早稲田大学はこのほど、室内環境と睡眠の質の関係についての研究成果を発表した。

寝室の換気と睡眠の関係に注目

これまでの研究でも、寝室の不十分な換気が睡眠の質に及ぼす影響には関心が寄せられてきた。特に、室内のCO₂濃度が高まると、覚醒時に眠気や集中力の低下が生じることは広く知られているものの、寝室内の換気不足や、その結果として生じるCO₂濃度の上昇が睡眠に与える影響については、これまで統一的な結論を導くことが困難だった。これは、実際に報告されてきた研究が、対象とする人数や年齢、測定した睡眠指標(睡眠効率、深睡眠割合、入眠潜時など)、さらに換気の方法(窓開け、機械換気など)においてそれぞれ異なっていたためであり、結果を直接比較することが難しい状況にあった。

CO₂濃度が高まると睡眠の質に影響、明らかに

早稲田大学スマート社会技術融合研究機構 研究助手の秋元 瑞穂氏、同大学理工学術院教授の田辺 新一氏およびデンマーク工科大学教授のPawel Wargockiらの国際研究チームは、同グループの研究成果を含め、2020年1月から2024年8月までに発表された、寝室の換気状況と睡眠の質を同時に測定した合計17本の研究を整理・分析した。対象には、実際の住環境で寝室の状況を調べた研究に加え、換気条件を意図的に操作して睡眠への影響を検討した研究も含まれており、寝室内のCO₂濃度や換気条件と、睡眠効率、深睡眠割合、入眠潜時といった睡眠指標との関係を比較した。

  • 図1:睡眠中の換気と睡眠の質を同時に測定した論文数と被引用数の推移

    図1:睡眠中の換気と睡眠の質を同時に測定した論文数と被引用数の推移

分析の結果、寝室内のCO₂濃度が高くなると睡眠の質に影響が及ぶことが確認された。図2は、レビュー対象とした研究を縦軸に並べ、それぞれの研究の種類(実際の住環境での調査か、換気条件を操作した実験的研究か)や対象者の年齢属性とともに整理し、横軸に報告されたCO₂濃度を示したものとなる。整理・分析した17本の研究のうち、一部は複数の条件で実験を行っており、図2には合計22件の実験データが反映されている。そのため研究番号が同じでも、条件の異なる結果が複数プロットされている場合がある。

例えば研究番号3では、実験室内のCO₂濃度がおよそ800 ppm、1,900 ppm、3,000 ppmの条件で比較されている。その結果、800 ppmに比べて1,900 ppmや3,000 ppmでは睡眠の質に統計的に有意な低下(p<0.05)が確認された。このように、黒く塗りつぶされたプロットは有意な低下が認められた条件を、白抜きのプロットは比較対象や有意差が認められなかった条件を示している。

  • 図2:寝室内CO₂濃度と睡眠の質に関する各研究の結果

    図2:寝室内CO₂濃度と睡眠の質に関する各研究の結果

横軸には寝室内CO₂濃度を示し、黒いプロットは平均値、赤いプロットは95パーセンタイル値。塗りつぶされたプロットや灰色の帯は統計的に有意な差(p<0.05)が確認された水準を示し、白抜きは有意差が確認されなかったことを示す。CO₂濃度は絶対値で表す。なお、研究番号12は人工気候室にて実験的にCO₂を追加して濃度を上昇させた研究であり、他の研究と必ずしも直接比較できない。

図2から、脳波計や腕時計型睡眠計によって測定された睡眠の質に有意な低下(p<0.05)が報告された最も低い絶対CO₂濃度は約1,000 ppmであることが読み取れる。一方で、統計的に有意差が確認された条件(塗りつぶし)と比較された参照条件(白抜き)の中で最も高い濃度は850 ppmだった。(それぞれ図中に青丸で示す)ただし、850ppmという値はあくまで参照条件にすぎず、NOAEL(無影響量)と位置づけることはできない。本研究グループは、センサーの測定精度(±50 ppm程度)を考慮し、安全側に余裕を持たせて800 ppm以下を暫定的な目標水準とすることが合理的だと提案した。

さらに、図3は外気のCO₂濃度を420 ppmと仮定し、睡眠中の人からのCO₂産生量に応じて、寝室内のCO₂濃度を800ppmや1,000ppmといった目標値以下に保つために必要な外気供給量を推計したものとなる。この図から、成人が睡眠中の寝室でCO₂濃度を800 ppm以下に維持するには一人当たり約8 L/s(リットル/秒)の外気供給が必要であることが読み取れる。この換気量は、現在推奨されている住宅の換気量より明らかに多く、また住宅で広く採用されている0.5回/h換気よりも高い値に相当する。例えば、床面積10m2・天井高2.5mの寝室(容積25m3)で考えると、一人で滞在する場合はおよそ1時間に1回、二人で滞在する場合はおよそ30分に1回、部屋全体の空気が入れ替わる換気量に相当する。現状、この水準に対応する規格は限られており、欧州規格EN 16798-1の最も厳しいカテゴリーI(屋外濃度＋380 ppm以内)が該当する。また、一部の病院規格(例:米国暖房冷凍空調学会ASHRAE Standard 170、日本の病院設備設計ガイドラインHEAS-02)でも同様のレベルが規定されている。

なお、必要換気量は「屋外濃度との差」と「室内のCO₂産生量」によって決まる。就寝時はCO₂産生量が覚醒時より小さいため、寝室で800ppmを目標とする場合でも、一般オフィスで1,000ppmを目標とする場合と同程度(約8–10 L/s・人)の換気量が必要になる目安となる。

  • 図3:寝室内CO₂濃度を抑えるために必要な外気供給量の推計

    図3:寝室内CO₂濃度を抑えるために必要な外気供給量の推計

研究の波及効果や社会的影響

これまで住宅の換気は、主にシックハウス対策や結露防止、感染症対策を目的として議論されてきたが、本研究は睡眠という生活行動と換気環境を結び付け、寝室で目安となるCO₂濃度を提示した点に特徴がある。睡眠の質が日々の生活に影響することを踏まえると、こうした知見は住宅設計や換気のあり方を検討するうえで有用な基礎情報となる。

課題と今後の展望

本研究は既存研究を整理・分析したレビューであり、対象となった研究数がまだ多くないこと、また研究ごとに条件や評価方法に違いがあることが課題として挙げられる。さらに、CO₂濃度は寝室の換気状況を示す指標として広く用いられているが、CO₂のみを操作した研究は限られており、特に1,000ppm未満の低濃度での比較データが不足している。そのため、今後さらなる研究の積み重ねが必要とされる。本研究で得られた知見を基に、比較可能なデータが増えていくことが重要であり、今後、実際の寝室での実験や調査を継続することで、より確かな知見の蓄積が期待される。