航天環境中的睡眠與睡眠障礙

劉艷驕 劉征宇 陳武山

(1 中國中醫科學院廣安門醫院心理睡眠科,北京,100053; 2 首都醫科大學附屬北京宣武醫院,北京,100053;3中國中醫科學院望京醫院,北京,100102)

這是我們多年年前寫的一篇文章，本打算寫進《中醫睡眠醫學》人民衛生出版社版，但因某種原因未能進入。2020年，經過整理，我們將其放入《中醫睡眠醫學》中國中醫藥出版社版，此書預計2023年正式出版，看到我國載人航天的成就，我們非常高興，又將其進行整理，重新補充部分內容加以發表。

1 航天相關人員睡眠問題的發現及實驗研究

從美國阿波羅1號太空飛行說起。那是在1961年4月12日由Gagarin氏制造的阿波羅1號在太空中僅僅飛行了48 min。次年阿波羅3號則在太空中飛行了94 h 22 min，大大延長了空中逗留的時間，而此時才真正發現宇航員在太空航行中的睡眠問題很重要。

1972年終于完成了阿波羅登月計劃，從此才真正開始了人類在失重狀態下長期生存的太空實驗室計劃，它標志著太空醫學研究的開始。此后，隨著宇航科技的發展，人類開始頻繁往返太空之間，并進行過太空停留1年時間的空間飛行實驗，取得了許多相關數據和成果。

在航天環境下，會給人類睡眠帶來些什么變化呢？至少應有2個方面：1)密封環境，會使人產生時間錯覺，并對生物鐘(睡眠節律)產生影響，引起紊亂，這一點有些類似三班倒及時差旅行中的睡眠問題；2)失重狀態下的睡眠問題，由于觀察每秒鐘的自體感覺及平衡感，每小時的體液電解質情況，循環系統變化，內分泌系統情況，每月的骨質及鈣代謝情況，均表明會受到一定影響。失重環境下，對睡眠姿勢、睡眠用具、睡眠時間均會產生一定的影響，但這些變化到底對睡眠有多少影響，至今尚無十分詳細的解釋。有關研究發現如下。

1.1 阿波羅登月計劃之前的睡眠調查 按理在太空中也應能夠睡眠，但宇航員總是訴說睡眠障礙，恐怕不似人們想象的那樣簡單。美國科學家最初給宇航員進行睡眠調查是從“雙子星座7號”開始的，在此之前只是對宇航分行中發作性睡眠到失眠等可能引起的各種各樣的睡眠障礙進行過預測，根本未曾意識到會出現像“雙子星座7號”分行中引起的如此嚴重的睡眠障礙。但對這一現象明了后，才漸漸明白了長期處在地球軌道上運行的飛行員引起失眠的原因，為此，就火箭發射時間、飛航與地面通信交流及宇宙飛內的活動等做了周密安排，目的是對宇航員制造一個24 h為周期的工作休息計劃，取得了很好的效果。

1970年，Bcrry等[1]對阿波羅7～11號內的宇航員進行了睡眠調查，報道了在同樣條件下的睡眠障礙情況。就阿波羅7號內，在連續3 d的飛行中宇航員出現了睡眠障礙，覺醒狀態只是依賴中樞興奮劑(如安非他明等)。研究人員警告說，這些將來還要在通常環境下工作，對藥物的依賴必須有所警示，須進行詳細的睡眠周期評價。在阿波羅8號內，興奮劑已經成了常備藥，在飛船內人工制造與地面明顯不同的睡眠周期，藥物在其中取了重要作用。由此，在其后的數次阿波羅登月飛船上宇航員均有了較好的睡眠質量，特別是人類首次登上月球大陸的阿波羅11號飛船，機組人員全部有了規則的睡眠，沒有產生任何睡眠障礙現象。

