睡眠剥夺后不同睡眠恢复方式对战士记忆和空间认知能力的影响

王焕凤，丁 明

随着科学技术的进步及社会经济的日益发展，人们所承受的来自各方面的压力逐渐增加，休息时间缩短，休息环境恶化等种种因素导致睡眠不足及睡眠质量下降，睡眠障碍（CID）日益成为威胁公共安全和人类健康的危险因素之一。由于生化指标或检测指标较少，目前尚不能全面准确地评估睡眠剥夺者的执行能力。笔者通过分析3 种不同恢复睡眠方式对睡眠剥夺者记忆能力、空间认知能力、打靶能力及越野能力的影响及比较血浆β 样淀粉蛋白（Aβ）、皮质醇的变化，为睡眠缺失下战士执行任务能力的评估及干预措施的实施提供参考，现报告如下。

1 资料与方法

从某部队挑选符合标准的30 名健康男性战士作为研究对象，年龄20～30 岁，高中及以上文化水平，平素无烟酒嗜好或其他物质滥用，匹兹堡睡眠质量指数（pittsburgh sleep quality index，PSQI）总分≤5 分，蒙特利尔认知评估≥26分，体重指数（BMI）正常（18.5≤BMI＜23.9）。

受试者参加8 h 充足睡眠、完全睡眠剥夺30 h 和不同恢复睡眠方式恢复睡眠3 次试验。正式试验前的1 周不安排高强度的体力及脑力活动，保持规律的作息。

1.2.1 记忆测验 记忆测试过程如下：（1）参试者认真听取剥夺前表单录音，进行10 min 的学习记忆，随后完成此表单的包含及排除测试。其中包含测试的要求是参试者通过回忆刚才所有听过的词将测试表中的词干补全，如果想不起就用最先想到的词完成；排除测试则要求参试者用一个先前没有学习过的词将测试表中的词干补全；如果参试者认为没学过含有该词干的词，则选用参试者最熟悉的词完成。（2）睡眠剥夺后和不同恢复睡眠方式恢复睡眠后完成剥夺后表单和干扰表单的包含测试及排除测试，方法同上。

1.2.2 CLB 测试测验 根据修订版CLB 测验中空间能力的四项分测验要求利用C# 语言编写的软件程序，该测试程序共由四部分组成，每一部分都按要求给予测试者充分的时间。四部分分别是定位测验、三维旋转测验、图画完形测验和积木连接测验，答对1 题得1 分，错误得0 分，总共24 分。测试完毕后所有测试者的测验结果存放于C 盘score 文件夹里。

1.2.3 打靶测验 采用战士日常打靶训练的模式进行打靶测验，严格遵照实弹射击靶场纪律和枪支操作流程规范操作，依次进入射击地线进行实弹射击。按照CLB 测验时的编号依次进行，每人5 次打靶机会，环数对应相应分值，比如射中1 环得1 分，10 环得10 分，最后取总分作为最终成绩。

1.2.4 定向越野 在某松树林选取ABCDEF 六个点，ABCDE 五点依次相连可组成正五边形，F 点为正五边形中心点，AB 之间距离为560 m，参试战士任选6 条徒步越野路线之一，且同一战士在3 次试验中不得选取同样路线。每个参赛战士随身携带GPS 运动记录仪，赛后可通过软件清晰地看到每个战士的行进路线、总路程及本次越野的总时间。

1.2.5 血浆皮质醇及Aβ1～42 的测定 皮质醇的检测采用化学发光法，试剂盒为人皮质醇定量检测试剂盒（化学发光法），血浆Aβ1～42 的测定采用双抗体夹心酶联免疫吸附试验（ELISA），严格按照试剂盒说明书的要求进行操作。

第一部分试验要求受试者当晚按时休息，受试者于充足睡眠8 h 后的清晨（7:00～7:30）进入试验室进行空腹静脉抽血，之后参与PDP测验、认知侧化成套测验，测验完毕后，再按试验要求参与打靶和定向越野测验。第二部分试验，间隔一天后要求对参试的30 名战士进行完全睡眠剥夺后，参与抽血与试验，方法同上。第三部分试验，采用随机数字表的方法以及随机数余数分组法将30 名战士随机分为3 组：研究1 组（口服艾司唑仑2 mg）、研究2 组（口服右佐匹克隆2 mg）、对照组（安慰剂）即自然睡眠组，于当天晚上进行恢复性睡眠8 h，之后参与抽血与测验，方法同上，并对睡眠质量进行问卷调查。

2 结果

2.1.1 记忆测验 睡眠剥夺36 h 后测试命中率、外显记忆及内隐记忆成绩均显著低于睡眠剥夺前，差异具有统计学意义（P<0.01）。见表1。

表1 睡眠剥夺前后受试者记忆测试结果比较（n=30，）

2.1.2 CLB 测验 睡眠剥夺36 h 后战士的定位测验分值明显增加，三维旋转测验和积木连接测验分值明显减少，差异有统计学意义（P<0.01），图画完形测验差异无统计学意义（P>0.05）。见表2。

表2 睡眠剥夺前后受试者认知侧化成套测验成绩比较（n=30，）

2.1.3 睡眠剥夺前后受试者血浆Aβ1～42水平 结果显示，与睡眠剥夺前比较，睡眠剥夺后战士的血浆Aβ1～42 浓度明显升高，差异具有统计学意义（P<0.01）。见表3。

