氣候要素影響睡眠質量的作用機制

【摘要】 睡眠是人類維持生命活動的基本需求，睡眠質量與人體健康密切相關。隨著全球氣候的急劇變化，越來越多的研究發現氣候變化對人類的睡眠質量產生了重要的影響，且這種影響是一個多因素交互作用的復雜過程，氣候要素通過影響人體生理以及睡眠環境的舒適性，進而影響個體的睡眠質量。文章綜述國內外關于溫度、濕度、氣壓、氧含量及光照等氣候要素影響睡眠質量的研究，分析氣候變化中不同影響因素對睡眠質量的作用機制，旨在為臨床上治療睡眠障礙提供參考。

【關鍵詞】 氣候要素；睡眠質量；睡眠障礙；影響因素；作用機制

Review of the mechanisms of climatic elements on sleep quality

WANG Jiaxin1， ZHANG Xin2， HU Linlin1

（1. Sleep Medicine Center， Hangzhou Traditional Chinese Medical Hospital Affiliated to Zhejiang Chinese Medical University， Hangzhou 310007， China；2. School of Pharmaceutical Sciences， Zhejiang Chinese Medical University， Hangzhou 310053， China）

Corresponding author： HU Linlin， E-mail： hulinlin1028@ 126. com

【Abstract】 Sleep is a basic need for human life-sustaining activities， and sleep quality is closely related to human health. With the rapid changes in the global climate， an increasing number of studies have found that climate change has an important impact on sleep quality of human beings， and this impact is a complex process involving multiple interacting factors. Climate factors affect human physiology and the comfort of the sleep environment， which then affects the" sleep quality of individuals. This article reviews domestic and international studies on the effects of climate factors such as temperature， humidity， air pressure， oxygen content and light on sleep quality， and analyse the mechanism of climate change on sleep quality， with the purpose of providing reference for the clinical treatment of sleep disorders.

【Key words】 Climate elements； Sleep quality； Sleep disorders；Influencing factors； Mechanism

睡眠是人類維持生命活動的基本需求，對維系人類的身心健康十分重要［1］。睡眠障礙是指睡眠量不正常以及睡眠中出現異常行為的表現﹐其包含了多種睡眠疾病，其中失眠障礙是最常見的類型之一。我國自評存在睡眠質量問題的居民比例為10.40%，且呈逐年上升趨勢［2］。存在睡眠問題的人群遍布各個年齡段，包括兒童、青年、中年和老年，睡眠問題已經逐步演變成一個無法忽視的健康焦點問題［3］。值得注意的是，近幾年來氣候變化對睡眠質量的影響在國內外學術研究領域引起了廣泛的關注與討論，氣候環境的變化在一定程度上影響著人體內的晝夜節律系統［4］和神經內分泌系統［5］，進而影響人們的入睡時間、睡眠持續時間、睡眠深度等。在本文中，筆者主要分析了影響睡眠質量的相關氣候因素（溫度、濕度、氣壓、氧含量、光照）并詳述其作用機制，旨在為建立健康的睡眠環境、防治睡眠障礙提供理論依據。

1 溫度對睡眠質量的影響

1.1 體溫節律

睡眠過程與體溫節律密切相關［6］，人體溫度在清醒活動時上升，在睡眠時下降，并且隨著睡眠程度的加深，體溫下降幅度也相應增大。人體溫度主要分為皮膚溫度和核心溫度兩部分，皮膚溫度容易受外界溫度的影響，而核心溫度則相對穩定，以確保身體各器官維持其生理功能。

皮膚溫度受環境溫度的影響較大，環境溫度主要通過改變皮膚溫度來調節大腦區域內與睡眠調控緊密相關的熱敏神經元的放電活動［7］。Egan等［8］的動物實驗研究發現，皮膚溫度可決定下丘腦的視前區神經元的放電活動，而參與調節睡眠和溫度的神經元位于視前區。視前區中γ-氨基丁酸能神經元或丙氨酸能神經元的激活有助于促進睡眠［9］，且這些神經元的細胞活性隨溫度的升高而增強。另有研究指出，皮膚溫度對睡眠的影響還可能與下丘腦后外側區的黑色素濃縮激素神經元對快速眼動（rapid eye movement，REM）睡眠的促進密切相關［10］，REM睡眠亦被稱為快波睡眠或積極睡眠，其對記憶力的存儲和日間精力的恢復至關重要。Komagata等［11］的研究發現，在熱中性范圍內，個體的REM睡眠持續時間與環境溫度呈正比，其時長甚至可增至原來的兩倍。此外，相關研究還發現，較高的環境溫度會增加呼吸暫停低通氣指數（apnea-hypopnea index，AHI），降低最低血氧飽和度，進而加劇阻塞性睡眠呼吸暫停（obstructive sleep apnea，OSA）的嚴重程度［12-13］。

