远端皮肤温度稳定化与睡眠起始在结构化条件及自由生活条件下呈紧密耦合

《Sleep Medicine》：Distal skin temperature stabilization is tightly coupled with sleep onset across structured and free-living conditions

　　

摘要：
目的：研究人员旨在利用可穿戴睡眠追踪设备表征睡眠起始前后远端皮肤温度升高（DSTinc）的时间进程及其变异性，以评估其作为睡眠实验室外睡眠起始标志物的效用。

方法：研究人员采用 Oura Ring 对远端皮肤温度（DST）进行测量，纳入42名居住于宿舍的健康青少年在多个夜间睡眠与日间小睡中的数据（16.4±0.9岁；224个夜晚，77次小睡；女性占52%），以及45名主要健康、居家生活的老年人在多个夜晚中的数据（75.0±3.3岁；197个夜晚；女性占52%）。N2期睡眠起始（N2SO）由脑电图（EEG）判定。分析聚焦于尝试入睡时间（TATS）与N2SO之间的时段。研究人员采用线性混合效应模型（LMEMs），在控制年龄与性别后，于青少年样本中探索DSTinc特征与N2SO潜伏期、发生时点及温度之间的关系；并在老年人样本中进行对应分析，以检验结果对不同年龄群体的可推广性。

结果：青少年夜间睡眠中，DSTinc开始于TATS前9.2±8.6 min（小睡：8.0±7.8 min），结束于N2SO前4.8±8.0 min（小睡：在N2SO后3.2±4.6 min）。夜间DSTinc结束时的温度为35.4±0.4°C（小睡：35.2±1.3°C），升温幅度为4.7±2.5°C（小睡：4.6±2.2°C）。DSTinc出现越早，与更短的N2SO潜伏期相关（β_nights=0.26，β_naps=0.33）。DSTinc终点温度越高，与更高的N2SO温度相关（β_nights=0.57，β_naps=0.59）。老年人样本中也观察到相同关联，且DSTinc相对于N2SO的时序与水平模式相似。

结论：睡眠前后DST升高在小睡与夜间睡眠中均表现出一致的时间分布特征；该特征在不同环境以及不同年龄和性别人群中均相似。

该研究发表于《Sleep Medicine》，核心关注睡眠起始阶段的外周热调节过程，尤其是远端皮肤温度（DST）的上升与稳定化是否能够作为实验室外识别睡眠起始的可靠生理标志。睡眠起始并非瞬时事件，而是由清醒向睡眠渐进过渡的复杂过程，传统消费级睡眠设备主要依赖体动记录（actigraphy）和心率变异性推断入睡时点，但安静清醒状态常被误判为睡眠，因此对入睡潜伏期的估计往往偏差较大。既往实验室研究已表明，睡眠开始前常伴随核心体温（CBT）下降以及远端皮肤温度升高，这一现象与视前下丘脑（preoptic hypothalamus）介导的睡眠—体温调控耦合机制有关。然而，核心体温测量具有侵入性或实施成本高，不利于大样本、长期、自然环境研究。由此，研究人员转而考察可穿戴设备连续监测的DST，试图明确其在真实生活情境中是否仍能稳定反映睡眠起始。该研究的重要性在于，它将受控实验室中建立的睡眠热调节理论推进到更接近日常生活的应用层面，为改进可穿戴睡眠监测的入睡识别能力提供了生理学依据。

在方法上，研究人员分析了两个新加坡样本。其一为42名健康青少年，来源于 Need for Sleep 5（NFS5）研究，在宿舍模拟学周条件下接受多夜夜间睡眠与多次日间小睡监测；其二为45名主要健康的老年人，来源于 SG70 研究，在家庭环境中连续记录多个夜晚。青少年样本采用多导睡眠监测（PSG）与 Oura Ring 2，老年样本采用 Dreem 3 脑电头带与 Oura Ring 3。N2期睡眠起始（N2SO）由脑电（EEG）确定，DST以1 min分辨率采样并经10 min移动平均平滑。研究人员建立半自动算法，结合 Oura 的代谢当量（METs）识别静息状态，提取围睡眠期DST升高（DSTinc）的起点、终点、幅度、平均斜率及最大升高速率时点（MROI），再利用线性混合效应模型（LMEMs）检验这些指标与N2SO潜伏期及N2SO温度的关系，同时控制年龄和性别，并评估个体内与个体间变异。

Distal Skin Temperature increase across sleep periods
研究首先证明，围绕N2期睡眠起始的DST升高可被 Oura Ring 稳定检出。青少年样本中，夜间与小睡几乎均可检测到DSTinc，且二者在升温形态上十分相近：睡前出现明显上升，随后在睡眠中进入平台期。老年人居家夜间睡眠中亦观察到相似轨迹，提示该现象并不依赖严格实验室环境。定量上，青少年夜间DSTinc终点温度约为35.5°C，小睡约为35.2°C，老年人夜间约为35.6°C。尽管青少年夜间与小睡的起始温度较低、升温幅度较大，而老年人起始温度较高、升温幅度较小，但各组在临近睡眠起始时均趋向相对集中的高DST水平。这说明，DST的关键特征并非单纯升高本身，而是其在睡眠前达到并维持某一较稳定状态。

