高原與平原對(duì)28小時(shí)睡眠剝奪認(rèn)知能力的影響

田艷麗 姚冬芳

1.北京軍區(qū)總醫(yī)院全軍皮膚病診治中心,北京 100700;2.解放軍 304醫(yī)院腎臟內(nèi)科 北京 100037

高原具有重要的軍事戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)地位,但高原缺氧加之氣候惡劣,對(duì)人體的生理和心理機(jī)能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。社會(huì)的發(fā)展使得人們?cè)诟咴瓘氖逻B續(xù)作業(yè)的機(jī)會(huì)越來(lái)越多,特別是一些特殊職業(yè)的要求,如醫(yī)生、軍人、司機(jī),人們常常會(huì)出現(xiàn)睡眠不足,導(dǎo)致睡眠缺失或睡眠剝奪,睡眠缺失或剝奪也嚴(yán)重影響人的生理和心理機(jī)能[1]。一些研究發(fā)現(xiàn),高原從事連續(xù)作業(yè)會(huì)因?yàn)槿毖鹾退邉儕Z的協(xié)同作用,引起心理和生理機(jī)能的顯著變化[2-3]。例如,Mertens和Collins通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬高海拔暴露,發(fā)現(xiàn)高海拔暴露和睡眠剝奪的協(xié)同效應(yīng)會(huì)影響高認(rèn)知負(fù)荷的工作績(jī)效。但還有一些研究表明與平原相比,中等海拔 (2580m)的常駐被試睡眠剝奪條件下的心率和血壓的變化并不顯著,同時(shí)傳統(tǒng)中樞興奮藥咖啡因在中等海拔仍能發(fā)揮較好的對(duì)抗睡眠剝奪的效果。這些研究結(jié)果提示在中等海拔睡眠剝奪條件下,由于被試已經(jīng)耐受缺氧,因此沒(méi)有出現(xiàn)高海拔暴露和睡眠剝奪的協(xié)同效應(yīng)。但是,如果在更高海拔,是否會(huì)因?yàn)樗邉儕Z增加人體負(fù)擔(dān)而出現(xiàn)缺氧于睡眠剝奪的協(xié)同效應(yīng)呢?為了驗(yàn)證這一假設(shè),本實(shí)驗(yàn)選用了兩組適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的被試參與 28h的睡眠剝奪,探索不同海拔(400mVS3700m)對(duì)久居人群睡眠剝奪條件下認(rèn)知能力的影響。

1 對(duì)象和方法

1.1 對(duì)象 被試分為兩組,10名平原組被試為西安 (海拔 400m)駐地戰(zhàn)士,8名高原組被試為納赤臺(tái) (海拔3700m)駐地戰(zhàn)士,均為青年健康男性,年齡 18～19歲。所有被試均在駐地生活 1年以上,無(wú)吸煙及飲用咖啡因、茶葉等飲料的習(xí)慣,睡眠良好、規(guī)律,無(wú)入睡困難及其他睡眠障礙。抽血查肝腎功能正常。

1.2 方法 (1)連續(xù)相加測(cè)驗(yàn)：分為小于法和大于法兩種,演算方法與普通加法不同。小于法的算法是：將測(cè)驗(yàn)表中的橫行數(shù)字連續(xù)累計(jì)相加,如果得到的是兩位數(shù),不記十位數(shù),只記個(gè)位數(shù)。凡相加后之和比相鄰右邊的數(shù)小 1(＜),則跳過(guò)右邊這個(gè)數(shù)加下一個(gè)數(shù)。這樣連續(xù)累計(jì)加完整行數(shù)字,將結(jié)果寫(xiě)在答案欄內(nèi)。大于法的算法是：方法基本同第一法。不同的是遇到兩數(shù)相加后所得的和比相鄰右邊的數(shù)大 “1”時(shí) (＞),右邊的這個(gè)數(shù)就不加,跳過(guò)而加下一個(gè)數(shù),這樣連續(xù)累計(jì)加完整行數(shù)字將結(jié)果寫(xiě)在答案欄內(nèi)。以上小于法和大于法交替進(jìn)行運(yùn)算,直至完成 20題的任務(wù)。(2)實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)前集中訓(xùn)練被試,使其在連續(xù)相加測(cè)驗(yàn)中達(dá)到熟練程度,錯(cuò)誤率保持在 10%以下。睡眠剝奪期間被試從事輕體力娛樂(lè)活動(dòng),如看錄像、打牌等。被試共完成 6次測(cè)驗(yàn),第 1天 9：00為基礎(chǔ)值,其余 5次安排在第二天的 2：00、 4：00、 6：00、 8：00和 10：00*。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析 使用 SSPS10.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。統(tǒng)計(jì)方法包括一般性統(tǒng)計(jì)學(xué)描述、t檢驗(yàn)和重復(fù)測(cè)量析因分析。以P＜0.05為顯著性指標(biāo)。

2 結(jié)果

2.1 基礎(chǔ)值t檢驗(yàn)的結(jié)果 高原和平原被試連續(xù)相加測(cè)驗(yàn)基礎(chǔ)值的結(jié)果：平原組完成時(shí)間 266.00±33.52,正確率為92.33±14.23,t為 0.18,P＞0.05;高原組完成時(shí)間：274.45±53.33,正確率 94.37±5.62,t為 0.15,P＞0.05。

高原組被試與平原組被試基礎(chǔ)值的 t檢驗(yàn)結(jié)果表明,兩組被試之間測(cè)驗(yàn)完成時(shí)間和正確率不存在顯著差異 (P＞0.05)。