1.2 太空實驗室上的睡眠實質研究 隨著太空實驗室計劃的實施，相繼開展了人類睡眠方面的研究。1976年Forsf等[2]就宇航員睡眠的實質進行了研究，這一研究包括監測宇航員的腦電波、眼電圖、大腦活動等內容。以調查其睡眠的深淺程度，得出以下結果：1)飛行中第3睡眠階段增加，飛行后減少；2)飛行中第4睡眠階段變化不大，飛行后相對減少；3)從飛行中全組人員平均值看，快速眼動(Rapid Eyes Movement，REM)睡眠未見明顯改變，但在飛行末期個別人員出現REM睡眠率稍顯低下；4)飛行后在地面上的REM睡眠率有所增加，但休息3 d后又有反射性地引起REM睡眠過度期縮短；5)入睡時間方面，與飛行前比較，飛行中、飛行后基本上沒有多少變化，只有少數飛行員在飛行開始階段會有所延長，這恐怕與心情激動有一定關系；6)睡眠中的自覺癥狀未見多少變化。在84 d的飛行中僅有1人出現睡眠障礙，但隨著時間的推移，癥狀越來越輕，不過為了保證睡眠質量，他還是服用了些催眠藥。

綜上所述，Frosf等[2]就有關失重狀態下對人體中系統的影響綜述如下：1)這則調查顯示用于預測入睡階段的研究意義不大，但在飛行初期，由于對失重狀態有一個適用過程，有時也會出現入睡困難；2)飛行后出現的REM睡眠率增加和REM睡眠過度期縮短，對本研究意義也不大，這可能與飛行末期REM睡眠又減少些有關聯。而飛行過后第3、4睡眠階段的減少和REM睡眠的增加又意味著飛行后睡眠的質量值得研究，而且更重要的是睡眠質的問題。這一研究表明，宇宙飛行對人類睡眠的影響可以使用腦電圖(波)來檢測睡眠階段的變化情況。

1.3 空間往返飛行中的睡眠研究 1985年Pool和Nicogossian[3]報道了在1982年重新開始空間往返計劃期間，宇宙交通系統(Space Transpotoin Systen,STS)1～4號上有關醫學生物學的結果。報告有關“睡眠與休息”一項中，敘述了STS1號-3號在飛行前2夜、機組人員的睡眠、駕駛室的寒冷度警告信號、屢受干擾的與地上進行的通信及衛星轉播等情況，但關于的失重狀態對睡眠的影響卻沒有詳細記載，只是對STS4-號在飛行第一夜開始有較好的睡眠作了報道。

1984年Quadens和Green[4]報道了詳細記錄空間實驗室1號中機組人員在飛行前，飛行中及飛行后睡眠中動眼運動的有關資料。根據此資料可知處于失重狀態初期的飛行第1夜，眼球運動大約增加4倍，其中REM睡眠占1半以上。由此可知，REM睡眠可能是新課題情況研究課題的切入點之一，為此，2位學者推測說可能是在發射后的初期睡眠期間TEM睡眠的增加是宇航員進入新環境的一個適應過程，也許與失重狀態關系不大。

Santy等[5]則對1987年58位機組成員在返航后立刻進行了有關睡眠情況調查。飛行前沒有人使用過藥物，但飛行中有30%以上人員要求服用安眠藥引起嚴重的睡眠障礙主要發生在飛行初期和飛行末期。報道說引起睡眠障礙的主要原因受“暈飛船”。

噪聲和興奮過度。不論睡眠障礙還是使用安眠藥，都會影響宇航員的工作效力如何解決這些問題，是擺在我們面前的課題，需要進一步研究。

美國有關專家研究表明，失重狀態下睡眠，在飛行初期表現為REM睡眠增加，末期則減少；在飛行的過程中，第3睡眠階段相對增加[5]。另外，飛行結束后回到地面，第3、第4睡眠階段減少，REM睡眠增加，REM睡眠的過渡期縮短，這些被認為是中樞神經系統適應失重狀態和從這一狀態返回地面環境(正常重力)在適應過程的一種表現。此外，也許與體液移動和循環功能的變化相伴而產生的自主神經系統功能變化有關，但更詳細的研究成果還有待進一步研究。

