在日常生活中，您是否也有过这种感觉：明明晚上睡得很香，但第二天醒来却觉得好累。出现这种情况，不排除基础疾病和亚健康的原因，但是否是环境影响了睡眠质量？生活中有很多事情我们无法控制，但睡眠环境我们可以在一定程度上控制，让自己“好好睡觉”。那怎么样才算是“好好睡觉”呢？科学家们为我们做出了解答。
PNAS：光照环境激活自主神经系统，使睡眠碎片化
2022年3月14日，美国西北大学费恩伯格医学院神经病学系昼夜和睡眠医学中心在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS）上发表了题为“Light exposure during sleep impairs cardiometabolic function”的文章（图1）[1]。该项研究结果发现试验者仅在睡眠期间暴露于光照环境一晚，其血糖和心血管调节功能便会受到损害。即使试验者感觉自己睡着了，其自主神经系统仍然会被激活，使睡眠碎片化，身体并没有按照应有的方式得到休息。
图1 研究成果（图源：PNAS）
此项研究选取20名18至40岁的健康成年人为实验对象，这些人经常在晚上9点至凌晨1点之间入睡，睡眠时间为6.5至8.5小时。研究人员将实验对象随机均分两组，并分别在室内光线（前一晚在<3 lx的昏暗光线下，随后一晚室内光线为100 lx的情况下）和昏暗光线（连续两晚在昏暗的光线<3 lx中）条件下睡眠（图2）。实验期间，研究人员对受试者进行口服葡萄糖耐量试验（Oral Glucose Tolerance Test，OGTT），并收集胰岛素、褪黑素、睡眠宏观结构、心率等数据。
图2 实验安排表（图源：PNAS）
研究人员通过对试验数据分析发现：
通过对血糖调控系统监测，受试者在开灯房间睡觉后，第二天就会出现胰岛素抵抗，夜晚睡眠期间的光照环境可通过增加胰岛素抵抗来改变葡萄糖代谢，降低褪黑激素水平，从而改变胰岛素分泌；
通过对睡眠宏观结构监测，受试者在光照环境下，很难进入深度睡眠，睡眠持续性差，容易中途醒来，身体无法按照应有的方式得到休息；
通过对心血管系统监测，受试者在光照环境下处于睡眠状态时，自主神经系统被激活，身体进入警戒状态，增加应激激素皮质醇和心率，并降低心率变异性。
该研究的第一作者Phyllis Zee博士表示：“我们的研究表明，睡眠期间暴露在中等室内照明下仅仅一晚便会损害血糖和心血管调节，而这些是心脏病、糖尿病和代谢综合征的危险因素。”
作为该项研究的共同第一作者，Daniela Grimaldi博士表示：“我们发现，在光线充足的房间里睡觉，受试者心率会增加，身体进入警戒状态。这种情况很糟糕，意味着即使你觉得自己睡着了，而自主神经系统却被激活。正常情况下，我们的心率和其他心血管参数在夜间是较低的，在白天才会较高。你无法感知到身体的变化，但是大脑却能感受到，这就导致睡眠碎片化，睡眠质量较差，身体并没有按照应有的方式得到休息。”
Phyllis Zee博士建议：
1、夜晚睡觉不要开灯。如果家人需要开灯，则尽量将灯贴近地板；
2、灯光颜色很重要。琥珀色、红色和橙色的光对大脑的刺激较小，尽量不要使用白光或蓝光，如果必须使用，建议将其放在远离睡眠者的地方；
3、当无法控制室外光线时，可选择遮光窗帘或眼罩。此外，也可调整床的位置，尽量远离室外光线。
Diabetologia：白天补光，夜晚调暗有助血糖控制
2022年2月，荷兰马斯特里赫特大学医学中心在Diabetologia发表了题为“The influence of bright and dim light on substrate metabolism, energy expenditure and thermoregulation in insulin-resistant individuals depends on time of day”的文章（图3）[2]。该项研究结果发现白天处于明亮光照环境，夜晚处于黑暗环境有助于糖尿病患者调节血压，缓解代谢紊乱，控制血糖稳定。
图3 研究成果（图源：Diabetologia）
在此项研究中，研究人员以14名患有糖尿病的超重个体为研究对象，并将其随机分配在两个代谢室中40小时。两个代谢室设计了不同的处理条件（图4）：一个为白天（08：00~18：00 h）强光（~1250 lx）、晚上（18：00~23：00 h）弱光（~5 lx）；另一个为白天（08：00~18：00 h）弱光（~10 lx）、晚上（18：00~23：00 h）强光（~1250 lx）。在两种照明方案中，研究人员进行了24小时间接量热法，并持续测量核心体温和皮肤温度，并集中在干预的餐前和餐后阶段采集血样。
图4 实验安排表（图源：Diabetologia）
研究人员通过对试验数据分析发现：
1、在昏暗的白天-明亮的夜晚条件下，早餐后的餐后三酰甘油水平和晚餐后的餐后血糖水平增加较少；
2、对比昏暗的白天-明亮的夜晚模式，在明亮的白天-昏暗的夜晚模式下，晚餐后和过夜后燃烧的卡路里更多，这有助于防止体重增加；
