針對睡眠障礙，臨床上主要采取藥物治療和非藥物治療。然而藥物治療并不完全有效，且大多數藥物具有成癮性，并可能影響認知功能。為避免這些副作用，臨床中已經采用了一些具有環境化學和物理特性的非藥物方法來治療睡眠障礙。這些外部理化刺激主要包括哪些？治療睡眠障礙的效果如何？

2024年10月23日，復旦大學基礎醫學院黃志力教授、王毅群副教授在《Sleep Medicine Reviews》期刊發表題為“Ambient Chemical and Physical Approaches for the Modulation of Sleep and Wakefulness（調節睡眠和覺醒的環境化學和物理方法）”的綜述文章。

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該綜述系統總結了數十年來200篇研究成果，梳理了環境中各類物理化學因素（光線、聲音、氣味、振動、溫度、電磁輻射和超聲波）對睡眠和覺醒的影響以及相關的神經生物學機制，這些信息可用于非藥物治療睡眠障礙。與藥物治療相比，非藥物療法在患者身上具有更少的副作用。盡管尚未完全理解其背后的神經生物學機制，但已經有多種與物理化學因素相關的非藥物方法被用于治療睡眠異常。

01不同波長的光對睡眠和覺醒有不同的影響

光是一種具有廣泛波長范圍的電磁波。人類只能感知光譜中的一部分，稱為可見光，其波長范圍為380–760納米。由于現代科學技術的發展，人工光線（無論是室內還是室外）擾亂了生物節律，并影響了正常的睡眠和覺醒。

研究表明，人工照明顯著擾亂了人類的睡眠連續性和結構。許多研究表明，內在感光的視網膜神經節細胞對藍光波長高度敏感，而對紅光波長反應較弱。

Münch等人發現，藍光顯著縮短了人類的快速眼動睡眠時間。此外，一項隨機試驗顯示，佩戴琥珀色鏡片（在夜間阻擋藍光）的人群相比對照組報告了顯著的睡眠質量提升。

早在30年前，人們發現短光暗（1小時光照-1小時黑暗）周期調節了大鼠的警覺狀態，并引起了腦電圖中的狀態特異性變化。進一步對小鼠的研究發現，藍光引發了行為喚醒，而綠光似乎有助于睡眠。因此，減少夜間暴露于藍光有助于改善睡眠質量。

在我們之前的一項研究中，我們發現即使是10勒克斯的急性白光暴露也能顯著改善夜間睡眠，而10勒克斯的急性紅光暴露對睡眠的影響較小。因此，光對嚙齒動物睡眠和覺醒的影響取決于特定的光波長。

此外，光療法已被證明對睡眠障礙具有顯著影響，例如晝夜節律紊亂和失眠，尤其是那些難以維持持續睡眠的個體。

最近的發現表明，40赫茲閃光刺激誘導的睡眠的神經化學基礎與平衡核苷轉運蛋白2介導的腺苷信號傳導有關，這為失眠提供了一種新穎的非侵入性治療方法。然而，光療法在改善阿爾茨海默病或癡呆癥相關的睡眠障礙方面的效果尚未得到最終確定。因此，全面了解如何有效應用光療法治療廣泛的睡眠障礙，對于未來提高患者護理質量至關重要。

總結而言，光通過直接和間接途徑影響睡眠。根據個人需求，人工光可以被用來改善睡眠的數量和質量。

02聲音不僅能促進睡眠，還能抑制睡眠

聲音是由物體的振動產生的，通過空氣或其他媒介傳播，并由內耳感知。促進覺醒的噪聲刺激會妨礙睡眠，并對健康產生負面影響。而某些類型的噪聲，如白噪聲，則能夠誘導并維持睡眠。

促進覺醒的噪聲會延長入睡潛伏期（即入睡所需的時間）并降低睡眠質量。如渦輪機產生的機械噪聲會顯著妨礙睡眠。模擬約34分貝閾值的渦輪機機械噪聲會導致更頻繁的覺醒和較少的連續非快速眼動階段N2睡眠，同時還減少了N3睡眠的時間。

同樣，接觸環境噪聲被發現會引起睡眠干擾，表現為睡眠結構的改變，如入睡延遲、早醒、深（慢波）睡眠和快速眼動睡眠減少、清醒狀態增加以及淺睡眠階段增多。

研究表明，生活在機場附近的居民表現出入睡潛伏期和覺醒次數的增加，以及總睡眠時間的減少。此外，重癥監護室中的患者因電子監測設備的噪聲而更容易經歷失眠。而且，較低的環境噪聲水平與改善的睡眠質量顯著正相關。同時，在受控實驗室環境中，暴露于令人厭惡的聽覺刺激下，被觀察到會改變非快速眼動睡眠和快速眼動睡眠期間的腦電圖功率。上述證據表明，促進覺醒的噪聲對正常的睡眠和覺醒狀態產生負面影響。

