夜班環(huán)境中睡眠剝奪對成年人認知表現(xiàn)的影響

宋艷平, 覃 偉, 呂芯芮, 王子堯, 黨衛(wèi)民, 陳志忠, 劉寶花,董問天

睡眠對于保持良好的精神狀態(tài)和身體健康至關(guān)重要，睡眠充足的成年人認知表現(xiàn)更佳，比如思維敏捷、注意力集中，并具有良好的記憶力[1]。但是，醫(yī)院、航空等服務(wù)行業(yè)由于工作的特殊性，常采取輪班制工作。調(diào)查顯示，發(fā)達國家中約21%的勞動人口從事輪班工作，此類從業(yè)人員存在不同程度的睡眠剝奪[2]。輪班工作人員的輪班工作通常與晝夜節(jié)律紊亂有關(guān)，輪班工作中的夜班須在夜間進行，與晝夜節(jié)律之間的沖突通常會導(dǎo)致認知能力下降[3]，甚至降低工作效率，增加工作中的失誤和事故風(fēng)險；因而困倦、判斷力不佳成為造成夜班工作場所事故的主要原因[4]。既往有人研究睡眠剝奪對認知能力的影響，但是多為動物實驗，且國內(nèi)相關(guān)研究較少。該研究模擬輪班環(huán)境，以探究夜班中的睡眠剝奪對輪班工作人員的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗對象通過網(wǎng)絡(luò)招募北京高校學(xué)生為試驗對象，試驗開始前獲得了北京大學(xué)第六醫(yī)院倫理委員會的批準(zhǔn)，并獲得了試驗對象的書面知情同意。試驗時間為2019年6月24日—2019年7月31日。試驗對象均符合以下標(biāo)準(zhǔn)：① 年齡：18～50歲；② 心理篩查(明尼蘇達多相人格量表和抑郁自評量表)測試未見異常；③ 既往無影響認知功能的器質(zhì)性疾病病史(包括腦血管疾病、顱內(nèi)腫瘤、癲癇等病史)；④ 既往無神經(jīng)或精神系統(tǒng)疾病(包括焦慮、抑郁、失眠、特殊恐怖癥、神經(jīng)衰弱、酒精及藥物依賴等)；⑤ 近半年內(nèi)未服用助眠藥物(包括地西泮、硝西泮等)。

1.2 試驗設(shè)計試驗對象在北京大學(xué)第六醫(yī)院醫(yī)生辦公室模擬輪班工作，模擬四天制的輪班工作周期，即1個白班結(jié)束后，接1個夜班，然后休息2 d，每次夜班持續(xù)9 h；本研究進行1個周期的研究。辦公室是光線和溫度受控的環(huán)境，光線照度為300 lux，環(huán)境溫度維持在(25±1)℃。因為本文旨在研究輪班期間睡眠剝奪對認知表現(xiàn)的影響，因此所有評估測試均在夜班期間進行。

試驗采用重復(fù)測量設(shè)計，試驗對象在夜班期間完成認知表現(xiàn)測試，包括持續(xù)注意力測試(continuous performance test, CPT)和數(shù)字廣度測試 (digit span test, DST)(測試時間分別為22∶00、02∶00、07∶00)，以及卡羅林斯卡嗜睡量表自評 (Karolinska sleepiness scale, KSS) (測試時間分別為22∶00、02∶00、04∶00、06∶00、07∶00)，每個測試開始前均有標(biāo)準(zhǔn)化測試說明。

此外，要求試驗對象從上班前的4 h到下班結(jié)束期間，避免食用含咖啡因、尼古丁、酒精的食物或飲料，同時避免在夜班前及夜班期間打盹。試驗對象在試驗期間自行完成日常工作，對內(nèi)容不做要求。

1.3 持續(xù)注意力CPT應(yīng)用于在一段時間內(nèi)持續(xù)注意力的定量評估，是目前具有足夠可靠性指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化計算機測試，有學(xué)者使用該測試評價輪班制人群的注意力[5]。該研究中該測試在手機上操作，屏幕上會顯示150個數(shù)字，其中20%為目標(biāo)數(shù)字，當(dāng)目標(biāo)數(shù)字出現(xiàn)，要求研究對象要求點擊屏幕，當(dāng)研究對象點擊目標(biāo)數(shù)字時，計為正確數(shù)量，點擊非目標(biāo)數(shù)字時，計為錯誤數(shù)量，未點擊目標(biāo)數(shù)字時，計為錯失數(shù)量。每個數(shù)字出現(xiàn)時間為150 ms，數(shù)字之間的時間間隔為550 ms。在該測試中，評價指標(biāo)為正確數(shù)量、錯誤數(shù)量、錯失數(shù)量和反應(yīng)時間。在夜班開始、中間以及結(jié)束時行進該測試。

