睡眠环境与睡眠生理学：综述
原文作者 Olga Troynikov⁎ ，Christopher G.Watson，Nazia Nawaz
摘要：睡眠不足会影响工作表现和运动后恢复能力，认知能力和情绪，加剧疲劳并减少精力； 睡眠质量差会影响决策，任务执行的速度和准确性以及运动后恢复。睡眠时间和质量受年龄，心理和生理状况，文化和环境因素影响。 皮肤温度，快速的温度变化和睡眠时出汗会大大降低睡眠质量。 因此，在稳态和瞬态环境温度条件下，床上用品和睡衣的热性能在逻辑上都是重要的因素。 迄今为止，关于睡眠微气候及其对睡眠质量的影响的研究很少。 这篇综述涵盖了人类睡眠的基本要素，重点介绍了运动活跃的人（例如运动员）以及睡衣和床上用品对睡眠热微气候的影响，以及在该领域已经并且可以使用的研究方法。 这篇综述确定了未来研究方向和理解热环境的机会，这些热环境可能会改善人类的睡眠。
关键词：睡眠；热微气候层理；运动后恢复；睡眠研究方法
1.简介
睡眠对于情绪，身体和认知的健康至关重要，约占人一生的三分之一。 睡眠可使人体在活动后恢复，确保最佳的后续功能。 睡眠剥夺和丧失与认知障碍，情绪变化和荷尔蒙异常密切相关。
睡眠投诉很常见：对睡眠质量的荟萃分析得出结论，15–35％的成年人有规律的睡眠中断，例如睡眠发作潜伏期（SOL），睡眠时间不足或夜间频繁醒来。 研究人员发现了导致睡眠不足和失眠的多种原因。 已知昼夜节律异常会影响核心体温，从而降低睡眠质量，环境影响例如高环境温度和湿度，噪音和轮班工作，心理因素（如焦虑症）和生理因素（如疼痛，疲劳和恢复需求）。 一些研究表明，在睡眠时（快速眼动（REM）阶段）的记忆巩固过程中，技能的开发和学习得到了增强，因此，最佳的睡眠有助于技能的执行，从而支持任务的执行。 此外，初始技能练习后的睡眠发作被认为对于巩固新技能的发展很重要。
急性和累积性睡眠丧失会降低人类睡眠的总体恢复质量，从而降低健康和福祉。 有充分的证据表明，睡眠对分子和细胞的恢复和维持，大脑的生长，免疫系统的平衡以及疾病和损伤的恢复起着重要的作用。。 例如，对于运动员而言，进行竞技表现以及长时间和/或高强度体育锻炼的训练需要足够的赛前睡眠和赛后恢复以支持表现。 此外，最佳运动表现要求训练负荷与恢复交替进行，以避免疲劳和过度训练的积累，这可能会导致运动能力下降和受伤。 但是，研究表明，运动员的睡眠少于非运动员。
尽管优质的睡眠对于强化身体机能至关重要，但睡眠往往比建议的少。 这突出表明需要更好地了解改善的睡眠环境如何对人类睡眠质量产生积极影响。
迄今为止，很少有研究者关注舒适对睡眠质量的贡献，特别是睡眠微气候条件下的情况。 众所周知，诸如空气温度，湿度和气流等环境条件会影响睡眠舒适度和质量； 但是，应整体考虑整个睡眠系统（包括床上用品和睡衣）以及周围的皮肤和被罩，但引入睡衣会创建一个更复杂的系统，并增加了与皮肤相邻的部分（ 皮肤和睡衣之间的微气候）与睡衣和被套之间的微气候相互作用。
关于睡眠系统对睡眠小气候的影响以及因此对睡眠质量的综合影响知之甚少。 这篇综述探讨了睡眠的当前知识及其在热生物学，人类康复和任务执行中的作用，特别着重于床上用品和睡眠磨损所产生的睡眠微气候。 它的目的是为未来的研究奠定基础，以增进人们对与运动强度大的人群以及更广泛的人群有关的床上用品和睡衣对热生物学的影响的了解。
2.方法论
一种系统的综述方法被用来提供有关人类睡眠，运动，睡衣和床上用品纺织品之间相互作用的现有研究证据的全面概述。
在2017年7月至2017年9月之间使用Scopus，Web of Science，Google Scholar和EBSCOhost（包括Textile Technology Complete和SportDiscus数据库）进行了相关研究。搜索策略涉及主关键字“ sleep”与“ athlete”，“ athletic” ，“运动”，“纺织”和/或“织物”。 仅包括用英语撰写的论文； 出版日期不受限制。 出版物也从原始手稿书目中手动获得。