表3 睡眠剥夺前后受试者血浆Aβ1～42（n=30，）

2.2.1 记忆测验 恢复性睡眠8 h 后，战士的记忆测验成绩均不同程度地恢复到基线水平，3 组的记忆成绩差异无统计学意义（P>0.05）。见表4。

表4 3 种不同恢复睡眠方式之间的记忆测验成绩比较（n=10，）

2.2.2 CLB 测验 恢复性睡眠8 h 后，3 组战士的定位测验、图画完形测验和积木连接测验的分值差异无统计学意义（P＞0.05），三维旋转测验的分值差异具有统计学意义（P<0.05），艾司唑仑组的战士三维旋转测验得分显著低于自然睡眠组，差异具有统计学意义（P=0.017）。见表5。

表5 不同恢复睡眠方式对受试者CLB 测验成绩的影响比较（n=10，）

2.2.3 血浆Aβ1～42 的浓度 恢复性睡眠8 h 后，3组战士的血浆Aβ1～42 浓度比较差异无统计学意义（P>0.05）；而自然睡眠组和右佐匹克隆组战士的血浆Aβ1～42 浓度较睡眠剥夺后明显下降（P<0.05）。见表6、7。

表6 不同恢复睡眠方式恢复睡眠后受试者血浆Aβ1～42 浓度的比较（n=10，，pg/ml）

通过Pearson 相关分析发现，睡眠剥夺后血清Aβ1～42水平的增加（ΔAβ1～42）与外显记忆成绩的减少呈正相关（r=0.571，P=0.001），ΔAβ1～42 与三维旋转测验成绩的减少呈正相关（r=0.903，P<0.001）。

表7 不同睡眠方式恢复睡眠后与睡眠剥夺后血浆Aβ1～42 的浓度比较（n=10，，pg/ml）

3 讨论

睡眠剥夺所导致的脑相关功能障碍已成为睡眠医学研究领域的热点，既往的研究表明，急性、慢性甚至部分睡眠不足都会影响人的认知能力，由睡眠剥夺所引起的记忆损伤的机制仍然不是很清楚，有研究表明，睡眠对于突触可塑性、学习记忆及正常认知功能的维持等都具有重要作用，睡眠会增加大脑中的蛋白质产生，从而促进新的突触连接的形成并有助于学习和记忆。该研究显示，睡眠剥夺会导致外显及内隐记忆显著性减退，这与既往的研究结果一致，而自然睡眠与口服咪达唑仑或者右佐匹克隆片恢复睡眠对记忆能力的恢复并无明显区别。经过36 h 的睡眠剥夺后战士的空间定位测验、三维旋转测验和积木连接测验的成绩显著降低，提示睡眠剥夺降低了战士的空间认知能力，而自然睡眠组战士的三维旋转测验成绩显著高于咪达唑仑组和右佐匹克隆组，提示自然睡眠对空间认知的恢复作用或许优于药物干预。

细胞分泌的血浆β 淀粉样蛋白（amyloid βprotein，Aβ）在细胞基质沉淀聚积后，对神经产生很强的毒性作用，是阿尔茨海默病（AD）患者脑内老年斑周边神经元变性和死亡的主要原因。该研究发现睡眠剥夺后Aβ1～42 明显上升，这提示睡眠不足可能会增加Aβ1～42 的产生或者使其清除减少。通过恢复性睡眠8 h 后，自然睡眠组和右佐匹克隆组战士的血浆Aβ1～42 水平较睡眠剥夺后明显下降，可能是因为：（1）睡眠剥夺后，Aβ1～42 水平升高，并在组织中沉积，导致血清中的Aβ1～42 水平降低，在组织沉积的Aβ1～42 会引起一系列神经元损伤和相关认知功能的下降，而且已有相关研究证实，血脑屏障微血管周围空间的Aβ 沉积表明Aβ 起源于血清。（2）在充足的睡眠中，多余的蛋白质和其他碎片可能会被大脑清除，因此良好且足够的睡眠可能减少Aβ1～42 的产生并延长Aβ1～42 的清除周期。而艾司唑仑组的血浆Aβ1～42 浓度变化不大，可能是因为该研究的样本数量比较少，由于个体差异造成系统误差。

综上所述，36 h 的完全睡眠剥夺可导致记忆和空间认知能力受损，而8 h 的恢复性睡眠可以有效促使记忆和空间认知能力的恢复；睡眠剥夺后战士的记忆能力和空间认知能力的损伤可能与血浆Aβ1～42 的变化有关。