核心溫度主要受下丘腦體溫調節中樞的調控，其調定點一般在37 ℃左右，生理波動幅度不超過1 ℃，且受環境溫度變化的影響較小。核心溫度是機體熱產生和熱損失之間相互調節的結果，當熱損失大于熱產生時，核心溫度下降，反之，核心溫度升高，例如在清醒且處于運動狀態的白天。研究表明，核心溫度升高時會促進清醒，而核心溫度的下降則有利于睡眠的誘導［6］。Kimura等［14］針對晝夜節律睡眠-覺醒障礙學齡兒童核心體溫變化的研究顯示，隨著夜間核心溫度的下降，晝夜節律睡眠-覺醒障礙患者的癥狀得到明顯改善。

1.2 神經遞質和基因表達

5-羥色胺和去甲腎上腺素是調控睡眠覺醒周期的關鍵神經遞質。研究表明，二者在睡眠調節中呈現相反的作用，當去甲腎上腺素含量增加時，5-羥色胺的釋放量相對減少，這種變化會擾亂正常睡眠節律；反之，則有助于維持正常的睡眠節律［15］。此外，有學者發現Cartpt、Trh、Rxrg和B9d1基因表達在睡眠調控中起著重要作用，其中Cartpt、Trh和Rxrg基因表達具有改善睡眠質量、降低覺醒程度的功能，而B9d1基因表達的作用相反。在寒冷的環境中，血清中的5-羥色胺含量會減少，去甲腎上腺素釋放量增加，Cartpt、Trh、Rxrg基因表達因受到抑制而下調，B9d1基因表達上調，這一系列變化導致睡眠質量下降，覺醒程度增加［16］；相反，在適宜的環境條件下，隨著上述基因表達的正常化以及神經遞質含量的平衡，睡眠質量會得到改善，覺醒程度也會相應降低。

綜上所述，溫度主要通過影響體溫節律、OSA的嚴重程度、神經遞質的釋放以及調控基因表達等多個方面對睡眠質量產生相對積極或消極的作用。但是，現有研究在深入調查探討劇烈溫度變化或極端溫度對睡眠質量的影響方面仍存在不足。鑒于溫度對睡眠的調節作用，未來有必要系統深入地研究相關機制及具體作用。在臨床上，可通過構建適宜的環境溫度，達到改善患者睡眠質量或治療睡眠相關疾病的目的。

2 濕度對睡眠質量的影響

適宜的環境濕度有助于延長睡眠總時間，提高睡眠質量［17］，Cao等［18］ 通過正交實驗發現，在溫度為20℃、環境濕度為55%的條件下，能夠更有效地在主客觀上提高睡眠質量。過高或過低的環境濕度則可能引發失眠等一系列睡眠問題，當室內環境濕度過高時，會導致夜間覺醒次數增加以及覺醒時振作度降低［19］。

睡眠分為非快速眼動（non-rapid eye movement，NREM）睡眠和REM睡眠，NREM睡眠根據睡眠深度的不同，細分為N1（入睡期）、N2（淺睡期）和N3（深睡期），其中N1和N2屬于淺NREM睡眠，N3屬于深NREM睡眠，也稱為慢波睡眠。N3和REM睡眠對消除疲勞和恢復精力有重要作用，對評價睡眠質量有著重要影響。環境濕度對睡眠參數的影響研究顯示，環境濕度的增加與N1、N3、REM睡眠、總睡眠時間以及REM和NREM睡眠中的動脈血氧飽和度lt; 95%呈負相關，但與N2和覺醒指數的增加呈正相關［20］。

多數研究認為，環境濕度對睡眠的影響通常是和溫度相伴而行的，輕微的肢體皮膚溫度波動可以作為睡眠結構調節中心的獨立輸入因素。在相對高溫環境下，環境濕度主要通過阻礙由蒸發機制引起的熱量損失，即蒸發熱損失，改變環境和皮膚間水分平衡，使外周身體部位溫度變化率發生變化，影響傳熱系數，從而影響睡眠質量［21-22］。

針對環境特性對老年人睡眠質量影響的研究顯示，在室內環境溫度適宜且穩定的情況下，環境濕度和睡眠質量呈負相關，環境濕度越低，入睡時間越短，睡眠滿意度越高［23］。然而，當體溫恒定時，環境濕度的變化對睡眠沒有明顯影響［24］。此外，有研究表明濕熱可能會干擾基底前腦腺苷的積累，腺苷系統對人類的睡眠和清醒狀態發揮著重要影響，腺苷作為一種內源性睡眠調節物質，會激發促進睡眠的腹外側視前核神經元發揮作用，從而抑制大腦區域內同覺醒相關的神經元興奮性，其積累與睡眠需求密切相關［25］。因此，可以推測環境濕度與溫度相互作用，共同影響體內腺苷的累積，進而調節與睡眠相關的神經元活性，最終影響睡眠質量。

