深腦磁刺激對平原官兵進駐高原后睡眠質量的影響

王乙茹,郝雪梅, 肖利軍,郭 航

高原睡眠障礙指高原環境下的睡眠效率低下,是初次進入高原人群的常見不適反應,主要表現為睡眠期間呼吸暫停加重,深睡眠比例減少,頻繁覺醒[1]。原因包括低氧低壓導致的血氧降低、睡眠中樞功能異常、緊張焦慮等心理應激反應及神經免疫失調[2]。研究發現,在海拔3500 m以上,幾乎一半的急進高原者經歷過睡眠障礙[3]。近年來治療睡眠障礙的物理手段越來越多。經顱磁刺激是利用變化的磁場產生感應電流,改變大腦皮質及深部區域神經細胞的動作電位,從而影響腦內代謝和神經活動,目前已成為治療多種神經精神疾病[4,5]的手段之一,對原發性失眠[6,7]及多種疾病伴發的失眠[7-9]有治療作用。國內自主研發的新型深腦磁刺激儀(deep-brain magnetic stimulation,DMS)具有可達深腦、弱強度、高頻和Gamma節律的特點,可以避免傳統DMS儀高強度的風險[10]。本文通過前瞻性隨機對照研究,探討DMS對高原睡眠質量的影響,以期為防治高原睡眠障礙提供有效的輔助手段。

1 對象與方法

1.1 對象 選擇解放軍總醫院第七醫學中心的50名官兵,均于2020年7月從平原乘火車到4300 m高原。納入標準:(1)世居平原;(2)年齡20 ～50歲;(3)此次高原停留時間為1～3個月;(4)簽署知情同意書。排除標準:(1)中途退出或資料不全者;(2)有明顯心腦血管疾病、近3個月有情緒障礙或睡眠障礙;(3)體內有精密醫療電子儀器,如心臟起搏器、腦電極、人工耳蝸等。根據隨機數字表法將受試者分為對照組(n=25)和磁療組(n=25),兩組性別(男/女均為15/10)、年齡[(36.6±5.5)歲vs.(36.2±5.4)歲]無統計學差異。所有個體均于出發前7 d開始按說明書服用大株紅景天膠囊(江蘇康緣)和復方丹參滴丸(天津天士力),離開高原當天停止用藥,所有個體全程均按需服用酒石酸唑吡坦片(魯南貝特制藥有限公司)。本研究通過解放軍總醫院第七醫學中心倫理委員會審查(2020-112)。

1.2 干預方法 應用國內自主研發的北京澳丹斯生物科技有限公司的ANTIS深腦磁刺激儀[11],雙線圈輸出分布近似均勻的磁場,1000 Hz載波頻率,30～40 Hz漸變的串列節律,每運行2 s停8 s,每2 min變換一次磁場形狀,一次完整干預運行20 min。于到達高原前7 d開始DMS,在安靜、光線良好的環境內,盡量選擇上午,間隔2 d一次,持續至離開高原后3 d。對照組無干預。

1.3 觀察指標 采集基線水平(平原,抵達高原前3 d)、高原(抵達海拔4300 m高原后3 d)和返回平原后(離開高原后3 d)的受試者相關資料。

1.3.1 生命體征 收縮壓、舒張壓和心率在平靜5 min后采用歐姆龍(OMRON)HEM-7124電子血壓計測量,氧飽和度采用魚躍(YUWELL)YX301指夾式血氧儀測量。

1.3.2 睡眠情況 睡眠質量采用匹茲堡睡眠質量指數(the Pittsburgh sleep quality index, PSQI)量表[12]進行測量。該量表是用于評估過去1個月睡眠質量的自評量表,包括19個項目,構成7個維度:睡眠質量、入睡時間、睡眠時間、睡眠效率、睡眠障礙、睡眠藥物、日間功能障礙。每個維度按0～3分計算,累計評分為PSQI量表總分,范圍為0～21分,得分越高表示睡眠質量越差。

1.3.3 急性高原反應 根據軍用衛生標準GJB1098-91《急性高原反應的診斷和處理原則》[13],急性高原反應的評定以頭痛和嘔吐為主,按嚴重程度分度和評分,頭痛分四度,計1、2、4、7分;嘔吐分三度,計2、4、7分,其余癥狀不分度,均各計1分。在上述基礎上,根據總計分值將高原反應嚴重程度分為基本無反應(±)、輕度(+)、中度(++)和重度(+++)。

