夜班環(huán)境中睡眠剝奪對(duì)成年人認(rèn)知表現(xiàn)的影響

宋艷平, 覃 偉, 呂芯芮, 王子堯, 黨衛(wèi)民, 陳志忠, 劉寶花,董問天

睡眠對(duì)于保持良好的精神狀態(tài)和身體健康至關(guān)重要，睡眠充足的成年人認(rèn)知表現(xiàn)更佳，比如思維敏捷、注意力集中，并具有良好的記憶力[1]。但是，醫(yī)院、航空等服務(wù)行業(yè)由于工作的特殊性，常采取輪班制工作。調(diào)查顯示，發(fā)達(dá)國(guó)家中約21%的勞動(dòng)人口從事輪班工作，此類從業(yè)人員存在不同程度的睡眠剝奪[2]。輪班工作人員的輪班工作通常與晝夜節(jié)律紊亂有關(guān)，輪班工作中的夜班須在夜間進(jìn)行，與晝夜節(jié)律之間的沖突通常會(huì)導(dǎo)致認(rèn)知能力下降[3]，甚至降低工作效率，增加工作中的失誤和事故風(fēng)險(xiǎn)；因而困倦、判斷力不佳成為造成夜班工作場(chǎng)所事故的主要原因[4]。既往有人研究睡眠剝奪對(duì)認(rèn)知能力的影響，但是多為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，且國(guó)內(nèi)相關(guān)研究較少。該研究模擬輪班環(huán)境，以探究夜班中的睡眠剝奪對(duì)輪班工作人員的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)對(duì)象通過網(wǎng)絡(luò)招募北京高校學(xué)生為試驗(yàn)對(duì)象，試驗(yàn)開始前獲得了北京大學(xué)第六醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，并獲得了試驗(yàn)對(duì)象的書面知情同意。試驗(yàn)時(shí)間為2019年6月24日—2019年7月31日。試驗(yàn)對(duì)象均符合以下標(biāo)準(zhǔn)：① 年齡：18～50歲；② 心理篩查(明尼蘇達(dá)多相人格量表和抑郁自評(píng)量表)測(cè)試未見異常；③ 既往無影響認(rèn)知功能的器質(zhì)性疾病病史(包括腦血管疾病、顱內(nèi)腫瘤、癲癇等病史)；④ 既往無神經(jīng)或精神系統(tǒng)疾病(包括焦慮、抑郁、失眠、特殊恐怖癥、神經(jīng)衰弱、酒精及藥物依賴等)；⑤ 近半年內(nèi)未服用助眠藥物(包括地西泮、硝西泮等)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)象在北京大學(xué)第六醫(yī)院醫(yī)生辦公室模擬輪班工作，模擬四天制的輪班工作周期，即1個(gè)白班結(jié)束后，接1個(gè)夜班，然后休息2 d，每次夜班持續(xù)9 h；本研究進(jìn)行1個(gè)周期的研究。辦公室是光線和溫度受控的環(huán)境，光線照度為300 lux，環(huán)境溫度維持在(25±1)℃。因?yàn)楸疚闹荚谘芯枯啺嗥陂g睡眠剝奪對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)的影響，因此所有評(píng)估測(cè)試均在夜班期間進(jìn)行。

試驗(yàn)采用重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)，試驗(yàn)對(duì)象在夜班期間完成認(rèn)知表現(xiàn)測(cè)試，包括持續(xù)注意力測(cè)試(continuous performance test, CPT)和數(shù)字廣度測(cè)試 (digit span test, DST)(測(cè)試時(shí)間分別為22∶00、02∶00、07∶00)，以及卡羅林斯卡嗜睡量表自評(píng) (Karolinska sleepiness scale, KSS) (測(cè)試時(shí)間分別為22∶00、02∶00、04∶00、06∶00、07∶00)，每個(gè)測(cè)試開始前均有標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試說明。

此外，要求試驗(yàn)對(duì)象從上班前的4 h到下班結(jié)束期間，避免食用含咖啡因、尼古丁、酒精的食物或飲料，同時(shí)避免在夜班前及夜班期間打盹。試驗(yàn)對(duì)象在試驗(yàn)期間自行完成日常工作，對(duì)內(nèi)容不做要求。

