老年慢性失眠患者認知功能與失眠嚴重程度和血清25-羥維生素D3 及腫瘤壞死因子α 水平的相關性研究

吳子幸，胡欣，*，陶詩萌，何友軍，蔡傳云，江偉，*

1.230031 安徽省合肥市，中國人民解放軍聯勤保障部隊第九〇一醫院全科醫學科

2.230032 安徽省合肥市，安徽醫科大學

慢性失眠主要表現為睡眠起始和維持困難，造成個體對睡眠時間或質量不滿足的一種主觀感受，同時伴隨有日間功能損害，病程持續3 個月以上，是常見的公共衛生問題之一［1］。據統計，我國慢性失眠患病率為9.2%，其中，老年人群約占總體的60%［2］。慢性失眠是老年人群認知損害疾病的危險因素［3］，目前關于慢性失眠引起認知障礙的機制研究有限，因此，老年人群的睡眠問題及認知損害常得不到恰當的診治。

有研究發現，25-羥維生素D3［25-hydroxy vitamin D3，25（OH）D3］水平較低的人群，其睡眠持續時間較短、睡眠質量較差［4］，研究還發現低水平的25（OH）D3與神經退行性疾?。ㄈ缗两鹕『桶柎暮Ｄ。┑恼J知損害相關［5-6］。此外，有研究表明腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）對睡眠-覺醒行為具有特異性效應［7］，越來越多的研究也提示TNF-α 的升高與記憶、認知、嗜睡、情感障礙及行為受損有關［8-9］。以上研究表明25（OH）D3和TNF-α在調節睡眠及維持認知功能方面扮演著重要角色。本研究采用光電容積脈搏波描記法（photoplethysmography，PPG）和神經心理量表對老年慢性失眠患者客觀睡眠質量及認知功能進行評估，同時檢測血清25（OH）D3及TNF-α 水平，旨在進一步探討老年慢性失眠患者不同失眠程度的認知功能情況及其生物學機制。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2020 年6 月—2022 年6 月在中國人民解放軍聯勤保障部隊第九〇一醫院診治的老年慢性失眠患者105例為研究對象，其中男48例，女57例；年齡65～80歲，平均年齡（72.6±4.8）歲。納入標準：（1）符合《國際睡眠障礙分類》第三版［10］關于失眠癥的診斷標準；（2）每周失眠＞3 d，總病程≥1 年；（3）年齡≥65周歲；（4）匹茲堡睡眠質量指數量表（Pittsburgh Sleep Quality Index，PSQI）［11］評分＞7 分。排除標準：（1）近2 周內使用過抗焦慮、抗抑郁及鎮靜催眠藥物；（2）患有精神、心理障礙病史；（3）合并有嚴重的腦、心、肺、肝、腎等器質性疾病；（4）存在閱讀、語言交流障礙等無法完成量表測驗。本研究經中國人民解放軍聯勤保障部隊第九〇一醫院倫理委員會討論通過（批準號：202003001），所有受試者知情同意。

1.2 研究方法

1.2.1 一般資料：收集研究對象人口學資料，包括性別、年齡、病程、受教育年限、疾病史、家族史等；入組前所有受試者進行PSQI、簡版老年抑郁量表（Geriatric Depression Scale-15，GDS-15）［12］、廣泛性焦慮障礙量表（Generalized Anxiety Disorder-7，GAD-7）［13］測試。

1.2.2 客觀睡眠質量評估：采用PPG（Morpheus Ox，以色列Wide Med 公司生產）于22：00 至次日6：00 對受試者睡眠質量進行監測。檢查當天不使用鎮靜催眠藥，不飲酒、咖啡、濃茶等興奮性飲料，PPG 數據由云端服務器經Morpheus Ox 軟件進行自動分析，監測總睡眠時間、睡眠潛伏期、睡眠效率及覺醒次數4 項指標。

1.2.3 認知功能評估：完成夜間睡眠監測的次日上午，在安靜無干擾的環境下，所有受試者行簡易智能精神狀態量表［14］（Mini-mental State Examination，MMSE）及蒙特利爾認知評估量表［15］（Montreal Cognitive Assessment，MoCA）測試，總分均為30 分，得分越低，則提示認知障礙越重。

1.2.4 血清25（OH）D3、TNF-α 水平的檢測：完成PPG 監測的次日8：00 取受試者靜脈血（采血前空腹，避免過度緊張和劇烈運動），靜置30 min 后以3 000 r/min 離心5 min，離心半徑為15 cm，提取血清，置于-80℃冰箱冷凍保存。采用酶聯免疫吸附試驗檢測受試者血清25（OH）D3、TNF-α 水平。試劑盒購買自武漢基因美科技有限公司，遵循試劑盒說明書進行嚴格操作。