1.4 工作記憶DST不僅有助于評估注意力表現(xiàn)，還可以評估短期記憶，該測試包括正序測試和倒序測試。DST在晝夜節(jié)律紊亂人群中應(yīng)用較多，有關(guān)住院醫(yī)師的輪班工作研究表明[6]，夜間輪班后記憶、執(zhí)行力下降，DST能夠有效評價工作記憶表現(xiàn)。研究對象在聽完一組隨機數(shù)字后，將其用正序和倒序重復(fù)，直到不能正確復(fù)述為止，以正確的最高數(shù)字位數(shù)記分。例如，如果受試者正確地正序復(fù)述5位數(shù)字序列，但是在復(fù)述6位數(shù)時失敗，則將在正序測試中得到5分，以得分主要評價受試者的聽覺語言工作記憶和執(zhí)行功能。在夜班開始、中間以及結(jié)束時行進該測試。

1.5 卡羅林斯卡嗜睡量表對于警覺性的研究，應(yīng)用比較廣泛的是KSS，其有效性已經(jīng)得到了主客觀指標(biāo)的驗證，KSS與腦電圖及精神運動警戒任務(wù)(psychomotor vigilance task，PVT)結(jié)果的高度相關(guān)性表明其是方便可靠的評估工具，與其他主觀嗜睡量表的高度相關(guān)結(jié)果則證明KSS有很大的信效度[7]。KSS是一種主觀的嗜睡指標(biāo)，通常用于評估受試者的嗜睡狀態(tài)，在輪班制人群的研究中得到了廣泛應(yīng)用。KSS評分包括：1=非常警覺，3=警覺，5=既不警覺也不困，7=困(可以保持清醒)，9=非常困(努力保持清醒)。在夜班期間，每2 h測試1次。

1.6 統(tǒng)計學(xué)處理采用SPSS 24.0統(tǒng)計軟件對所有數(shù)據(jù)進行處理，分類變量使用頻數(shù)及構(gòu)成比表示(性別)，數(shù)值變量符合正態(tài)分布以表示，不符合正態(tài)分布用中位數(shù)及四分位數(shù)[M(P25,P75)]描述。使用單因素重復(fù)測量方差分析比較測試結(jié)果，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 基本情況本文最終共納入48例試驗對象。其中，男性33例(68.75%)，女性15例(31.25%)。年齡分布在20～45歲，平均年齡25.75歲，教育水平以碩士研究生以上為主，占比50.08%。

2.2 持續(xù)注意力試驗對象的持續(xù)注意力表現(xiàn)如表1所示，夜班工作對正確數(shù)量的影響具有統(tǒng)計學(xué)意義[F(2,90)=4.16，P=0.02]，夜班開始、中段及結(jié)束時測試的正確數(shù)量分別為24.41個、25.17個及22.89個，不同時間的正確數(shù)量存在差異，相較夜班中段時，夜班結(jié)束時減少了2.28個(95%CI：0.78～3.78)。夜班工作對錯誤數(shù)量的影響具有統(tǒng)計學(xué)意義[F(1.67,74.96)=4.36，P=0.02]，夜班期間錯誤數(shù)量分別為4.26個、4.07個及5.87個，相較夜班開始時，夜班結(jié)束時增加1.61個(95%CI：-0.06～-3.16)。夜班工作對錯失數(shù)量的影響具有統(tǒng)計學(xué)意義[F(1.45,65.14)=9.40，P<0.01]，夜班期間錯失數(shù)量分別為5.35個、4.30個及7.11個，相較夜班開始時，結(jié)束夜班時錯失數(shù)量增加1.76個(95%CI：-0.09～-3.43)。夜班工作對反應(yīng)時間的影響具有統(tǒng)計學(xué)意義[F(2,90)=30.74，P<0.01]，夜班期間各時點的反應(yīng)時間分別為390.98、409.21及422.62 ms，相較夜班開始時，夜班中段的反應(yīng)時間增加18.23 ms(95%CI：-10.09～-26.37)，夜班結(jié)束時增加31.64 ms(95%CI：-23.13～-40.14)。見表1、圖1。

表1 CPT及DST的重復(fù)測量方差分析結(jié)果

圖1 持續(xù)注意力表現(xiàn)A:正確數(shù)量平均數(shù); B:錯誤數(shù)量平均數(shù); C:錯失數(shù)量平均數(shù); D:反應(yīng)時間平均數(shù)

2.3 工作記憶試驗結(jié)果顯示，夜間工作對工作記憶表現(xiàn)總分的影響差異無統(tǒng)計學(xué)意義[F(2,94)=1.28，P=0.28]，夜班期間的總分分別為26.27、27.02及26.64。對正序得分[F(1.76,82.52)=1.48，P=0.24]及倒序得分[F(1.45,68.25)=1.19，P=0.30]的影響差異無統(tǒng)計學(xué)意義，夜班期間正序得分分別為13.88、14.40及14.21，倒序得分分別為12.40、12.68及13.21。見圖2。

圖2 工作記憶及警覺性表現(xiàn)A:DST總分平均數(shù)；B:DST正序得分平均數(shù)；C:DST倒序得分平均數(shù)； D:KSS評分平均數(shù)

