夜間智能手機(jī)藍(lán)光對(duì)慢性失眠患者睡眠結(jié)構(gòu)及腦電頻譜密度的影響

魯珊珊，徐娟娟，宋立敏，邵娜，吳丙云

山東第一醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院（山東省千佛山醫(yī)院）神經(jīng)內(nèi)科，濟(jì)南250014

流行病學(xué)研究顯示，過度使用電子產(chǎn)品可導(dǎo)致睡眠質(zhì)量下降，并與抑郁、焦慮發(fā)病呈正相關(guān)［1］。智能手機(jī)在為人們生活提供便利的同時(shí)也帶來一些健康問題。智能手機(jī)的顯示屏通常配備發(fā)光二極管（LED），可以將明亮的光線傳輸?shù)饺说难劬Γ馐怯绊懭祟悤円构?jié)律的最重要的環(huán)境因素。在晚上和清晨，人們即使暴露在低強(qiáng)度光線下，也會(huì)抑制促進(jìn)睡眠的褪黑激素的釋放，通過視網(wǎng)膜中光反應(yīng)的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（ipRGC）影響其內(nèi)源性晝夜節(jié)律起搏器，并將晝夜節(jié)律鐘轉(zhuǎn)移到更晚［2-3］，導(dǎo)致夜間難以入睡。而ipRGC吸收446～484 nm的窄波即藍(lán)光，因此，睡前使用富含藍(lán)光的智能手機(jī)對(duì)晝夜節(jié)律及睡眠具有不良影響［4］。既往研究表明，夜間使用短波長(zhǎng)的光可對(duì)睡眠時(shí)間、睡眠質(zhì)量、睡眠質(zhì)量、睡眠效率、疲勞、抑郁癥狀和焦慮癥狀產(chǎn)生負(fù)面影響［5-6］。另有研究發(fā)現(xiàn)，與綠色光源（460 nm）相比，單色藍(lán)光（550 nm）能夠顯著改變NREM睡眠腦電圖活動(dòng)的動(dòng)力學(xué)，使第1個(gè)睡眠周期中的慢波活動(dòng)（SWA）降低［7-8］。在低水平照度的房間，給予富含藍(lán)光的多色光會(huì)影響睡眠內(nèi)穩(wěn)態(tài)的驅(qū)動(dòng)力，尤其是第一慢波睡眠期（NREM）的活動(dòng)。目前關(guān)于電子媒體對(duì)睡眠影響的研究多基于健康人群，缺少對(duì)睡眠障礙患者的報(bào)道。本研究觀察了慢性失眠（CID）患者睡覺前使用智能手機(jī)對(duì)睡眠結(jié)構(gòu)與腦電頻譜密度的影響，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料選擇2019年10月—2020年12月在山東第一醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院睡眠障礙門診就診的CID患者24例，男14例、女10例，年齡（46.5±1.8）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡35～55歲，能夠熟練使用手機(jī)；②符合國(guó)際睡眠障礙分類CID的診斷標(biāo)準(zhǔn)［9］；③匹茨堡睡眠質(zhì)量指數(shù)（PSQI）評(píng)分>7分，漢密爾頓焦慮量表總分<7分，漢密爾頓抑郁量表17項(xiàng)版總分<7分，排除焦慮、抑郁障礙；④入組前2周內(nèi)未服用任何鎮(zhèn)靜安眠藥物、抗精神病藥物以及其他影響睡眠功能的藥物。排除標(biāo)準(zhǔn)：①嚴(yán)重軀體性疾病、精神疾病及藥物濫用者（或近2周內(nèi)服用任何抗焦慮藥、抗抑郁藥、抗精神病藥、催眠藥物者）；②視力、聽力明顯障礙者；③睡眠期間周期性腿動(dòng)指數(shù)>15，呼吸暫停低通氣指數(shù)>15；④中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病所致的睡眠障礙。本研究獲得本院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)，受試者均簽署知情同意書。

1.2 分組與干預(yù)方法采用隨機(jī)交叉試驗(yàn)的方法，在臨床睡眠醫(yī)學(xué)中心標(biāo)準(zhǔn)睡眠監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)組睡前使用智能手機(jī)（Apple，型號(hào)iphone7，亮度選擇最大）閱讀故事1 h，對(duì)照組睡前使用書籍閱讀相同內(nèi)容的故事1 h。使用計(jì)算機(jī)隨機(jī)序列選取每個(gè)參與者首次進(jìn)入的試驗(yàn)條件，每個(gè)參與者1周后進(jìn)入另一個(gè)試驗(yàn)條件。