1.3 分組

將105 例老年慢性失眠患者根據PSQI 評分分為輕度（7～10 分）、中度（11～15 分）和重度（16～21 分）失眠組［16-18］。其中輕度失眠組32 例，中度失眠組38 例，重度失眠組35 例。

1.4 統計學方法

采用SPSS 25.0 軟件進行統計學分析，符合正態分布的計量資料以（±s）表示，多組間比較采用方差分析，組間兩兩比較行LSD-t 檢驗；計數資料以相對數表示，組間比較采用χ2檢驗；使用Spearman 秩相關分析法進行相關性分析。以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 三組患者一般資料和PSQI 評分比較

三組患者年齡、性別、病程、受教育年限、GDS-15 評分、GAD-7 評分比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。三組PSQI 評分比較，差異有統計學意義（P＜0.05），其中中度失眠組、重度失眠組PSQI 評分均高于輕度失眠組，重度失眠組PSQI 評分高于中度失眠組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 三組患者一般資料和PSQI 評分比較Table 1 Comparison of general data and PSQI score in the three groups

2.2 三組患者PPG 睡眠監測指標比較

三組患者總睡眠時間、睡眠潛伏期、睡眠效率、覺醒次數比較，差異均有統計學意義（P＜0.05）。其中重度失眠組睡眠潛伏期長于輕度失眠組和中度失眠組，覺醒次數高于輕度失眠組和中度失眠組，總睡眠時間低于輕度失眠組，睡眠效率低于輕度失眠組和中度失眠組，差異均有統計學意義（P＜0.05）；中度失眠組睡眠潛伏期高于輕度失眠組，睡眠效率低于輕度失眠組，差異均有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表2 三組患者PPG 睡眠監測指標比較（±s）Table 2 Comparison of sleep parameters recorded by PPG in the three groups

注：a 表示與輕度失眠組比較P＜0.05，b 表示與中度失眠組比較P＜0.05；PPG=光電容積脈搏波描記法。

組別例數總睡眠時間（min）睡眠潛伏期（min）睡眠效率（%）覺醒次數（次）輕度失眠組32375.16±62.4528.44±10.1871.25±16.539.34±3.31中度失眠組38354.27±78.3336.53±14.49a63.48±13.19a11.63±5.05重度失眠組35328.33±65.34a45.57±18.96ab54.37±10.25ab14.37±6.50ab F 值3.82610.82913.2207.968 P 值0.025＜0.001＜0.0010.001

2.3 三組患者認知功能比較

三組患者MMSE、MoCA 評分比較，差異均有統計學意義（P＜0.05）。其中重度失眠組MMSE、MoCA 評分均低于輕度失眠和中度失眠組，中度失眠組MMSE、MoCA 評分均低于輕度失眠組，差異均有統計學意義（P＜0.05），見表3。

表3 三組患者認知功能比較（±s，分）Table 3 Comparison of cognitive functions in the three groups

表3 三組患者認知功能比較（±s，分）Table 3 Comparison of cognitive functions in the three groups

注：a 表示與輕度失眠組比較P＜0.05，b 表示與中度失眠組比較P＜0.05；MMSE=簡易智能精神狀態量表，MoCA=蒙特利爾認知評估量表。

組別例數MMSE 評分MoCA 評分輕度失眠組3227.19±1.8725.91±2.02中度失眠組3825.82±2.15a24.47±2.01a重度失眠組3524.37±1.77ab23.11±1.89ab F 值17.51216.711 P 值＜0.001＜0.001

2.4 三組患者血清25（OH）D3 和TNF-α 水平比較

三組患者血清25（OH）D3和TNF-α 水平比較，差異均有統計學意義（P＜0.05）。其中重度失眠組血清TNF-α 水平高于輕度失眠組和中度失眠組，25（OH）D3水平低于輕度失眠組和中度失眠組，差異均有統計學意義（P＜0.05）；中度失眠組血清TNF-α 水平高于輕度失眠組，25（OH）D3水平低于輕度失眠組，差異均有統計學意義（P＜0.05），見表4。

表4 三組患者血清25（OH）D3 和TNF-α 水平的比較（±s）Table 4 Comparison of serum 25（OH）D3 and TNF-α levels among the three groups

注：a 表示與輕度失眠組比較P＜0.05，b 表示與中度失眠組比較P＜0.05；25（OH）D3=25-羥維生素D3，TNF-α=腫瘤壞死因子α。

組別例數25（OH）D3（ng/ml） TNF-α（pg/ml）輕度失眠組3253.29±16.76428.63±41.44中度失眠組3841.61±12.33a494.38±50.37a重度失眠組3532.09±10.46ab535.82±58.29ab F 值21.24237.752 P 值＜0.001＜0.001

