化来控制气温，该设定值一直下降到深夜，然后开始上升到早晨(下降-上升变化)。结果表明，夜间气温逐渐降低，早晨气温逐渐升高，可以加快夜间核心温度的降低和早晨核心温度的升高。在本研究中，研究了这两种有很大差异的温度控制算法对睡眠质量和生理反应的影响，以期为选择合适的卧室空调控制策略提供更好的基础。

研究问题

研究方法

实验于7月至8月在上海进行，在两个相同且相邻的装有相同类型空调的睡眠舱中进行，受试者在室内暴露了四个晚上，即一个最初的“熟悉”夜晚和三个连续的实验夜晚。在室内的每次暴露过程中，除了皮肤温度外，还持续监测包括脑电图(EEG)、眼电图（EOG）和肌电图(EMG)在内的生理参数，以量化睡眠质量。受试者报告起床后的睡眠质量以及上床前和起床后的热舒适度。实验室内安装红外摄像头，检查受试者夜间是否起床小便，从而根据脑电图，心电图和肌电图的测量结果为睡眠评分提供帮助。

在所有条件下，受试者睡觉的房间的噪音水平都是30分贝。在床头和床尾的中间位置分别放置数据记录仪记录背景空气温度和相对湿度（均位于床上方0.4 m的高度）。数据记录仪有一个内置的温度传感器和湿度传感器。用空气流量传感器在相同位置测量空气速度。每隔1 min记录空气温度、相对湿度和空气速度的瞬时值。

研究主题

18名无睡眠障碍的受试者(男性9名，女性9名，年龄21-28岁，平均标准差: 23.0±1.6岁)知情同意参与本研究。通过使用匹兹堡睡眠质量指数（PSQI）问卷获得形成的背景，该问卷评估了1个月时间间隔内的睡眠质量和干扰。如果候选人的睡眠质量指数总分>5，这表明他/她有严重的睡眠障碍，将被排除。他们被暴露在三种拉丁方设计的实验条件下，按照展示顺序进行平衡(表1)。受试者被随机分为三组。每天晚上，同一组的两名受试者分别睡在两个房间里。受试者为非吸烟者，未服用任何药物。要求受试者在四天的实验期间白天避免饮酒，咖啡因和剧烈运动。在每个实验开始之前，以情绪状态简表（POMS-SF）来调查他们的情绪。情绪状态包括紧张，沮丧，愤怒，活力，疲劳和混乱，他们按照李克特5分量表进行打分。总情绪障碍（TMD）得分越高，情绪越消极。在实验天数中，没有观察到情绪状态的显著差异。受试者在实验中穿着相同的衣服。晚上，他们睡在床垫上，盖着双层棉布床单。覆盖物固定，绝缘水平(包括衣物)估计为1.64 clo。本研究通过了相关伦理委员会的批准。

生理测量

使用多导睡眠记录仪记录了脑电图，双侧眼电图和下巴肌电图。根据2007年美国睡眠学会手册对睡眠和相关事件的评分，每30秒对睡眠阶段进行视觉评分。计算的睡眠统计数据包括：总睡眠时间，睡眠效率，睡眠开始潜伏期(SOL) ——灯熄灭的时间间隔和第一次出现N1期睡眠，到N2、N3和R阶段的潜伏期，N1、N2、N3、R阶段的总持续时间(分钟)。较高的睡眠效率、较高的N3期持续时间和较短的睡眠发作潜伏期反映较高的睡眠质量。

使用PyroButtons以1分钟的间隔测量七个部位（前额，胸部，手臂，手，大腿，腿和脚）的皮肤温度。用胶带将PyroButton的底侧固定到皮肤上。平均皮肤温度(MST)计算为局部皮肤温度的平均值乘以各自的权重因子。近端和远端皮肤温度计算如下：（1）近端皮肤温度:[前额×0.115] +[胸部×0.97] +[大腿×0.311]和(2)远端皮肤温度:[手臂×0.3590] +[手×0.1282] +[腿×0.3333] +[脚×0.1795]。计算远端到近端皮肤温度梯度(DPG)作为差异:[远端皮肤温度]减去[近端皮肤温度]。通过增加手和脚的皮肤温度来进行血管舒张，从而减小近端和远端值之间的差异，并降低DPG的负值。