1.3 多導(dǎo)睡眠圖（PSG）采集方法患者于實(shí)驗(yàn)前7 d內(nèi)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的3 d中保持規(guī)律作息并戒酒，實(shí)驗(yàn)當(dāng)晚18：00后禁止飲用含乙醇或咖啡的食物及飲料。在睡眠監(jiān)測(cè)室進(jìn)行PSG記錄，一個(gè)適應(yīng)夜（考慮第1夜的影響，并篩查睡眠呼吸暫停和周期性肢體運(yùn)動(dòng)障礙，排除其對(duì)睡眠的影響）和2個(gè)實(shí)驗(yàn)夜。在實(shí)驗(yàn)夜，研究者省略了呼吸事件和肢體運(yùn)動(dòng)傳感器，以減少影響因素。采用澳大利亞康迪Grael系列多導(dǎo)睡眠儀進(jìn)行整夜PSG監(jiān)測(cè)，從熄燈（晚10：00～11：00）到開燈（早6：00～7：00），持續(xù)8 h。采用美國(guó)睡眠醫(yī)學(xué)會(huì)（AASM）睡眠及其相關(guān)事件判讀手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)設(shè)置，包括6導(dǎo)聯(lián)F3、F4、C3、C4、O1、O2，參考導(dǎo)聯(lián)M1、M2，2導(dǎo)聯(lián)眼動(dòng)和2導(dǎo)聯(lián)頦肌，同時(shí)進(jìn)行1導(dǎo)聯(lián)心電、2導(dǎo)聯(lián)肢體運(yùn)動(dòng)傳感器及口鼻氣流和胸腹帶進(jìn)行呼吸事件監(jiān)測(cè)。根據(jù)AASM的判讀標(biāo)準(zhǔn)，由經(jīng)驗(yàn)豐富的評(píng)估者在30 s內(nèi)進(jìn)行評(píng)價(jià)。監(jiān)測(cè)指標(biāo)包含睡眠總時(shí)間（TST），睡眠效率（SE），睡眠期非快速眼動(dòng)睡眠（N1、N2、N3）和快速眼動(dòng)睡眠（REM）所占百分比（N1%、N2%、N3%、REM%），入睡后覺醒時(shí)間（WASO），覺醒指數(shù)（AI），睡眠潛伏期（SL）和REM睡眠潛伏期（SRL）。

1.4 腦電頻譜密度分析方法使用MATLAB軟件（MathWorks公司）進(jìn)行腦電圖預(yù)處理和功率譜分析。將腦電圖數(shù)據(jù)采樣至少200 Hz，應(yīng)用1 Hz高通濾波器去除低頻偽跡。在分析腦電數(shù)據(jù)之前進(jìn)行獨(dú)立分量分析分解并去除眼球運(yùn)動(dòng)偽跡［10］，應(yīng)用電流源密度（CSD）變換來最小化容積傳導(dǎo)效應(yīng)并提高腦電數(shù)據(jù)的空間分辨率。使用快速傅里葉變換計(jì)算功率譜密度（μV2），采用4 s的窗口和50%重疊率，頻率分析范圍為1～40 Hz，步長(zhǎng)為1 Hz。定義6個(gè)頻段：delta（1～4 Hz），theta（4～8 Hz），alpha（8～12 Hz），sigma（12～16 Hz），beta-1（16～20 Hz），beta-2（20～32 Hz）。腦電頻譜數(shù)據(jù)分析在C3導(dǎo)聯(lián)上進(jìn)行，其在整夜腦電圖信號(hào)的采集過程中是最穩(wěn)定的，不容易受到夜間睡眠的眼動(dòng)信號(hào)干擾，且在睡眠起始階段10 min，不同腦電圖頻帶的時(shí)間過程在額葉、中央和枕骨導(dǎo)聯(lián)中是相似的［11］。對(duì)兩組2個(gè)睡眠階段的6個(gè)頻帶的腦電頻譜特征進(jìn)行分析，睡眠起始階段即在第1個(gè)穩(wěn)定NREM期間，第1個(gè)睡眠紡錘波出現(xiàn)前后5 min；睡眠轉(zhuǎn)換階段即在穩(wěn)定睡眠期間，第一個(gè)REM期前后5 min。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料均行正態(tài)性檢驗(yàn)和方差齊性檢驗(yàn)，服從或近似服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用±s表示，非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用M（Q25，Q75）表示，組間比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組PSG參數(shù)比較與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組的SL延長(zhǎng)（P<0.01），WASO增多（P<0.05），TST、SE、SRL、AI以及N1%、N2%、N3%、REM%比較差異無統(tǒng) 計(jì)學(xué)意義（P均>0.05）。見表1。

