高原與平原對28小時睡眠剝奪認知能力的影響

田艷麗 姚冬芳

1.北京軍區總醫院全軍皮膚病診治中心,北京 100700;2.解放軍 304醫院腎臟內科 北京 100037

高原具有重要的軍事戰略和經濟開發地位,但高原缺氧加之氣候惡劣,對人體的生理和心理機能會產生嚴重的影響。社會的發展使得人們在高原從事連續作業的機會越來越多,特別是一些特殊職業的要求,如醫生、軍人、司機,人們常常會出現睡眠不足,導致睡眠缺失或睡眠剝奪,睡眠缺失或剝奪也嚴重影響人的生理和心理機能[1]。一些研究發現,高原從事連續作業會因為缺氧和睡眠剝奪的協同作用,引起心理和生理機能的顯著變化[2-3]。例如,Mertens和Collins通過實驗室模擬高海拔暴露,發現高海拔暴露和睡眠剝奪的協同效應會影響高認知負荷的工作績效。但還有一些研究表明與平原相比,中等海拔 (2580m)的常駐被試睡眠剝奪條件下的心率和血壓的變化并不顯著,同時傳統中樞興奮藥咖啡因在中等海拔仍能發揮較好的對抗睡眠剝奪的效果。這些研究結果提示在中等海拔睡眠剝奪條件下,由于被試已經耐受缺氧,因此沒有出現高海拔暴露和睡眠剝奪的協同效應。但是,如果在更高海拔,是否會因為睡眠剝奪增加人體負擔而出現缺氧于睡眠剝奪的協同效應呢?為了驗證這一假設,本實驗選用了兩組適應當地環境的被試參與 28h的睡眠剝奪,探索不同海拔(400mVS3700m)對久居人群睡眠剝奪條件下認知能力的影響。

1 對象和方法

1.1 對象 被試分為兩組,10名平原組被試為西安 (海拔 400m)駐地戰士,8名高原組被試為納赤臺 (海拔3700m)駐地戰士,均為青年健康男性,年齡 18～19歲。所有被試均在駐地生活 1年以上,無吸煙及飲用咖啡因、茶葉等飲料的習慣,睡眠良好、規律,無入睡困難及其他睡眠障礙。抽血查肝腎功能正常。

1.2 方法 (1)連續相加測驗：分為小于法和大于法兩種,演算方法與普通加法不同。小于法的算法是：將測驗表中的橫行數字連續累計相加,如果得到的是兩位數,不記十位數,只記個位數。凡相加后之和比相鄰右邊的數小 1(＜),則跳過右邊這個數加下一個數。這樣連續累計加完整行數字,將結果寫在答案欄內。大于法的算法是：方法基本同第一法。不同的是遇到兩數相加后所得的和比相鄰右邊的數大 “1”時 (＞),右邊的這個數就不加,跳過而加下一個數,這樣連續累計加完整行數字將結果寫在答案欄內。以上小于法和大于法交替進行運算,直至完成 20題的任務。(2)實驗步驟實驗前集中訓練被試,使其在連續相加測驗中達到熟練程度,錯誤率保持在 10%以下。睡眠剝奪期間被試從事輕體力娛樂活動,如看錄像、打牌等。被試共完成 6次測驗,第 1天 9：00為基礎值,其余 5次安排在第二天的 2：00、 4：00、 6：00、 8：00和 10：00*。

1.3 統計分析 使用 SSPS10.0軟件包進行統計學分析。統計方法包括一般性統計學描述、t檢驗和重復測量析因分析。以P＜0.05為顯著性指標。

2 結果

2.1 基礎值t檢驗的結果 高原和平原被試連續相加測驗基礎值的結果：平原組完成時間 266.00±33.52,正確率為92.33±14.23,t為 0.18,P＞0.05;高原組完成時間：274.45±53.33,正確率 94.37±5.62,t為 0.15,P＞0.05。