1.3.4 情緒狀態 情緒狀態采用遲松和林文娟[14]修訂的簡明心境量表評定。該量表由30個項目組成,每個項目均用一個描述心境的形容詞表達,每個項目均采用0～4分評分,包括6個維度:緊張-焦慮、抑郁-沮喪、憤怒-敵意、疲憊-惰性、困惑-迷茫、有力-好動,其中1～5為負性心境維度,6為正性心境維度。每個維度及量表的總分為負性情緒得分減去正性情緒得分,得分越高表明情緒狀態越差。

1.3.5 認知功能 認知功能采用空軍軍醫大學研發的DXC-6型多項群體心理測量系統[15]評定,本次研究采用的測量項目包括數字搜索、數字旋轉、注意廣度。

2 結 果

2.1 兩組生命體征和睡眠情況的比較 磁療組在高原的心率較對照組快,返回平原后差異消失;兩組在高原的血壓、氧飽和度無統計學差異(表1)。磁療組在高原的睡眠障礙較對照組輕微,日間功能障礙較對照組輕微,返回平原后磁療組日間功能障礙仍較對照組輕微;兩組PSQI量表的其他維度無統計學差異(表2)。

表1 平原官兵進駐高原對照組和磁療組生命體征比較 (n=25)

表2 平原官兵進駐高原對照組和磁療組PSQI量表比較 [M(Q1,Q3),(n=25)]

2.2 兩組高原反應、情緒狀態及認知功能的比較 兩組高原反應(表3)、情緒狀態(表4)及認知功能(表5)均沒有統計學差異。

表3 平原官兵進駐高原對照組和磁療組高原反應比較 (n;%)

表4 平原官兵進駐高原對照組和磁療組簡明心境量表比較

表4 平原官兵進駐高原對照組和磁療組簡明心境量表比較

組別基線水平高原返回平原后對照組-5.8±7.41.1±8.9-6.7±8.4磁療組-5.2±8.5-2.2±10.9-6.7±11.2t-0.2661.1790.000P0.7910.2441.000

表5 平原官兵進駐高原對照組和磁療組認知功能比較 (n=25)

3 討 論

睡眠占人一生近1/3的時間,好的睡眠能夠恢復人的體力和精力。中國大約有3億人存在睡眠障礙,在海拔3000 m以上的高原,近一半人出現睡眠障礙[3,16],且睡眠障礙隨海拔的升高及移居高原時間的增加而加重[17]。高原睡眠障礙主要表現為睡眠連續性破壞、睡眠結構紊亂[18]、周期性呼吸[19]、腦電圖節律變化[20]、腦血流量先增加后減少[18]。一般認為,缺氧會導致神經遞質[21,22]、炎癥因子[23]改變從而造成高原睡眠障礙。缺氧導致血氧分壓降低,腦血流增加,引起腦細胞水腫,導致睡眠中樞功能障礙[24]。且高原缺氧性通氣反應會引起呼吸不穩定,從而導致周期性呼吸,過多的周期性呼吸會導致覺醒次數增多,破壞了睡眠的連續性,引起睡眠障礙[25]。另外,高原寒冷干燥的環境會降低呼吸道防御功能,容易受到病原菌侵襲發生炎癥反應,導致呼吸道水腫影響睡眠[2];緊張焦慮等心理應激也會影響睡眠[26]。

高原反應產生的一系列軀體癥狀,可引起焦慮、抑郁、恐懼等情緒障礙,進而導致睡眠障礙[26]。同時睡眠障礙又可加重焦慮、抑郁、恐懼情緒[27],互為因果,形成惡性循環。睡眠異常是癡呆的早期表現之一,也會加重癡呆,原因可能與淀粉樣蛋白β和tau蛋白有關[28]。許多重要的內分泌激素改變主要發生在深睡眠期,所以深睡眠比例減少可對內分泌系統產生負面影響,加重中樞神經功能紊亂,甚至發生高原睡眠呼吸暫停綜合征、高原低氧血癥和某些高原病[29]。睡眠的連續性遭到破壞和睡眠結構的紊亂,對人的精神及腦功能的損害非常嚴重,由此導致的白天嗜睡、記憶力減退、注意力不集中、性格改變等,不僅對身心健康、生活工作造成損害,甚至可能引發社會危害[30],因此積極尋找高原睡眠障礙的防治措施意義重大。