環境濕度的變化還會影響OSA的嚴重程度。研究發現，環境濕度的改變會影響空氣中的水分含量，進而改變皮膚和黏膜的濕潤度，導致上呼吸道黏膜張力變化，從而影響OSA的嚴重程度［26］。AHI同環境濕度呈正比，環境濕度的日差每增加1%，OSA患者的AHI增加0.02～0.03次/小時，相反，環境濕度的日差每減少1%，OSA患者的AHI減少0.03～0.04次/小時，由此可見微小的環境濕度波動也足以對OSA患者產生影響［27］。

綜上所述，環境濕度可通過影響睡眠結構、傳熱系數、腺苷的積累以及OSA的嚴重程度來影響睡眠質量。然而，目前臨床上多數研究集中于濕熱對睡眠的影響，單獨探究環境濕度因素對睡眠影響的研究有限，影響機制尚不完全明確。因此，未來的臨床研究不僅要重視環境濕度和溫度的協同作用，還要關注環境濕度對睡眠的獨立影響，并進一步加強對相關機制的研究，以期為改善睡眠質量提供更有力的科學依據。

3 氣壓和氧含量對睡眠質量的影響

在自然環境中，氣壓與氧含量呈正比，當氣壓下降時，氧分壓也隨之降低，這意味著在單位體積的空氣中，氧分子數也在逐步減少。氣壓和氧含量的變化往往與人們的身體健康和睡眠質量息息相關。例如，氣壓的波動會使空氣中的氧含量發生改變，從而導致人體血氧飽和度的改變，使其出現醉氧或缺氧等一系列癥狀，還會導致睡眠質量的下降。有研究顯示，當漢族健康人群進入高原后，低壓低氧的高原環境易使血氧飽和度下降，引發急性高原反應，造成不同程度的睡眠障礙［28］。此外，氣壓和氧含量的變化會影響睡眠結構及其持續性，主要表現為睡眠總時間、慢波睡眠和REM時間的減少，以及覺醒次數和覺醒時間的增加［29］。特別是對高齡人群，在高原低氣壓缺氧環境中，其N3占比、睡眠總時間和睡眠效率更低，N1占比更高［30］。早在2001年，Barash等［31］通過隨機交叉雙盲研究發現，在高原低氣壓缺氧環境中，增加空氣中的氧含量會使人們的慢波睡眠、睡眠總時間和有效睡眠指數增加，從而證實了在此環境下增加空氣中的氧含量、緩解缺氧可改善睡眠質量。實驗研究表明，夜間血氧飽和度與海拔呈反比［32］，這進一步驗證了夜間睡眠質量與空氣中氧含量、氣壓呈正相關。此外，相關研究還顯示，AHI同環境大氣壓力呈反比，大氣壓力越低，AHI越高，OSA越嚴重，睡眠質量越差［33］。

除了從低海拔地區到高海拔地區會引起睡眠障礙外，長期高原地區生活的人群在回到平原地區后（從高原低氣壓缺氧地區到低海拔高氣壓富氧環境），身體的生理機能難以適應平原地區的低海拔高氣壓富氧環境，也會出現不同程度的睡眠障礙，這種現象稱為脫適應睡眠障礙，其主要表現包括入睡困難、睡眠易驚醒和睡眠深度不足等［34］。

綜上所述，環境氣壓和氧含量的變化主要通過影響血氧飽和度、睡眠結構、睡眠持續性和OSA的嚴重程度從而影響睡眠質量。目前關于氣壓和氧含量對睡眠影響的研究相對有限，其具體的影響機制尚不明確。多數研究集中在低氣壓缺氧角度，而從高氣壓富氧角度的研究相對較少。因此，未來的研究應該更加全面綜合，以便更有效地協助臨床睡眠障礙的診斷和治療。

4 光照對睡眠質量的影響

4.1 自主感光視網膜神經節細胞

光信號可以通過視錐、視桿細胞將其轉換為電信號，并通過視網膜神經節細胞傳遞到大腦，還可以通過自主感光視網膜神經節細胞（intrinsically photosensitive retinal ganglion cells，ipRGCs）對睡眠產生影響。在大腦內，ipRGCs呈現廣泛投射模式，其不僅向中央晝夜節律起搏器視交叉上核投射，調控褪黑素的釋放，進而影響睡眠-覺醒節律的發生；還可投射至與晝夜節律調節功能相關的室旁下區和束間小葉，以及與睡眠調節功能相關的腹外側視前區和外側下丘腦等區域，從而成為光影響晝夜節律和睡眠的主要調節物質。ipRGCs既能接受來自視錐、視桿細胞光感受器的二次信號輸入，又能直接通過自身表達的感光蛋白黑視素，直接對光產生反應［35］。研究發現，在相同光照條件下，視錐細胞缺失且ipRGCs不感光型小鼠和ipRGCs不感光型小鼠的睡眠時相無明顯變化，而野生型和僅保留ipRGCs型小鼠的覺醒總量減少，其REM總量、NREM總量以及睡眠總時間均有所增加［36］。