3、当参与者暴露在更自然的光模式下时，白天和黑夜的体温差异更大。夜间体温下降不仅有助于开始睡眠，而且与血压控制密切相关。因此白天更亮，晚上更暗可能有助于更好地调节血压；
4、对比明亮的白天-昏暗的夜晚模式，夜间褪黑素的分泌在昏暗的白天-明亮的夜晚模式下受到强烈的抑制；
5、在明亮的白天-昏暗的夜晚模式下，睡眠代谢率与对照相当，而在昏暗的白天-明亮的夜晚模式下，睡眠代谢率下降。
6、该研究通过频繁采血、连续间接量热法和皮肤温度评估进行详细的24小时代谢表型分析，证明光照条件会影响胰岛素抵抗个体的餐后底物处理、能量消耗和体温调节。研究人员Schrauwen表示：“现代社会，很多人都生活在光照条件不良的环境中，白天接触较少阳光，夜晚大量暴露在电子设备光线下，这些因素会导致糖尿病的发展。目前，吃得太多太好以及运动过少是糖尿病的一大诱因，但光照条件造成的代谢紊乱也是一大潜在威胁，但人们对这方面的认识并不深刻。在此，建议大家增加白天光照，保持夜晚昏暗。”
JAMA：睡眠光照环境造成女性体重增加
2019年8月，美国国家环境卫生科学研究所（National Institute of Environmental Health Sciences，NIEHS）研究小组在The Journal of the American Medical Association（JAMA）上发表了题为“Association of exposure to artificial light at night while sleeping with risk of obesity in women”的文章（图5）[3]。该项研究结果发现睡觉时暴露于光照环境会造成女性体重增加。这是首次发现二者关联的研究，研究结果建议睡觉时应关灯。
图5 研究成果（图源：JAMA）
在此项研究中，NIEHS对43722名35~74岁女性进行了为期5.7年的问卷调查。调查内容针对女性夜晚睡觉的光照环境，光照环境包括：完全黑暗的环境、小夜灯补光环境、卧室外面有灯光以及打开的电视或房间的灯光。通过对调查数据分析发现：
整体而言，夜晚睡觉环境有光照的女性，其肥胖的风险比没有环境光照者高19%；
与夜晚睡觉环境无光照的女性相比，夜晚睡觉小夜灯补光环境或卧室外面有灯光以及打开的电视或房间的灯光的女性，其体重增加十斤的风险增加17%，体重指数升高10%的风险增加13%，超重和肥胖的风险分别增加22%和33%。
通过对研究结果的分析，NIEHS认为女性的睡眠质量会因为暴露于光照环境而受到损害。光照环境中的光线会干扰褪黑素的产生，而环境中闪烁的图像则是对大脑的有力刺激，因此在光照环境下的睡眠会导致肥胖。
光照影响人体健康 非视觉感知如何调控
人体与光照的关系是密不可分的。当光线射入眼睛并刺激视网膜时，它能潜在地通过三种神经机制影响人类的表现：视觉、心理以及生理节律系统。人眼的成像基于光照；光通过影响环境的氛围以及吸引力对人的心理产生作用；人体的生理节律由光照进行调控。合适的光照环境能够造成的人眼部疲劳较轻微，可以改善人的情绪状态，适当调节人体的生理节律，提高人的警觉程度，提升人的工作效率。
1、光照影响生理节律
人类的生理节奏由大脑的生物钟掌控。过往的研究表明，人类的昼夜节律平均周期为24.2小时[4]。这与真正的地球自转周期24小时存在着微小差异，而正是地球自转引起的太阳光照变化调控着生物钟，使得人类的生理节律与地球的24小时自转维持同步。如若没有昼夜的光线变化来刺激并调节人类的生理节律，随着时间的推移，人体内的生物钟与地球自转周期的差异会逐渐加大，进而导致人的生理节律失调，变得在白天嗜睡，在晚上清醒。这种情况可类比为跨时区旅行时的时差反应。时差反应常与疲劳、头痛、警觉性降低等负面反应联系在一起。
2、光照影响激素分泌
此外，光照与人体激素分泌也密不可分。一般而言，皮质醇浓度在早晨上升，从而使人体对于即将到来的一整套活动充满精力。皮质醇浓度在白天保持在一个足够高的水平，然后在午夜降至最低点。需要注意的是皮质醇导致血糖浓度上升从而使人体充满活力并增强人体免疫系统。但当皮质醇过长时间维持在过高水平时会使得人体因能量消耗过度而疲劳。
被称为睡眠荷尔蒙的褪黑素在人体内的浓度会在早晨骤降，从而使得睡意减弱。褪黑素一般在天色渐暗时重新上升，这时，褪黑素的浓度上升和皮质醇的浓度下降将一起使得人获得健康高质量的睡眠。如果想要健康，人类须保证这些节律没有被过度扰乱。如果节律受到干扰，在早晨照射足量的亮光能帮助人体恢复到正常节律。对于正常人体而言，一天中体温变化的绝对值约在0.4℃左右[6]。
图6 皮质醇、褪黑素与人体体温的昼夜节律曲线（图源：[5]）
3、光照通过眼部非视觉通路调节生物节律
