第二章 文獻探討
第三節 晝夜節律的機制與影響
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不足及睡眠中斷等睡眠困擾，並有高比例在工作時段中經驗到過度嗜睡，使心理 動作警覺速度下降及工作效能低落，進而削弱工作及生活品質的滿意度，增加離 職率和人員流動率，然而若工作內容為需要高專業能力的職業，如飛航管制員、
輻射防制員、醫療專業人員等，過於頻繁的人員替換率又更增添工作意外的風險，
因此是極需要重視與積極介入的問題。
第三節 、晝夜節律的機制與影響
從前述研究回顧，不難發現輪班工作者的各項困擾間環環相扣，如工作表現 與睡眠困擾。規律的作息是人們所渴望的，對輪班工作者而言卻是奢侈的想望，
由於輪班工作的班表限制，使輪班工作者的作息時間不同於一般工作者，往往造 成其在可睡覺的時間無法入眠，卻在不能睡覺的工作時間感到困倦，其中重要的 問題成因：混亂的晝夜節律。學者將人隨著約莫二十四小時變化的生理節律稱為
「晝夜節律（circadian rhythm）」，人體中許多生理機制會出現以二十四小時左右 做週期循環的變化，以能針對環境可預期的規律性變化做綢繆、來回規律的振盪，
如體溫、尿液中的組成物、心跳和血壓等在一天當中各有其振盪的方式，而掌管 睡眠部分的晝夜節律調控人們能在固定時間想睡覺及在固定時間醒來，隨著現代 產業型態的改變，晝夜節律逐漸被注意到，其中最容易被關注的便是睡眠的睡、
醒週期，也是本篇研究中所著眼的部分。
晝夜節律不同於恆定系統總會回到某個固定值，晝夜節律是內生性的，會規 律的振盪，並受外在環境因子調節內在晝夜節律與二十四小時的外在節律同步，
此些因子包含光線、工作、運動、進食等，而光線是最有效的時間線索（zeitgeber）， 由於人的內在晝夜節律極大多數是長於二十四小時的，相對於外界二十四小時的 環境，人的內在晝夜節律有如一只對時不精準的錶，光線等信號便提供校對的功 能，重新設定晝夜節律以能連結到規律、可預期的環境。主宰晝夜節律的部位座 落於前下視丘的視交叉上核，其本身即是振盪器的細胞所組成，以形成晝夜節律，
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也調節睡眠相關的荷爾蒙分泌。晝夜節律與恆定系統有著密切的交互作用，恆定 系統隨著清醒的長度累積睡眠趨力，入睡後則逐漸減退，而主宰晝夜節律的視交 叉上核則以光線作為刺激的來源，在主觀的白天中活躍以維持白天的警覺，並在 接近睡眠時間的傍晚時分降低活性，褪黑激素則約在入睡的前兩小時開始分泌，
使得入睡以後睡眠趨力逐漸消退下，抑制視交叉上核的活性以維持睡眠，晝夜節 律也在此時與恆定系統相抗衡，與褪黑激素共同維持睡眠；相反地，白天工作時，
晝夜節律提供清醒的趨力抗衡隨時間逐漸增長的睡眠趨力（請見圖一）。
圖一、晝夜節律與恆定系統擷抗圖。
縱軸的 7 為睡著的風險。C 為晝夜節律的作用、S 為恆定系統的作用：隨著清醒 的時間，警覺度逐漸下降，S’則為入睡後之恆定系統的作用：警覺度逐漸回復、
S+C：預期的警覺度。
（Note from “Work hour and sleepiness.” by Åkerstedt, T. 1995, Clinical Neurophysiology, 25, p.372）
因此在人們調整晝夜節律時往往最常運用與陽光的接觸，而由於人是以白天 活動為主的動物，與身體清醒相關的各項節律多以白天活躍、夜間休息的二十四 小時週期進行運轉，而這些節律也往往難以快速調適成夜間活躍的模式。但輪班 工作的工作型態往往要求勞動者必須在短時間內將原本安排用以睡眠的時段轉 換為工作時間，然而，晝夜節律調整與外在環境同步的速度較為緩慢，每每難以
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跟上外在環境時間做快速的轉變，因此，即便旅人通常能逐漸適應新的時區，輪 班工作者卻因班表的安排而無法擁有充分時間作調適，使內在的晝夜節律經常與 外在的時間線索不同步，呈現出不同於二十四小時的週期時間或混亂的節律狀態