白噪聲通常用于促進睡眠。具體而言，當放置在12英尺的距離時，白噪聲設備在610赫茲時生成的A加權分貝水平為61.5，而在6英尺的距離時則為52.7。這顯著減少了覺醒時間和入睡潛伏期。

Afshar等人發現，在醫院病房嘈雜環境中連續三晚使用1小時的白噪聲可以改善患者的睡眠質量。此外，持續的白噪聲應用減少了健康嬰兒的入睡潛伏期并延長了睡眠時間。進一步的平行多組隨機在線初步試驗表明，音樂與數字治療干預的結合顯著提高了84.3%報告睡眠質量差的參與者的夜間睡眠質量。上述發現表明，白噪聲可以增強睡眠質量并延長睡眠時間。

一些研究報告稱，粉紅噪聲也對睡眠具有積極影響，它包含了可聽頻譜的所有頻率，但其強度隨著頻率的增加以每八度三分貝的速率遞減。

Zhou等人報告稱，暴露于粉紅噪聲的受試者與對照組相比，睡眠時間顯著增加。在另一項研究中，60分貝的連續粉紅噪聲有效縮短了入睡潛伏期，延長了睡眠時間，并改善了睡眠質量。因此，粉紅噪聲促進睡眠并提高睡眠質量。此外，通過兩個揚聲器在房間內均勻分布寬帶噪聲（46.0±0.9分貝）可以有效減少入睡潛伏期并緩解失眠癥狀。證據表明，音樂療法可以改善重癥監護病房患者的睡眠質量；同時，在成年人和老年人中也有效緩解與睡眠相關的問題，包括減輕失眠癥狀和整體提高睡眠質量。

最近的研究，包括動物和人類受試者的研究，提供了證據，表明閉環聲刺激可以在睡眠期間增強慢波的幅度和紡錘波的活動。因此，適當使用合適的噪聲對于治療失眠是有益的。

此外，有研究提出音樂干預可以促進血腦屏障的通透性，影響腦膜淋巴系統的運作，促進更有效的液體交換，增強代謝廢物的清除，并通過這些機制潛在地改善睡眠質量。與此同時，節奏性的聽覺刺激可以誘發和調節慢波振蕩。

總之，促進覺醒的噪聲對睡眠有負面影響，而促進睡眠的噪聲通常用于誘導和維持睡眠。理論研究有助于利用聲音治療失眠。

03氣味對睡眠–覺醒行為的雙重影響

氣味物質被定義為任何可以刺激嗅覺感受器細胞的揮發性物質。臨床研究表明，嗅覺功能障礙可能加劇睡眠障礙，增加疲勞感，甚至可能引發2019冠狀病毒病康復者的抑郁癥。此外，幾項研究還報告稱，嗅覺刺激不僅能夠調節睡眠，還能調節學習能力和記憶鞏固。

某些氣味對睡眠有益。薰衣草精油是最常見的促睡眠氣味，常常能夠增加慢波睡眠。Chien等的研究顯示，經過12周的薰衣草芳香療法，中年失眠女性的睡眠時間延長，睡眠質量得到了改善。在健康個體中，薰衣草精油會引發腦電圖變化，主要表現為δ波增加和α波減少。薰衣草精油的促睡效果不僅在健康人群中觀察到，在住院患者中也有顯現。

先前的一項研究中，將薰衣草香氣引入病房兩周后，患者的睡眠時間顯著增加。另一項針對患者的實驗也顯示，暴露于薰衣草精油能夠改善其睡眠質量。除了薰衣草精油，其他芳香物質也可以影響睡眠。

據研究，雪松精華能顯著減弱自發活動和覺醒反應，同時促進大鼠非快速眼動睡眠的增加。此外，纈草香氣具有增強睡眠的效果。

在Pattie等的帶領下，開發了一種名為Ezzence的系統，該系統根據不同的睡眠階段釋放不同的氣味刺激，旨在改善睡眠質量。盡管如此，缺乏相關機制的深入理解限制了這些發現的臨床應用價值。未來利用類似Ezzence系統在動物模型中的研究，可能有助于揭示嗅覺刺激影響睡眠–覺醒行為的機制。