对于光的视觉作用的研究已经持续了500多年。在长达150多年的时间里，科学家认为人眼中的感光细胞只有视锥细胞（Cone）和视杆细胞（Rod）。这些细胞调控人的视觉。当光线到达人眼中的感光细胞时，会发生复杂的生理化学反应。这个生理化学反应产生的化学物质将会产生电脉冲并经由传递外侧膝状体核（Lateral Geniculate Nucleus，LGN）和上丘（Superior Colliculus，SC）传递到位于人体后脑的视觉皮质。在视觉皮质，那些电脉冲将被解读为“视觉”（图7）。
图7 光的视觉通路（黑色实线）与光的非视觉通路（黑色点状实线）（图源：[5]）
由DavidBerson等人于2002年发现了第三种感光细胞——视网膜特化感光神经节细胞（intrinsically photosensitive Retinal Ganglion Cells，ipRGC）负责调节人体生理状况。人体ipRGC的基本感光元素为视黑素。ipRGC接收光刺激后，视黑素负责吸收光子，将光信号转化为生物电信号[6]。ipRGC与传统的视锥细胞和视杆细胞相比，最重要的区别是ipRGC不经过视觉通路，而是通过视网膜下丘脑束（Retinohypothalamic Tract，RHT）直接投射到了视交叉上（Suprachiasmaticnucleus，SCN）和通过间接纤维投射将光信号传入膝状体间小叶（Intergeniculate Leaflet，IGL）。IGL又会通过膝状体下丘脑束（Geniculohypothalamic Tract，GHT）投射到SCN。SCN是哺乳动物生物钟系统的主钟（Master Clock），调控着哺乳动物的昼夜节律。SCN调控交感神经的去甲肾上腺素分泌，从而调控松果体的褪黑素分泌情况和肾上腺的皮质醇分泌情况。这便是非视觉通路[7]。
莎士比亚曾说过：“一切有生之物，都少不了睡眠的调剂”。新冠时代，健康是奢侈品，而好好睡觉是富养自己的最好方式。
题图来源：Healthand wellness，仅用于学术交流。
撰文|文竞择
排版|乔维钧
参考资料：
[1]Mason IC, Grimaldi D, Reid KJ, et al. Light exposure during sleep impairs cardiometabolic function. Proc Natl Acad Sci U SA. 2022 Mar 22;119(12):e2113290119. doi: 10.1073/pnas.2113290119. Epub 2022 Mar14. PMID: 35286195.
[2]Harmsen JF, Wefers J, Doligkeit D, et al. The influence of bright and dim light on substratemetabolism, energy expenditure and thermoregulation in insulin-resistant individuals depends on time of day. Diabetologia. 2022 Apr;65(4):721-732. doi:10.1007/s00125-021-05643-9. Epub 2022 Feb 2. PMID: 35106618; PMCID: PMC8894310.
[3]Park YM, White AJ, Jackson CL, et al. Association of Exposure to Artificial Light at Night While Sleeping With Risk of Obesity in Women. JAMA Intern Med. 2019 Aug1;179(8):1061-1071. doi: 10.1001/jamainternmed.2019.0571. PMID: 31180469;PMCID: PMC6563591.
[4]徐海松．颜色信息工程［Ｍ］．浙江大学出版社，2005．
[5]Van Bommel W, vanden Beld G. Lighting for work: a review of visual and biological effects. Lighting Research & Technology. 2004;36(4):255-266.doi:10.1191/1365782804li122oa
[6]BersonDM, Dunn FA, Takao M. Phototransduction by retinal ganglion cells that set thecircadian clock. Science. 2002 Feb 8;295(5557):1070-3. doi:10.1126/science.1067262. PMID: 11834835.
[7]郑诗琪. 光照对人体的警觉度、任务表现与生理节律的影响[D]. 浙江大学, 2018.
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