2.2 測(cè)驗(yàn)完成時(shí)間的結(jié)果 高原和平原睡眠剝奪條件下測(cè)驗(yàn)完成時(shí)間的結(jié)果：

海拔 400m時(shí)：02：00為 311.40±51.08,04：00為366.60±73.00,06：00為 344.00±44.38,08：00為342.00±67.15,10：00為 357.60±110.22;海拔 3700m時(shí)：02：00為 321.00±107.99,04：00為 317.00±155.80,06：00為 300.75±97.79,08：00為 330.87±112.51,10：00為 326.00±96.84。

重復(fù)測(cè)量的方差分析表明：被試連續(xù)相加測(cè)驗(yàn)完成時(shí)間上不存在海拔高度的主效應(yīng) (F1,16=0.53,P＞0.05)、時(shí)間的主效應(yīng) (F4,64=0.94,P＞0.05)以及海拔高度和時(shí)間的交互作用 (F4,64=1.01,P＞0.05)。

2.3 正確率的結(jié)果 高原和平原睡眠剝奪條件下測(cè)驗(yàn)完成時(shí)間的結(jié)果：

海拔 400m時(shí)：02：00為 90.00±16.33,04：00為93.33±10.66,06：00為 88.67±16.8708：00為 90.00±11.11,10：00為 86.00±15.77;海拔 3700m時(shí)：02：00為 93.75±6.94,04：00為 91.88±3.72,06：00為 90.62±9.42,08：00為 92.50±5.97,10：00為 95.62±5.62。

重復(fù)測(cè)量的方差分析表明：被試連續(xù)相加測(cè)驗(yàn)正確率上不存在海拔高度的主效應(yīng) (F1,16=0.55,P＞0.05)、時(shí)間的主效應(yīng) (F4,64=0.36,P＞0.05)以及海拔高度和時(shí)間的交互作用 (F4,64=1.17,P＞0.05)。

3 討論

本研究通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)旨在探討高原和平原兩種不同環(huán)境對(duì) 28h睡眠剝奪過(guò)程中認(rèn)知能力的影響。實(shí)驗(yàn)采用特殊規(guī)則的連續(xù)相加測(cè)驗(yàn)不僅考察計(jì)算能力,還考察工作記憶能力和規(guī)則轉(zhuǎn)換能力,是一種復(fù)雜任務(wù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩種不同環(huán)境下睡眠剝奪對(duì)被試認(rèn)知能力的影響不存在高度、時(shí)間的主效應(yīng),以及交互效應(yīng),說(shuō)明在 3700m的高原環(huán)境下的 28h睡眠剝奪對(duì)計(jì)算能力的影響與平原沒(méi)有顯著區(qū)別。

以往大量研究表明高原缺氧對(duì)認(rèn)知功能具有消極影響,Fowler等認(rèn)為影響人績(jī)效的最低海拔是2438m,其中認(rèn)知能力比心理運(yùn)動(dòng)能力更易受缺氧的影響,復(fù)雜任務(wù)比簡(jiǎn)單任務(wù)更易受到影響,實(shí)驗(yàn)中選擇 3700m的自然海拔高度能夠反應(yīng)缺氧對(duì)人的影響。Vandenberg和Lance認(rèn)為在不同控制條件下對(duì)不同被試進(jìn)行有效的基準(zhǔn)比較 (benchmarking comparisons)的關(guān)鍵是兩組被試應(yīng)該是來(lái)自同一群體的代表性樣本。

本研究發(fā)現(xiàn)高原和平原條件下對(duì)睡眠剝奪后的認(rèn)識(shí)任務(wù)沒(méi)有顯著差別,與以往Mertens和 Collins[4]的研究結(jié)論并不一致,關(guān)鍵因素是被試對(duì)缺氧適應(yīng)的差異。Mertens和Collins的研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬高原缺氧的條件,被試突然暴露缺氧環(huán)境,通過(guò)增加心率、每搏輸出量和呼吸頻率等即可習(xí)服反應(yīng)提高血氧飽和度,效果有限。睡眠剝奪進(jìn)而加重大腦耗氧量,從而出現(xiàn)睡眠剝奪與高原缺氧之間的協(xié)同效應(yīng)。

綜上所述,高原缺氧和睡眠剝奪對(duì)認(rèn)知功能影響的協(xié)同效應(yīng)會(huì)出現(xiàn)在突然暴露于高海拔的人群中,而不會(huì)出現(xiàn)在久居高原的人群中。這提示為了防止高原缺氧和睡眠剝奪的協(xié)同效應(yīng),應(yīng)該避免讓暴露高原缺氧環(huán)境時(shí)間較短的人員進(jìn)行夜間的連續(xù)工作,而久居高原的人群則受睡眠剝奪的影響較小。將來(lái)應(yīng)該進(jìn)一步探討長(zhǎng)時(shí)間睡眠剝奪過(guò)程中高原缺氧對(duì)久居人群高認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)的影響,為正確安排夜間連續(xù)工作提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

[1]曹雪亮,苗丹民,皇甫恩等.高原低氧條件下 45h睡眠剝奪對(duì)工作記憶的影響.中國(guó)行為醫(yī)學(xué)科學(xué),2005;14.

[2]曹雪亮,苗丹民,皇甫恩等.高原低氧條件下 45h睡眠剝奪對(duì)自我監(jiān)控的元認(rèn)知能力的影響.中國(guó)行為醫(yī)學(xué)科學(xué),2005;14.

[3]曹雪亮,苗丹民,皇甫恩等.高原與平原條件下 48h完全睡眠剝奪對(duì)血壓和心率的影響.解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2003;21.