睡眠剝奪后不同睡眠恢復方式對戰士記憶和空間認知能力的影響

王煥鳳，丁 明

隨著科學技術的進步及社會經濟的日益發展，人們所承受的來自各方面的壓力逐漸增加，休息時間縮短，休息環境惡化等種種因素導致睡眠不足及睡眠質量下降，睡眠障礙（CID）日益成為威脅公共安全和人類健康的危險因素之一。由于生化指標或檢測指標較少，目前尚不能全面準確地評估睡眠剝奪者的執行能力。筆者通過分析3 種不同恢復睡眠方式對睡眠剝奪者記憶能力、空間認知能力、打靶能力及越野能力的影響及比較血漿β 樣淀粉蛋白（Aβ）、皮質醇的變化，為睡眠缺失下戰士執行任務能力的評估及干預措施的實施提供參考，現報告如下。

1 資料與方法

從某部隊挑選符合標準的30 名健康男性戰士作為研究對象，年齡20～30 歲，高中及以上文化水平，平素無煙酒嗜好或其他物質濫用，匹茲堡睡眠質量指數（pittsburgh sleep quality index，PSQI）總分≤5 分，蒙特利爾認知評估≥26分，體重指數（BMI）正常（18.5≤BMI＜23.9）。

受試者參加8 h 充足睡眠、完全睡眠剝奪30 h 和不同恢復睡眠方式恢復睡眠3 次試驗。正式試驗前的1 周不安排高強度的體力及腦力活動，保持規律的作息。

1.2.1 記憶測驗 記憶測試過程如下：（1）參試者認真聽取剝奪前表單錄音，進行10 min 的學習記憶，隨后完成此表單的包含及排除測試。其中包含測試的要求是參試者通過回憶剛才所有聽過的詞將測試表中的詞干補全，如果想不起就用最先想到的詞完成；排除測試則要求參試者用一個先前沒有學習過的詞將測試表中的詞干補全；如果參試者認為沒學過含有該詞干的詞，則選用參試者最熟悉的詞完成。（2）睡眠剝奪后和不同恢復睡眠方式恢復睡眠后完成剝奪后表單和干擾表單的包含測試及排除測試，方法同上。

1.2.2 CLB 測試測驗 根據修訂版CLB 測驗中空間能力的四項分測驗要求利用C# 語言編寫的軟件程序，該測試程序共由四部分組成，每一部分都按要求給予測試者充分的時間。四部分分別是定位測驗、三維旋轉測驗、圖畫完形測驗和積木連接測驗，答對1 題得1 分，錯誤得0 分，總共24 分。測試完畢后所有測試者的測驗結果存放于C 盤score 文件夾里。

1.2.3 打靶測驗 采用戰士日常打靶訓練的模式進行打靶測驗，嚴格遵照實彈射擊靶場紀律和槍支操作流程規范操作，依次進入射擊地線進行實彈射擊。按照CLB 測驗時的編號依次進行，每人5 次打靶機會，環數對應相應分值，比如射中1 環得1 分，10 環得10 分，最后取總分作為最終成績。

1.2.4 定向越野 在某松樹林選取ABCDEF 六個點，ABCDE 五點依次相連可組成正五邊形，F 點為正五邊形中心點，AB 之間距離為560 m，參試戰士任選6 條徒步越野路線之一，且同一戰士在3 次試驗中不得選取同樣路線。每個參賽戰士隨身攜帶GPS 運動記錄儀，賽后可通過軟件清晰地看到每個戰士的行進路線、總路程及本次越野的總時間。

1.2.5 血漿皮質醇及Aβ1～42 的測定 皮質醇的檢測采用化學發光法，試劑盒為人皮質醇定量檢測試劑盒（化學發光法），血漿Aβ1～42 的測定采用雙抗體夾心酶聯免疫吸附試驗（ELISA），嚴格按照試劑盒說明書的要求進行操作。

第一部分試驗要求受試者當晚按時休息，受試者于充足睡眠8 h 后的清晨（7:00～7:30）進入試驗室進行空腹靜脈抽血，之后參與PDP測驗、認知側化成套測驗，測驗完畢后，再按試驗要求參與打靶和定向越野測驗。第二部分試驗，間隔一天后要求對參試的30 名戰士進行完全睡眠剝奪后，參與抽血與試驗，方法同上。第三部分試驗，采用隨機數字表的方法以及隨機數余數分組法將30 名戰士隨機分為3 組：研究1 組（口服艾司唑侖2 mg）、研究2 組（口服右佐匹克隆2 mg）、對照組（安慰劑）即自然睡眠組，于當天晚上進行恢復性睡眠8 h，之后參與抽血與測驗，方法同上，并對睡眠質量進行問卷調查。

