深脑磁刺激对平原官兵进驻高原后睡眠质量的影响

王乙茹,郝雪梅, 肖利军,郭 航

高原睡眠障碍指高原环境下的睡眠效率低下,是初次进入高原人群的常见不适反应,主要表现为睡眠期间呼吸暂停加重,深睡眠比例减少,频繁觉醒[1]。原因包括低氧低压导致的血氧降低、睡眠中枢功能异常、紧张焦虑等心理应激反应及神经免疫失调[2]。研究发现,在海拔3500 m以上,几乎一半的急进高原者经历过睡眠障碍[3]。近年来治疗睡眠障碍的物理手段越来越多。经颅磁刺激是利用变化的磁场产生感应电流,改变大脑皮质及深部区域神经细胞的动作电位,从而影响脑内代谢和神经活动,目前已成为治疗多种神经精神疾病[4,5]的手段之一,对原发性失眠[6,7]及多种疾病伴发的失眠[7-9]有治疗作用。国内自主研发的新型深脑磁刺激仪(deep-brain magnetic stimulation,DMS)具有可达深脑、弱强度、高频和Gamma节律的特点,可以避免传统DMS仪高强度的风险[10]。本文通过前瞻性随机对照研究,探讨DMS对高原睡眠质量的影响,以期为防治高原睡眠障碍提供有效的辅助手段。

1 对象与方法

1.1 对象 选择解放军总医院第七医学中心的50名官兵,均于2020年7月从平原乘火车到4300 m高原。纳入标准:(1)世居平原;(2)年龄20 ～50岁;(3)此次高原停留时间为1～3个月;(4)签署知情同意书。排除标准:(1)中途退出或资料不全者;(2)有明显心脑血管疾病、近3个月有情绪障碍或睡眠障碍;(3)体内有精密医疗电子仪器,如心脏起搏器、脑电极、人工耳蜗等。根据随机数字表法将受试者分为对照组(n=25)和磁疗组(n=25),两组性别(男/女均为15/10)、年龄[(36.6±5.5)岁vs.(36.2±5.4)岁]无统计学差异。所有个体均于出发前7 d开始按说明书服用大株红景天胶囊(江苏康缘)和复方丹参滴丸(天津天士力),离开高原当天停止用药,所有个体全程均按需服用酒石酸唑吡坦片(鲁南贝特制药有限公司)。本研究通过解放军总医院第七医学中心伦理委员会审查(2020-112)。

1.2 干预方法 应用国内自主研发的北京澳丹斯生物科技有限公司的ANTIS深脑磁刺激仪[11],双线圈输出分布近似均匀的磁场,1000 Hz载波频率,30～40 Hz渐变的串列节律,每运行2 s停8 s,每2 min变换一次磁场形状,一次完整干预运行20 min。于到达高原前7 d开始DMS,在安静、光线良好的环境内,尽量选择上午,间隔2 d一次,持续至离开高原后3 d。对照组无干预。

1.3 观察指标 采集基线水平(平原,抵达高原前3 d)、高原(抵达海拔4300 m高原后3 d)和返回平原后(离开高原后3 d)的受试者相关资料。

1.3.1 生命体征 收缩压、舒张压和心率在平静5 min后采用欧姆龙(OMRON)HEM-7124电子血压计测量,氧饱和度采用鱼跃(YUWELL)YX301指夹式血氧仪测量。

1.3.2 睡眠情况 睡眠质量采用匹兹堡睡眠质量指数(the Pittsburgh sleep quality index, PSQI)量表[12]进行测量。该量表是用于评估过去1个月睡眠质量的自评量表,包括19个项目,构成7个维度:睡眠质量、入睡时间、睡眠时间、睡眠效率、睡眠障碍、睡眠药物、日间功能障碍。每个维度按0～3分计算,累计评分为PSQI量表总分,范围为0～21分,得分越高表示睡眠质量越差。

1.3.3 急性高原反应 根据军用卫生标准GJB1098-91《急性高原反应的诊断和处理原则》[13],急性高原反应的评定以头痛和呕吐为主,按严重程度分度和评分,头痛分四度,计1、2、4、7分;呕吐分三度,计2、4、7分,其余症状不分度,均各计1分。在上述基础上,根据总计分值将高原反应严重程度分为基本无反应(±)、轻度(+)、中度(++)和重度(+++)。

