高壓氧干預對高海拔移居者睡眠質量、抑郁狀況及HRV的調節效應

馬海林 楊熙玥 蘇瑞 李昊

摘要：為了探討高壓氧干預是否可以改善高原移居者的睡眠質量、抑郁狀況和自主神經系統的平衡性，選取成年后移居高海拔地區的44名大學生作為研究對象，隨機分為實驗組和對照組.兩組被試者在20次高壓氧干預前、干預后和干預后第15天分別測評匹茲堡睡眠質量指數量表（PSQI）、流調中心抑郁量表（CES-D）及心率變異性（HRV）.結果發現：1） 經過20次的高壓氧干預，實驗組的PSQI、CES-D得分顯著下降（Ps＜0.05）;2） 實驗組HRV中的HF（高頻功率）數值顯著提高（P＜0.05）、LF（低頻功率）及LF/HF數值顯著下降（Ps＜0.05）;而對照組的前后所測各指標之間均不存在顯著性差異（Ps＞0.05）.結論：高壓氧干預改善了高原移居者睡眠、抑郁狀況及自主神經系統的平衡性，且存在明顯的預后效應.

關鍵詞：高海拔; 高壓氧; 睡眠質量; 心率變異性

中圖分類號：R459.6? 文獻標志碼：A??文章編號：：1001-8395（2024）05-0569-07

缺氧會影響人們的生活質量.通常，當人體動脈中的氧分壓數值低于7.98 kPa時可以保證基本的生理活動，而青藏高原的平均氧分壓數值高于16 kPa [1]，嚴重影響了高原居住者的正常生活.長期高海拔暴露不僅會造成生理，記憶、表象、情緒及注意等認知功能的損傷 [2-4]，同時，還可能引起中樞神經紊亂，破壞大腦興奮抑制的平衡性 [5].由于長期的供氧不足，大腦睡眠控制區域損傷，睡眠結構發生改變，引發高原移居者的睡眠質量下降 [6]，造成個體的呼吸、消化、內分泌、生殖等多個系統的器質性或功能性損傷.同時，也會導致心理健康問題以及認知能力的下降，產生焦慮、抑郁等情緒障礙，影響生理功能和作業效能 [7].

失眠群體通常表現出腦電活動、代謝、心率及交感神經興奮性的增加 [8]，其腦細胞長期處于慢性缺氧狀態，這是臨床應用高壓氧治療失眠的首要考慮靶點 [9].高壓氧干預通過增大氧彌散率及氧彌散距離來促進血氧含量及血氧張力的增加，改善機體對缺氧的耐受性，增加肌體儲氧能力，預防人體高原缺氧所導致的睡眠質量下降，常用來治療進入高原后人群所引起的睡眠障礙 [10].此外，高壓氧還可以增加椎動脈血流和腦干網狀激活系統的血供，緩解植物神經功能紊亂征狀，改善大腦皮質的內抑制過程的弱化現象，有效調節交感和迷走神經的平衡性.血氧分壓的提高，增強了腦組織有氧代謝能力，加速葡萄糖的轉換和能量合成，從而提高了腦細胞的功能和活性，促進失調的大腦皮層生理活動的恢復 [11].

睡眠是由人體交感神經和副交感神經相互協調控制的結果 [12]，受自主神經系統調節.心率變異性（heart rate variability，HRV）是評價自主神經活動的重要指標 [13].本研究主要關注HRV頻域的高頻功率（high-frequency，HF）和低頻功率（low-frequency，LF）.高頻功率（HF，0.15～0.4 Hz）受迷走神經系統調節，是迷走神經活性的主要指標，數值越大代表睡眠深度越大 [14].低頻功率（LF，0.04～0.15 Hz）反映交感與迷走神經的復合調節作用，數值越小代表深度睡眠的時間越長 [15].低頻功率與高頻功率的比值（LF/HF），代表自主神經功能的平衡性，LF/HF的值的增加反映了交感神經興奮性的增強，數值越小，睡眠質量越好 [16].靜息狀態下的心率變異性代表的是一種在情緒調節狀態下所需要的心理資源，靜息態的HF能夠預測一年后的抑郁狀況，靜息態的HF數值越高，一年后的抑郁狀況越輕 [17].在抑郁狀態下通常會出現副交感神經系統功能障礙，抑郁個體在受刺激時，副交感神經系統不能正常激活，因此，副交感神經系統的增強對于改善焦慮抑郁狀態具有重要意義 [18].低氧暴露使機體產生應激代償反應，引起心律變異下降，交感神經興奮性提高，迷走神經活性降低，LF、LF/HF數值升高，HF數值降低 [19].研究表明，當人進入3 000 m左右海拔高度環境時，機體的迷走神經活性會顯著減弱，興奮抑制平衡能力也會下降 [20].

