高原与平原对28小时睡眠剥夺认知能力的影响

田艳丽 姚冬芳

1.北京军区总医院全军皮肤病诊治中心,北京 100700;2.解放军 304医院肾脏内科 北京 100037

高原具有重要的军事战略和经济开发地位,但高原缺氧加之气候恶劣,对人体的生理和心理机能会产生严重的影响。社会的发展使得人们在高原从事连续作业的机会越来越多,特别是一些特殊职业的要求,如医生、军人、司机,人们常常会出现睡眠不足,导致睡眠缺失或睡眠剥夺,睡眠缺失或剥夺也严重影响人的生理和心理机能[1]。一些研究发现,高原从事连续作业会因为缺氧和睡眠剥夺的协同作用,引起心理和生理机能的显著变化[2-3]。例如,Mertens和Collins通过实验室模拟高海拔暴露,发现高海拔暴露和睡眠剥夺的协同效应会影响高认知负荷的工作绩效。但还有一些研究表明与平原相比,中等海拔 (2580m)的常驻被试睡眠剥夺条件下的心率和血压的变化并不显著,同时传统中枢兴奋药咖啡因在中等海拔仍能发挥较好的对抗睡眠剥夺的效果。这些研究结果提示在中等海拔睡眠剥夺条件下,由于被试已经耐受缺氧,因此没有出现高海拔暴露和睡眠剥夺的协同效应。但是,如果在更高海拔,是否会因为睡眠剥夺增加人体负担而出现缺氧于睡眠剥夺的协同效应呢?为了验证这一假设,本实验选用了两组适应当地环境的被试参与 28h的睡眠剥夺,探索不同海拔(400mVS3700m)对久居人群睡眠剥夺条件下认知能力的影响。

1 对象和方法

1.1 对象 被试分为两组,10名平原组被试为西安 (海拔 400m)驻地战士,8名高原组被试为纳赤台 (海拔3700m)驻地战士,均为青年健康男性,年龄 18～19岁。所有被试均在驻地生活 1年以上,无吸烟及饮用咖啡因、茶叶等饮料的习惯,睡眠良好、规律,无入睡困难及其他睡眠障碍。抽血查肝肾功能正常。

1.2 方法 (1)连续相加测验：分为小于法和大于法两种,演算方法与普通加法不同。小于法的算法是：将测验表中的横行数字连续累计相加,如果得到的是两位数,不记十位数,只记个位数。凡相加后之和比相邻右边的数小 1(＜),则跳过右边这个数加下一个数。这样连续累计加完整行数字,将结果写在答案栏内。大于法的算法是：方法基本同第一法。不同的是遇到两数相加后所得的和比相邻右边的数大 “1”时 (＞),右边的这个数就不加,跳过而加下一个数,这样连续累计加完整行数字将结果写在答案栏内。以上小于法和大于法交替进行运算,直至完成 20题的任务。(2)实验步骤实验前集中训练被试,使其在连续相加测验中达到熟练程度,错误率保持在 10%以下。睡眠剥夺期间被试从事轻体力娱乐活动,如看录像、打牌等。被试共完成 6次测验,第 1天 9：00为基础值,其余 5次安排在第二天的 2：00、 4：00、 6：00、 8：00和 10：00*。

1.3 统计分析 使用 SSPS10.0软件包进行统计学分析。统计方法包括一般性统计学描述、t检验和重复测量析因分析。以P＜0.05为显著性指标。

2 结果

2.1 基础值t检验的结果 高原和平原被试连续相加测验基础值的结果：平原组完成时间 266.00±33.52,正确率为92.33±14.23,t为 0.18,P＞0.05;高原组完成时间：274.45±53.33,正确率 94.37±5.62,t为 0.15,P＞0.05。

高原组被试与平原组被试基础值的 t检验结果表明,两组被试之间测验完成时间和正确率不存在显著差异 (P＞0.05)。

2.2 测验完成时间的结果 高原和平原睡眠剥夺条件下测验完成时间的结果：

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

重复测量的方差分析表明：被试连续相加测验完成时间上不存在海拔高度的主效应 (F1,16=0.53,P＞0.05)、时间的主效应 (F4,64=0.94,P＞0.05)以及海拔高度和时间的交互作用 (F4,64=1.01,P＞0.05)。

2.3 正确率的结果 高原和平原睡眠剥夺条件下测验完成时间的结果：

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

重复测量的方差分析表明：被试连续相加测验正确率上不存在海拔高度的主效应 (F1,16=0.55,P＞0.05)、时间的主效应 (F4,64=0.36,P＞0.05)以及海拔高度和时间的交互作用 (F4,64=1.17,P＞0.05)。

3 讨论

本研究通过现场实验旨在探讨高原和平原两种不同环境对 28h睡眠剥夺过程中认知能力的影响。实验采用特殊规则的连续相加测验不仅考察计算能力,还考察工作记忆能力和规则转换能力,是一种复杂任务。实验结果表明两种不同环境下睡眠剥夺对被试认知能力的影响不存在高度、时间的主效应,以及交互效应,说明在 3700m的高原环境下的 28h睡眠剥夺对计算能力的影响与平原没有显著区别。

以往大量研究表明高原缺氧对认知功能具有消极影响,Fowler等认为影响人绩效的最低海拔是2438m,其中认知能力比心理运动能力更易受缺氧的影响,复杂任务比简单任务更易受到影响,实验中选择 3700m的自然海拔高度能够反应缺氧对人的影响。Vandenberg和Lance认为在不同控制条件下对不同被试进行有效的基准比较 (benchmarking comparisons)的关键是两组被试应该是来自同一群体的代表性样本。

本研究发现高原和平原条件下对睡眠剥夺后的认识任务没有显著差别,与以往Mertens和 Collins[4]的研究结论并不一致,关键因素是被试对缺氧适应的差异。Mertens和Collins的研究通过实验室模拟高原缺氧的条件,被试突然暴露缺氧环境,通过增加心率、每搏输出量和呼吸频率等即可习服反应提高血氧饱和度,效果有限。睡眠剥夺进而加重大脑耗氧量,从而出现睡眠剥夺与高原缺氧之间的协同效应。

综上所述,高原缺氧和睡眠剥夺对认知功能影响的协同效应会出现在突然暴露于高海拔的人群中,而不会出现在久居高原的人群中。这提示为了防止高原缺氧和睡眠剥夺的协同效应,应该避免让暴露高原缺氧环境时间较短的人员进行夜间的连续工作,而久居高原的人群则受睡眠剥夺的影响较小。将来应该进一步探讨长时间睡眠剥夺过程中高原缺氧对久居人群高认知负荷任务的影响,为正确安排夜间连续工作提供实验依据。

[1]曹雪亮,苗丹民,皇甫恩等.高原低氧条件下 45h睡眠剥夺对工作记忆的影响.中国行为医学科学,2005;14.

[2]曹雪亮,苗丹民,皇甫恩等.高原低氧条件下 45h睡眠剥夺对自我监控的元认知能力的影响.中国行为医学科学,2005;14.

[3]曹雪亮,苗丹民,皇甫恩等.高原与平原条件下 48h完全睡眠剥夺对血压和心率的影响.解放军预防医学杂志,2003;21.