航天環(huán)境中的睡眠與睡眠障礙

劉艷驕 劉征宇 陳武山

(1 中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院心理睡眠科,北京,100053; 2 首都醫(yī)科大學附屬北京宣武醫(yī)院,北京,100053;3中國中醫(yī)科學院望京醫(yī)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(yī)睡眠醫(yī)學》人民衛(wèi)生出版社版，但因某種原因未能進入。2020年，經(jīng)過整理，我們將其放入《中醫(yī)睡眠醫(yī)學》中國中醫(yī)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(nèi)容加以發(fā)表。

1 航天相關(guān)人員睡眠問題的發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(tài)下長期生存的太空實驗室計劃，它標志著太空醫(yī)學研究的開始。此后，隨著宇航科技的發(fā)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(guān)數(shù)據(jù)和成果。

在航天環(huán)境下，會給人類睡眠帶來些什么變化呢？至少應(yīng)有2個方面：1)密封環(huán)境，會使人產(chǎn)生時間錯覺，并對生物鐘(睡眠節(jié)律)產(chǎn)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(tài)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(zhì)情況，循環(huán)系統(tǒng)變化，內(nèi)分泌系統(tǒng)情況，每月的骨質(zhì)及鈣代謝情況，均表明會受到一定影響。失重環(huán)境下，對睡眠姿勢、睡眠用具、睡眠時間均會產(chǎn)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(guān)研究發(fā)現(xiàn)如下。

1.1 阿波羅登月計劃之前的睡眠調(diào)查 按理在太空中也應(yīng)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(diào)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(fā)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)射時間、飛航與地面通信交流及宇宙飛內(nèi)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(nèi)的宇航員進行了睡眠調(diào)查，報道了在同樣條件下的睡眠障礙情況。就阿波羅7號內(nèi)，在連續(xù)3 d的飛行中宇航員出現(xiàn)了睡眠障礙，覺醒狀態(tài)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(huán)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(nèi)，興奮劑已經(jīng)成了常備藥，在飛船內(nèi)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(shù)次阿波羅登月飛船上宇航員均有了較好的睡眠質(zhì)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(guī)則的睡眠，沒有產(chǎn)生任何睡眠障礙現(xiàn)象。

1.2 太空實驗室上的睡眠實質(zhì)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(zhì)進行了研究，這一研究包括監(jiān)測宇航員的腦電波、眼電圖、大腦活動等內(nèi)容。以調(diào)查其睡眠的深淺程度，得出以下結(jié)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(xiàn)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(shù)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(guān)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(xiàn)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(zhì)量，他還是服用了些催眠藥。

綜上所述，F(xiàn)rosf等[2]就有關(guān)失重狀態(tài)下對人體中系統(tǒng)的影響綜述如下：1)這則調(diào)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(tài)有一個適用過程，有時也會出現(xiàn)入睡困難；2)飛行后出現(xiàn)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(guān)聯(lián)。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(zhì)量值得研究，而且更重要的是睡眠質(zhì)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P(guān)ool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(tǒng)(Space Transpotoin Systen,STS)1～4號上有關(guān)醫(yī)學生物學的結(jié)果。報告有關(guān)“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(wèi)星轉(zhuǎn)播等情況，但關(guān)于的失重狀態(tài)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(guān)資料。根據(jù)此資料可知處于失重狀態(tài)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(fā)射后的初期睡眠期間TEM睡眠的增加是宇航員進入新環(huán)境的一個適應(yīng)過程，也許與失重狀態(tài)關(guān)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(guān)睡眠情況調(diào)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(fā)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(guān)專家研究表明，失重狀態(tài)下睡眠，在飛行初期表現(xiàn)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(jié)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(jīng)系統(tǒng)適應(yīng)失重狀態(tài)和從這一狀態(tài)返回地面環(huán)境(正常重力)在適應(yīng)過程的一種表現(xiàn)。此外，也許與體液移動和循環(huán)功能的變化相伴而產(chǎn)生的自主神經(jīng)系統(tǒng)功能變化有關(guān)，但更詳細的研究成果還有待進一步研究。

