夜间智能手机蓝光对慢性失眠患者睡眠结构及脑电频谱密度的影响

鲁珊珊，徐娟娟，宋立敏，邵娜，吴丙云

山东第一医科大学第一附属医院（山东省千佛山医院）神经内科，济南250014

流行病学研究显示，过度使用电子产品可导致睡眠质量下降，并与抑郁、焦虑发病呈正相关［1］。智能手机在为人们生活提供便利的同时也带来一些健康问题。智能手机的显示屏通常配备发光二极管（LED），可以将明亮的光线传输到人的眼睛，而光是影响人类昼夜节律的最重要的环境因素。在晚上和清晨，人们即使暴露在低强度光线下，也会抑制促进睡眠的褪黑激素的释放，通过视网膜中光反应的神经节细胞（ipRGC）影响其内源性昼夜节律起搏器，并将昼夜节律钟转移到更晚［2-3］，导致夜间难以入睡。而ipRGC吸收446～484 nm的窄波即蓝光，因此，睡前使用富含蓝光的智能手机对昼夜节律及睡眠具有不良影响［4］。既往研究表明，夜间使用短波长的光可对睡眠时间、睡眠质量、睡眠质量、睡眠效率、疲劳、抑郁症状和焦虑症状产生负面影响［5-6］。另有研究发现，与绿色光源（460 nm）相比，单色蓝光（550 nm）能够显著改变NREM睡眠脑电图活动的动力学，使第1个睡眠周期中的慢波活动（SWA）降低［7-8］。在低水平照度的房间，给予富含蓝光的多色光会影响睡眠内稳态的驱动力，尤其是第一慢波睡眠期（NREM）的活动。目前关于电子媒体对睡眠影响的研究多基于健康人群，缺少对睡眠障碍患者的报道。本研究观察了慢性失眠（CID）患者睡觉前使用智能手机对睡眠结构与脑电频谱密度的影响，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料选择2019年10月—2020年12月在山东第一医科大学第一附属医院睡眠障碍门诊就诊的CID患者24例，男14例、女10例，年龄（46.5±1.8）岁。纳入标准：①年龄35～55岁，能够熟练使用手机；②符合国际睡眠障碍分类CID的诊断标准［9］；③匹茨堡睡眠质量指数（PSQI）评分>7分，汉密尔顿焦虑量表总分<7分，汉密尔顿抑郁量表17项版总分<7分，排除焦虑、抑郁障碍；④入组前2周内未服用任何镇静安眠药物、抗精神病药物以及其他影响睡眠功能的药物。排除标准：①严重躯体性疾病、精神疾病及药物滥用者（或近2周内服用任何抗焦虑药、抗抑郁药、抗精神病药、催眠药物者）；②视力、听力明显障碍者；③睡眠期间周期性腿动指数>15，呼吸暂停低通气指数>15；④中枢神经系统疾病所致的睡眠障碍。本研究获得本院伦理委员会审核批准，受试者均签署知情同意书。

1.2 分组与干预方法采用随机交叉试验的方法，在临床睡眠医学中心标准睡眠监测实验室进行监测。实验组睡前使用智能手机（Apple，型号iphone7，亮度选择最大）阅读故事1 h，对照组睡前使用书籍阅读相同内容的故事1 h。使用计算机随机序列选取每个参与者首次进入的试验条件，每个参与者1周后进入另一个试验条件。

1.3 多导睡眠图（PSG）采集方法患者于实验前7 d内和进行实验的3 d中保持规律作息并戒酒，实验当晚18：00后禁止饮用含乙醇或咖啡的食物及饮料。在睡眠监测室进行PSG记录，一个适应夜（考虑第1夜的影响，并筛查睡眠呼吸暂停和周期性肢体运动障碍，排除其对睡眠的影响）和2个实验夜。在实验夜，研究者省略了呼吸事件和肢体运动传感器，以减少影响因素。采用澳大利亚康迪Grael系列多导睡眠仪进行整夜PSG监测，从熄灯（晚10：00～11：00）到开灯（早6：00～7：00），持续8 h。采用美国睡眠医学会（AASM）睡眠及其相关事件判读手册标准导联设置，包括6导联F3、F4、C3、C4、O1、O2，参考导联M1、M2，2导联眼动和2导联颏肌，同时进行1导联心电、2导联肢体运动传感器及口鼻气流和胸腹带进行呼吸事件监测。根据AASM的判读标准，由经验丰富的评估者在30 s内进行评价。监测指标包含睡眠总时间（TST），睡眠效率（SE），睡眠期非快速眼动睡眠（N1、N2、N3）和快速眼动睡眠（REM）所占百分比（N1%、N2%、N3%、REM%），入睡后觉醒时间（WASO），觉醒指数（AI），睡眠潜伏期（SL）和REM睡眠潜伏期（SRL）。

