Vliv větrání na kvalitu spánku

Tento článek popisuje výzkum provedený na Technické univerzitě v Eindhovenu v roce 2015, kdy byly měřeny koncentrace oxidu uhličitého (CO₂) v ložnicích 17 studentů za účelem zjistit vztah koncentrace CO₂ a kvality spánku.

Úvod

Každý musí spát. V průměru spíme 6 až 9 hodin denně, což znamená, že zhruba 1/3 našeho života trávíme spánkem [1]. Kvalitní spánek regeneruje naše tělo i mozek, má pozitivní vliv na zdraví, bdělost i snížení stresu [2]. Dále je známo, že nedostatek spánku je silně spojen se zvýšeným rizikem kardiovaskulárních onemocnění, psychických onemocněni, obezity a cukrovky [3]. V poslední době je stále vice pozornosti věnováno kvalitě spánku. Výzkumy ukazuji, že pro dobrý spánek je důležitá i kvalita vnitřního prostředí v ložnici [1].

Kvalita spánku může být vyjádřena např. latencí spánku (to je doba od ulehnutí po usnutí). Dalšími parametry, které ukazují kvalitu spánku, jsou například délka spánku, jeho hloubka, kolikrát se člověk v noci probudí, nebo pociťovaná únava po probuzení.

Metoda

Výzkum byl proveden ve stávajících ložnicích (jednolůžkových pokojích) studentů v jejich ubytovně. Studie se zúčastnilo 17 studentů (53 % mužů) ve věku od 21 do 27 let. Jedním z kritérií výběru bylo, že nesmí používat léky na spánek a během experimentu neměli studenti pít alkohol. Studenti se dobrovolně podíleli na výzkumu a mohli kdykoliv skončit.

Studie byla provedena v období od 19. října do 6. prosince 2015. V každém pokoji byly měřeny koncentrace CO₂, teplota, hluk pozadí a relativní vlhkost vzduchu po dobu pěti dnů. V prvním týdnu byla měření provedena v situaci, kdy studenti měli v noci (při spánku) otevřené okno nebo vnitřní dveře (měření: „Otevřeno“). Následovali dva týdny bez měření a pak druhý týden měření, kdy byly okna i dveře v ložnicích zavřené (měření: „Zavřeno“ viz obr. 1). Průměrná teplota venkovního vzduchu při měření s otevřeným oknem byla 5,8 °C a průměrná teplota vnitřního vzduchu byla 19,4 °C a průměrná relativní vlhkost 56 %. V druhém týdnu měření (zavřené okno) byla průměrná teplota venkovního vzduchu při měření s otevřeným oknem 5,1 °C a průměrná teplota vnitřního vzduchu 19,8 °C.

Koncentrace CO₂, teplota a relativní vlhkost byly měřeny s intervalem 5 minut. Senzory byly umístěny ve vzdálenosti 1,5 metru od polštáře, aby se zabránilo tomu, že by student při spánku dýchal přímo na senzor. Příklad měření v ložnici je znázorněn na obr. 2.

Kvalita spánku byla měřena kvalitativně i kvantitativně. Pro kvalitativní měření byly použity dva různé dotazníky [4]. Studenti vyplňovali tyto dotazníky denně během experimentu (online). Kvantitativní údaje byly získány měřením metabolizmu a úrovně aktivity studentů pomocí náramku SenseWear [5]. Náramek si studenti každý večer upevnili na pravou nohu. Navíc měli pod polštářem umístěn FlexSensor pro měření pohybu během spánku. Bohužel se jeho umístění ukázalo být problematické a ve všech případech nebylo možné měřit objektivní údaje. Na obr. 2 jsou zobrazeny polohy obou měřicích přístrojů.

Výsledky

Jedna z nejdůležitějších otázek spočívala v tom, zda obě situace měření, „Otevřeno“ a „Zavřeno“, povedou k rozdílným parametrům vnitřního prostředí v jednotlivých ložnicích studentů.

Obr. 3 znázorňuje kumulativní vzestup koncentrace CO₂ a teploty pro různé ložnice v měřených obdobích. Z grafů je patrné, že koncentrace CO₂ v situaci „Zavřeno“ se zvyšuje (v průměru 1147 ppm oproti 731 ppm pro situaci „Otevřeno“). Zjištěný rozdíl je statisticky významný.