2 航天相關(guān)人員的睡眠

2.1 宇航員 在太空失重環(huán)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(shè)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(shè)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(huán)，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(jié)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(nèi)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(jié)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(jié)律進行睡眠，需要連續(xù)工作，因而輔助睡眠設(shè)備和睡眠節(jié)律的調(diào)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(wù)結(jié)束后，很多人出現(xiàn)睡眠障礙，被集體列為睡眠障礙研究對象。

2.3 發(fā)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(jié)律的調(diào)整，因而許多人縮短了睡眠時間，出現(xiàn)了白晝疲勞的現(xiàn)象。

3 航天環(huán)境中的睡眠障礙

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

在已經(jīng)統(tǒng)計的航天飛行醫(yī)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(fā)生的不安腿綜合征和下肢肌肉痙攣，在天空中發(fā)病率分別為2.5%和1.8%[3-6]。

在空間環(huán)境中，睡眠時間是續(xù)斷的，并經(jīng)常被打斷，特別有趣的是早醒和斷續(xù)睡眠又是衰老的典型特征。在地球和空間環(huán)境中，要使航天員在白天能夠處于最佳的活動狀態(tài)，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(fā)，1987年2月7日至1996年2月29日和平號飛行中航天員發(fā)生的醫(yī)學問題中就有失眠，發(fā)病10例，復發(fā)9例。太空失眠的常見原因：a.節(jié)律紊亂；b.失重；c.心理問題；d.睡眠環(huán)境的影響。失眠的表現(xiàn)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(jié)律性情感障礙。由于節(jié)律的縮短，特別是光線的變化，會對體表的化學反應(yīng)產(chǎn)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(huán)。光通過眼睛和大腦間接地作用于神經(jīng)內(nèi)分泌功能、生物節(jié)律、松果體的分泌，還對情緒產(chǎn)生明顯的影響。許多人情緒表現(xiàn)有明顯的季節(jié)性波動，特別是在秋冬季白晝縮短的時候出現(xiàn)明顯的抑郁。載人航天活動中，航天飛行器環(huán)繞地球所導致節(jié)律紊亂，類似地面的“季節(jié)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(fā)病機制基本一致。前庭器官系統(tǒng)是人體內(nèi)耳中維持人體平衡的重要系統(tǒng)。主要是由于失重條件下前庭器官系統(tǒng)功能紊亂造成的。航天運動病所產(chǎn)生的嗜睡，如同地面搖晃嬰兒睡眠一樣，其表現(xiàn)特征與中醫(yī)痰濁眩暈類似。據(jù)統(tǒng)計，30%～40%航天員患航天運動病，半數(shù)以上的人有輕微的航天運動病。主要表現(xiàn)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(jīng)系統(tǒng)癥狀。4)航天應(yīng)激綜合征。在空間環(huán)境中，隔離引起的應(yīng)激和長時間的失重應(yīng)激相伴而生，這些問題遠遠超過了敵意和焦慮。航天員經(jīng)常出現(xiàn)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(fā)生爭吵，航天員在空間環(huán)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(huán)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(shè)計必須考慮太空環(huán)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(shè)計給航天員適當?shù)膲毫?，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(jié)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(shè)計了適應(yīng)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(qū) 俄羅斯的和平號國際空間站和現(xiàn)在正在運行的國際空間站，均設(shè)計了不同類型的睡眠區(qū)，提供與地面相似的睡眠環(huán)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(xiàn)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(chǎn)生類似腦電波的電子睡眠儀器，當航天員出現(xiàn)睡眠問題時，就用這種簡單儀器發(fā)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(jīng)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(yīng)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(zhì)，前蘇聯(lián)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(jié)律快的植物中藥，毒性越大，而符合和接近24 h晝夜節(jié)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(lián)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(yīng)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(jù)了解，神九任務(wù)的藥物按照利用的概率分為2類，配備數(shù)量的原則也相應(yīng)調(diào)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(yī)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(yī)學研究所與北京中醫(yī)藥大學合作開展“太空燮理湯”的臨床研究，已經(jīng)取得初步療效。中醫(yī)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。