綜上，長期的高海拔暴露影響高原移居者的睡眠質量，高壓氧干預能夠幫助機體迅速恢復儲氧能力.為研究高壓氧干預是否能夠改善高海拔移居者的睡眠質量，本研究采用20次的高壓氧干預，考察其對睡眠質量、抑郁狀況以及自主神經系統的影響.

1 研究方法

1.1 被試者 在西藏大學招募并選取44名漢族被試者，隨機分為實驗組和控制組.實驗組：男13人、女9人，年齡范圍在19～21歲之間，平均年齡（19.77±0.68）歲，在拉薩（海拔3 680 m）居住時間為（1.59±0.50）年;控制組：男13人、女9人，年齡范圍在19～21歲之間，平均年齡（20.09±0.68）歲，在拉薩居住時間為（1.50±0.51）年.兩組被試者在年齡、居住時間上均不存在顯著性差異（Ps＞0.05）.入組標準：1） 出生于海拔1 000 m以下的低海拔地區，并且成年前沒有在高海拔地區長期居住和生活的經歷;2） 沒有長期吸氧的歷史及近期沒有進入氧艙及吸氧的經歷;3） 在拉薩居住時間為1～2 a，除寒暑假外沒有因休學及交換學習等特殊原因而長期離開拉薩的歷史;4） 能夠調整時間配合完成實驗安排;5） 排除精神分裂、情感障礙、精神發育遲滯等嚴重精神疾患以及重大軀體和神經系統疾病患者.本實驗獲得西藏大學倫理委員會批準，實驗前所有被試者簽署了知情同意書，實驗結束后獲得一定報酬.

1.2 工具

1.2.1 匹茲堡睡眠質量指數量表 匹茲堡睡眠質量指數量表（pittsburgh sleep quality index，PSQI） [21]共包含７個維度、19個項目.每個因素按0～3等級計分，累積各因素得分為睡眠質量的總分，總分范圍為0～21分，得分越高表示睡眠質量越差.該量表具有較高的信度與效度，克隆巴赫α系數為0.73，分半信度系數為0.66.

1.2.2 流調中心抑郁量表 流調中心抑郁量表（center for epidemiological studies depression scales，CES-D）由Radloff [22]于1997年編制，側重于評估被試者的抑郁情感和心境.共包含20個條目，每個條目按0～3等級計分，其中有4個條目的用詞指向非抑郁，以防止測試者亂答，總分范圍為0～60分，分數越高抑郁出現的頻度越高.該量表克隆巴赫α系數為0.87，斯皮爾曼-布朗系數為0.82，內部一致性系數為0.85.

1.2.3 心率變異性的測量 采用BIOPAC的MP150多導生理記錄儀對被試者的心電數據進行采集，采樣率為1 000 Hz，測試時將傳感器固定于胸前，受試者靜息坐立20 min實時監測，記錄標準導聯心電圖，后期采用Kubio HRV Standard分析軟件進行5 min短時程頻域分析，選用傅里葉變換算法，以頻域指標HF與LF的標準化矯正單位（n.u.）與（%）來衡量自主神經系統活性的量化改變，以LF（ms2）與HF（ms2）的比值LF/HF來衡量自主神經系統的平衡性.其中：LF（n.u.）與LF（%）反映人體交感神經系統活性，且

LF（n.u.）=LF（ms2）HF（ms2）+LF（ms2）-VLF（ms2），LF（%）=LF（ms2）HF（ms2）+LF（ms2）*100%；

HF（n.u.）與HF（%）反映人體迷走神經系統活性，且

LF（n.u.）=LF（ms2）HF（ms2）+LF（ms2）-VLF（ms2），HF（%）=HF（ms2）HF（ms2）+LF（ms2）*100%.