1.3 持續(xù)注意力CPT應(yīng)用于在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)注意力的定量評(píng)估，是目前具有足夠可靠性指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算機(jī)測(cè)試，有學(xué)者使用該測(cè)試評(píng)價(jià)輪班制人群的注意力[5]。該研究中該測(cè)試在手機(jī)上操作，屏幕上會(huì)顯示150個(gè)數(shù)字，其中20%為目標(biāo)數(shù)字，當(dāng)目標(biāo)數(shù)字出現(xiàn)，要求研究對(duì)象要求點(diǎn)擊屏幕，當(dāng)研究對(duì)象點(diǎn)擊目標(biāo)數(shù)字時(shí)，計(jì)為正確數(shù)量，點(diǎn)擊非目標(biāo)數(shù)字時(shí)，計(jì)為錯(cuò)誤數(shù)量，未點(diǎn)擊目標(biāo)數(shù)字時(shí)，計(jì)為錯(cuò)失數(shù)量。每個(gè)數(shù)字出現(xiàn)時(shí)間為150 ms，數(shù)字之間的時(shí)間間隔為550 ms。在該測(cè)試中，評(píng)價(jià)指標(biāo)為正確數(shù)量、錯(cuò)誤數(shù)量、錯(cuò)失數(shù)量和反應(yīng)時(shí)間。在夜班開始、中間以及結(jié)束時(shí)行進(jìn)該測(cè)試。

1.4 工作記憶DST不僅有助于評(píng)估注意力表現(xiàn)，還可以評(píng)估短期記憶，該測(cè)試包括正序測(cè)試和倒序測(cè)試。DST在晝夜節(jié)律紊亂人群中應(yīng)用較多，有關(guān)住院醫(yī)師的輪班工作研究表明[6]，夜間輪班后記憶、執(zhí)行力下降，DST能夠有效評(píng)價(jià)工作記憶表現(xiàn)。研究對(duì)象在聽完一組隨機(jī)數(shù)字后，將其用正序和倒序重復(fù)，直到不能正確復(fù)述為止，以正確的最高數(shù)字位數(shù)記分。例如，如果受試者正確地正序復(fù)述5位數(shù)字序列，但是在復(fù)述6位數(shù)時(shí)失敗，則將在正序測(cè)試中得到5分，以得分主要評(píng)價(jià)受試者的聽覺語言工作記憶和執(zhí)行功能。在夜班開始、中間以及結(jié)束時(shí)行進(jìn)該測(cè)試。

1.5 卡羅林斯卡嗜睡量表對(duì)于警覺性的研究，應(yīng)用比較廣泛的是KSS，其有效性已經(jīng)得到了主客觀指標(biāo)的驗(yàn)證，KSS與腦電圖及精神運(yùn)動(dòng)警戒任務(wù)(psychomotor vigilance task，PVT)結(jié)果的高度相關(guān)性表明其是方便可靠的評(píng)估工具，與其他主觀嗜睡量表的高度相關(guān)結(jié)果則證明KSS有很大的信效度[7]。KSS是一種主觀的嗜睡指標(biāo)，通常用于評(píng)估受試者的嗜睡狀態(tài)，在輪班制人群的研究中得到了廣泛應(yīng)用。KSS評(píng)分包括：1=非常警覺，3=警覺，5=既不警覺也不困，7=困(可以保持清醒)，9=非常困(努力保持清醒)。在夜班期間，每2 h測(cè)試1次。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分類變量使用頻數(shù)及構(gòu)成比表示(性別)，數(shù)值變量符合正態(tài)分布以表示，不符合正態(tài)分布用中位數(shù)及四分位數(shù)[M(P25,P75)]描述。使用單因素重復(fù)測(cè)量方差分析比較測(cè)試結(jié)果，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 基本情況本文最終共納入48例試驗(yàn)對(duì)象。其中，男性33例(68.75%)，女性15例(31.25%)。年齡分布在20～45歲，平均年齡25.75歲，教育水平以碩士研究生以上為主，占比50.08%。