高原組被試與平原組被試基礎值的 t檢驗結果表明,兩組被試之間測驗完成時間和正確率不存在顯著差異 (P＞0.05)。

2.2 測驗完成時間的結果 高原和平原睡眠剝奪條件下測驗完成時間的結果：

海拔 400m時：02：00為 311.40±51.08,04：00為366.60±73.00,06：00為 344.00±44.38,08：00為342.00±67.15,10：00為 357.60±110.22;海拔 3700m時：02：00為 321.00±107.99,04：00為 317.00±155.80,06：00為 300.75±97.79,08：00為 330.87±112.51,10：00為 326.00±96.84。

重復測量的方差分析表明：被試連續相加測驗完成時間上不存在海拔高度的主效應 (F1,16=0.53,P＞0.05)、時間的主效應 (F4,64=0.94,P＞0.05)以及海拔高度和時間的交互作用 (F4,64=1.01,P＞0.05)。

2.3 正確率的結果 高原和平原睡眠剝奪條件下測驗完成時間的結果：

海拔 400m時：02：00為 90.00±16.33,04：00為93.33±10.66,06：00為 88.67±16.8708：00為 90.00±11.11,10：00為 86.00±15.77;海拔 3700m時：02：00為 93.75±6.94,04：00為 91.88±3.72,06：00為 90.62±9.42,08：00為 92.50±5.97,10：00為 95.62±5.62。

重復測量的方差分析表明：被試連續相加測驗正確率上不存在海拔高度的主效應 (F1,16=0.55,P＞0.05)、時間的主效應 (F4,64=0.36,P＞0.05)以及海拔高度和時間的交互作用 (F4,64=1.17,P＞0.05)。

3 討論

本研究通過現場實驗旨在探討高原和平原兩種不同環境對 28h睡眠剝奪過程中認知能力的影響。實驗采用特殊規則的連續相加測驗不僅考察計算能力,還考察工作記憶能力和規則轉換能力,是一種復雜任務。實驗結果表明兩種不同環境下睡眠剝奪對被試認知能力的影響不存在高度、時間的主效應,以及交互效應,說明在 3700m的高原環境下的 28h睡眠剝奪對計算能力的影響與平原沒有顯著區別。

以往大量研究表明高原缺氧對認知功能具有消極影響,Fowler等認為影響人績效的最低海拔是2438m,其中認知能力比心理運動能力更易受缺氧的影響,復雜任務比簡單任務更易受到影響,實驗中選擇 3700m的自然海拔高度能夠反應缺氧對人的影響。Vandenberg和Lance認為在不同控制條件下對不同被試進行有效的基準比較 (benchmarking comparisons)的關鍵是兩組被試應該是來自同一群體的代表性樣本。

本研究發現高原和平原條件下對睡眠剝奪后的認識任務沒有顯著差別,與以往Mertens和 Collins[4]的研究結論并不一致,關鍵因素是被試對缺氧適應的差異。Mertens和Collins的研究通過實驗室模擬高原缺氧的條件,被試突然暴露缺氧環境,通過增加心率、每搏輸出量和呼吸頻率等即可習服反應提高血氧飽和度,效果有限。睡眠剝奪進而加重大腦耗氧量,從而出現睡眠剝奪與高原缺氧之間的協同效應。

綜上所述,高原缺氧和睡眠剝奪對認知功能影響的協同效應會出現在突然暴露于高海拔的人群中,而不會出現在久居高原的人群中。這提示為了防止高原缺氧和睡眠剝奪的協同效應,應該避免讓暴露高原缺氧環境時間較短的人員進行夜間的連續工作,而久居高原的人群則受睡眠剝奪的影響較小。將來應該進一步探討長時間睡眠剝奪過程中高原缺氧對久居人群高認知負荷任務的影響,為正確安排夜間連續工作提供實驗依據。

[1]曹雪亮,苗丹民,皇甫恩等.高原低氧條件下 45h睡眠剝奪對工作記憶的影響.中國行為醫學科學,2005;14.

[2]曹雪亮,苗丹民,皇甫恩等.高原低氧條件下 45h睡眠剝奪對自我監控的元認知能力的影響.中國行為醫學科學,2005;14.

[3]曹雪亮,苗丹民,皇甫恩等.高原與平原條件下 48h完全睡眠剝奪對血壓和心率的影響.解放軍預防醫學雜志,2003;21.