2 結果

2.1.1 記憶測驗 睡眠剝奪36 h 后測試命中率、外顯記憶及內隱記憶成績均顯著低于睡眠剝奪前，差異具有統計學意義（P<0.01）。見表1。

表1 睡眠剝奪前后受試者記憶測試結果比較（n=30，）

2.1.2 CLB 測驗 睡眠剝奪36 h 后戰士的定位測驗分值明顯增加，三維旋轉測驗和積木連接測驗分值明顯減少，差異有統計學意義（P<0.01），圖畫完形測驗差異無統計學意義（P>0.05）。見表2。

表2 睡眠剝奪前后受試者認知側化成套測驗成績比較（n=30，）

2.1.3 睡眠剝奪前后受試者血漿Aβ1～42水平 結果顯示，與睡眠剝奪前比較，睡眠剝奪后戰士的血漿Aβ1～42 濃度明顯升高，差異具有統計學意義（P<0.01）。見表3。

表3 睡眠剝奪前后受試者血漿Aβ1～42（n=30，）

2.2.1 記憶測驗 恢復性睡眠8 h 后，戰士的記憶測驗成績均不同程度地恢復到基線水平，3 組的記憶成績差異無統計學意義（P>0.05）。見表4。

表4 3 種不同恢復睡眠方式之間的記憶測驗成績比較（n=10，）

2.2.2 CLB 測驗 恢復性睡眠8 h 后，3 組戰士的定位測驗、圖畫完形測驗和積木連接測驗的分值差異無統計學意義（P＞0.05），三維旋轉測驗的分值差異具有統計學意義（P<0.05），艾司唑侖組的戰士三維旋轉測驗得分顯著低于自然睡眠組，差異具有統計學意義（P=0.017）。見表5。

表5 不同恢復睡眠方式對受試者CLB 測驗成績的影響比較（n=10，）

2.2.3 血漿Aβ1～42 的濃度 恢復性睡眠8 h 后，3組戰士的血漿Aβ1～42 濃度比較差異無統計學意義（P>0.05）；而自然睡眠組和右佐匹克隆組戰士的血漿Aβ1～42 濃度較睡眠剝奪后明顯下降（P<0.05）。見表6、7。

表6 不同恢復睡眠方式恢復睡眠后受試者血漿Aβ1～42 濃度的比較（n=10，，pg/ml）

通過Pearson 相關分析發現，睡眠剝奪后血清Aβ1～42水平的增加（ΔAβ1～42）與外顯記憶成績的減少呈正相關（r=0.571，P=0.001），ΔAβ1～42 與三維旋轉測驗成績的減少呈正相關（r=0.903，P<0.001）。

表7 不同睡眠方式恢復睡眠后與睡眠剝奪后血漿Aβ1～42 的濃度比較（n=10，，pg/ml）

3 討論

睡眠剝奪所導致的腦相關功能障礙已成為睡眠醫學研究領域的熱點，既往的研究表明，急性、慢性甚至部分睡眠不足都會影響人的認知能力，由睡眠剝奪所引起的記憶損傷的機制仍然不是很清楚，有研究表明，睡眠對于突觸可塑性、學習記憶及正常認知功能的維持等都具有重要作用，睡眠會增加大腦中的蛋白質產生，從而促進新的突觸連接的形成并有助于學習和記憶。該研究顯示，睡眠剝奪會導致外顯及內隱記憶顯著性減退，這與既往的研究結果一致，而自然睡眠與口服咪達唑侖或者右佐匹克隆片恢復睡眠對記憶能力的恢復并無明顯區別。經過36 h 的睡眠剝奪后戰士的空間定位測驗、三維旋轉測驗和積木連接測驗的成績顯著降低，提示睡眠剝奪降低了戰士的空間認知能力，而自然睡眠組戰士的三維旋轉測驗成績顯著高于咪達唑侖組和右佐匹克隆組，提示自然睡眠對空間認知的恢復作用或許優于藥物干預。

細胞分泌的血漿β 淀粉樣蛋白（amyloid βprotein，Aβ）在細胞基質沉淀聚積后，對神經產生很強的毒性作用，是阿爾茨海默病（AD）患者腦內老年斑周邊神經元變性和死亡的主要原因。該研究發現睡眠剝奪后Aβ1～42 明顯上升，這提示睡眠不足可能會增加Aβ1～42 的產生或者使其清除減少。通過恢復性睡眠8 h 后，自然睡眠組和右佐匹克隆組戰士的血漿Aβ1～42 水平較睡眠剝奪后明顯下降，可能是因為：（1）睡眠剝奪后，Aβ1～42 水平升高，并在組織中沉積，導致血清中的Aβ1～42 水平降低，在組織沉積的Aβ1～42 會引起一系列神經元損傷和相關認知功能的下降，而且已有相關研究證實，血腦屏障微血管周圍空間的Aβ 沉積表明Aβ 起源于血清。（2）在充足的睡眠中，多余的蛋白質和其他碎片可能會被大腦清除，因此良好且足夠的睡眠可能減少Aβ1～42 的產生并延長Aβ1～42 的清除周期。而艾司唑侖組的血漿Aβ1～42 濃度變化不大，可能是因為該研究的樣本數量比較少，由于個體差異造成系統誤差。

綜上所述，36 h 的完全睡眠剝奪可導致記憶和空間認知能力受損，而8 h 的恢復性睡眠可以有效促使記憶和空間認知能力的恢復；睡眠剝奪后戰士的記憶能力和空間認知能力的損傷可能與血漿Aβ1～42 的變化有關。