2 航天相關人員的睡眠

2.1 宇航員 在太空失重環境中，航天員不能躺在床上睡覺，因為身體會自動飄浮起來，必須鉆進睡袋并固定在航天器的艙壁上。美國在航天飛機上設置多層水平床鋪，每個床鋪長1.8 m，寬0.75 m，有一條能防火的睡袋，睡袋通過繩索和塔溝與床鋪相連，睡覺時，鉆進睡袋，拉上拉鎖，用皮系住腰部，就可以睡覺了。歐洲宇航局還為宇航員設計了雙層充氣睡袋，充氣后睡袋被拉緊，給人體施加一定的壓力，這不僅可以改善胸部的血液循環，還可以消除飄飄然的自由下落感，使人感到像地面睡覺一樣[2]。航天員的睡眠節律仍然以24 h為周期安排航天員的作息時間，一般8 h工作，2 h用餐，1.5～2.5 h鍛煉，3.5～4.5 h自由活動，8 h睡眠。天空中人一樣會做夢，基本內容與地面相同[6]。

2.2 地面工作人員 地面工作人員需要按照地球的晝夜節律進行睡眠，但在航天測控階段，很多地面人員不能按照地球的晝夜節律進行睡眠，需要連續工作，因而輔助睡眠設備和睡眠節律的調整非常重要。美國火星計劃研究時，很多地面人員接受天空信號時常常在深夜，在任務結束后，很多人出現睡眠障礙，被集體列為睡眠障礙研究對象。

2.3 發射時間對睡眠的影響 很多宇航飛行的起飛時間，選擇在早晨，這樣導致宇航員和地面工作人員對生活節律的調整，因而許多人縮短了睡眠時間，出現了白晝疲勞的現象。

3 航天環境中的睡眠障礙

根據有關資料，航天飛行及模擬飛行環境中容易產生各種心理問題和睡眠障礙。在航天飛行與模擬飛行環境下，最容易產生心理問題。包括人際沖突、睡眠障礙、乏味、不安等[6]。

在已經統計的航天飛行醫學事件中，失眠名列第4位，而其前面的3項，厭食(食欲不振)、空間運動病、疲勞均可以影響睡眠……地面上可以發生的不安腿綜合征和下肢肌肉痙攣，在天空中發病率分別為2.5%和1.8%[3-6]。

在空間環境中，睡眠時間是續斷的，并經常被打斷，特別有趣的是早醒和斷續睡眠又是衰老的典型特征。在地球和空間環境中，要使航天員在白天能夠處于最佳的活動狀態，就必須使活動與人體生物鐘安排同步。航天員常見的睡眠障礙主要有:1)太空失眠。太空失眠是常見航天疾病之一，而且容易復發，1987年2月7日至1996年2月29日和平號飛行中航天員發生的醫學問題中就有失眠，發病10例，復發9例。太空失眠的常見原因：a.節律紊亂；b.失重；c.心理問題；d.睡眠環境的影響。失眠的表現特點與地面上的一樣，入睡困難、夜間早醒、睡眠時間短、異常夢境等。2)節律性情感障礙。由于節律的縮短，特別是光線的變化，會對體表的化學反應產生直接的影響，光刺激活性維生素D的前體并破壞光吸收化合物(黑色素)的循環。光通過眼睛和大腦間接地作用于神經內分泌功能、生物節律、松果體的分泌，還對情緒產生明顯的影響。許多人情緒表現有明顯的季節性波動，特別是在秋冬季白晝縮短的時候出現明顯的抑郁。載人航天活動中，航天飛行器環繞地球所導致節律紊亂，類似地面的“季節性情感障礙”。3)暈動病。航天運動病，也稱為航天暈動病。與地面上暈車、暈船的發病機制基本一致。前庭器官系統是人體內耳中維持人體平衡的重要系統。主要是由于失重條件下前庭器官系統功能紊亂造成的。航天運動病所產生的嗜睡，如同地面搖晃嬰兒睡眠一樣，其表現特征與中醫痰濁眩暈類似。據統計，30%～40%航天員患航天運動病，半數以上的人有輕微的航天運動病。主要表現為頭暈、目眩、面色蒼白、出冷汗、腹部不適、惡心、嘔吐、唾液增加、噯氣、嗜睡、頭痛等和其他神經系統癥狀。4)航天應激綜合征。在空間環境中，隔離引起的應激和長時間的失重應激相伴而生，這些問題遠遠超過了敵意和焦慮。航天員經常出現各種心身癥狀，如睡眠干擾、定向力障礙和頭痛。時間壓縮感和繁重的工作計劃也導致宇航員與地面工作人員發生爭吵，航天員在空間環境中感覺非常匆忙，而地面的工作人員則變得不耐煩。

