高原睡眠障礙

第一節(jié)背景資料簡介

人在高原低氧環(huán)境中睡眠將岀現(xiàn)一系列生理和病理的變化。因此高原睡眠研究至少有兩方面的意義：首先睡眠通氣(sleep ventilation )、睡眠結(jié)構(gòu)(sleep architecture )a,和睡眠節(jié)律(sleep rhythm)與低氧習(xí)服-適應(yīng)密切有關(guān)，其次，睡眠呼吸暫停(sleep apnea)和睡眠低氧血癥(sleep hypoxemia)與高原病的關(guān)系密切⑹，是紅細胞增生和肺動脈增壓反應(yīng)的重要啟動 機制因此有重要的臨床意義叫高原睡眠習(xí)服的時間可能需要較長，至少在2周以上㈣。而個體差異很大，有的人雖經(jīng)數(shù)月或數(shù)年,甚至已在海拔4000m習(xí)服10年，但在海拔5000m時依然出現(xiàn)明顯的睡眠障礙。

盡管高原睡眠障礙尚未被列為一個獨立的高原疾病單元，但高原睡眠質(zhì)量是人體習(xí)服- 適應(yīng)水平的重要標志。高原睡眠的生理機制幾乎涉及每一型高原病的病理生理過程，因此將 高原睡眠障礙單列一章將有助于對各型高原病更全面的認識。

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第二節(jié)睡眠監(jiān)測方法

傳統(tǒng)上都是按國際統(tǒng)一的睡眠監(jiān)測方法(Mendelson W B, Human sleep research, 1987), 系應(yīng)用睡眠監(jiān)測儀(Polysomnography, PSG)進行睡眠監(jiān)測。數(shù)十年來全世界也都統(tǒng)一應(yīng)用這 一方法。但經(jīng)過40年的實踐，人們的認識已大大提高了，美國睡眠醫(yī)學(xué)科學(xué)會(American Academy of Sleep Medicine, AASM)特別工作組(Task Force)已經(jīng)兩次(1999)和(2007)對睡 眠生理的概念及檢測工藝技術(shù)規(guī)范作了一些改進。文獻中也有詳細的介紹。以下對這方面的 資料加以闡述。

—、腦電圖(Electroencephalogram, EEG)

Recording was performed by using two electrodes: capital (C4) and occipital (C)2)(頂及枕)。

二、眼動圖(Electrooculogram, EOG)

Electrodes were placed lateral to the outer canthus of each eye (每眼的眼角外側(cè))。

三、兩肌電圖(Two electromyogram, EMG)

Electrodes were placed at submental Tegion(須 卜處)。

四、胸壁及腹壁呼吸運動

應(yīng)用介導(dǎo)的胸腹呼吸傳感器(Plethysmography)經(jīng)呼吸監(jiān)護轉(zhuǎn)換儀加以記錄。

五、鼻氣流

應(yīng)用鼻前庭置氣流溫度傳感器(theunister)加以監(jiān)測。

六、心率

由心電圖(ECG)加以記錄。

七、動脈血氧飽和度(SaO₂)

由指氧儀(finger oximetry )加1以監(jiān)測。

八、血壓

入睡前及清醒后各測血壓(BP)—次。

第三節(jié)睡眠分期

睡眠分期系按30秒信號出現(xiàn)的記錄，采用國際通用的標準判定(Rechtschaffen and Kales, 1968)作基礎(chǔ)及當(dāng)前美國睡眠醫(yī)學(xué)科學(xué)會(AASM)修訂的標準。

—、根據(jù)腦電圖活動進行分類(Classification of EEG activity)

依照腦電波型加以判定：Alpha, Beta, Theta and Dalta (此處簡略)。

二、覺醒期(Waking state)為下列標志：

EEG:在閉眼狀呈Alpha節(jié)律(8~13 Hz)或張眼狀呈低振幅混合節(jié)律(Beta節(jié)律)；?