相反，一些類型的氣味會引發覺醒。乳香精油可增加剝奪睡眠大鼠的清醒時間。此外，某些特殊氣味在面臨危險時會引發覺醒。動物通常使用一種稱為警戒信息素的特定氣味來傳遞危險信息，這對于動物的生存至關重要。先前的實驗表明，來自受壓動物的警戒信息素能夠增加警覺性。

另一項研究表明，吸入檸檬香氣會加劇失眠癥狀。因此，不同類型的氣味對睡眠–覺醒行為的影響不同。芳香療法，即從植物中提取或化學合成芳香物質進行治療或輔助治療，因其在治療睡眠障礙中的作用而廣受歡迎。

目前，研究主要集中于芳香療法對睡眠時間和質量的影響。然而，必須強調的是，支持芳香療法在治療超出失眠范圍的睡眠障礙的有效性證據仍然有限。由于芳香療法幾乎沒有顯著的副作用，進一步的研究應評估其對其他睡眠障礙的治療效果。不過，其潛在的神經生物學機制尚不完全清楚。

總之，嗅覺物質對睡眠-覺醒調節有雙重影響，芳香療法可用于治療睡眠障礙。

04振動促進睡眠

振動涉及對全身的節律性機械感覺輸入，定義為從中性狀態起源的振蕩運動，可能是往復運動或遵循其他周期性模式，并且通過頻率、振幅和持續時間這三個基本參數來區分。

人類經常接觸到不同類型的振動：如搖動環境（搖椅和搖晃嬰兒）和振動環境（機動車輛）。許多研究表明，振動可以影響睡眠-覺醒行為，從而影響生理狀態和認知功能。

一些研究表明，振動對睡眠有積極影響。暴露于低頻振動刺激被證明能有效促進困倦，延長總睡眠時間，減少入睡時間，并可能有助于減少失眠和睡眠片段化等睡眠相關問題。相反，高頻振動則增加了睡眠干擾的可能性。

先前的一項研究發現，平躺在0.25赫茲平行振動的搖動床上，顯著縮短了入睡潛伏期和N1期睡眠時間，并增加了N2期睡眠時間。Bayer等人對健康男性受試者進行了45分鐘的側向搖動（0.25赫茲），結果顯示入睡潛伏期縮短，N2期睡眠時間增加，并伴隨著慢波和紡錘活動的增強，表明睡眠深度增加。

最近的臨床研究提供了證據，表明全身振動提高了唐氏綜合征患者的睡眠質量和生理健康。此外，它還能觸發腦源性神經營養因子的釋放，從而改善患有纖維肌痛綜合征女性的睡眠模式。另外，節律性振動的應用可以縮短輕度至中度失眠患者的入睡潛伏期，促進更深階段的睡眠轉換。由Kwang團隊率先開發的閉環振動刺激依賴于心率變化，有可能增強慢波睡眠的深度，加強陳述性記憶，并提高整體睡眠質量。

總之，振動在睡眠誘導中起著重要作用，但其具體的神經生物學機制仍需進一步研究。

05環境溫度對睡眠的影響

相對恒定的體溫對哺乳動物的正常生命活動至關重要。溫血動物擁有復雜的神經系統，能夠對外界環境的溫度信號進行反饋，從而在一定范圍內控制體溫。體溫還受到多種生活活動的影響，其中最典型的是睡眠-覺醒行為。

睡眠-覺醒行為在調節體溫方面起著重要作用。在哺乳動物中，睡眠通常伴隨著核心體溫的下降。皮質溫度在非快速眼動睡眠期間下降，而快速眼動睡眠期間幾乎完全抑制了體溫調節。先前的實驗表明，由于皮膚血管擴張，受試者的核心體溫在入睡時下降。因此，核心體溫受晝夜節律的調控，這與睡眠-覺醒狀態相對應。

環境溫度和體溫的變化對睡眠-覺醒狀態有顯著影響。此外，需要注意的是，快速眼動睡眠對環境溫度的變化比非快速眼動睡眠更為敏感。大鼠的中性溫區為25–30°C，在此溫度范圍內，氧氣消耗最低。快速眼動睡眠對該溫度范圍內的環境溫度變化尤為敏感。暴露于維持在30±1°C的溫暖環境中，有助于支持非快速眼動和REM睡眠，并縮短入睡潛伏期。相反，在較低的溫度條件下（18±1°C），則更易促進清醒狀態。

此外，將環境溫度提高到通常為33–35°C的溫暖范圍內，可在下午增加人類隨后夜間的慢波睡眠時間。在人類和其他哺乳動物中，直接加熱皮膚可減少入睡潛伏期并促進非快速眼動睡眠。