研究表明，ipRGCs對光譜中藍色區域的波長最為敏感，其自身表達的感光蛋白黑視素優先被藍光激活，在工作場所中，針對藍光對睡眠質量影響的研究顯示，白天暴露在富含藍色的白光下工作，可以改善夜間疲勞狀況，促進夜間睡眠質量的提升［37］。不同光色及輻照度對鳥類睡眠-覺醒節律影響的研究也顯示，不同顏色的光對黑尾蠟翅雀的睡眠有著不同程度的影響，具體而言，藍色對其睡眠有積極作用，黃綠色、琥珀色和橙色對其睡眠則產生消極作用，其中黃綠色影響最大，青色和橙色對其睡眠影響相對較小［38］。

4.2 光照因素

光照因素（光照強度、光暴露量和光照時間）對睡眠質量的影響還和晝夜節律相位的漂移密切相關。夜間強光刺激會使晝夜節律相位后移加劇，進而延遲入睡時間并降低睡眠質量。這一現象與光照刺激激活視交叉上核細胞，影響褪黑素分泌相位有關，例如，早晨光刺激可使褪黑素分泌相位提前，夜晚光刺激可使褪黑素分泌相位推遲［39］。

在光照強度方面，研究顯示光照強度越低，個體的睡眠質量越好，特別是對于老年人來說，光線越弱，睡眠越好［40］。從光暴露量的角度來看，夜晚的光暴露量與睡眠質量呈反比，夜晚較高的光暴露量會延遲入睡時間、減少慢波睡眠時間及增加夜間睡眠擾動等；而白天的光暴露量則與睡眠質量呈正比［41］。日光對夜間睡眠的研究顯示，白天接觸的光照越多，個體的壓力情緒和夜晚睡眠質量都會得到相應程度的改善［42］。此外，傍晚夜光對青少年不同季節睡眠影響的研究顯示，因為春季比冬季自然夜晚光線（夜間光暴露）更多，導致在春季褪黑素分泌時間和入睡時間明顯延遲，并且春季的睡眠持續時間明顯短于冬季［43］。光照時間的長短同樣會對睡眠產生一定程度的影響，隨著光照時間的延長，入睡時間和覺醒時間縮短，夜間覺醒次數減少。在光照時間對阿爾茨海默病伴發睡眠障礙患者睡眠影響的研究中，采用10 000 lux

全光譜光照射30 min（對照組）和120 min（觀察組），結果顯示，觀察組的日間過度嗜睡癥狀和睡眠質量相比對照組均得到了明顯改善［44］，這一結果證實了光照時間與睡眠質量呈正比關系。

綜上所述，光對睡眠的影響主要通過光照強度、光暴露量、光照時間及光譜特征等因素影響晝夜節律的漂移和褪黑素的分泌。對于ipRGCs通路作用機制的研究，將是探究光照影響睡眠的重要方向。鑒于光照對睡眠質量的影響，臨床治療時可指導患者調整晝夜節律作息，確保充足的日間光照和減少夜間光照，以改善患者的睡眠質量，提升其整體生活質量。

5 結語與展望

溫度、濕度、氣壓、氧含量和光照等是影響睡眠質量的重要氣候因素。這提示在臨床工作中，醫護人員可指導患者通過合理調節室內溫度、保持室內正常濕度、開窗通風、保持睡眠時室內暗環境等方法來改善睡眠質量，以此在一定程度上延緩或治療某些疾病。

目前，關于氣候對睡眠質量影響的研究存在諸多不足，例如，部分研究的樣本量較小，導致研究結果有差異，難以推廣至大眾群體；一些研究的樣本量雖然較大，但多采用主觀問卷調查的方式，導致研究結果主觀性太強，缺乏客觀性和準確性；還有部分研究時間較短，只關注某一段時間的氣候變化對睡眠質量的影響，缺乏對數據的長期追蹤觀察。鑒于此，未來相關研究應在總結過去研究的基礎上，一方面增加樣本量以提高研究結果的代表性；另一方面，對受試者進行長期觀察追蹤，以獲取更全面的數據；同時，采用主觀問卷調查和客觀儀器測量相結合的方式，突破地域限制，開展跨學科合作，從而形成更具綜合性的研究成果，為深入理解氣候因素與睡眠質量之間的關系提供更有力的科學依據。

利益沖突聲明：本研究未受到企業、公司等第三方資助，不存在潛在利益沖突。

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（責任編輯：鄭巧蘭）