环境热与人类睡眠

3. 将环境最低温度提高1°C对老年人、女性和中低收入国家居民的睡眠损失影响更大。（A） 在我们的主要模型规范（方法，等式1d）中，年龄类别对夜间最低温度与年龄组相互作用产生的睡眠损失的边际影响。与中年人（4078623次观察）和年轻人（170626次观察）相比，温度升高1°C对老年人（155922次观察）睡眠丧失的影响几乎是两倍。（B） 性行为对温度导致的睡眠减少的边际影响。女性（n=1279271次观察）比男性（n=3125900次观察）在最低温度每升高一度时失去更多睡眠。（C） 与国家级国民总收入（GNI）和夜间最低气温相互作用的边际效应图。对于居住在中低收入国家（n=14639次观察）的人来说，温度对睡眠损失的影响要比居住在中上收入国家（n=274488次观察）和高收入国家（n=4116044次观察）的人大得多。误差条代表95%的置信区间。四颗星表示p<0.001水平的显著差异，三颗星表示p<0.01水平的显著差异，两颗星表示p<0.05水平的显著差异，一颗星表示p<0.1水平的显著差异。个人和环境人口因素可能会改变温度对睡眠的影响。老年期的特点是对环境温度不理想的体温调节反应减弱，睡眠时间提前，总睡眠时间缩短31.

这种与年龄相关的发展可能会增加老年人夜间对较高环境温度的敏感性，可能会对睡眠需求造成挑战。我们发现，老年人（>65岁）对夜间环境温度的外源性升高明显比中年人和年轻人更敏感（图3A）。夜间温度对老年人失眠的每度影响（系数：-0.61）是中年人估计的影响（系数：-0.28）的两倍多（p<0.01）。这些结果进一步证明了睡眠对环境温度的敏感性与年龄有关23,32.   在相同的条件下，与男性相比，女性的核心体温在晚上降低得更早33, 可能是女性在习惯性睡眠开始时暴露在更高的环境温度下。研究还表明，雌性动物的皮下脂肪厚度更大，这可能会损害夜间的热量损失24. 在我们的数据集中（图3b），比较最低温度对性别间睡眠时间的影响表明，夜间温度升高对女性的每度负面影响（系数：-0.34）大于男性（系数：-0.27）。这一发现进一步证明，女性可能比男性更容易受到不利的热影响34,35.   7.由于获得基础设施、冷却技术和其他未被观察到的环境资源可能会改变温度对睡眠的影响程度，因此我们进一步测试我们的结果是否因国家收入水平而异。我们发现，与收入水平较高的国家（补充表23a、b）相比，居住在中低收入国家（系数：-0.85）的人夜间最低温度对人类睡眠损失的影响要大得多。

夜间温度对睡眠时间的负面影响是中低收入国家居民的2.8倍（p=0.087），是高收入国家居民的2.8倍（系数：-0.30），是中上收入国家居民的3.6倍（p=0.057）（系数：-0.23）。总的来说，这些结果提供了初步证据，表明所有观察到的收入水平的国家都对夜间环境温度对睡眠的影响很敏感，但对于中低收入国家的人来说，每度增加的睡眠损失量可能会不成比例地大。图4气候变化导致的夜间气温升高可能会在全球范围内侵蚀人类的睡眠时间，并伴随着巨大的季节和地理变化。（A） 不同季节对夜间最低温度相关睡眠损失的边际影响。夏季夜间，气温升高与最大的睡眠损失有关，其次是秋季、春季和冬季夜间。误差条代表95%的置信区间。在p<0.01水平上，所有边际效应均与零显著不同。(B-C）世界地图预测了高排放情景下2050年和2099年当地的年度睡眠减少。每个彩色网格单元代表相应25 x 25km区域预计的每人每年额外睡眠损失。较深的紫色表示预计每年睡眠减少最少的区域，而较浅的黄色表示每年睡眠减少最多的区域。到2050年，睡眠减少程度的地域不平等已经很明显，到本世纪末变得更加明显。(D) 全球平均水平预测气候变化对睡眠时间损失的影响。