作者最初根据其标题和摘要与以下主题的相关性来评估检索到的记录：
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- 人类睡眠生理学；
- 运动员的睡眠；
- 睡眠和人/运动表现；
睡眠环境和热环境；和
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- 睡眠研究中使用的方法。
检查了被认为具有标题或摘要与上述一个或多个主题相关的出版物的全文，以确定其适用性。 最终，该评论包括了139种出版物。
3.睡眠，强化的身体表现和恢复强化的体育和运动表现，恢复和睡眠之间的关系在睡眠研究中受到了极大的关注。 众所周知，优质的睡眠对于最佳的身体机能至关重要。 例如，众所周知，运动员比久坐的人需要更多的睡眠，理想的睡眠时间是9-10小时，而（如前所述） ）建议其他健康成人7–9小时 但是，很少有运动员能够达到这种最佳睡眠水平，并且运动员通常会遭受不良的睡眠质量，其影响因素包括训练计划的强度和持续时间，赛前神经质和焦虑，时差和旅行，异常或 新的环境被确定为关键原因使用手表自显影技术比较了具有年龄和性别匹配的非运动人群的奥林匹克运动员的睡眠。 结果表明，虽然运动员的平均睡眠时间相似，但他们的睡眠质量却比非运动对照组低。
对运动员及其睡眠质量的研究得出了不同的结论。 大量研究表明，运动员的睡眠少于每日建议量，并且报告的睡眠质量较非运动员低，睡眠中断更多。但是，其他研究表明，睡眠质量的提高与运动和体育锻炼有关。
表1概述了睡眠中断对一系列体育活动中的表现的影响。 它表明，对表现的影响是多种多样的，从身体影响（降低力量和增加疲劳）到认知障碍（更多的错误和决策障碍）。
睡眠的恢复和维持作用包括对免疫和内分泌系统的积极影响以及认知功能的维持，因此，它不仅强烈影响运动表现，而且还严重影响恢复。 优化培训和竞争中的恢复至关重要。 精英运动员需要从繁重的训练计划和比赛项目中恢复的合适策略，以确保最佳的未来表现。 虽然整个睡眠过程都支持恢复或恢复过程，但最大的好处发生在第3和第4阶段，此时代谢活性最低。 睡眠期间释放的褪黑激素和生长激素被认为可以刺激和增强免疫系统，支持组织生长和损伤恢复。 除了运动外，睡眠被认为是生长激素分泌的最重要的非药物引发剂之一，在组织再生和修复中起着重要作用。 此外，这些激素中有90％以上是在非快速眼动（NREM）阶段分泌的，从睡眠开始就开始分泌，在第一个慢波睡眠（SWS）阶段逐渐升高（Gunning，2001）。 如果白天，例如在训练或比赛中，新陈代谢速率增加，则在第二天晚上，生长激素水平就会升高（Shapiro，1981）。 还应了解，SWS阶段的长度与生长激素分泌水平呈正相关（Van Cauter等，1997）。 但是，如果运动员的睡眠周期被打乱或减少，尤其是在失去SWS的情况下，其水平将明显下降（Davenne，2009）。 建议运动员白天睡觉（小睡）以刺激生长激素的释放（Venter，2012）。
非快速眼动睡眠与降低氧气消耗，蛋白质的结构和脂肪酸的运动有关，这被认为可以增加恢复过程并帮助损伤恢复。 此外，已经表明，睡眠不足可以使葡萄糖代谢减慢多达40％（Spiegel等，1999），从而消耗了这一关键的运动能源。
总而言之，尽管有充分的证据表明改善的睡眠能支持最佳的运动表现，但我们没有发现对精英运动员进行评估睡眠系统和睡眠微气候的各种研究，这些情况可能会影响他们的睡眠质量，进而影响运动表现和恢复能力。
外文文献4.睡眠生理为了了解睡眠热环境和床上用品系统对人类睡眠的重要性及其可能的影响，有必要概述睡眠生理。