主观问卷测量

受试者在7个数字量表上报告他们对睡眠质量的主观感知。这些测试评估了睡眠的平静度、入睡的难易度、醒来的难易度、醒来后的新鲜度、对睡眠的满意度、夜间醒来的频率和充足的睡眠(表2)。前5项得分越高，“夜间醒来频率”得分越低，说明睡眠质量越高。用7分量表(-3-冷，-2-冷，-1-微冷，0-中性，1-微暖，2-暖，3-热)来报告热感觉。总体热舒适度以6分制表示（-3-非常不舒适，-2-不舒适，-1-略不舒适，1-略舒适，2-舒适，3-非常舒适）。

表2 主观睡眠质量评估项目

实验条件和步骤

通过在四个严密控制的级别之间（25℃，26℃，27℃，和28℃）更改空调的设定温度来建立三个热条件。在我们之前的研究中，26℃是睡觉时的中性温度。

图1 （A）睡眠期间空气温度的示意图变化

图1 （B）实测变化（平均值±STD）

同样的时间表应用于每个条件。到达实验室后，受试者穿着短袖睡衣在该处休息30分钟(衣物估值为0.5 clo)。适应期结束后，进行约5min的热舒适评价。接下来应用生理参数探针，这个过程持续了30分钟，然后关灯，开始8小时的睡眠时间。在整个晚上连续测量生理参数，直到第二天早晨迅速唤醒受试者。起床后，受试者大约要花费10分钟完成了有关睡眠质量和热舒适度的问卷调查。除了他们当时的热舒适感觉，他们还被要求回忆前一晚的热感觉。

统计分析

首先使用夏皮罗-威尔克W检验对测量数据进行正态性检验。对正态分布的数据进行重复测量设计和成对样本T检验后的方差分析。使用弗里德曼方差分析和Wilcoxon Signed-Ranks检验分析非正态分布数据。显著性水平设置为0.05（P≤0.05）。将效应量(ES)即真实值与原假设所规定的值之间的差异，作为衡量差异是否具有实际重要性的指标。

研究结果

物理环境

热舒适

三种情况下均有不同程度的热感觉(P < 0.01, ES=0.75)。在上床睡觉后和起床后，C3下降-上升状态下的感觉比另外两种状态下更温暖;在睡觉前，他们在C1恒定状态下的感觉也比C2上升-下降状态下的温暖。起床后，他们回忆说，在C3下降-上升状态下，他们在睡眠时感觉比C1恒定状态下更暖和(图2)。就三个时间段内报告的热感觉而言，在C1恒定状态下发现了显著差异：受试者在睡眠中及睡眠后感觉较睡前凉爽(如图2，表3)。

图2：在三种温度条件下评估的热感觉（误差线代表平均值的标准偏差（STD））

图2：在三种温度条件下评估的热舒适度（误差线代表平均值的标准偏差（STD））

三种情况下的总体热舒适度仅在睡觉前存在显著差异(P < 0.01, ES=0.71);受试者认为C3下降-上升条件下的环境比其他两种条件下的环境更不舒适(但仍然舒适)(图3)。表3为三个时间段热舒适评估的多重比较。他们报告说，在c1恒温和c2上升-下降两种条件下，睡眠期间和之后的热舒适度都低于睡眠前。热感觉和总体热舒适评估表明，在本实验中，空气温度在热舒适区内发生了变化。

睡眠质量

与其他两种情况相比，受试者报告说，在c2上升-下降条件下，他们的“睡眠平静度”和“睡眠满意度”较低，“夜间醒来频率”较高(图4)。与C3下降-上升组(81.25%)相比，在C2上升-下降组(占62.5%)和C恒定组(68.75%)中“睡眠充足”的受试者较少(P < 0.10, ES=0.35)。多导睡眠仪数据显示，在C2上升-下降条件下，受试者入睡所需的时间比其他两种条件都要长(图5A)。从图5B可以看出，在C3下降-上升条件下，他们进入R阶段睡眠的时间比其他两种条件下都晚。在其他睡眠质量参数中，未发现三种温度条件之间的显着差异。