每一行代表不同缩小规模气候模型预测的人均睡眠损失估计变化，数据集中所有国家级像素的平均值。暗红线绘制了21个全球气候模型的整体平均预计损失。随着时间的推移，由于预计所有国家的气候变暖，睡眠损失都会增加（补充图6）。8.为了确定一年中最低温度的升高对人类睡眠的影响是否不同，我们检查了温度对每个季节睡眠减少的边际影响。夜间温度升高导致全年睡眠减少（图4A）。与年度温度分布一致，我们发现夜间温度升高导致睡眠时间缩短的时间在夏季最长（系数：-0.55），其次是秋季（系数：-0.35），春季（系数：-0.25）和冬季（系数：-0.20）（在p<0.01水平下，所有系数均与零显著不同）。夏季夜间温度升高对睡眠减少的影响比冬季大近三倍。我们的结果进一步证明，当夜间温度已经升高时，温度升高对人类睡眠造成的损失最大（图2A，补充表20）。由于之前的研究表明，人们可能能够在相对较短的时间内从生理上适应较高的温度，我们还进一步测试了人类睡眠对夏季第一个月夜间温度升高的反应是否不同——此时当地温度较高的夜晚相对较新，而夏季最后一个月的夜间温度升高则更为常见36.

虽然如果温度对睡眠持续时间的影响从夏季的第一个月到最后一个月逐渐减弱，短期适应将变得明显，但我们发现，有证据表明，夜间温度似乎会在接近夏末的时候导致更多的睡眠损失，而当气温相对较低时（方法，补充表35）。最后，我们假设未来的睡眠损失会对夜间最低温度的预期变化做出反应，就像他们在最近的过去对这些变化做出的反应一样，我们构建了气候变化对我们数据集中所有国家的累积年度睡眠损失影响的行为预测（图1B）。与气候影响文献一致，我们利用在高排放情景下运行的21个全球气候模型（RCP8.5）的网格数据，并将缩小规模的夜间温度预测联系起来，以计算到本世纪中后期预期的人均年睡眠损失（图4B-D，方法）。通过计算所有网格单元和21个气候模型的平均值，我们发现，到本世纪中叶，由于夜间气温变暖而导致的个人年度睡眠损失可能会增加，到2099年，每年的睡眠损失会变得更大。到本世纪末，由于气候变化，地球上大部分陆地的居民每年可能会失去超过11.3小时的睡眠，相当于平均一个半晚上的睡眠不足（方法）。由于气候模型输出的变化，2099年的全球平均睡眠损失预测范围从最低6.93小时到最高16.25小时。由于夜间温度的预测变化在地理上也有所不同，我们在数据集中绘制了所有国家的每个预测网格单元（图4B）。

在没有进一步适应的情况下，到2099年，最温暖地区的居民预计将经历每年超过23小时的累积睡眠损失，相当于我们样本的平均睡眠时间超过三晚（图4C，补充图6，方法）。重要的是，我们对这些预测的历史估计可能是保守的，因为大多数数据来自高收入国家，并且倾向于中年男性人口（方法）。事实上，我们的边际效应估计表明，未来低收入国家、人口老龄化人口和女性的睡眠损失可能会大得多（图3）。总之，我们提供了大量证据，证明人类睡眠对夜间环境温度敏感，对全球公共健康构成了与气候变化相关的额外威胁。夜间最低温度的升高会缩短睡眠时间，并通过缩短人类睡眠时间（主要是通过延迟睡眠开始）增加睡眠不足的可能性。夜间温度对低收入国家、老年人和9岁以下人群睡眠减少的影响更大女性。我们的研究结果表明，在人口统计学中，温度导致的睡眠减少是显而易见的，温度升高会导致一些人在所有季节内的睡眠减少，在最热的月份和最低温度超过10°C的夜晚，睡眠减少的幅度最大。我们没有发现可能的证据表明睡眠会短期适应更高的温度。此外，夜间温度升高可能会侵蚀人类未来的睡眠。除非进一步适应，否则未来变暖的负担将不会均匀分布，到2099年，生活在更温暖气候中的人每年将失去更多的睡眠。

总之，我们的研究结果表明，温度导致的睡眠减少可能已经并可能继续导致全球环境健康的不平等。我们的研究结果对适应规划、政策和研究具有重要意义。越来越多的证据表明，气温升高会对公众健康和行为产生社会影响，尽管其因果机制尚未得到很好的描述37–42. 睡眠不足会增加许多负面行为、社会和经济后果的风险，这些后果随着高温而增加35,43–48. 因此，睡眠可能是环境温度与不良认知和行为结果之间的关键中介2,4–9,26. 虽然进一步的研究应该试图澄清这一假设，但解决环境温度升高对人类睡眠的夜间影响可能是一种有效的早期干预措施，以减少与睡眠不足相关的下游不良行为影响。通过使用可穿戴设备记录的一致测量的睡眠记录，我们的研究结果表明，温度升高主要通过延迟人们入睡来导致睡眠减少，为寻求减轻夜间高温影响的未来适应性干预提供了特定的行为目标。有趣的是，我们的结果的一个推论是，环境降温干预可能能够促进睡眠增加（图2A）。尽管使用空调可能会部分缓冲环境高温的影响（图3C），但这些相同的适应性技术可能会通过增加温室气体排放和环境热量排放，加剧全球和局部变暖的不平等负担15,39,49,50.