2.2 持續(xù)注意力試驗(yàn)對(duì)象的持續(xù)注意力表現(xiàn)如表1所示，夜班工作對(duì)正確數(shù)量的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[F(2,90)=4.16，P=0.02]，夜班開始、中段及結(jié)束時(shí)測(cè)試的正確數(shù)量分別為24.41個(gè)、25.17個(gè)及22.89個(gè)，不同時(shí)間的正確數(shù)量存在差異，相較夜班中段時(shí)，夜班結(jié)束時(shí)減少了2.28個(gè)(95%CI：0.78～3.78)。夜班工作對(duì)錯(cuò)誤數(shù)量的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[F(1.67,74.96)=4.36，P=0.02]，夜班期間錯(cuò)誤數(shù)量分別為4.26個(gè)、4.07個(gè)及5.87個(gè)，相較夜班開始時(shí)，夜班結(jié)束時(shí)增加1.61個(gè)(95%CI：-0.06～-3.16)。夜班工作對(duì)錯(cuò)失數(shù)量的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[F(1.45,65.14)=9.40，P<0.01]，夜班期間錯(cuò)失數(shù)量分別為5.35個(gè)、4.30個(gè)及7.11個(gè)，相較夜班開始時(shí)，結(jié)束夜班時(shí)錯(cuò)失數(shù)量增加1.76個(gè)(95%CI：-0.09～-3.43)。夜班工作對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[F(2,90)=30.74，P<0.01]，夜班期間各時(shí)點(diǎn)的反應(yīng)時(shí)間分別為390.98、409.21及422.62 ms，相較夜班開始時(shí)，夜班中段的反應(yīng)時(shí)間增加18.23 ms(95%CI：-10.09～-26.37)，夜班結(jié)束時(shí)增加31.64 ms(95%CI：-23.13～-40.14)。見表1、圖1。

表1 CPT及DST的重復(fù)測(cè)量方差分析結(jié)果

圖1 持續(xù)注意力表現(xiàn)A:正確數(shù)量平均數(shù); B:錯(cuò)誤數(shù)量平均數(shù); C:錯(cuò)失數(shù)量平均數(shù); D:反應(yīng)時(shí)間平均數(shù)

2.3 工作記憶試驗(yàn)結(jié)果顯示，夜間工作對(duì)工作記憶表現(xiàn)總分的影響差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[F(2,94)=1.28，P=0.28]，夜班期間的總分分別為26.27、27.02及26.64。對(duì)正序得分[F(1.76,82.52)=1.48，P=0.24]及倒序得分[F(1.45,68.25)=1.19，P=0.30]的影響差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，夜班期間正序得分分別為13.88、14.40及14.21，倒序得分分別為12.40、12.68及13.21。見圖2。

圖2 工作記憶及警覺性表現(xiàn)A:DST總分平均數(shù)；B:DST正序得分平均數(shù)；C:DST倒序得分平均數(shù)； D:KSS評(píng)分平均數(shù)

2.4 警覺性由表2可知，夜班工作對(duì)KSS評(píng)分有顯著影響[F(3.34，157.11)=60.32，P<0.01]，夜班期間各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的KSS評(píng)分差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，相較夜班開始時(shí)，KSS評(píng)分均有所增加，0 ∶00時(shí)增加了0.52(95%CI：-0.91～-0.13)，2 ∶00時(shí)增加了1.83(95%CI：-1.33～-2.33)，4 ∶00時(shí)增加了3.41(95%CI：-2.87～-3.97)，6 ∶00時(shí)增加了3.50(95%CI：-2.80～-4.20)，7 ∶00時(shí)增加了3.52(95%CI：-2.83～-3.65)。

表2 警覺性的重復(fù)測(cè)量方差分析結(jié)果

3 討論

該試驗(yàn)結(jié)果顯示，夜班工作對(duì)注意力表現(xiàn)有顯著影響，試驗(yàn)對(duì)象在夜班后注意力表現(xiàn)較差。與夜班開始時(shí)相比，試驗(yàn)對(duì)象在夜班結(jié)束時(shí)出現(xiàn)更多的持續(xù)注意力測(cè)試錯(cuò)誤情況、反應(yīng)時(shí)間明顯增加，表明夜班后，其持續(xù)注意力能力明顯下降，這與Franzen et al[8]的結(jié)果一致，隨著睡眠剝奪時(shí)間的延長(zhǎng)，認(rèn)知表現(xiàn)會(huì)受到更為明顯的影響。結(jié)果還顯示，與夜班開始相比，睡眠剝奪明顯增加了試驗(yàn)對(duì)象的反應(yīng)時(shí)間，與以往研究[9]一致。反應(yīng)時(shí)間的增加反映了相關(guān)腦區(qū)的活動(dòng)狀態(tài)變化，有研究發(fā)現(xiàn)睡眠剝奪會(huì)導(dǎo)致海馬、中央后回等區(qū)域活動(dòng)減弱[10]，提示存在腦區(qū)代謝率下降，同時(shí)葡萄糖顯著減少，進(jìn)而影響機(jī)體的注意力等認(rèn)知表現(xiàn)[11]。因此，腦區(qū)相關(guān)的活動(dòng)減弱可能是導(dǎo)致認(rèn)知表現(xiàn)下降的潛在機(jī)制。此外，認(rèn)知能力下降可能與晝夜節(jié)律紊亂有關(guān)，工作時(shí)間表與晝夜節(jié)律產(chǎn)生沖突，難以維持正常的認(rèn)知表現(xiàn)。