許多動物行為發生在入睡前。例如，人類和其他哺乳動物通過使用床上用品或巢穴來創造一個中性溫區，為睡眠做好準備。一些研究發現，足浴、溫暖的腳和其他形式的加熱可以提高皮膚溫度并縮短非快速眼動睡眠的潛伏期。因此，提高皮膚溫度對睡眠有積極作用。

另一項研究評估了穿襪子對體溫調節和睡眠-覺醒行為的影響。結果顯示，入睡潛伏期縮短，總睡眠時間增加，清醒時間顯著減少。

一項臨床研究顯示，阻塞性睡眠呼吸暫停患者在室溫為16°C時比在24°C時具有更長的睡眠時間、更高的睡眠效率以及更好的晨間警覺性。然而，在16°C和20°C的溫度下，呼吸暫停-低通氣指數（定義為每小時睡眠中阻塞性呼吸暫停和低通氣的平均次數）相比24°C時略高。

盡管如此，適度降低環境溫度似乎有助于緩解幾種睡眠障礙對患者的影響。因此，還需要進一步研究以確定調整環境溫度治療各種睡眠障礙的療效。

總而言之，溫度調節與睡眠-覺醒行為相互作用，多個神經元亞群參與了環境溫度對睡眠的調節。

06電磁輻射對睡眠–覺醒行為的雙重影響

電磁輻射是指通過電磁波形式在空間中傳播的能量。近年來，由于Wi-Fi、藍牙、手機和電腦的廣泛使用，環境中的電磁輻射顯著增加。一些研究表明，電磁輻射可能會影響睡眠–覺醒行為。

以往的研究報告稱，電磁輻射會妨礙睡眠。多項流行病學研究發現，長期居住在高磁場區域的居民與對照組相比，失眠的風險更高。職業暴露于電磁輻射顯著降低了工人的睡眠質量。

此外，暴露于射頻電磁場后，睡眠–覺醒的腦電圖發生了變化。對嚙齒類動物的研究也表明，暴露于調制的900兆赫電磁輻射1個月（每天1小時）會導致快速眼動睡眠潛伏期延長。

Liu等人也報告稱，長期暴露于脈沖調制2.4吉赫電磁輻射的小鼠，總喚醒時間增加，非快速眼動和快速眼動睡眠總時長減少。

然而，這些研究中的實驗對象的睡眠–覺醒模式可能容易受到環境因素的干擾，包括但不限于石化污染物的暴露或過度使用移動設備。因此，需要更多嚴格的研究來全面審查電磁輻射的影響，要求更大規模的研究和更嚴格的控制措施，以確定其真實影響。

相反，一些研究表明，電磁輻射可能對睡眠產生積極影響，例如減少覺醒時間和快速眼動睡眠潛伏期。與對照組相比，暴露于電磁輻射的健康年輕男性在非快速眼動睡眠期間的腦電波頻譜功率增加。

因此，少數研究探討了極低頻電磁輻射作為失眠治療手段的潛在應用，稱為低能量輻射療法。經顱磁刺激和經顱電刺激是改善失眠和睡眠紊亂的有前景的技術。

Wang等人進行了一項針對慢性失眠的經顱交變電流刺激的臨床試驗，結果顯示，活躍組的睡眠效率和質量較偽裝組有所改善。

一項對19名健康參與者的研究表明，與陰極和偽刺激相比，雙額陽極經顱直流電刺激顯著減少了總睡眠時間。此外，應用于右頂葉皮層的1-赫茲低頻重復性經顱磁刺激改善了焦慮和失眠。

另外，多個研究證實了經顱磁刺激和經顱電刺激在治療睡眠–覺醒障礙中的有效性，表明基于電磁的非侵入性腦刺激在臨床上具有重要價值。部分研究表明，電磁輻射可能不會影響睡眠–覺醒行為。這些差異的可能原因包括不恰當的暴露水平、其他因素的干擾（如光線和藥物）、受試者的晝夜節律差異以及個體差異。

總而言之，多項流行病學和臨床研究表明，電磁輻射會影響睡眠和覺醒。然而，由于缺乏經典的實驗范式和動物模型，其潛在的神經生物學機制尚不清楚。因此，仍需進一步研究電磁輻射如何影響睡眠–覺醒行為。

