Physiological Reaction – Thresholds to Vibration During Sleep
Abstract
The World Health Organization Night Noise Guidelines for Europe 2009 report that there is sufficient evidence for biological effects of noise on sleep, starting at LAF,max,inside=32 dB. Alterations in sleep structure and electroencephalogram (EEG) awakenings start to occur at LAF,max,inside=35 dB. Changes in cardiovascular activity during sleep also occur as a result of noise exposure, but threshold levels have not been determined. Noise from freight trains in particular has been found to cause more frequent awakenings and stronger cardiac response than passenger trains. In the field, freight trains are often accompanied by low frequency vibration, with amplitudes commonly around 0.4 – 1.5 mm/s (comfort weighted) near railway lines. As with noise, moderate to high level vibration from freight has been shown to contribute towards cortical EEG reactions and changes of heart rate during sleep. However, it is not presently known at what threshold levels physiological effects due to vibration begin to occur.
The research group aimed to identify a physiological reaction threshold to vibration during sleep. An initial pilot study was conducted to give a first indication of where such a threshold might lie. A subsequent larger-scale main study further investigated the vibration level response threshold, and also provided knowledge regarding what physiological response occur at 0.4 mm/s, the current lowest limit value enforced for new railway lines in Sweden.
Changes in sleep stage and awakenings were observed at 0.4 mm/s, while indications were seen at 0.3 mm/s but not 0.2 mm/s. Changes in heart rate were seen at 0.3 and 0.4 mm/s, but not at 0.2 mm/s. This study found that the physiological effects and threshold levels for these WHO defined effects were 0.3 mm/s for changes in cardiac activity, and 0.4 mm/s for EEG awakenings and changes in sleep structure and fragmentation of sleep.
Publisher
Arbets- och miljömedicin, Göteborgs universitet
Other description
SVENSK SAMMANFATTNING: Ljud och vibrationer från tågtrafik kan störa sömnen hos boende nära järnvägen. För buller har man tidigare undersökt vid vilken lägsta nivå som fysiologiska reaktioner kan mätas under sömnen. De reaktioner man har undersökt är uppvaknanden och fragmentering av sömnen. Världshälsoorganisationen (WHO) sammanställde under 2009 forskningen på detta område och anger att mätbara effekter startar kring 35dB mätt som maximal A-vägd ljudtrycksnivåer med tidsvägning Fast.
Det saknas motsvarande kunskap för vibrationer. För att undersöka detta genomfördes sömnförsök i två omgångar i ljudmiljölaboratoriet vid Arbets- och miljömedicin, Sahlgrenska akademien. Först genomfördes ett pilotförsök med fem försökspersoner för att avgöra ungefär kring vilken vibrationshastighet som man börjar se effekter. Denna kunskap användes sedan för att bestämma vibrationsexponeringen i huvudförsöket, där totalt 12 personer deltog. Försökspersonerna sov fem nätter i ljudmiljölaboratoriet. Första natten var en tillvänjningsnatt för att prova på att sova i den nya miljön med givare monterade osv. Andra natten var en tyst kontrollnatt, och därefter följde 3 nätter med tågpassager med varierande vibrationshastighet i sängen. Under alla nätter mättes försökspersonernas sömn med polysomnografi (PSG), dvs elektroder monterade på huvudet och kroppen för att mäta EEG (hjärnaktivitet), EOG (ögonsrörelser), EMG (muskelaktivitet) och ECG (hjärtrytm).
Under sömnförsöken exponerades försökspersonerna för vibrationer via ett elektrodynamiskt skakdon som vibrerade sängen i horisontell riktning utmed sängens längsta axel (huvud-fot). Vibrationssignalen var en amplitudmodulerad sinusvåg med frekvens 10 Hz. Som mått på vibrationernas styrka användes den maximala komfortvägda vibrationshastigheten med tidsvägning S, och exponeringen varierades mellan 0,2 och 0,4 mm/s. Komfortvägd vibrationshastighet är det mått som används i Svensk standard (SS 460 48 61) för att utvärdera vibrationer från tågtrafik.
För att inte skapa en orealistisk situation med helt tysta tågpassager, och för att i viss mån maskera mekanisk buller från skakdonen, så spelades en svag bullersignal med maximal bullernivå 30 dB upp under varje tågpassage. Detta är under reaktionströskeln för ljud enligt WHO så det är liten risk att resultaten påverkades av effekter som beror på ljudet istället för vibrationerna.
Totalt 36 tågpassager spelade upp under sömnförsöken och vibrationsnivån varierades för varje passage enligt ett randomiserat mönster, se tabell 3 och 6. Händelserna var jämnt fördelade över natten, och påverkan på sömnen studerades genom att jämföra sömndjup och hjärtfrekvens i de 30 sekunder som föregick starten på tågpassagen med påföljande 60 sekunder.
2
Förändringar i sömndjup och sannolikheten för att vakna observerades vid 0,3 mm/s, men var statistiskt signifikanta först vi 0,4 mm/s. Vid 0,2 mm/s observerades inga skillnader gentemot kontrollnatten utan vibrationer. Förändringar i hjärtfrekvens var signifikanta både vid 0,3 mm/s och 0,4 mm/s, men syntes inte vid 0,2 mm/s. Tröskelvärdena sammanfattas i tabell 1 tillsammans med motsvarande tröskelvärde för maximal ljudtrycksnivå.
Collections
View/ Open
Date
2015-11Author
Smith, Michael
Ögren, Mikael
Persson Waye, Kerstin
Keywords
Night Noise Guidelines
sleep structure
noise on sleep
electroencephalogram (EEG) awakenings
cardiovascular activity
noise exposure
freight trains
vibration
railway lines
threshold levels
physiological reaction threshold
sleep structure
fragmentation of sleep
Publication type
report
ISBN
978-91-86863-08-1
Series/Report no.
Rapportserie AMM
2015 Nr 2
Language
eng
Metadata
Show full item recordRelated items
Showing items related by title, author, creator and subject.
-
The role of sleep problems in a chronic pain group compared to a control group, with respect to the response in pressure pain thresholds before and after a physical activity
Elton, Carolina (2017-10-31)Master Thesis in Medicine by Carolina Elton Supervisor: Anna Grimby-Ekman Background Chronic pain is usually defined as pain lasting more than three months. Chronic pain has a prevalence of 20% in the population and ... -
Sleep deprivation and organic effects in the central nervous system Dynamics of biomarkers in cerebrospinal fluid
Olsson, Martin (2016-02-11)Degree Project Thesis, Programme in Medicine. TITLE: Sleep deprivation and organic effects in the central nervous system Dynamics of biomarkers in cerebrospinal fluid. Objectives This study addresses potential CSF and blood ... -
Connection between seasonality in hospitalizations and sleeping traits in bipolar disorder
Markkanen, Alexi (2022-05-23)Background: Bipolar disorder (=BD) is a relatively common mood disorder which is characterized by episodes of depression and mania/hypomania. These episodes are not evenly distributed along the year but show a seasonal ...