1.3.4 情绪状态 情绪状态采用迟松和林文娟[14]修订的简明心境量表评定。该量表由30个项目组成,每个项目均用一个描述心境的形容词表达,每个项目均采用0～4分评分,包括6个维度:紧张-焦虑、抑郁-沮丧、愤怒-敌意、疲惫-惰性、困惑-迷茫、有力-好动,其中1～5为负性心境维度,6为正性心境维度。每个维度及量表的总分为负性情绪得分减去正性情绪得分,得分越高表明情绪状态越差。

1.3.5 认知功能 认知功能采用空军军医大学研发的DXC-6型多项群体心理测量系统[15]评定,本次研究采用的测量项目包括数字搜索、数字旋转、注意广度。

2 结 果

2.1 两组生命体征和睡眠情况的比较 磁疗组在高原的心率较对照组快,返回平原后差异消失;两组在高原的血压、氧饱和度无统计学差异(表1)。磁疗组在高原的睡眠障碍较对照组轻微,日间功能障碍较对照组轻微,返回平原后磁疗组日间功能障碍仍较对照组轻微;两组PSQI量表的其他维度无统计学差异(表2)。

表1 平原官兵进驻高原对照组和磁疗组生命体征比较 (n=25)

表2 平原官兵进驻高原对照组和磁疗组PSQI量表比较 [M(Q1,Q3),(n=25)]

2.2 两组高原反应、情绪状态及认知功能的比较 两组高原反应(表3)、情绪状态(表4)及认知功能(表5)均没有统计学差异。

表3 平原官兵进驻高原对照组和磁疗组高原反应比较 (n;%)

表4 平原官兵进驻高原对照组和磁疗组简明心境量表比较

表4 平原官兵进驻高原对照组和磁疗组简明心境量表比较

组别基线水平高原返回平原后对照组-5.8±7.41.1±8.9-6.7±8.4磁疗组-5.2±8.5-2.2±10.9-6.7±11.2t-0.2661.1790.000P0.7910.2441.000

表5 平原官兵进驻高原对照组和磁疗组认知功能比较 (n=25)

3 讨 论

睡眠占人一生近1/3的时间,好的睡眠能够恢复人的体力和精力。中国大约有3亿人存在睡眠障碍,在海拔3000 m以上的高原,近一半人出现睡眠障碍[3,16],且睡眠障碍随海拔的升高及移居高原时间的增加而加重[17]。高原睡眠障碍主要表现为睡眠连续性破坏、睡眠结构紊乱[18]、周期性呼吸[19]、脑电图节律变化[20]、脑血流量先增加后减少[18]。一般认为,缺氧会导致神经递质[21,22]、炎症因子[23]改变从而造成高原睡眠障碍。缺氧导致血氧分压降低,脑血流增加,引起脑细胞水肿,导致睡眠中枢功能障碍[24]。且高原缺氧性通气反应会引起呼吸不稳定,从而导致周期性呼吸,过多的周期性呼吸会导致觉醒次数增多,破坏了睡眠的连续性,引起睡眠障碍[25]。另外,高原寒冷干燥的环境会降低呼吸道防御功能,容易受到病原菌侵袭发生炎症反应,导致呼吸道水肿影响睡眠[2];紧张焦虑等心理应激也会影响睡眠[26]。

高原反应产生的一系列躯体症状,可引起焦虑、抑郁、恐惧等情绪障碍,进而导致睡眠障碍[26]。同时睡眠障碍又可加重焦虑、抑郁、恐惧情绪[27],互为因果,形成恶性循环。睡眠异常是痴呆的早期表现之一,也会加重痴呆,原因可能与淀粉样蛋白β和tau蛋白有关[28]。许多重要的内分泌激素改变主要发生在深睡眠期,所以深睡眠比例减少可对内分泌系统产生负面影响,加重中枢神经功能紊乱,甚至发生高原睡眠呼吸暂停综合征、高原低氧血症和某些高原病[29]。睡眠的连续性遭到破坏和睡眠结构的紊乱,对人的精神及脑功能的损害非常严重,由此导致的白天嗜睡、记忆力减退、注意力不集中、性格改变等,不仅对身心健康、生活工作造成损害,甚至可能引发社会危害[30],因此积极寻找高原睡眠障碍的防治措施意义重大。

