冬季卧室空气温度与实验性提高的二氧化碳浓度对睡眠质量及脑电波谱特征的影响

《Building and Environment》：Effects of winter bedroom air temperature and experimentally elevated CO? concentration on sleep quality and EEG spectral characteristics

　　

• 1.
  一项重复测量研究考察了温度和二氧化碳升高对睡眠的影响。
• 2.
  气温对热舒适和睡眠结果的影响范围比二氧化碳更广泛。
• 3.
  探索性两两比较发现，在22°C条件下，高二氧化碳环境下的睡眠结果较差。
• 4.
  在实验性升高二氧化碳条件下，观察到脑电波频谱差异。

引言

睡眠是一项支持生理恢复、认知功能、情绪调节和白日表现的基本生物过程。睡眠不足或睡眠质量差与心血管代谢疾病风险增加、认知功能受损以及工作生产力下降有关[[1]、[2]、[3]、[4]]。由于人们在睡眠期间有大量时间待在室内，卧室环境条件构成了影响睡眠健康的潜在可调节因素[5]。在这些条件中，热环境和室内空气质量尤其值得关注，因为两者都可直接受建筑设计、供暖运行、通风策略和居住者行为的影响[6]。

热环境被广泛认为是影响睡眠热舒适和睡眠质量的重要因素[7,8]。先前的实验室和田野研究表明，卧室气温可影响入睡、主观热感觉、睡眠结构和睡眠效率[[9]、[10]、[11]、[12]]。在冬季，居住者通常使用热绝缘性较高的床品并关闭窗户以减少热量散失。在这样的条件下，过低的室内温度可能增加寒冷不适并干扰睡眠，而过高的温度环境也可能改变体温调节过程及睡眠结构。因此，实现令人满意的睡眠所需的热条件应在具体的床品系统、衣物厚度、季节和建筑运行模式的背景下进行评估。

室内二氧化碳浓度是卧室中的另一个重要环境因素，特别是在供暖季的密闭住宅中[13,14]。已有研究报道，卧室通风不足或夜间二氧化碳浓度升高可能与睡眠质量感知下降、睡眠中断增加、次日表现降低以及生理反应变化有关[[15]、[16]、[17]、[18]]。在实际有人居住的卧室中，二氧化碳可能与通风充足程度及其他由居住者产生的污染物共同变化[[19]、[20]、[21]]。然而，在受控二氧化碳增富实验中，二氧化碳是被操纵的暴露变量，不应被解释为通风不足所产生的完整污染物混合物的替代指标。因此，应将与实验性添加二氧化碳相关的效应与通风不足的效应区分开来。通风不足可能同时增加多种室内污染物，而二氧化碳增富实验仅直接操纵二氧化碳暴露。受控二氧化碳研究对于考察与二氧化碳相关的反应仍然有价值，但其结果不应被推广至通风不足的卧室所产生的完整污染物混合物。

以往大多数研究分别考察了卧室温度或二氧化碳条件。然而，很少有受控研究在同一因子睡眠实验中对气温和实验性升高二氧化碳进行联合考察，或正式检验二者的交互作用。这一问题在冬季卧室中尤为相关，因为供暖需求、开窗行为、床品保温性和气密性可能同时影响热舒适和夜间二氧化碳积聚。更好地理解气温和实验性升高二氧化碳的主效应和交互效应，可为冬季卧室研究和设计中对这两个因素的联合考量提供依据。