Vnitřní teplota je také mírně, ale výrazně vyšší v situaci „Zavřeno“. Relativní vlhkost se mezi oběma situacemi dramaticky nelišila (56 % při zavřeném okně a 55 % při otevřeném okně. Průměrná hladina akustického tlaku pozadí měla významný rozdíl (40,5 dB (A) oproti 46,1 dB (A), „Zavřeno“ – „Otevřeno“).

Při výzkumu nebyly nalezeny podstatné rozdíly mezi oběma situacemi měření („Otevřeno“, „Zavřeno“) pokud jde o délku spánku, počet momentů probuzení a účinnost spánku (měřeno pomocí SenseWear a FlexSensor). Výzkum ohledně typu spánku (fáze) zaznamenal výrazně nižší hodnoty pro situaci „Zavřeno“. Vyšší hodnota typu spánku předpokládá hlubší/lepší spánek.

Diskuze

Existuje omezený počet studií, které zkoumaly vnitřní prostředí ve vztahu ke spánku. Z výsledků dosud provedených studií lze říci, že nižší hladina CO₂ pozitivně ovlivňuje kvalitu spánku a související parametry. Nejnovější studie Zhang et al. [8] také naznačuje, že studenti jsou spokojeni s koncentrací CO₂ 1000 ppm nebo nižší.

Otevření oken nebo dveří vede k požadovanému výsledku, tedy snížení koncentrace CO₂. Rozdíl v koncentraci (otevřené okno nebo dveře) však nevede k významným rozdílům ve většině objektivních a subjektivních parametrech spánku. Pouze pro subjektivní hloubku spánku a objektivně určenou spánkovou fázi byl rozdíl významný. Nalezené korelace podporují dříve nalezené výsledky [1][6].

V praxi výsledky znamenají, že dobře větraná ložnice přispívá ke zlepšení kvality spánku. Použití okna se ukázalo jako efektivnější než vnitřních dveří. Účinky vnější hladiny hluku v pozadí však mohou být rušivým faktorem, nicméně aspekt nebyl součástí našeho výzkumu. V praxi se použití vnitřních dveří může stát vhodnou alternativou pro větrání ložnicí z pohledu snížení koncentrace CO₂.

Určitě je také zajímavé zjistit, jaký vliv má kvalita spánku na výkon následujícího dne [1] nebo na dlouhodobý zdravotní účinek. Nedostatečný spánek je rizikovým faktorem pro mnoho nemocí. Znamená to, že je zapotřebí více výzkumu ohledně vnitřního klimatu a kvality spánku, pokud jde o případný příspěvek k prevenci (chronických) nemocí.

Kvůli pohodlí jsme ve studii použili CO₂ jako měřítko kvality ovzduší. Při následném výzkumu by to mohlo být poněkud odlišnější, například při pohledu na koncentraci prachových částic ve vzduchu.

Závěr

Spánek ovlivňuje mnohem více komponentů než jen kvalita vzduchu v ložnici. Přesto můžeme konstatovat, že dobře větraná ložnice s nízkými koncentracemi CO₂ přispívá k lepší kvalitě spánku. S výjimkou subjektivního hodnocení hloubky spánku a objektivně určené spánkové fáze jsou rozdíly zjištěné v parametrech spánku (při měřeních „Otevřeno“ a „Zavřeno“) nevýznamné. Byly nalezeny korelace, které podporují dříve publikované výzkumy. Dostatečné větrání ložnice je důležité. Je to jeden z prostorů v domě, kde trávíme zhruba třetinu našeho života. Dobrý spánek je důležitý nejen pro produktivitu v následujícím dni, ale dlouhodobě ovlivňuje naše zdraví. Podrobnější výsledky výzkumu jsou uvedeny v literatuře [7].