（Reinberg, & Ashkenazi, 2008）。而內在的晝夜節律與穩定的睡眠有所關連，若 內外的晝夜節律不同步下容易出現睡眠困擾，如同在錯誤的時間點睡覺，使得輪 班工作者出現慢性的睡眠剝奪，進而影響認知表現（Durmer & Dinges, 2005），
當內外在的晝夜節律呈現時間差時，可能會使個體在想要的睡眠時段出現難以入 睡、睡眠中斷、早醒等睡眠困擾，以及在工作時難以維持清醒，必須仰賴小憩片 刻才能維持因清醒度不足而引起的工作效能低落的情形。
倘若上述睡眠或白天困擾嚴重且持續影響個體的生活品質，則屬於異常的臨 床問題，需專業醫療人員進一步介入處理。根據美國睡眠醫學學會（American Academy of Sleep Medicine，AASM）的國際睡眠疾病分類第二版（The
International Classification of Sleep Disorders-2nd edition， ICSD-2, 2005），晝夜節 律睡眠疾患中的輪班工作睡眠疾患（shift work sleep disorder）為因需輪班工作而 經常轉換工作和睡眠時間、或長期於非日間工作者，若出現長達一個月的失眠或 過度嗜睡的情形，且上述情形造成其個人或生活功能的痛苦或損害則稱之。根據 調查有 32.1%的固定夜班工作者與 26.1%的換班式的輪班工作者符合此疾患的診 斷，過度嗜睡的比例更高達 44.8%與 35.8%（Drake, Roehrs, Richardson, Walsh, &
Roth, 2004）。由於輪值夜間工作與白天工作的睡醒作息差異大，所形成之晝夜節 律差異將影響到個體的警覺度、嗜睡度與表現能力，正如同長途旅行的旅人，在 飛越數個時區後所出現的時差症狀：疲倦、身體痠痛、無法入睡、消化道問題、
精神迷惘等，甚至使決策能力、溝通能力、注意力下降，這些負面的影響在慢性 睡眠品質不佳的情形下又將產生更大的困擾（Cho, Ennaceur, Cole, & Suh, 2000;
Dean, Forger, & Klerman, 2009）。
為進一步瞭解晝夜節律的影響，體溫、褪黑激素、認知表現等都被加以研究，
並用以代表晝夜節律的變化。當褪黑激素在睡前的濃度逐漸攀升時，核心體溫亦
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逐步降低（最低體溫約莫為早上 4:00-6:00），使得入睡和睡眠維持較為容易，相 反地，當核心體溫上升、褪黑激素下降時便較容易有自發性的覺醒（最高體溫約 在最低體溫後的 12-14 小時），並在早上核心體溫急遽上升與褪黑激素下降的時 段結束睡眠（Dijk & Czeisler, 1995）（見圖二）。在簡單的認知功能表現方面，當 外在環境的影響控制在一致的狀態，如光照、飲食、溫度、咖啡因攝取等，簡單 的認知表現的節律變化會相似於內在晝夜節律的變化，且與核心體溫的節律一致，
圖中主觀的警覺度的最低點與核心體溫的最低點相近（見圖二），且主觀警覺度 與反應時間上升的高點相對映，因此能藉由體溫的節律預測認知作業的表現和個 體的警醒度（Van Dongen, 2004）。其中個體最佳的工作效率是在體溫最高時，而 工作效能最低的時間則常落在輪班工作中大夜班的工作時段內，該工作時間常需 橫跨晝夜節律的體溫低點（Czeisler, Weitzman, Moore-Ede, Zimmerman, & Knauer, 1980; Dijk, Duffy, & Czeisler, 1992），可能為造成大夜班的工作效能低落的原因之 一。
圖二、核心體溫與其他晝夜節律的關係