2.5 老年慢性失眠患者認知功能與失眠嚴重程度、睡眠及血清學指標的相關性分析

Spearman 秩相關分析結果顯示，MMSE、MoCA 評分與總睡眠時間、睡眠效率和25（OH）D3水平呈正相關（P＜0.05），與失眠嚴重程度、睡眠潛伏期、覺醒次數和TNF-α 水平呈負相關（P＜0.05），見表5。

表5 老年慢性失眠患者認知功能與失眠嚴重程度、睡眠及血清學指標的相關性分析Table 5 Correlation analysis of cognitive functions with insomnia severity，sleep and serologic indexes in elderly patients with chronic insomnia

3 討論

目前對于老年人群睡眠狀況的評估多為量表評估，缺乏客觀證據，多導睡眠監測雖為評價客觀睡眠質量和結構的金標準，但操作復雜，患者配合度差，無法廣泛應用。本研究采取PPG 監測，具有簡易、無創且依從性好的優點，尤其適用于老年人群客觀睡眠質量的監測。既往研究也表明，PPG 監測結果與多導睡眠監測結果一致［19］。本研究結果表明，老年慢性失眠患者認知功能下降與失眠嚴重程度增加、睡眠總時長縮短、睡眠潛伏期延長、睡眠效率下降和覺醒次數增多相關。當前關于認知損傷與失眠的相關研究較多，結果也不盡一致。一項縱向隊列研究發現，睡眠總時間的延長可能會增加老年人群認知障礙的發生風險［20］。也有研究顯示，睡眠時間長對老年人的執行功能及工作記憶產生不利影響［21］。國外一項針對50 歲以上人群的縱向隊列研究發現，較長的睡眠時間和整體認知能力下降存在顯著關聯［22］。然而，有部分研究顯示，睡眠時間過長或過短均會增加認知功能損傷的風險［23-24］。一項薈萃分析也表明，夜間睡眠不足或過多均會增加個體患認知障礙疾病的風險［25］，提示良好的睡眠應該具有一個穩定的模式。有研究已證實，較長的入睡潛伏期可預測癡呆事件的發生［26］。一項關于老年人群的研究發現，睡眠質量差、睡眠潛伏期長和睡眠效率低均會增加個體認知障礙疾病的發生風險［27］。夜間覺醒次數增多可表現為片段化睡眠，致睡眠的連續性中斷，破壞了睡眠的整體結構。國內一項動物實驗提示，片段化睡眠導致老齡小鼠物體識別記憶和條件性恐懼記憶顯著受損［28］。綜上，失眠嚴重程度、睡眠潛伏期、睡眠效率、夜間覺醒次數及睡眠時長的改變均會對個體認知功能產生影響。

已有研究證實，神經炎癥與大腦功能損傷密切相關，而TNF-α 是神經炎癥過程中產生的主要細胞因子。國外一項動物實驗發現，在大鼠藍斑和下丘腦前部注射微量TNF-α 可延長非快速眼動睡眠期，提示TNF-α 可調節生物體的睡眠結構［29］。研究顯示，TNF-α 在腦組織中呈現節律性表達的特點，且在深睡眠期時表達最高［30］。日間TNF-α 的低水平表達有利于維持覺醒狀態，而夜間TNF-α 水平的升高有利于深睡眠，提示TNF-α 水平的晝夜節律性是調節睡眠的基礎。本研究發現，老年慢性失眠患者8：00 左右的TNF-α 水平隨失眠嚴重程度的增加而逐漸升高，推測慢性失眠的加重可能會導致患者體內TNF-α水平發生晝夜節律的紊亂。