1.4 脑电频谱密度分析方法使用MATLAB软件（MathWorks公司）进行脑电图预处理和功率谱分析。将脑电图数据采样至少200 Hz，应用1 Hz高通滤波器去除低频伪迹。在分析脑电数据之前进行独立分量分析分解并去除眼球运动伪迹［10］，应用电流源密度（CSD）变换来最小化容积传导效应并提高脑电数据的空间分辨率。使用快速傅里叶变换计算功率谱密度（µV2），采用4 s的窗口和50%重叠率，频率分析范围为1～40 Hz，步长为1 Hz。定义6个频段：delta（1～4 Hz），theta（4～8 Hz），alpha（8～12 Hz），sigma（12～16 Hz），beta-1（16～20 Hz），beta-2（20～32 Hz）。脑电频谱数据分析在C3导联上进行，其在整夜脑电图信号的采集过程中是最稳定的，不容易受到夜间睡眠的眼动信号干扰，且在睡眠起始阶段10 min，不同脑电图频带的时间过程在额叶、中央和枕骨导联中是相似的［11］。对两组2个睡眠阶段的6个频带的脑电频谱特征进行分析，睡眠起始阶段即在第1个稳定NREM期间，第1个睡眠纺锤波出现前后5 min；睡眠转换阶段即在稳定睡眠期间，第一个REM期前后5 min。

1.5 统计学方法采用SPSS19.0统计软件。计量资料均行正态性检验和方差齐性检验，服从或近似服从正态分布的数据采用±s表示，非正态分布的数据采用M（Q25，Q75）表示，组间比较采用配对t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组PSG参数比较与对照组相比，实验组的SL延长（P<0.01），WASO增多（P<0.05），TST、SE、SRL、AI以及N1%、N2%、N3%、REM%比较差异无统 计学意义（P均>0.05）。见表1。

表1 两组PSG参数比较［±s/M（Q25，Q75）］

表1 两组PSG参数比较［±s/M（Q25，Q75）］

组别实验组对照组P n 24 24 TST（min）332.1±45.7 341.9±40.4 0.222 SE（%）60.1（42.8，80.6）72.6（72.1，85.3）0.119 SL（min）48.3（24.7，85.3）26.2（12.5，40.0）<0.001 SRL（min）145.3±55.6 117.9±29.2 0.145 N1%13.5（12.7，16.5）10.1（4.2，22.9）0.834组别实验组对照组P n 24 24 N2%63.2±11.7 61.0±9.2 0.636 N3%9.6（2.6，11.9）9.1（6.5，10.9）0.797 REM%15.7（7.0，25.3）15.0（14.5，16.8）0.414 WASO（min）128.5（77.5，244.5）75.5（44.0，76.5）0.001 AI 17.5±1.1 14.6±1.9 0.190

2.2 两组脑电图频谱密度比较与对照组相比，在睡眠起始阶段，实验组CID delta、theta、sigma频段的频谱密度降低，alpha、beta-1频段的频谱密度增高（P均<0.01），见表2；在睡眠转换阶段，实验组sigma频段的频谱密度降低，beta-1频段的频谱密度增高（P均<0.01），见表3。

表2 两组睡眠起始阶段脑电频谱密度比较（µV2，±s）

表2 两组睡眠起始阶段脑电频谱密度比较（µV2，±s）

组别对照组实验组P n 24 24 delta 0.539 1±0.026 1 0.437 5±0.044 3<0.001 theta 0.210 0±0.022 4 0.191 6±0.014 5<0.001 alpha 0.091 8±0.008 0 0.114 9±0.026 0<0.001 sigma 0.013 3±0.008 3 0.007 2±0.005 7<0.001 beta-1 0.014 5±0.015 8 0.022 8±0.012 9<0.001 beta-2 0.050 1±0.007 2 0.044 4±0.005 4 0.003