工作記憶表現(xiàn)結(jié)果未發(fā)現(xiàn)明顯差異，短暫的睡眠剝奪尚未對(duì)試驗(yàn)對(duì)象的工作記憶產(chǎn)生顯著影響，與國(guó)外以往研究結(jié)果一致[12]，部分和完全睡眠剝奪對(duì)視覺工作記憶沒有影響。但是，Quigley et al[13]研究表明，睡眠剝奪會(huì)使反映復(fù)雜任務(wù)功能的工作記憶測(cè)試表現(xiàn)下降。工作記憶對(duì)于學(xué)習(xí)和工作很重要，因此在今后的研究中，有必要補(bǔ)充其他工作記憶測(cè)試，進(jìn)一步明確夜班期間睡眠剝奪的影響。

該研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，夜班環(huán)境下的睡眠剝奪會(huì)增加試驗(yàn)對(duì)象的疲倦程度，降低警覺性。以往使用客觀或主觀嗜睡測(cè)量方法的研究均表明，睡眠剝奪會(huì)降低警覺性[14]。睡眠覺醒節(jié)律與褪黑激素節(jié)律相似，會(huì)隨著光照條件改變而變化，在夜間，褪黑激素增加會(huì)導(dǎo)致嗜睡感增強(qiáng)[15]，由于夜班工作改變了睡眠習(xí)慣，在夜班期間褪黑激素分泌增加，增加嗜睡感，因此在夜班期間，警覺性會(huì)隨著時(shí)間而下降，夜班工作也會(huì)因嚴(yán)重的困倦而容易引發(fā)事故。

該研究存在著以下不足。首先，模擬夜班環(huán)境與真正的夜班環(huán)境有所差別，雖然真實(shí)的夜班工作人員(如保安、護(hù)士)結(jié)果更為可靠，但是因?yàn)檠芯繉?duì)象的招募等問題導(dǎo)致可操作性較差，使得前期在保安及護(hù)士人群的預(yù)試驗(yàn)難以進(jìn)行，因此，本研究通過采取各種質(zhì)量控制手段進(jìn)行了模擬夜班試驗(yàn)。其次，因?yàn)橥瑯拥脑?，選取的研究對(duì)象為健康且睡眠良好的大學(xué)生，效果可能與真實(shí)的輪班工作人群存在偏差，但是結(jié)果顯示，模擬夜班表現(xiàn)與真實(shí)環(huán)境相似，均有持續(xù)注意力、警覺性表現(xiàn)的不良影響。最后，由于場(chǎng)地有限、監(jiān)督工作人員較少等客觀條件的限制，僅研究了一個(gè)夜班周期，時(shí)間較短，使得對(duì)工作記憶的影響尚未顯現(xiàn)，未來的研究仍需在真實(shí)的工作環(huán)境下研究輪班工作的影響。

該文結(jié)果證實(shí)了睡眠剝奪對(duì)認(rèn)知表現(xiàn)的影響，夜間工作時(shí)間表和晝夜節(jié)律之間的沖突會(huì)影響夜班期間的認(rèn)知表現(xiàn)，包括持續(xù)注意力水平降低、警覺性減弱。睡眠剝奪后，反應(yīng)時(shí)間明顯變慢，警惕性降低，這表明機(jī)體無法對(duì)刺激及時(shí)做出快速反應(yīng)。因此有必要對(duì)輪班制人群制定有效的措施加以干預(yù)，維持正常的認(rèn)知表現(xiàn)能力，減少事故發(fā)生，降低風(fēng)險(xiǎn)。