1.3 高壓氧艙 本研究采用負離子軟體氧艙進行高壓氧干預，艙體為橢圓形，高2.13 m，寬2.55 m，底面積為7.88 m2.干預壓力為0.11 MPa，氧氣質量分數為25%，氧氣流量為10 L/min，氧分壓峰值為27.86 kPa.

1.4 研究流程 所有被試者在正式實驗前采用匹茲堡睡眠質量指數PSQI、流調中心抑郁量表CES-D評定睡眠質量及抑郁狀態，并采用生理多導儀測量心率變異性.實驗組在30 d內完成20次高壓氧干預.每次干預時，升壓40 min后氧分壓達到峰值，此后恒壓吸氧60 min，最后減壓20 min出艙.在實驗組完成第20次的高壓氧干預出艙后，有10 min左右的時間讓被試者各項生理指標得以恢復，接著對所有被試者進行心率變異性、睡眠指數及抑郁狀態的評定.實驗組在完成干預后第15天，再次進行評定.控制組不進行任何干預，兩組被試者3次測試的時間間隔相同.

1.5 數據處理 數據采用SPSS 20.0軟件統計.采用2（組別：實驗組、控制組）×3（時間：第1次、第2次、第3次）重復測量方差分析，被試者間因素為組別，被試者內因素為時間.方差分析的P值（＜0.05）采用Greenhouse-Geisser法校正.

2 研究結果

2.1 干預前后兩組PSQI得分結果 本研究對PSQI的總分和各維度評分進行2（組別）×3（時間）的重復測量方差分析.在PSQI總分上，時間的主效應顯著

[F（2，41）=16.07，P＜0.001，η2=0.44]，

組別的主效應顯著

[F（1，42）=5.60，P＜0.05，η2=0.13]，組別和時間的交互作用顯著

[F（2，41）=9.82，P＜0.001，η2=0.32].

簡單效應分析顯示：

1） 干預前，兩組被試者的基線水平無顯著差異（P＞0.05）;

2） 高壓氧艙顯著改善了實驗組的睡眠狀況，體現在實驗組在干預結束和干預結束后第15天的PSQI總分均顯著低于第1次測試水平（Ps＜0.001）;控制組的PSQI總分在3次測試之間均不存在顯著差異（Ps＞0.05）;

3） 在第2次和第3次測試時，實驗組的PSQI總分顯著低于控制組（P＜0.001，P＜0.01）.

在睡眠質量上，時間的主效應顯著

[F（2，84）=3.99，P＜0.05，η2=0.09]，

組別的主效應顯著

[F（1，42）=8.06，P＜0.01，η2=0.16]，

組別和時間的交互作用顯著

[F（2，84）=12.36，P＜0.001，η2=0.23].

簡單效應分析顯示：

1） 干預前，兩組被試者的基線水平無顯著差異（P＞0.05）;

2） 實驗組在干預結束和干預結束后15天的睡眠質量得分均顯著低于第1次測試水平（Ps＜0.001）;控制組的睡眠質量得分在3次測試之間均不存在顯著差異（Ps＞0.05）;

3） 在第2次和第3次測試時，兩組睡眠質量存在顯著差異，實驗組顯著優于控制組（P＜0.001，P＜0.01）.

在入睡時間上，時間的主效應顯著

[F（2，84）=15.32，P＜0.001，η2=0.27]，

組別的主效應顯著

[F（1，42）=7.35，P＜0.05，η2=0.15]，

組別和時間的交互作用顯著

[F（2，84）=5.11，P＜0.01，η2=0.11].