睡眠涉及复杂的生理和行为过程，对此已进行了广泛研究，但尚未完全了解。 通常认为两个过程在睡眠生理中很重要：体内平衡和昼夜节律。
体内平衡过程保持身体的内部稳定性。 它们调节了睡眠的倾向：长时间保持清醒时增加了对睡眠的渴望，随着睡眠时间的延长而减少，然后随着清醒而再次上升（图1a）。 当一个人被剥夺睡眠时，可以通过增加下一个睡眠周期的睡眠倾向和/或加深睡眠来弥补损失。
睡眠也受我们的昼夜节律调节，昼夜节律是一个24小时的内部昼夜时钟周期，由清醒和嗜睡的模式组成（图1b）。 人类睡眠研究消除了参与者与时间有关的线索，得出的结论是，睡眠时间和时间长短与昼夜节律阶段直接相关。
美国国家睡眠基金会的一项系统评价发现，人类需要的睡眠量与年龄密切相关。 例如，年轻人和成年人为了获得最佳健康所需要的睡眠时间为每晚7–9小时，随着年龄的增长而减少。
定义什么是睡眠质量以及表征不良或优质睡眠的措施也很重要。 多导睡眠图（PSG）是一种客观的方法，广泛用于测量睡眠质量的决定因素，例如总睡眠时间（TST），SOL，睡眠效率（SE）和睡眠阶段的持续时间（即1-4和REM睡眠阶段）。 评估睡眠质量最广泛使用的主观方法是匹兹堡睡眠质量指数（PSQI），这是一份自我报告调查表，对睡眠的各个方面进行评分：主观睡眠质量，SOL，TST，SE ，睡眠障碍，安眠药的使用以及白天的功能障碍。 不良睡眠质量的常见衡量指标包括SOLgt; 30分钟； 入睡后30分钟以上的清醒; 每晚TST lt;6.5小时； SE小于85％。 此外，白天的困倦，如嗜睡，疲倦，精力低落和热情，以及注意力不集中，被视为不良睡眠特征的指标。
4.1。 睡眠阶段人类睡眠有两种状态：NREM和REM睡眠。 在夜间睡眠期间，大脑活动在明显的缓慢活动（NREM）和高度活动（REM）发作之间循环。 每个周期的长度将在整夜的睡眠中变化，而REM阶段则变得更长。
NREM睡眠分为四个阶段（Leung和Ge，2013），每个阶段代表着深度睡眠的逐步增加。 第一阶段包括睡眠的开始，其特征是轻度睡眠。 第二阶段是肌肉开始关闭的阶段。 第3和第4阶段也称为SWS，它是深度睡眠和明显的缓慢脑电波，并且与最小的智力活动有关（Saper等，2010）。 NREM睡眠通常占TST的75–80％； NREM睡眠阶段被认为是身体的恢复期和恢复期（Gunning，2001年）。
与梦相关的REM睡眠状态约占总睡眠时间的20％至25％。 在此阶段，眼睛会突然移动，并出现肌肉萎缩。 REM整个阶段的大脑活动被认为与清醒时的大脑活动相似，REM被描述为“瘫痪的身体中高度活跃的大脑”。
关于快速眼动睡眠的生物学功能有许多相互竞争的理论。 然而，这无疑是一个至关重要的过程，它促进了重要的学习和记忆过程，并有助于克服压力。
图2显示了一个正常的19岁成年人在一整夜的睡眠中的平均睡眠方式。 它描绘了每个睡眠阶段以及REM睡眠阶段经历的身体运动活动。
有人提出，只有在NREM和REM睡眠阶段之间具有最佳循环相位才能完全启用神经网络恢复以及网络选择和恢复，以实现睡后醒来的最佳功能。 很明显，必须考虑到睡眠的周期性和是否需要对这些热环境提出各种复杂要求的环境，以促进高质量的睡眠。
4.2。 热调节和睡眠体温调节是人类睡眠周期性的重要组成部分。 温度调节是指人体用来维持核心体温接近37°C（即plusmn;°C）的生理过程。 热稳态取决于热量产生和热量损失之间的平衡，热量平衡受环境和行为因素的影响。 如果热量增加大于热量损失，则核心体温就会升高，反之亦然。 人体通过改变皮肤的血液流量，激素水平和出汗来自我调节，以保持在最佳的热量范围内并保持体内平衡。