近年来,治疗睡眠障碍的物理手段越来越多。与电疗法等传统物理治疗方法比较,1985年Barker等[31]创立的经颅磁刺激能够利用变化的磁场产生感应电流,改变大脑皮质及深部区域神经细胞的动作电位,从而影响脑内代谢和神经活动,目前已成为治疗多种神经精神疾病[4,5]的手段之一,在睡眠方面,经颅磁刺激能够通过免疫系统、神经递质、大脑皮质可塑性等机制,对原发性失眠[6,7]及多种疾病伴发的失眠[7-9]有治疗作用。国内自主研发的新型DMS具有可达深脑、弱强度、高频和Gamma节律的特点,可以避免传统深脑磁刺激高强度的风险[10],应用前景更广。所以,DMS为高原睡眠障碍防治提供了新视角和新思路。

本研究发现,DMS能够显著改善常驻平原官兵进驻高原后的睡眠情况。高频经颅磁刺激(≥5 Hz)可易化神经元的兴奋作用,提高运动皮质的兴奋性[32],失眠等睡眠障碍性疾病表现为皮质兴奋性增强,这与我们的研究结果相符。经颅磁刺激改善睡眠的机制可能与调节大脑皮质可塑性[33]、γ-氨基丁酸等神经递质[34,35]和下丘脑-垂体-肾上腺轴等神经内分泌[36]有关。除了改善睡眠外,DMS能够提高平原官兵进驻高原后的心率。既往研究发现,缺氧导致动脉血氧饱和度降低,通过外周化学感受器激活交感神经,从而使心率增快,血压升高[37]。心率增快是机体对低压低氧恶劣环境的代偿作用,DMS可能通过增加机体高原环境下的缺氧代偿,增快心率,增加心排血量,改善器官灌注。虽然心率、血压和睡眠障碍存在相关性,但DMS对睡眠的影响可能与对心血管的影响没有相互作用,作用机制尚需进一步研究。

高原反应产生的一系列躯体症状,可引起焦虑、抑郁、恐惧等情绪障碍,进而导致睡眠障碍[26];同时睡眠障碍又可加重焦虑、抑郁、恐惧情绪[27],互为因果,形成恶性循环。安花花等[26]于2015年对550名急进高原官兵进行调查发现,心理应激、焦虑、抑郁对PSQI量表的某些维度有预测作用,降低心理应激,减少焦虑、抑郁发生是改善睡眠的有效途径。因此DMS可能通过改善情绪状态从而改善睡眠情况,可能的机制与减少深部脑区淀粉样蛋白沉积[38]或提高血清脑源性神经营养因子浓度有关[4]。因此DMS治疗高原睡眠障碍具有良好的前景和实际意义。

高原反应造成的生理不适、睡眠障碍和情绪波动严重影响部队生存能力和战斗力,对高原官兵睡眠障碍的防治任重而道远。目前高原地区防治睡眠障碍的各种方法不尽如人意,例如,药物长期应用存在耐受性和依赖性的问题,增加医疗和社会负担;缓进高原仅适用于初次进入高原的人群,缺乏长期疗效;氧疗经常受到使用条件的限制。而DMS作为治疗多种神经精神疾病的辅助治疗方法,在减轻原发疾病症状的同时,也可间接改善睡眠。本研究发现DMS能够改善常驻平原官兵进驻高原后的睡眠情况,同时有无创、安全、便携等优势,将为改善高原睡眠障碍提供新的方法。

本研究也存在一定局限性:(1)本研究受试人群乘坐火车历经7日缓进高原,这符合部队大多数任务特点,但不符合紧急任务或快速进驻高原人群;(2)本次研究缺乏脑功能部分及睡眠情况的客观指标,比如脑电图、脑氧饱和度、血清标志物及多导睡眠监测等,尚需包含这部分指标的更完善的研究;(3)DMS不同的频率、刺激时间和疗程也是需要关注的问题。

致谢:解放军总医院第七医学中心麻醉科王亚主管护师、李婧妍护师及妇产医学部熊岩护士长。