表3 两组睡眠转换阶段脑电频谱密度比较（µV2，±s）

表3 两组睡眠转换阶段脑电频谱密度比较（µV2，±s）

组别对照组实验组P n 24 24 delta 0.558 8±0.026 9 0.550 7±0.024 5 0.953 theta 0.208 8±0.010 4 0.208 7±0.016 0 0.978 alpha 0.104 6±0.011 1 0.100 5±0.012 4 0.109 sigma 0.044 4±0.007 4 0.034 1±0.005 3<0.001 beta-1 0.008 5±0.004 7 0.012 7±0.004 6 0.003 beta-2 0.015 5±0.008 3 0.016 8±0.012 7 0.594

3 讨论

研究发现，智能手机或电子产品发出的蓝光会损害我们的身体健康且影响睡眠。本研究采用睡前使用富含蓝光的手机的方法，观察其对CID患者睡眠结构和脑电频谱密度的影响。我们发现，与纸质版阅读相比，睡前使用智能手机对睡眠结构产生了严重的影响，包括浅睡眠、入睡后觉醒次数的增加和延长的睡眠潜伏期。

既往研究证实，光是许多生理变量的昼夜节律的主要同步器，如警觉性、体温和褪黑激素［4，12］。在夜间暴露光线下抑制褪黑素可能是其影响睡眠的潜在机制，光线可以显著提高警觉性，减少睡前嗜睡，延长睡眠的延迟［6，13］。本研究结果显示，与对照组相比，实验组的睡眠质量及其连续性受到破坏，SL延长，WASO增多，表明蓝光暴露增加了夜间醒来的次数和夜间清醒的时间。睡前使用电子产品可导致SL延长，夜间睡意减少，可归因于蓝光的警觉效应［7，14-15］，明亮的光线可以增加持续注意力，减少睡意，从而造成睡眠潜伏期的延长。然而，两组PSG分析整夜睡眠结构仍然相似，在深度睡眠（N3）或快速眼动睡眠方面无明显差异。此外，总睡眠时间、N3时间比例和快速眼动睡眠之间无明显差异。

随着意识程度及睡眠深度的变化，脑电图活动中特征性的活动也随之改变，alpha频段的活动是睡眠阶段或嗜睡阶段觉醒程度增高的电生理学标志物，beta频段活动可能是皮质觉醒的标志而睡眠纺锤波（sigma）活动是睡眠保护机制的一个标志。尽管睡眠结构没有明显的变化，但我们也发现了蓝光对大脑脑电活动的短暂影响。本研究结果显示，与对照组相比，实验组在睡眠开始阶段，慢波（主要有delta波组成）和纺锤波频带的功率降低，而在alpha、beta-1频带频谱密度升高。既往研究显示，富含蓝光的光线可以通过降低睡眠的内源性驱动力而增加睡眠的潜伏期［16-17］，其机制可能是延迟或减少睡眠起始阶段慢波的能量或活性。蓝光可能通过抑制乙酰胆碱和褪黑素的释放，进而对内稳态睡眠调节产生影响，同时影响新皮层和丘脑皮层网络中神经活动的同步和纺锤波能量的降低，导致SWA活动的减弱，从而降低睡眠深度［18-19］，引起频繁觉醒，增加了入睡后觉醒时间。SCHRECKENBERGER等［20］使用PET联合脑电图研究发现，随着受试者嗜睡程度的增加，delta和theta逐渐增多而alpha、beta会相对减少，而觉醒程度的增高，则会出现alpha、beta会相对增多，delta和theta逐渐减少，本研究结果发现，CID患者在睡眠起始期间alpha频带及睡眠转换阶段be⁃ta-1频谱密度升高，可能是导致睡眠觉醒次数增高的原因。

本研究不足之处在于：首先由于受样本量的限制，可能会对使用手机对CID患者睡眠结构的研究产生一定的影响；其次本研究没有对褪黑素的抑制进行进一步的研究；另外由于研究时间较短，只能对蓝光对睡眠结构产生的急性变化进行研究；最后，阅读通常被认为是一项要求认知的任务，例如，阅读一部小说已被证明可以显著增加大脑的连通性。因此，可以推测，与晚间阅读相关的神经能量消耗的增加可能会对突触稳态有影响，由于快速眼动睡眠中的SWA和纺锤体活动和快速眼动睡眠中的活动与记忆整合密切相关，因此未来的研究应该控制这种影响，并研究光暴露对CID症患者后续睡眠和认知功能的影响。

总之，睡前使用富含蓝光的智能手机，对CID患者睡眠质量及微观睡眠结构有直接影响，为进一步加深蓝光对CID患者睡眠质量影响的理解提供了依据，为进一步研究和防治CID提供了新思路。