睡眠质量通常通过主观问卷和源自多导睡眠图（PSG）的睡眠结构来评估[22,23]，如睡眠效率以及浅睡眠、深睡眠和快速眼动（REM）睡眠的占比。这些指标对于评估整体睡眠结果至关重要；然而，它们可能无法完全刻画环境暴露所诱导的皮层活动的细微变化[[24]、[25]、[26]]。脑电图（EEG）作为PSG的一部分被记录，为在更精细的时间尺度上考察与睡眠相关的神经生理反应提供了机会[27,28]。睡眠脑电图的频谱特征，包括delta、theta、alpha和beta活动，与睡眠深度、皮层觉醒以及睡眠状态间的转换有关[29]。已有报道热暴露对睡眠脑电图存在影响，而有关睡眠期间二氧化碳升高暴露对脑电图反应的影响证据仍然有限。近期一项基于脑电图研究的系统评价和meta分析发现，与延长入睡潜伏期相比，二氧化碳升高条件下慢波睡眠减少的证据更为明确，后者的置信区间包含无效应错误！未知的开关参数。。因此，将主观评估、基于PSG的睡眠结构和脑电频谱分析相结合，可提供更为全面的评价，以了解卧室环境条件如何与基于PSG的睡眠结果以及睡眠期间的皮层活动相关联。

尽管已有研究在促进对卧室热环境和二氧化碳对睡眠独立影响的理解方面取得了显著进展，但仍存在若干重要的知识空白。首先，现有研究主要使用主观问卷或常规多导睡眠指标评估睡眠反应，而对潜在的皮层神经生理反应关注较少。其次，尽管室内二氧化碳浓度升高已被认为与睡眠质量下降和次日表现降低有关，但其神经生理效应仍知之甚少。第三，温度和二氧化碳在有人居住的卧室中同时存在，但很少有受控睡眠研究在同一实验设计中考察二者的主效应和交互效应。

因此，本研究在受控实验室环境中考察了冬季卧室气温和二氧化碳浓度对热感觉、主观睡眠质量、基于PSG的睡眠结构以及脑电频谱特征的影响。重复测量实验在六种环境条件下进行，由三种气温（19°C、22°C和25°C）与两种二氧化碳浓度水平（低：<1100 ppm；高：2500～3000 ppm）组合而成。研究目标如下：

• (1)
  考察卧室气温对主观热感觉和睡眠质量的影响；
• (2)
  评估二氧化碳浓度升高是否与主观睡眠质量、睡眠结构和脑电频谱特征的变化有关；
• (3)
  评估气温与二氧化碳浓度在这些睡眠相关结果上的主效应和潜在交互作用。

章节摘要

实验环境与条件

本实验在青岛科技大学睡眠实验室进行，时间为当年12月至次年2月。实验室布局和实验场地见图1。实验室分为两个区域：用于实验前准备工作的准备室和用于进行睡眠实验的睡眠室。实验室安装了一台分体式空调系统以控制气温。安装遮光窗帘以消除外部

TSV

图5展示了睡眠前和睡眠后的热感觉评分（TSV）。TSV随气温升高而显著增加。具体而言，在低二氧化碳浓度条件下，睡眠前平均TSV从19°C时的-1.29升至25°C时的+0.92，而睡眠后TSV从-0.49增至+1.04。在高二氧化碳条件下，睡眠前平均TSV从19°C时的-1.58升至25°C时的+0.86，而睡眠后TSV从-0.65增至+1.19。描述性

气温和实验性升高二氧化碳与睡眠结果的关联

冬季卧室环境代表一种典型的多因素耦合系统，其中人的心理和生理反应并非各个环境刺激简单线性叠加的结果。因此，进行双向方差分析以进一步考察气温和二氧化碳浓度对所测参数的联合效应。已验证的统计结果汇总于补充表S1～S4中。

在主观

结论

本研究考察了冬季卧室气温和实验性升高二氧化碳浓度对热感觉、主观睡眠质量、基于PSG的睡眠结构以及脑电频谱特征的主效应和交互效应。

• 1)
  气温对睡眠前和睡眠后的热感觉、入睡难易程度、睡眠满意度、主观睡眠总分、深睡眠百分比和睡眠效率显示出显著的主效应。在低二氧化碳条件下，随着

未引用参考文献

[30]

CRediT作者贡献声明

陆明力：撰写——初稿。李珊：方法论。胡松涛：概念化。李德宝：软件。郭阳：数据整理。王英林：可视化。

陆明力|李珊|胡松涛|李德宝|郭阳|王英林