表1 兩組PSG參數(shù)比較［±s/M（Q25，Q75）］

表1 兩組PSG參數(shù)比較［±s/M（Q25，Q75）］

組別實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組P n 24 24 TST（min）332.1±45.7 341.9±40.4 0.222 SE（%）60.1（42.8，80.6）72.6（72.1，85.3）0.119 SL（min）48.3（24.7，85.3）26.2（12.5，40.0）<0.001 SRL（min）145.3±55.6 117.9±29.2 0.145 N1%13.5（12.7，16.5）10.1（4.2，22.9）0.834組別實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組P n 24 24 N2%63.2±11.7 61.0±9.2 0.636 N3%9.6（2.6，11.9）9.1（6.5，10.9）0.797 REM%15.7（7.0，25.3）15.0（14.5，16.8）0.414 WASO（min）128.5（77.5，244.5）75.5（44.0，76.5）0.001 AI 17.5±1.1 14.6±1.9 0.190

2.2 兩組腦電圖頻譜密度比較與對(duì)照組相比，在睡眠起始階段，實(shí)驗(yàn)組CID delta、theta、sigma頻段的頻譜密度降低，alpha、beta-1頻段的頻譜密度增高（P均<0.01），見表2；在睡眠轉(zhuǎn)換階段，實(shí)驗(yàn)組sigma頻段的頻譜密度降低，beta-1頻段的頻譜密度增高（P均<0.01），見表3。

表2 兩組睡眠起始階段腦電頻譜密度比較（μV2，±s）

表2 兩組睡眠起始階段腦電頻譜密度比較（μV2，±s）

組別對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組P n 24 24 delta 0.539 1±0.026 1 0.437 5±0.044 3<0.001 theta 0.210 0±0.022 4 0.191 6±0.014 5<0.001 alpha 0.091 8±0.008 0 0.114 9±0.026 0<0.001 sigma 0.013 3±0.008 3 0.007 2±0.005 7<0.001 beta-1 0.014 5±0.015 8 0.022 8±0.012 9<0.001 beta-2 0.050 1±0.007 2 0.044 4±0.005 4 0.003

表3 兩組睡眠轉(zhuǎn)換階段腦電頻譜密度比較（μV2，±s）

表3 兩組睡眠轉(zhuǎn)換階段腦電頻譜密度比較（μV2，±s）

組別對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組P n 24 24 delta 0.558 8±0.026 9 0.550 7±0.024 5 0.953 theta 0.208 8±0.010 4 0.208 7±0.016 0 0.978 alpha 0.104 6±0.011 1 0.100 5±0.012 4 0.109 sigma 0.044 4±0.007 4 0.034 1±0.005 3<0.001 beta-1 0.008 5±0.004 7 0.012 7±0.004 6 0.003 beta-2 0.015 5±0.008 3 0.016 8±0.012 7 0.594

3 討論

研究發(fā)現(xiàn)，智能手機(jī)或電子產(chǎn)品發(fā)出的藍(lán)光會(huì)損害我們的身體健康且影響睡眠。本研究采用睡前使用富含藍(lán)光的手機(jī)的方法，觀察其對(duì)CID患者睡眠結(jié)構(gòu)和腦電頻譜密度的影響。我們發(fā)現(xiàn)，與紙質(zhì)版閱讀相比，睡前使用智能手機(jī)對(duì)睡眠結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，包括淺睡眠、入睡后覺醒次數(shù)的增加和延長(zhǎng)的睡眠潛伏期。