可能需要在热管理、规划和设计方面进行社会创新，以保护世界城市人口中心和脆弱社区免受夜间温度升高的影响42.  在解释我们的结果时，应该考虑几个因素。首先，可穿戴设备的全球接入和采用在地理或人口统计学上并不统一。我们的数据集包含更多来自高收入和中上收入国家的中年男性（图1B，方法）。鉴于在我们的样本中，夜间温度对女性、老年人和中低收入国家的影响更大，我们对影响的估计和预测可能是保守的。可穿戴设备的拥有也可能与未被观察到的人口因素有关，包括较高的社会经济地位和获得冷却技术的机会，这可能会降低我们估计的准确性，尤其是在中低收入国家50. 此外，选择购买健身带的人可能在生理上更有韧性。其次，基于站点的环境温度测量可能不同于人们居住的实际温度暴露，这可能会削弱我们对温度和睡眠之间关系的经验估计20,25,51. 因此，我们的结果反映了室外环境温度对人类睡眠持续时间和时间的总体影响，包括所有与睡眠相关的行为影响。此外，在我们的分析中使用的反褶积过程可能会进一步向下偏移我们的效果估计（方法）。尽管如此，我们观察到环境温度对睡眠的持续影响——即使是生活在工业化社会和高收入国家的人们，他们似乎可以使用空调（图3C）。

10第三，目前的研究只测量了睡眠持续时间和时间的变化，因此没有传达观察到的睡眠持续时间下降如何影响潜在的睡眠生理学。人类受试者的对照实验表明，当人们暴露在高温环境中时，REM和NREM睡眠会减少22, 然而，目前尚不清楚环境温度如何调节人类睡眠结构，以及现实环境中恢复性睡眠的其他神经行为相关因素19. 此外，与腕部活动描记术类似，基于加速度计的可穿戴设备可能会低估夜间觉醒，这表明本研究中的睡眠估计可能是保守的。未来的现场研究应该调查睡眠碎片是否也对周围的天气条件敏感。第四，尽管我们的样本包括来自所有人口大陆的68个国家的数据，但它对非洲、中美洲、南美洲和中东大部分地区的覆盖率很低，这些地区已经是世界上最温暖的地区之一（图4C）。气候预测表明，这些地区内的许多国家将不成比例地暴露在一些最高环境温度和最冷度的天气中，这需要进一步研究49.   最后，尽管我们没有发现短期适应的证据，但人们可能会通过我们的历史估计没有捕捉到的技术或环境发展来适应未来更温暖的夜间温度，这可能已经反映出相当大的适应能力（图3C）52,53. 为此，未来的研究需要调查公平的政策、规划和设计创新，以缓解夜间气温升高带来的压力，并在地方和社会层面促进适应性睡眠。

材料和方法没有使用统计方法来预先确定样本量。可穿戴设备和移动设备的数据流对于评估全球环境变化对人类的影响具有潜在的实用价值54,55. 在我们的用户层面分析中，我们纳入了从2015年9月到2017年10月的两年期间从47628名匿名健身带用户那里收集的睡眠条目，这些匿名健身带用户通过电子方式同意将其数据用于研究目的。据我们所知，这是迄今为止用于研究气象因素与人类睡眠之间关系的移动睡眠跟踪设备用户的最大样本。为了调查气象变量是否影响几个感兴趣的睡眠参数，我们在数据集中为每个用户注册了以下内容：睡眠期开始时的开始时间（睡眠开始）；记录的睡眠时间的中点（睡眠中期）；睡眠周期结束时检测到的时间（睡眠偏移）；以及给定夜晚记录的总睡眠时间（睡眠持续时间）。在预处理阶段，将自我报告的年龄、性别、身高和体重数据汇总为年龄组、性别和WHO BMI类别，并将睡眠条目与最近的气象站匹配。106.7亿次睡眠状态观察（以1分钟为单位）被汇总为741万次睡眠记录。我们采用了先前全球观察睡眠研究中使用的最小和最大允许睡眠时间（4小时。<睡眠时间<12小时）的纳入标准56. 为了研究夜间环境温度对夜间同时获得睡眠的影响，我们进一步根据当地时间（19:00<睡眠开始时间<08:00和00:00<睡眠补偿时间<15:00）过滤睡眠条目。