簡單效應分析顯示：

1） 干預前，兩組被試者的基線水平無顯著差異（P＞0.05）;

2） 實驗組在干預結束和干預結束后第15天的入睡時間得分顯著均低于第1次測試水平（Ps＜0.001）;控制組的入睡時間得分在3次測試之間均不存在顯著差異（Ps＞0.05）;

3） 在第2次和第3次測試時，實驗組的入睡時間顯著低于控制組（P＜0.001，P＜0.01）.

在睡眠效率上，時間的主效應顯著

[F（2，41）=3.70，P＜0.05，η2=0.15]，

組別的主效應不顯著

[F（1，42）=1.39，P=0.245，η2=0.03]，

組別和時間的交互作用不顯著

[F（2，41）=1.00，P=0.375，η2=0.05].

對睡眠時間、睡眠障礙、催眠藥物、日間功能障礙4個維度進行重復測量方差分析，發現主效應和交互作用均不顯著（Ps＞0.05）.

2.2 干預前后兩組CES-D得分結果 對CES-D得分進行2（組別）×3（時間）的重復測量方差分析結果顯示，兩組CES-D得分時間的主效應顯著

[F（2，41）=17.27，P＜0.001，η2=0.46]，

組別的主效應顯著

[F（1，42）=4.31，P＜0.05，η2=0.09]，

組別和時間的交互作用顯著

[F（2，41）=3.61，P＜0.05，η2=0.15].

簡單效應分析顯示：

1） 干預前，兩組被試者的基線水平無顯著差異（P＞0.05）;

2） 實驗組在干預結束和干預后第15天的CES-D得分均顯著低于第1次測試水平（Ps＜0.001）;控制組的得分在3次測試之間均不存在顯著差異（Ps＞0.05）;

3） 在第2次、第3次測評時，實驗組CES-D總分均顯著低于控制組（Ps＜0.01）.

2.3 干預前后兩組HRV指標 對HRV頻域各指標分別進行2（組別）×3（時間）的重復測量方差分析發現，在LF（ms2）/HF（ms2）指標上，時間的主效應顯著

[F（2，41）=3.40，P＜0.05，η2=0.07]，

組別的主效應顯著

[F（1，42）=8.72，P＜0.01，η2=0.17]，

組別和時間的交互作用不顯著

[F（2，41）=1.98，P=0.149，η2=0.05].

在LF（%）指標上，時間的主效應顯著

[F（2，84）=4.19，P＜0.05，η2=0.09]，

組別的主效應顯著

[F（1，42）=11.56，P＜0.001，η2=0.22]，

組別和時間的交互作用顯著

[F（2，84）=3.79，P＜0.05，η2=0.08].

簡單效應分析顯示：

1） 干預前，兩組被試者的基線水平無顯著差異（P＞0.05）;

2） 實驗組在干預結束和干預結束后第15天的LF（%）數值顯著高于第1次測試水平（P＜0.001，P＜0.01）;控制組的LF（%）數值在3次測試之間均不存在顯著差異（Ps＞0.05）;

3） 在第2次和第3次測試時，實驗組LF（%）數值顯著高于控制組（Ps＜0.01）.

在HF（%）指標上，時間的主效應顯著

[F（2，84）=4.68，P＜0.05，η2=0.10]，

組別的主效應顯著

[F（1，42）=10.79，P＜0.01，η2=0.20]，

組別和時間的交互作用顯著

[F（2，84）=4.23，P＜0.05，η2=0.09].

簡單效應分析顯示：

1） 干預前，兩組被試者的基線水平無顯著差異（P＞0.05）;

2） 實驗組在干預結束和干預結束后第15天的HF（%）數值顯著高于第1次測試水平（P＜0.001，P＜0.01）;控制組的HF（%）數值在3次測試之間均不存在顯著差異（Ps＞0.05）;

3） 在第2次和第3次測試時，實驗組HF（%）數值顯著高于控制組（Ps＜0.01）.