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（Note from “Two circadian rhythm in the human electroencephalogram during wakefulness.” by Aeschbach, D., Matthews, R., Postolache, T. T., Jackson, M. A., Giesen, H. A., & Wehr, T. A. 1999, American Journal of Physiology-regulatory, integrative and comparative physiology, 277, p.R1777）
Valdez, Reilly, and Waterhouse（2008）回顧認知表現的相關研究，因認知表 現受到晝夜節律和恆定系統-累積醒來的時間長短所影響，其中簡單的認知作業
（如目標物搜尋、反應時間、短期記憶測驗等）受到醒來時間的長短的影響較小，
而主觀的警覺度、反應速度則與核心體溫相關，體溫最高點與較佳的作業表現相 映（見圖三），因此在瞭解晝夜節律對認知表現的影響之研究中，經常使用簡單 的認知作業。Harrison, Jones, & Waterhouse（2007）便藉由作息時間的設定使內 外在晝夜節律不同步，並測量主觀嗜睡度與持續性注意力反應作業，試圖瞭解晝 夜節律與恆定系統的交互作用對認知表現的影響，研究中在清醒後每兩小時間隔
（如：0-2 小時, 2-4 小時）和體溫最高點後每一段溫度變化（0-30°, 30-60°）測 量一次主觀嗜睡度，將得到的測量數據作分組平均以探究恆定系統和內在晝夜節 律（核心體溫節律）對嗜睡度的影響，結果發現晝夜節律和恆定系統的交互作用 未對認知表現產生顯著影響，但當控制恆定系統的影響時，卻仍可觀察到晝夜節 律顯著影響作業表現。
圖三、內在晝夜節律的核心體溫（上方虛線）與「簡單」、「複雜」認知作業 表現（下方實線）之簡圖。
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向上的箭頭表示較高的體溫和較好的作業表現。簡單作業中，恆定系統-清醒時 間所造成的負向影響較小，其節律平行於核心體溫的節律；複雜作業中，清醒時 間所造成的影響較大，其節律與核心體溫的最高相位相比則略往前移，（點線代 表複雜作業移除清醒時間的影響之節律。）
（Note from “Rhythms of Mental Performance.” by Valdez, P., Reilly, T., Waterhouse, J., 2008, Mind Brain and Education, 2(1), p.10）
除晝夜節律本身的影響外，晝夜節律失調的輪班工作者也可能因為無法在可 睡著的時刻安排作息，進而出現睡眠剝奪的情形，再影響其認知表現，不論是急 性或慢性的睡眠剝奪研究皆發現受睡眠剝奪的個體在認知作業表現上有反應時 間增長、注意力缺損增大的情形（Van Dongen & Dinges, 2005），其中，連續七天 的總躺床時間限制為三和五小時者，在心理動作警覺作業（psychomotor vigilance task，PVT）表現持續的下降，反應時間和缺失率皆增加。其中總躺床時間為三 小時者的心理動作警覺作業表現急遽下降且入睡耗時減短、主觀的嗜睡度
除晝夜節律本身的影響外，晝夜節律失調的輪班工作者也可能因為無法在可 睡著的時刻安排作息，進而出現睡眠剝奪的情形，再影響其認知表現，不論是急 性或慢性的睡眠剝奪研究皆發現受睡眠剝奪的個體在認知作業表現上有反應時 間增長、注意力缺損增大的情形（Van Dongen & Dinges, 2005），其中，連續七天 的總躺床時間限制為三和五小時者，在心理動作警覺作業（psychomotor vigilance task，PVT）表現持續的下降，反應時間和缺失率皆增加。其中總躺床時間為三 小時者的心理動作警覺作業表現急遽下降且入睡耗時減短、主觀的嗜睡度