图4：在三种温度条件下评估的主观睡眠质量的差异（误差线代表平均值的标准偏差）

图5：（A）在C2上升下降条件下睡眠开始潜伏期增加

 （B）在C3上升下降条件下R阶段潜伏期增加（误差线代表平均值的标准偏差（STD））

皮肤温度

图6 皮肤平均温度梯度的时间变化（误差线代表平均值的标准偏差（STD））

图6显示了所有受试者整晚平均MST的时间变化:在这三种情况下，均观察到了相似的MST变化模式。熄灯后，皮肤温度迅速升高，然后逐渐下降到最小，但C2上升-下降状态的气温升高大大抑制了皮肤温度的降低，而C3下降状态的空气温度的降低加速了皮肤温度的降低。在C3下降期结束时，皮肤温度明显高于C1-恒定状态。

讨论

从热感觉投票，以及图5A所示的睡眠开始潜伏期结果可以看出，相对于舒适温暖的环境，舒适凉爽的环境更容易阻碍睡眠的开始。这种不良影响可能是由于在较冷的条件下观察到的血管舒张减少所致(图7)。皮肤血流减少是人体对寒冷环境的基本体温调节反应，因此我们的结果表明，应在深夜保持卧室温暖舒适，以促进睡眠。研究发现，脑电图模式的改变并不总是与人们对睡眠的感知有关，因此受试者很难准确地报告睡眠的开始。这可以解释为什么在关于“易于入睡”的主观报告中没有观察到显著差异。

受试者报告睡眠质量较差(图4)，在c2上升-下降状态下入睡的时间比在其他两种情况下要长。结果可能表明，气温逐渐升高然后逐渐降低可能会对睡眠质量产生负面影响。原因很可能是这种情况下的空气温度变化与生理要求不符。但是，报告的较差的睡眠质量可能完全是由于最初凉爽的环境导致的延迟入睡。需要进行进一步的研究以验证这种先上升后下降温度变化对睡眠的影响。在本实验中未测量核心体温，以避免由于直肠探针的存在而引起任何睡眠障碍。

本研究中，与C1恒定状态相比，受试者报告了几乎相同的睡眠质量（图4）和睡眠期间的热舒适性（图3），并且他们的睡眠质量参数（表4）非常好，与C3下降-上升情况相似，而皮肤温度在C3下降-上升情况结束时较高。这些结果表明，室内空气温度在接下来的睡眠期间可能会略有升高。应该注意的是，受试者很难准确地评估他们在睡眠期间的热舒适度。由于缺乏热舒适性信息，因此尚无法确定热舒适性与睡眠质量之间的因果关系。在未来的研究中，需要同时测量与醒着的人的热舒适度有关的生理参数，如皮肤温度和心率变异性等生理参数，并需要监测睡眠以监测热舒适度状态。

结论

①与其他两个条件中的任何一个相比，受试者在C2上升-下降状态下进入睡眠的时间更长。在C2上升-下降条件下较低的初始空气温度可导致血管收缩，从而减少热量损失，这在先前的研究中已显示出会增加睡眠潜伏期。为了促进睡眠的开始，卧室里的空气温度在睡眠的开始阶段不应该太低。

②受试者报告说，在C2上升-下降状态下的睡眠质量较其他两种情况下的睡眠质量差。在这种情况下，入睡后空气温度的缓慢上升与自然发生的核心温度下降相反，但这种现象的内在原因，需要进一步的研究来证明。

③与C1恒定状态相比，处于C3下降状态的受试者报告了几乎相同的睡眠质量和整体的热舒适度。该结果表明，在睡眠后期，卧室的空气温度可能会略有升高。

引用信息：

Lan, L.; Lian, Z.W.; Lin, Y.B. Comfortably cool bedroom environment during the initial phase of the sleeping period delays the onset of sleep in summer. Building and Environment, 2016, 103: 36-43.