本研究進一步相關分析顯示，慢性失眠患者MMSE、MoCA 評分與TNF-α 水平呈負相關，提示老年慢性失眠患者認知功能損害與血清TNF-α 水平升高相關聯。本課題組前期研究結果也發現，慢性失眠患者血清TNF-α 水平增加，且與患者空間工作記憶及物體再認記憶的損害相關［31］。研究證實，TNF-α 通過與TNF 受體結合，可以激活半胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶凋亡通路，引起神經元快速凋亡，同時還參與了β-淀粉樣蛋白的形成，與神經退行性疾病的認知損傷關系密切［32］。國外一項動物實驗發現，提前6～18 h 向小鼠背側海馬中微量輸注TNF-α，會損害小鼠情境恐懼記憶的檢索及空間記憶的恢復和再鞏固，提示TNF-α 對海馬依賴性記憶的恢復和再鞏固具有負調節作用［33］。另一項動物實驗顯示，脂多糖暴露的大鼠存在空間學習和記憶功能損害，同時在其大腦海馬和皮層中檢測出TNF-α 水平升高，在大鼠體內注射抗炎劑后，檢測海馬和皮層TNF-α 水平下降，受試小鼠學習及記憶能力明顯改善［34］。已知海馬區的記憶形成主要依賴長時程增強過程來實現，研究證實，TNF-α 可以增強α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體的表達，從而使得海馬長時程增強過程中斷、突觸穩態失調，致短期識別及長期空間記憶的損傷，最終引起生物體認知障礙［35］。因此，TNF-α 水平的升高能引起大腦神經元的快速凋亡，同時參與了大腦內β-淀粉樣蛋白形成，還可能通過阻斷了長時程增強的過程，影響海馬神經元間的突觸連接，最終導致認知功能障礙。

維生素D 在肝臟中經過羥基化作用形成25-羥維生素D，其中25（OH）D3是維生素D 的最主要代謝形式。25（OH）D3可通過與維生素D 受體（vitamin D receptor，VDR）特異性結合而發揮其生理作用，VDR廣泛分布于下丘腦、前額葉皮質、黑質、腦橋網狀核、中腦中央灰質等區域，這些腦區在睡眠調節中發揮著主要作用［36］。研究顯示，25（OH）D3與VDR 結合，可促進包括多巴胺、去甲腎上腺素、谷氨酸、γ-氨基丁酸、5-羥色胺等在內的多種神經遞質的合成，同時可上調膠質細胞源性神經營養因子的表達，對中腦黑質的多巴胺能神經元的發育和分化具有重要作用，進一步影響認知功能及睡眠-覺醒周期［37］。本研究結果顯示，老年慢性失眠患者血清25（OH）D3的水平隨失眠嚴重程度的增加而逐漸降低。一項薈萃分析顯示，維生素D 水平與睡眠障礙疾病的發病風險呈負相關，當維生素D＜20 ng/mL 時，睡眠障礙發生風險顯著增高［38］。國外一項干預研究顯示，退伍軍人補充維生素D（5 萬U/周）可增加總睡眠時間［39］。另一項薈萃分析顯示，補充維生素D（5 萬U/2 周，連續8 周）有助于改善睡眠障礙患者的睡眠質量［40］。以上均提示維生素D 在生物體睡眠調節中發揮著重要作用。

本研究進一步的相關性分析結果表明，慢性失眠患者MMSE、MoCA 評分與25（OH）D3水平呈正相關，提示老年慢性失眠患者認知功能損害與血清25（OH）D3水平下降相關。所涉及的機制除影響神經營養因子的表達及多種神經遞質的合成外，還可能與維生素D影響海馬區神經元的發育相關。國外一項動物實驗顯示，25（OH）D3能提高小鼠神經鈣黏蛋白表達，促進海馬神經元細胞的軸突生長，對記憶的形成發揮作用［41］。同時，另一項動物實驗顯示，補充維生素D 可以調節小鼠老化過程中炎癥因子的產生，特別是降低額葉及海馬的TNF-α 水平，對小鼠衰老引起的空間記憶障礙有保護作用［42］。也有研究證實，維生素D 可以下調促炎因子的表達，降低TNF-α 的合成，因此維生素D 也被認為是一種免疫調節劑［43］。

綜上所述，老年慢性失眠患者認知功能損害可能與失眠嚴重程度及血清25（OH）D3水平降低、TNF-α水平升高相關。補充適量維生素D 可能改善老年慢性失眠患者的睡眠質量，并通過多種途徑改善認知功能。同時，維生素D 還可調節衰老過程中的免疫炎癥反應，降低促炎因子TNF-α 水平，對老年慢性失眠患者認知功能損傷的預防和治療具有潛在的臨床價值。但本研究樣本量尚較小，且因老年人群的特殊性未行多導睡眠監測，25（OH）D3與TNF-α 的改變與老年慢性失眠患者認知損害之間的關系仍缺少更多、更直接的證據；因老年人群依從性較差，為簡化評估流程，未進行失眠嚴重指數量表的評估，未來仍需進一步加大樣本量，優化試驗方法，深入探究老年慢性失眠患者認知損害的機制。

作者貢獻：吳子幸進行文章的構思與設計，撰寫論文，負責英文的修訂；陶詩萌、何友軍負責數據收集；蔡傳云負責統計學分析；胡欣和江偉負責研究命題的提出及設計，最終版本修訂，對論文整體負責。

本文無利益沖突。