在LF（n.u.）指標上，時間的主效應顯著

[F（2，84）=4.98，P＜0.01，η2=0.10]，

組別的主效應顯著

[F（1，42）=11.83，P＜0.001，η2=0.22]，

組別和時間的交互作用顯著

[F（2，84）=4.49，P＜0.05，η2=0.10].

簡單效應分析顯示：

1） 干預前，兩組被試者的基線水平無顯著差異（P＞0.05）;

2） 實驗組在干預結束和干預結束后第15天的LF（n.u.）數值顯著高于第1次測試水平（P＜0.001，P＜0.01）;控制組的LF（n.u.）數值在3次測試之間均不存在顯著差異（Ps＞0.05）;

3） 在第2次和第3次測試時，實驗組的LF（n.u.）數值顯著高于控制組（Ps＜0.001）.

在HF（n.u.）指標上，時間的主效應顯著

[F（2，84）=4.88，P＜0.01，η2=0.10]，

組別的主效應顯著

[F（1，42）=11.89，P＜0.001，η2=0.22]，

組別和時間的交互作用顯著

[F（2，84）=4.55，P＜0.05，η2=0.10].

簡單效應分析顯示：

1） 干預前，兩組被試者的基線水平無顯著差異（P＞0.05）;

2） 實驗組在干預結束和干預結束后第15天的HF（n.u.）數值顯高于第1次測試水平（P＜0.001，P＜0.01）;控制組的HF（n.u.）數值在3次測試之間均不存在顯著差異（Ps＞0.05）;

3） 在第2次和第3次測試時，實驗組的HF（n.u.）數值顯著高于控制組（Ps＜0.001）.

綜上討論結果如表1和圖1所示.

3 討論

本研究采用20次高壓氧干預考察其對高海拔

移居者睡眠質量、抑郁和自主神經系統的均衡性的影響.結果顯示，干預后實驗組睡眠質量與抑郁狀況優于對照組，實驗組心率變異性頻域指標中的LF、LF/HF數值顯著下降，HF數值顯著提高，而對照組前后測各指標間均不存在顯著性差異.這表明，高壓氧干預能夠提高睡眠質量，增強自主神經系統平衡性，改善睡眠質量，減輕抑郁焦慮癥狀，并且在干預后15 d仍然存在明顯的預后效應.

高壓氧干預使得機體得到了充分的氧供，有利于細胞內一氧化氮及三磷酸腺苷的生成，提高抗氧化酶活性，促進新陳代謝及血液循環 [23].研究發現，在海拔3 700 m左右，將室內氧氣質量分數提高到24%，可明顯增加深睡眠比例與慢波睡眠比率，縮短周期性呼吸時間，減少呼吸暫停次數 [24].加壓狀態下氧的穿透性強，能夠使氧氣更好地溶于血液，這種高壓富氧可能是實驗組PSQI得分顯著下降的關鍵因素.睡眠與焦慮抑郁情緒具有雙向調節作用，睡眠質量的提升有利于改善情緒狀態.高壓氧干預下，高濃度的氧氣供應，使大腦得到充足的氧氣供應，從而提高了中樞神經的功能和活性，與情緒密切相關的垂體、邊緣系統的功能將得到改善 [25].抑郁情緒與HRV也存在著密切的聯系，自主神經系統的失衡會對情緒調節能力造成一定影響，健康個體相對于抑郁癥患者HF數值通常更高，迷走神經張力更強 [26].高壓氧干預可能是通過改善自主神經系統，增強交感迷走神經平衡性，從而改善了抑郁情緒.