身体的温度调节在1-4阶段的睡眠中很活跃，但在REM睡眠期间会大大降低。 响应热环境变化而出汗和发抖等功能停止或相对于其他睡眠阶段减少。 因此，睡眠环境中的极端温度和湿度会影响睡眠质量，这意味着维持最佳的热睡眠环境将支持高质量的睡眠。
表2总结了此评价中涵盖的关键睡眠研究。
4.3。 体温和睡眠如前所述，睡眠受昼夜节律和体内平衡过程的调节。 但是，体温调节过程也可能影响睡眠状态。 夜间嗜睡和睡眠发作（NREM阶段1）与核心体温下降和外周皮肤温度升高密切相关，这是夜间睡眠准备的一部分。 当一个人醒着时，近端（即躯干）的皮肤温度可能比远端（即四肢）的皮肤温度高出2.5°C（。 随着嗜睡的增加，核心体温下降，但远端皮肤温度上升，直到它们在睡眠开始时大致相等为止（见图3）。 Van den Heuvel等人（1998）对14位男性受试者的研究证实，远端皮肤温度的显着升高以及核心温度的相关下降预示着睡眠的开始。
温度的这些变化与褪黑激素产生的增加有关，褪黑激素的产生反过来又导致手指和脚趾的血管舒张，并增加了远端皮肤的血流量，从而提高了温度。 唾液褪黑激素含量与远端皮肤温度之间的相关性如图3所示。这表明温度的变化可以解释为人体热量从核心向远端皮肤的重新分布，这是由于 褪黑激素。
根据Krauml;uchi（2007）以及Krauml;uchi和Deboer（2011）的说法，仅从直立姿势向仰卧姿势（即躺着）的变化会增加近端和远端皮肤的温度。 这解释了在睡眠的早期阶段，近端和远端皮肤温度的跳跃（图3）。 初始皮肤温度升高持续1-2小时。 因此，可以合理地认为，与皮肤小气候温度相邻的水位对睡眠开始很重要。
核心体温定义为深部结构（例如内部器官）周围的温度，通常以直肠温度或食道温度测量。 在醒着的时候，核心体温通常在37°C左右。 然而，在夜间睡眠开始前的几个小时内，它逐渐下降以准备睡眠（（图3），并在
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JournalofThermalBiology78(2018)192–203
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Journal of Thermal Biology
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Sleep environments and sleep physiology: A review
Olga Troynikov⁎, Christopher G. Watson, Nazia Nawaz
School of Fashion and Textiles, RMIT University, 25 Dawson Street, Brunswick, Victoria 3056, Australia
A R T I C L E I N F O
Keywords:
Sleep
Thermal microclimate Bedding
Human thermal physiology Post-exercise recovery Sleep research methods
A B S T R A C T
Sleep loss impairs task performance and post-physical activity recovery, cognitive performance and mood, heightens fatigue and decreases vigour; poor sleep quality impairs decision-making, the speed and accuracy of task performance, and post-exercise recovery.