Článek vychází z diplomové práce Aike van Ruitenbeek, absolventky Stavební Fakulty na Technické univerzitě v Eindhovenu, Holandsko: https://research.tue.nl/en/student Theses/indoor-environment-of- sleeping-rooms-and-sleep-quality

Literatura

1. P. Strřm-Tejsen, D. Zukowska, P. Wargocki, and D. P. Wyon, The effects of bedroom air quality on sleep and next-day performance, Indoor Air, vol. 26, no. 5, pp. 679–686, 2016.
2. S. Urlaub, G. Grün, P. Foldbjerg, and K. Sedlbauer, The influence of the indoor environment on sleep quality, in Healthy Buildings Europe, 2015.
3. M. Billiard, Sleep; Physiology, investigations and medicine. New York: Springer, 2003.
4. D. Buysse, C. Reynolds, T. Monk, S. Berman, and D. Kupfer, The Pittsburgh Sleep Quality Index, Psychiatry Res., vol. 28, no. 2, pp. 193–213, 1989.
5. A. Krystal and J. Edinger, Measuring sleep quality, Sleep Med., vol. 9, no. September, pp. 510–517, 2008.
6. J. Laverge and A. Janssens, Analysis of the influence of ventilation rate on sleep pattern, in Proceedings of the 12th International Conference on Indoor Air Quality and Climate - Indoor Air, 2011, pp. 51–53.
7. A. Mishra, A. van Ruitenbeek, M. G. L. C. Loomans, and H. Kort, Window/ door opening-mediated bedroom ventilation and its impact on sleep quality of healthy, young adults, Indoor Air, vol. 28, no. 339–351, 2018.

Poznámka autora odborné korektury

Výše uvedený článek poskytl čtenářům možnost nahlédnout do uni­verzitních pokojů v Eindhovenu a Utrechtu v Holandsku, kde byl zkoumán vliv koncentrace CO₂ na kvalitu spánku studentů. Vybrané a přeložené části textů vycházejí z diplomových prací. Nemohou tak na jedné straně obsáhnout problematiku v celé šíři, na straně druhé umožňují uvědomit si důležitost optimální koncentrace oxidu uhličitého nejenom na kvalitu spánku, ale i na pozornost a soustředění studentů při vlastním studiu.

Udržet koncentraci CO₂ na optimální úrovni znamená dostatečný přívod venkovního vzduchu. Není-li možné použít rekuperaci, znamená ohřev přiváděného venkovního vzduchu v průběhu topné sezony významnou ztrátu tepla. V průběhu letní sezony pak při větrání otevřeným oknem naopak do místnosti proudí horký venkovní vzduch. Kromě toho dochází ke snižování relativní vlhkosti mimo oblast, ve které by se mohly škodliviny pro lidský organiz­mus projevit s nulovou nebo menší intenzitou. Ve většině případů je tak potřeba vnitřní vzduch vlhčit.

Na tomto místě by bylo vhodné připomenout, že nejenom CO₂ je škodlivinou v obytných prostorách. Dalších více jak 5000 škodlivin ve formě vdechovaných těkavých organických látek, známých pod anglickým názvem Volatil Organics Components (VOC) může na zdraví člověka působit stejně neblaze, jako je tomu v případě nadlimitní koncentrace CO_2. Jednotky koncentrace VOC jsou na měřičích stejně jako v případě CO₂ uváděny v ppm.

K zachytávání prachových částic se používají čističky vzduchu na různých principech. Zajímavým zjištěním je skutečnost, že řada čističek nebo zvlhčovačů vzduchu dnes dokáže generovat i potřebné záporné ionty. To by byla ale již jiná kapitola, která se možná v brzké době objeví v další z diplomových prací věnovaných elektroiontovému mikroklimatu.

Ing. Miloš Bajgar, Vytápění – znalecká a projektová kancelář, Praha; člen redakční rady Topenářství instalace

---

The influence of carbon dioxide levels on sleep quality

This paper describes the research conducted at the Technical University of Eindhoven in 2015. In study the indoor environmental quality of bedrooms was examined, specifically indoor air quality indicated by carbon dioxide (CO₂) levels, and its effect on the sleep quality.

Additionally a threshold from which sleep quality starts to get impaired is tried to be established and different methods for measuring sleep quality are examined. For 17 single rooms the CO₂ levels, temperature, background noise and relative humidity were measured for five days for two cases: 1) measurement with open window or door, and 2) measurement with closed window and door.

Keywords: indoor air quality, carbon di­oxide, bedroom, sleep quality, temperature, relative humidity