近年來,治療睡眠障礙的物理手段越來越多。與電療法等傳統物理治療方法比較,1985年Barker等[31]創立的經顱磁刺激能夠利用變化的磁場產生感應電流,改變大腦皮質及深部區域神經細胞的動作電位,從而影響腦內代謝和神經活動,目前已成為治療多種神經精神疾病[4,5]的手段之一,在睡眠方面,經顱磁刺激能夠通過免疫系統、神經遞質、大腦皮質可塑性等機制,對原發性失眠[6,7]及多種疾病伴發的失眠[7-9]有治療作用。國內自主研發的新型DMS具有可達深腦、弱強度、高頻和Gamma節律的特點,可以避免傳統深腦磁刺激高強度的風險[10],應用前景更廣。所以,DMS為高原睡眠障礙防治提供了新視角和新思路。

本研究發現,DMS能夠顯著改善常駐平原官兵進駐高原后的睡眠情況。高頻經顱磁刺激(≥5 Hz)可易化神經元的興奮作用,提高運動皮質的興奮性[32],失眠等睡眠障礙性疾病表現為皮質興奮性增強,這與我們的研究結果相符。經顱磁刺激改善睡眠的機制可能與調節大腦皮質可塑性[33]、γ-氨基丁酸等神經遞質[34,35]和下丘腦-垂體-腎上腺軸等神經內分泌[36]有關。除了改善睡眠外,DMS能夠提高平原官兵進駐高原后的心率。既往研究發現,缺氧導致動脈血氧飽和度降低,通過外周化學感受器激活交感神經,從而使心率增快,血壓升高[37]。心率增快是機體對低壓低氧惡劣環境的代償作用,DMS可能通過增加機體高原環境下的缺氧代償,增快心率,增加心排血量,改善器官灌注。雖然心率、血壓和睡眠障礙存在相關性,但DMS對睡眠的影響可能與對心血管的影響沒有相互作用,作用機制尚需進一步研究。

高原反應產生的一系列軀體癥狀,可引起焦慮、抑郁、恐懼等情緒障礙,進而導致睡眠障礙[26];同時睡眠障礙又可加重焦慮、抑郁、恐懼情緒[27],互為因果,形成惡性循環。安花花等[26]于2015年對550名急進高原官兵進行調查發現,心理應激、焦慮、抑郁對PSQI量表的某些維度有預測作用,降低心理應激,減少焦慮、抑郁發生是改善睡眠的有效途徑。因此DMS可能通過改善情緒狀態從而改善睡眠情況,可能的機制與減少深部腦區淀粉樣蛋白沉積[38]或提高血清腦源性神經營養因子濃度有關[4]。因此DMS治療高原睡眠障礙具有良好的前景和實際意義。

高原反應造成的生理不適、睡眠障礙和情緒波動嚴重影響部隊生存能力和戰斗力,對高原官兵睡眠障礙的防治任重而道遠。目前高原地區防治睡眠障礙的各種方法不盡如人意,例如,藥物長期應用存在耐受性和依賴性的問題,增加醫療和社會負擔;緩進高原僅適用于初次進入高原的人群,缺乏長期療效;氧療經常受到使用條件的限制。而DMS作為治療多種神經精神疾病的輔助治療方法,在減輕原發疾病癥狀的同時,也可間接改善睡眠。本研究發現DMS能夠改善常駐平原官兵進駐高原后的睡眠情況,同時有無創、安全、便攜等優勢,將為改善高原睡眠障礙提供新的方法。

本研究也存在一定局限性:(1)本研究受試人群乘坐火車歷經7日緩進高原,這符合部隊大多數任務特點,但不符合緊急任務或快速進駐高原人群;(2)本次研究缺乏腦功能部分及睡眠情況的客觀指標,比如腦電圖、腦氧飽和度、血清標志物及多導睡眠監測等,尚需包含這部分指標的更完善的研究;(3)DMS不同的頻率、刺激時間和療程也是需要關注的問題。

致謝:解放軍總醫院第七醫學中心麻醉科王亞主管護師、李婧妍護師及婦產醫學部熊巖護士長。