Sleep time and quality are affected by age, psychological and physiological conditions, culture and en- vironmental factors. Skin temperature, rapid temperature change and sweating during sleep can significantly reduce sleep quality. Hence, the thermal properties of bedding and sleepwear, both in steady-state and transient ambient temperature conditions, are logically important factors.
Research to date on sleeping thermal microclimates and their effect on sleep quality is scarce. This present review covers the fundamental elements of human sleep, highlighting physically active people, such as athletes, and the influence of sleepwear and bedding on sleep thermal microclimates, as well as the research methods that have been and could be used in this field. This review identifies opportunity for future research direction and approaches to understanding thermal environments that may support better human sleep.
Introduction
Sleep is essential for emotional, physical and cognitive wellbeing (Hirshkowitz et al., 2015) and occupies around one third of a persons life (Lee, 1997). Sleep enables the human body to recover after activity, ensuring optimal subsequent functioning (Vyazovskiy and Delogu, 2014). Sleep deprivation and loss are closely associated with cognitive impairment, mood changes and hormonal abnormalities (Dinges et al., 1997; Ferrara and De Gennaro, 2001; Carskadon and Dement, 2005).
Sleep complaints are common: a meta-analysis of sleep quality re- search concluded that 15–35% of adults have regular sleep disruptions, such as sleep onset latency (SOL), insufficient sleep duration or frequent waking during the night (Mollayeva et al., 2016). Researchers have identified numerous causes of sleep deprivation and insomnia (American Academy of Sleep Medicine, 2005). Circadian rhythm ab- normalities are known to influence core body temperatures, reducing sleep quality (Lack et al., 2008), as do environmental influences such as high ambient temperatures and humidity, noise, and shift work (Lack et al., 2008; Okamoto-Mizuno et al., 1999), psychological factors such as anxiety, and physiological factors such as pain, fatigue and recovery needs (Bonnet and Arand, 1996; Nadler et al., 2003; Lack et al., 2008). Some research has suggested that skill development and learning is
enhanced during memory consolidation when asleep (rapid eye movement (REM) stages), and therefore optimal sleep supports skill execution and hence task performance (Walker and Stickgold, 2005). In addition, the sleep episode following initial skill practice is considered to be important for consolidation of new skill development (Walker and Stickgold, 2005).
Acute and cumulative sleep losses reduce the overall restorative quality of human sleep and consequently health and wellbeing (Ferrara and De Gennaro, 2001; Samuels, 2009). A strong body of evidence shows that sleep contributes significantly to molecular and cellular restoration and maintenance, brain growth, immune system balance, and recovery from illness and injury (Moldofsky et al., 1989; Walters, 2002; Nadler et al., 2003; Samuels, 2009; Abel et al., 2013; Vyazovskiy and Harris, 2013; Copenhaver and Diamond, 2017). For example, for athletes, training for competitive performance and prolonged and/or high intensity physical activity requires sufficient pre-event sleep and post-event recovery to support performance (Dale, 2004; Davenne, 2009). Further, optimal athletic performance requires the alternation of training loads with recovery to avoid build-up of fatigue and over- training (Smith, 2003), which can result in performance depletion and injuries (Smith, 2003; Dale, 2004; Copenhaver and Diamond, 2017). However, research shows that athletes get less sleep than non-athletes
Abbreviations: NREM, non-rapid eye movement; PSG, polysomnography; PSQI, Pittsburgh Sleep Quality Index; REM, rapid eye movement; SD, sleep deprivation; SE, sleep efficiency; SOL, sleep onset latency; SR, sleep restriction; SWS, slow wave sleep; TST, total sl
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