4 航天環境中的睡眠障礙的防治

4.1 促進睡眠的輔助用具

4.1.2 太空睡袋 是宇航員睡眠的重要工具。太空睡袋的設計必須考慮太空環境特點，為了使航天員在太空睡得舒適，睡袋必須有固定器件，使太空睡袋能緊緊固定在航天器(飛船或航天飛機)的艙壁上，不致在太空自由飄浮，似躺在床上一樣舒適；由于失重，太空睡袋設計給航天員適當的壓力，使航天員感覺到像睡在地面一樣舒適。

4.1.2 睡眠眼罩 與航空一樣，同時用燈光的變化模擬地球晝夜節律變化，以保證航天員有很好的睡眠。佩戴隔音帽，將睡艙與其他艙室分開，避免噪聲的刺激[7]。

4.1.3 太空睡椅 美國宇航局針對宇航飛行，專門設計了適應人體工學原理的太空工作座椅，可供宇航員在座椅上睡眠[8]。

4.2 建立睡眠工作區 俄羅斯的和平號國際空間站和現在正在運行的國際空間站，均設計了不同類型的睡眠區，提供與地面相似的睡眠環境[8]。同時，將航天時間與地面時間保持一致。航天員還要有明確的作息時間表，以保證他們有何地面一樣的睡眠。

4.3 物理治療 俄羅斯的航天飛行中，對于航天員出現失眠，采用一種弱腦電波刺激儀，就是模仿航天員在地面睡眠時候的腦電波變化，制造一種可以產生類似腦電波的電子睡眠儀器，當航天員出現睡眠問題時，就用這種簡單儀器發出與人體腦電一樣的腦電波進行治療[8]。這種方法儀器在今天已經廣泛在各種促眠儀器上廣泛使用。

4.4 中藥預防 在預防太空睡眠障礙的中藥中，我們認為晝開夜合植物和抗缺氧的植物中藥應當有較好的前景。常用具有晝開夜合特性的植物中藥包括：豆科植物，如含羞草、決明子、落花生、大豆等；百合科植物，如土茯苓、天門冬、麥門冬、百合等；毛茛科植物，如冰涼花等；睡蓮科植物，如睡蓮、睡草、芡實等；菊科植物，如向日葵等；木蘭科植物，如合歡花等。五加科植物中人參、五加皮、紅毛五加等均含有促進睡眠的物質，前蘇聯宇航員就用刺五加膏作為宇航員的保健品。但從植物特性和藥理方面分析，越是節律快的植物中藥，毒性越大，而符合和接近24 h晝夜節律的植物，比較適合人體。木瓜、仙鶴草、黃芪等可以預防天空中中不寧腿綜合征和下肢肌肉痙攣。在前蘇聯宇航員的太空食品中就有木瓜條。具有抗缺氧功效的紅景天、三七在睡眠障礙臨床也得到廣泛應用。紅景天能改善睡眠、生血活血、抗腦缺氧、抗疲勞、活血止血、清肺止咳、化淤消腫、解熱退燒、滋補元氣等功效，是比較理想航天中藥之一。

據了解，神九任務的藥物按照利用的概率分為2類，配備數量的原則也相應調整。第一類藥物是按計劃必定要用的藥物，主要是抗運動病藥物、睡眠干預藥物、維生素補充類和中醫藥保健類。這類藥物嚴格按照既定的服用方案配備。中國航天醫學研究所與北京中醫藥大學合作開展“太空燮理湯”的臨床研究，已經取得初步療效。中醫方劑中的開心散、讀書丸、天王補心丹、酸棗仁制劑、五味子制劑等也對睡眠有較好的治療作用。

作為睡眠研究者及航天愛好者，我們衷心祝賀中國的航天員能在中國的空間站中睡得更好，更安全，并平安回到地球享受地面平靜的睡眠。