DSTinc timing relative to TATS and N2 sleep onset
关于DSTinc的时间结构，青少年中无论夜间还是小睡，DSTinc通常都开始于尝试入睡时间（TATS）之前，表明在行为性入睡尝试前，机体已出现与睡眠准备相关的热调节改变。夜间睡眠时，DSTinc通常在N2SO前不久结束；小睡时则略晚，可延续至N2SO后。进一步的模型分析显示，从TATS到DSTinc终点的间隔越短，N2期入睡潜伏期（N2SOL）越短；最大升高速率时点（MROI）提前同样与更短N2SOL相关，但当终点时刻与MROI共同纳入模型后，仅DSTinc终点时刻保留显著性，而升温斜率与N2SOL无显著关联。老年样本重复得到相同模式。该结果说明，决定睡眠起始可预测性的关键不是升温有多快，而是远端皮肤温度何时完成由上升向稳定的平台转换。换言之，DST稳定化的时间点比瞬时变化速率更能反映睡眠起始的生理进程。

DSTinc temperatures relative to N2 sleep onset
研究还检验了DSTinc温度特征与N2SO温度之间的关系。结果显示，在青少年夜间与小睡中，DSTinc终点温度与N2SO时的DST高度相关；老年人中亦然。相比之下，DSTinc起点温度与N2SO温度的关联较弱。在同时纳入起点温度和终点温度的联合模型中，终点温度始终是更强预测因子。这意味着不同个体可能以不同初始温度进入睡前升温过程，但在真正进入N2期睡眠时，其DST会收敛到较接近的温度区间。研究由此提示，睡眠起始可能对应一个相对稳定而狭窄的外周热状态范围，DST终点温度可视为该热状态的近似指标。

Variability and convergence of DST across sleep onset
在变异性分析中，研究人员发现青少年夜间睡眠的DSTinc起点温度个体内变异明显高于终点温度与N2SO温度；老年人夜间也呈相同趋势。方差分解进一步表明，DSTinc起点同时具有较大的个体间与个体内波动，而终点温度的个体间方差显著减小，尤其在青少年样本中更为明显。这一结果支持“温度收敛”观点：虽然入睡前的初始热状态受活动、体位、环境温度或心理状态等多种因素影响而波动较大，但接近睡眠起始时，不同个体的DST趋向一个更一致的终点范围。N2SO温度也表现出类似的收敛特征，不过仍保留一定事件间波动，提示每次睡眠发作的具体背景仍会影响温度表现。

讨论部分强调，本研究在自然情境下验证了围睡眠期远端升温这一经典实验室现象，并指出其最有价值的特征是“稳定化时点”，而非“升温速度”。与核心体温（CBT）在睡后继续下降不同，DST在N2SO附近趋于平台，说明外周散热过程在睡眠起始前后达到一个相对稳态。研究人员据此认为，DST较CBT更紧密耦合于睡眠启动过程，也更适合通过可穿戴设备进行连续、无创追踪。文章同时指出，老年人样本中未观察到明确的预期性升温提前现象，既可能与程序上采用主观记录的推定TATS（pTATS）有关，也可能与老龄化导致的昼夜节律振幅减弱、相位提前及睡眠压力差异有关，因此对此保持谨慎解释。作者还讨论了环境温度、湿度、寝具条件及昼夜型信息缺失等局限，认为这些因素可能影响DST升高的绝对值和时间动态。尽管如此，青少年与老年人、夜间睡眠与小睡、结构化与自由生活环境之间结果的可重复性，仍显示出DST作为睡眠起始标志的稳健性。

研究结论部分可译为：本研究表明，向睡眠过渡之前存在一个热稳定化节点，此时远端皮肤温度达到一致的生理状态。既往基于实验室的研究已证实，远端血管扩张和散热在睡眠起始中具有重要作用，但受控条件限制了这些发现的可推广性。本研究拓展了这一基础工作，证明该现象在青少年与老年人、夜间睡眠与日间小睡，以及结构化准实验室环境与自由生活环境中均具有显著稳健性，即使热环境和行为条件呈自然波动亦然。研究分析显示，相较于温度变化速率，这种稳定化发生的时机是更可靠的睡眠起始标志。这一区分在既往研究中尚未被系统检验，并具有实际意义：基于时间的指标较依赖精确高频受控记录的速率指标，更适用于真实世界监测。上述发现为机体需收敛至相对狭窄的热范围方能进入睡眠提供了证据。通过界定这一热阈值特征，本研究为优化基于温度的干预策略、以缩短入睡潜伏期开辟了新路径，也有助于识别DSTinc延迟或减弱、因而可能最受益于热干预的人群。这一点在失眠认知行为治疗中尤具潜在应用价值，因为热调节策略可作为行为干预的辅助组成部分。