07超聲對睡眠–覺醒行為的影響因刺激核團和參數而異

超聲是指頻率超過20千赫的聲波振動，人耳無法聽到。研究表明，超聲能夠調節外周神經、脊髓反射、大腦皮層甚至腦核團的活動。因此，超聲可能會影響睡眠–覺醒行為。

間接證據表明，超聲刺激可能會引發覺醒。經顱聚焦超聲作用于區域性腦組織，能夠改變組織的興奮性，并實現非侵入性神經調控。研究發現，使用頻率為600千赫的經顱聚焦超聲裝置刺激大鼠的運動皮層，可以在清醒和麻醉狀態下引發超聲相關的運動。Baek等人對患有光栓性中風的小鼠進行了經顱聚焦超聲刺激小腦外側核的實驗，發現這有效地促進了中風后感覺運動功能的恢復。此外，低頻超聲刺激（320千赫）在麻醉大鼠中引發了運動反應。

也有直接證據表明，超聲刺激能夠引發覺醒。Yoo等人發現，脈沖超聲刺激丘腦顯著減少了大鼠從氯胺酮/二甲苯麻醉中的蘇醒時間。有趣的是，我們還發現對小鼠腹側被蓋區的超聲刺激可以使其從麻醉狀態中覺醒。

超聲可能對睡眠也有積極影響。Jo等人發現，對自由活動的小鼠前額葉皮層進行經顱聚焦超聲刺激，可以增加快速眼動睡眠的時長。低強度的經顱超聲刺激應用于運動皮層和海馬區，能夠增強非快速眼動睡眠，同時減少快速眼動睡眠。

在睡眠剝奪期間，超聲刺激可以減少快速眼動睡眠的比例，并減弱快速眼動睡眠階段的θ和γ波功率。這一方法有望改善神經系統疾病小鼠的睡眠障礙，尤其是阿爾茨海默病的病例。超聲刺激具有調節快速眼動和非快速眼動睡眠的能力，從而延長了睡眠障礙阿爾茨海默病小鼠的總體睡眠時長。

此外，它還表現出對快速眼動睡眠的持續控制能力，延長快速眼動睡眠時長并增強θ波功率。在為期一年的隨訪中，75%接受雙側聚焦超聲蒼白丘腦束切除術的帕金森病患者的睡眠障礙顯著改善。一些醫院使用超聲治療失眠，取得了良好的臨床效果。這一矛盾現象可能源于相關核團的位置差異以及超聲刺激的興奮或抑制效應。

總之，超聲對睡眠–覺醒狀態的影響取決于刺激核團的位置和參數。然而，目前尚無證據證實超聲調控睡眠–覺醒行為的神經生物學機制。超聲可能通過一些與睡眠相關的核團影響睡眠–覺醒狀態。因此，需要進一步研究超聲影響睡眠–覺醒行為的神經生物學機制。

實踐要點

（1）根據歐洲失眠診斷和治療指南，光療法被批準用于臨床治療失眠和生物節律障礙，顯示出良好的臨床療效。由于藍光的清醒效果，佩戴藍光阻擋眼鏡是治療失眠的有效方法，它能夠延長總睡眠時間并改善睡眠質量。此外，亮光療法在臨床實踐中廣泛用于治療抑郁癥和相關睡眠障礙。

（2）一項關于音樂療法的臨床研究表明，參與者的睡眠質量得到了改善。音樂療法被認為是一種有價值的非藥物干預，具有非侵入性、安全、成本效益高且無副作用的特點。此外，多項臨床試驗已證明在重癥監護病房使用耳塞可以增強睡眠質量。阻擋噪音的傳播往往能夠客觀改善睡眠。芳香療法因其對改善睡眠質量的顯著效果，常被用作非藥物治療睡眠障礙的方法。

（3）如前所述，低能量發射療法采用低頻電磁輻射，并已被探討作為失眠的非藥物療法。Pasche等人對97名失眠患者進行低能量發射療法治療，結果顯示總睡眠時間增加，睡眠潛伏期減少。然而，以前的研究結果不一致，這可能是由于志愿者對環境影響的敏感性和研究控制不足所致。盡管如此，低能量發射療法在睡眠障礙治療中可能具有潛在作用。

（4）環境化學和物理因素在睡眠障礙的治療中起著關鍵作用。然而，具體的神經生物學機制仍不清楚。因此，進一步的研究是必要的。

該綜述提示，當前的評估方法提供的證據有限，無法充分揭示環境化學和物理因素與睡眠-覺醒調節之間的關系。未來的研究應采用新方法，以擴展我們對機制的理解。未來對環境化學和物理因素的干預研究應旨在為睡眠障礙患者開發新型預防策略。