2.4 警覺性由表2可知，夜班工作對KSS評分有顯著影響[F(3.34，157.11)=60.32，P<0.01]，夜班期間各個時間點的KSS評分差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，相較夜班開始時，KSS評分均有所增加，0 ∶00時增加了0.52(95%CI：-0.91～-0.13)，2 ∶00時增加了1.83(95%CI：-1.33～-2.33)，4 ∶00時增加了3.41(95%CI：-2.87～-3.97)，6 ∶00時增加了3.50(95%CI：-2.80～-4.20)，7 ∶00時增加了3.52(95%CI：-2.83～-3.65)。

表2 警覺性的重復(fù)測量方差分析結(jié)果

3 討論

該試驗結(jié)果顯示，夜班工作對注意力表現(xiàn)有顯著影響，試驗對象在夜班后注意力表現(xiàn)較差。與夜班開始時相比，試驗對象在夜班結(jié)束時出現(xiàn)更多的持續(xù)注意力測試錯誤情況、反應(yīng)時間明顯增加，表明夜班后，其持續(xù)注意力能力明顯下降，這與Franzen et al[8]的結(jié)果一致，隨著睡眠剝奪時間的延長，認知表現(xiàn)會受到更為明顯的影響。結(jié)果還顯示，與夜班開始相比，睡眠剝奪明顯增加了試驗對象的反應(yīng)時間，與以往研究[9]一致。反應(yīng)時間的增加反映了相關(guān)腦區(qū)的活動狀態(tài)變化，有研究發(fā)現(xiàn)睡眠剝奪會導(dǎo)致海馬、中央后回等區(qū)域活動減弱[10]，提示存在腦區(qū)代謝率下降，同時葡萄糖顯著減少，進而影響機體的注意力等認知表現(xiàn)[11]。因此，腦區(qū)相關(guān)的活動減弱可能是導(dǎo)致認知表現(xiàn)下降的潛在機制。此外，認知能力下降可能與晝夜節(jié)律紊亂有關(guān)，工作時間表與晝夜節(jié)律產(chǎn)生沖突，難以維持正常的認知表現(xiàn)。

工作記憶表現(xiàn)結(jié)果未發(fā)現(xiàn)明顯差異，短暫的睡眠剝奪尚未對試驗對象的工作記憶產(chǎn)生顯著影響，與國外以往研究結(jié)果一致[12]，部分和完全睡眠剝奪對視覺工作記憶沒有影響。但是，Quigley et al[13]研究表明，睡眠剝奪會使反映復(fù)雜任務(wù)功能的工作記憶測試表現(xiàn)下降。工作記憶對于學(xué)習(xí)和工作很重要，因此在今后的研究中，有必要補充其他工作記憶測試，進一步明確夜班期間睡眠剝奪的影響。

該研究同時發(fā)現(xiàn)，夜班環(huán)境下的睡眠剝奪會增加試驗對象的疲倦程度，降低警覺性。以往使用客觀或主觀嗜睡測量方法的研究均表明，睡眠剝奪會降低警覺性[14]。睡眠覺醒節(jié)律與褪黑激素節(jié)律相似，會隨著光照條件改變而變化，在夜間，褪黑激素增加會導(dǎo)致嗜睡感增強[15]，由于夜班工作改變了睡眠習(xí)慣，在夜班期間褪黑激素分泌增加，增加嗜睡感，因此在夜班期間，警覺性會隨著時間而下降，夜班工作也會因嚴(yán)重的困倦而容易引發(fā)事故。

該研究存在著以下不足。首先，模擬夜班環(huán)境與真正的夜班環(huán)境有所差別，雖然真實的夜班工作人員(如保安、護士)結(jié)果更為可靠，但是因為研究對象的招募等問題導(dǎo)致可操作性較差，使得前期在保安及護士人群的預(yù)試驗難以進行，因此，本研究通過采取各種質(zhì)量控制手段進行了模擬夜班試驗。其次，因為同樣的原因，選取的研究對象為健康且睡眠良好的大學(xué)生，效果可能與真實的輪班工作人群存在偏差，但是結(jié)果顯示，模擬夜班表現(xiàn)與真實環(huán)境相似，均有持續(xù)注意力、警覺性表現(xiàn)的不良影響。最后，由于場地有限、監(jiān)督工作人員較少等客觀條件的限制，僅研究了一個夜班周期，時間較短，使得對工作記憶的影響尚未顯現(xiàn)，未來的研究仍需在真實的工作環(huán)境下研究輪班工作的影響。

該文結(jié)果證實了睡眠剝奪對認知表現(xiàn)的影響，夜間工作時間表和晝夜節(jié)律之間的沖突會影響夜班期間的認知表現(xiàn)，包括持續(xù)注意力水平降低、警覺性減弱。睡眠剝奪后，反應(yīng)時間明顯變慢，警惕性降低，這表明機體無法對刺激及時做出快速反應(yīng)。因此有必要對輪班制人群制定有效的措施加以干預(yù)，維持正常的認知表現(xiàn)能力，減少事故發(fā)生，降低風(fēng)險。