氧氣對心率變異性存在極大的影響，多次給氧干預能夠改善心肌缺血，提高心臟排出量與血管舒縮功能，從而調節自主神經系統的功能 [27].謝元攀 [28]通過對女子拳擊運動員進行高壓氧干預，發現干預后被試者的迷走神經活性增強、交感神經張力減弱、交感和迷走神經平衡性得到改善，同時提高了睡眠效率，降低了睡眠轉換次數和覺醒次數，這與本研究結果相一致.在低壓低氧的高海拔環境中，HRV會隨著血氧飽和度（SpO2）的升高而增強，高壓氧能夠快速恢復移居者血氧含量，起到增強其迷走神經活性的作用 [29].缺氧與HRV的變化及睡眠結構的破壞程度具有顯著的相關性，高原影響睡眠質量的重要原因在于低氧引起的機體應激反應，使細胞興奮性過高，從而造成迷走神經受損，導致自主神經系統失衡.而失眠患者通常表現出交感神經的過度興奮，處于一種高度覺醒的狀態.當這種過度激活得到有效改善時，睡眠質量也將有所提升 [30]，這可能是本研究改善移居者睡眠質量的內在機制之一.

如前所述，長期的高海拔暴露影響高原移居者的睡眠質量，研究通過20次高壓氧干預探討其對高原移居者睡眠質量的調節作用，發現高壓氧可以有效調節移居者自主神經系統功能，改善睡眠狀況與抑郁焦慮癥狀.這為提高高原移居者的睡眠質量提供了有效方案，有望切實提高他們的生活質量，對由于長期的高海拔暴露導致的認知能力的損傷或許也將起到一定的提升作用.

然而，本研究仍然存在需要完善的地方.首先，僅探討了高壓氧干預對移居者HRV的影響，是否還會引起其他生理生化指標的變化有待進一步確認.其次，采用問卷法評定被試者的睡眠和抑郁狀況可能帶有一定主觀性，未來可以借助多導睡眠儀等獲取客觀評價指標進行測評.此外，最適用于高原移居者人群的干預時間和壓力值有待進一步確認.最后，雖然20次的氧艙干預在干預后15 d的效果仍然存在，但后續的持續時程尚不明確，下一步將對持續時間和持續效果作進一步研究，以確認高壓氧干預的最優方案.

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The Improvement of Sleep Quality， Depression and HRV in Young Immigrants in Tibet by Hyperbaric Oxygen Treatment

MA Hailin 1，2， YANG Xiyue 1，2， SU Rui 1，2， LI Hao 1，2

（1. Plateau Brain Science Research Center， Tibet University， Lhasa 850000， Tibet;2. Key Laboratory of High Altitudes Brain Science and Environmental Acclimation， Tibet University， Lhasa 850000， Tibet）

To explore whether hyperbaric oxygen intervention can improve the sleep quality， mitigate depression and promote the balance of autonomic nervous system of plateau immigrants， forty-four college students migrating to plateau area as adults were selected as the research objects， who were randomly divided into an experimental group and a control group. The Pittsburgh Sleep Quality Index （PSQI）， Center for Epidemiological studies Depression Scales （CES-D） and the indicators of heart rate variability （HRV） of the two groups were documented pre-and-post intervention and two weeks after the intervention. The results showed that： 1） after twenty times of hyperbaric oxygen intervention， the PSQI and CES-D scores of the experimental group dropped dramatically（Ps＜0.05）. 2） The experimental group showed remarkable decrease in the values of LF and LF/HF（Ps＜0.05）， and significant increase in the value of HF in HRV（P＜0.05）; while no prominent differences were found between the indicators in the control group pre-and-post intervention（Ps＞0.05）. Conclusion： hyperbaric oxygen intervention improved the sleep quality， alleviated depression and enhanced the balance of autonomic nervous system of plateau immigrants， with obvious prognostic effects.

high altitude; hyperbaric oxygen; sleep quality; HRV

（編輯 余 毅）

基金項目：國家自然科學基金（32260212和U23A20476）和西藏自治區重點研發項目（2023ZYJM001）

第一作者簡介：馬海林（1979—），男，教授，博導，青年長江學者，主要從事高原腦科學的研究，E-mail：david_ma79@163.com

*通信作者簡介：李 昊（1988—），男，博士，講師，主要從事高原腦科學的研究，E-mail：futanghu888@126.com

引用格式：馬海林，楊熙玥，蘇瑞，等. 高壓氧干預對高海拔移居者睡眠質量、抑郁狀況及HRV的調節效應[J]. 四川師范大學學報（自然科學版），2024，47（5）：569-575.