既往研究證實(shí)，光是許多生理變量的晝夜節(jié)律的主要同步器，如警覺性、體溫和褪黑激素［4，12］。在夜間暴露光線下抑制褪黑素可能是其影響睡眠的潛在機(jī)制，光線可以顯著提高警覺性，減少睡前嗜睡，延長(zhǎng)睡眠的延遲［6，13］。本研究結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組的睡眠質(zhì)量及其連續(xù)性受到破壞，SL延長(zhǎng)，WASO增多，表明藍(lán)光暴露增加了夜間醒來的次數(shù)和夜間清醒的時(shí)間。睡前使用電子產(chǎn)品可導(dǎo)致SL延長(zhǎng)，夜間睡意減少，可歸因于藍(lán)光的警覺效應(yīng)［7，14-15］，明亮的光線可以增加持續(xù)注意力，減少睡意，從而造成睡眠潛伏期的延長(zhǎng)。然而，兩組PSG分析整夜睡眠結(jié)構(gòu)仍然相似，在深度睡眠（N3）或快速眼動(dòng)睡眠方面無明顯差異。此外，總睡眠時(shí)間、N3時(shí)間比例和快速眼動(dòng)睡眠之間無明顯差異。

隨著意識(shí)程度及睡眠深度的變化，腦電圖活動(dòng)中特征性的活動(dòng)也隨之改變，alpha頻段的活動(dòng)是睡眠階段或嗜睡階段覺醒程度增高的電生理學(xué)標(biāo)志物，beta頻段活動(dòng)可能是皮質(zhì)覺醒的標(biāo)志而睡眠紡錘波（sigma）活動(dòng)是睡眠保護(hù)機(jī)制的一個(gè)標(biāo)志。盡管睡眠結(jié)構(gòu)沒有明顯的變化，但我們也發(fā)現(xiàn)了藍(lán)光對(duì)大腦腦電活動(dòng)的短暫影響。本研究結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組在睡眠開始階段，慢波（主要有delta波組成）和紡錘波頻帶的功率降低，而在alpha、beta-1頻帶頻譜密度升高。既往研究顯示，富含藍(lán)光的光線可以通過降低睡眠的內(nèi)源性驅(qū)動(dòng)力而增加睡眠的潛伏期［16-17］，其機(jī)制可能是延遲或減少睡眠起始階段慢波的能量或活性。藍(lán)光可能通過抑制乙酰膽堿和褪黑素的釋放，進(jìn)而對(duì)內(nèi)穩(wěn)態(tài)睡眠調(diào)節(jié)產(chǎn)生影響，同時(shí)影響新皮層和丘腦皮層網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)活動(dòng)的同步和紡錘波能量的降低，導(dǎo)致SWA活動(dòng)的減弱，從而降低睡眠深度［18-19］，引起頻繁覺醒，增加了入睡后覺醒時(shí)間。SCHRECKENBERGER等［20］使用PET聯(lián)合腦電圖研究發(fā)現(xiàn)，隨著受試者嗜睡程度的增加，delta和theta逐漸增多而alpha、beta會(huì)相對(duì)減少，而覺醒程度的增高，則會(huì)出現(xiàn)alpha、beta會(huì)相對(duì)增多，delta和theta逐漸減少，本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CID患者在睡眠起始期間alpha頻帶及睡眠轉(zhuǎn)換階段be?ta-1頻譜密度升高，可能是導(dǎo)致睡眠覺醒次數(shù)增高的原因。

本研究不足之處在于：首先由于受樣本量的限制，可能會(huì)對(duì)使用手機(jī)對(duì)CID患者睡眠結(jié)構(gòu)的研究產(chǎn)生一定的影響；其次本研究沒有對(duì)褪黑素的抑制進(jìn)行進(jìn)一步的研究；另外由于研究時(shí)間較短，只能對(duì)藍(lán)光對(duì)睡眠結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的急性變化進(jìn)行研究；最后，閱讀通常被認(rèn)為是一項(xiàng)要求認(rèn)知的任務(wù)，例如，閱讀一部小說已被證明可以顯著增加大腦的連通性。因此，可以推測(cè)，與晚間閱讀相關(guān)的神經(jīng)能量消耗的增加可能會(huì)對(duì)突觸穩(wěn)態(tài)有影響，由于快速眼動(dòng)睡眠中的SWA和紡錘體活動(dòng)和快速眼動(dòng)睡眠中的活動(dòng)與記憶整合密切相關(guān)，因此未來的研究應(yīng)該控制這種影響，并研究光暴露對(duì)CID癥患者后續(xù)睡眠和認(rèn)知功能的影響。

總之，睡前使用富含藍(lán)光的智能手機(jī)，對(duì)CID患者睡眠質(zhì)量及微觀睡眠結(jié)構(gòu)有直接影響，為進(jìn)一步加深藍(lán)光對(duì)CID患者睡眠質(zhì)量影響的理解提供了依據(jù)，為進(jìn)一步研究和防治CID提供了新思路。