EOG：不留心的慢的或自發(fā)的快眼動低于0.5秒；

EMG：與其他期相比，須EMG振幅增高。

Alpha節(jié)律極顯于枕導(dǎo)聯(lián)(Oj,。2),但并非見于所有人。

覺醒信號是當(dāng)Alpha或Beta節(jié)律為主節(jié)律占支配地位在恒定時間內(nèi)超過50%。

三、非快眼動睡眠(nREM sleep)

原分四期，現(xiàn)直接稱第一期——睡眠過渡期。為分期方便,本文仍按以下4期：

第一^[nREM-l(%) :Percentage of stage 1 in total sleep time (TST)]o 低波幅，混合率 (含&、B、e頻率),2~7波/秒，此期占睡眠時間的5%?10%。

第二期[nREM-2( % ): Percentage of stage 2 in total sleep time (TST)]。出現(xiàn)紡錘波(12? 14次/和K綜合波(0.5秒)，有e波及少量8波出現(xiàn)，此期占50%。

第三期[nREM-3(%): Percentage of stage 3 in total sleep time (TST)]。岀現(xiàn)高波幅慢波， 0波達20%?50% (波幅＞75raV,波率2次/秒，有肌張力下降,此期占20%。

第四期[nREM-4(%): Percentage of stage 4 in total sleep time (TST)]o 慢波增多增大 波＞50%以上，肌電平坦?肌張力低下，次期占20%。

組合第 3 和 4 期,也稱慢波睡眠(Former stage 3 and 4)[nREM3+4 (%): Percentage of stage 3 and 4 in total sleep time (TST), also named slow-wave sleep]o

四、快眼動睡眠(rapid eye niovement sleep, REM-sleep):

低波幅，混合頻率，伴快速眼動，肌張力下降或完全松弛，心率和呼吸加快,腦血流增多，

此期占睡眠的20%~25%°可以將之歸納為以下睡眠分期表。

時期睡眠相活動特征

開始睡眠周期性呼吸可發(fā)生，喚醒頻繁

非快眼動睡岷(nREM sleep)呼吸呈不規(guī)則并有呼吸中斷或淺呼吸

第1~2期.淺睡岷心率減慢，血圧輕度下降

第3~4期，深睡眠呼吸規(guī)整，罕有呼吸中斷，心率較慢

快眼動睡眠(REM sleep)血壓進一步下降，呼吸近乎規(guī)整或不規(guī)整，岀現(xiàn)頻繁的睡岷呼吸中斷，心率波動，血壓波動不定

第四節(jié)睡眠研究觀測指標

主要研究睡眠結(jié)構(gòu)(sleep structure)，周期性呼吸及睡眠低氧血癥。

總睡眠時間(total sleep rime, TST, min ):即非快眼動睡眠+快眼動睡眠的總時間(Stages 1,2, and 3+4 non-REM +REM)

總睡眠期(total sleep period, TSP):睡眠開始到晨間清醒的時間(Sleep onset to morning awakening)

有效睡眠指數(shù)(sleep efficiency index, SEI):即總睡眠時間與總睡眠期的比值(TST to TSP ratio)

覺醒(Awakening)及喚醒(Arousal)的判定系根據(jù)美國睡眠疾病協(xié)會的報告(American Sleep Disorders Association Report, 1992 )o

覺醒(Awakening)判定：在30秒信號出現(xiàn)的記錄上EEG描記有50%以上典型的清醒期。?

喚醒(Arousal 判定是在EEC上觀察到短的、2?15秒的alpha波活動，睡眠期變化引 起EC-complex及頻率增多。

睡眠喚醒(Sleep arousals)及覺醒(Awakening)指數(shù)：是按每小時岀現(xiàn)喚醒或覺醒的次數(shù) 進行計算(Arousal and awakening index was calculated as number of events per hour of sleep)

周期性呼吸(periodic breathing, PB):指呼吸變大與變小規(guī)律性交替岀現(xiàn)，呈陳-施氏呼 吸(Cheyne-Stokes type)o發(fā)作間期測定系從呼吸峰至呼吸峰。

睡眠低通氣(hypopnoea):指呼吸運動和氣流降低＞50%并持續(xù)M 10秒：，

睡眠血氣飽和(sleep oxygen saturation):在睡眠期測定其平均動脈血氧飽和度(SaC)2)及 檢測期的最低Sa。?,以判定睡眠低氧血癥(Sleep hypoxemia).

其他相關(guān)術(shù)語：

深睡眠:deep sleep

淺睡眠：light sleep

夜間睡眠:nocturnal sleep

睡眠節(jié)律:sleep rhythm

睡眠紊亂：sleep disruption

睡眠分裂:sleep fragmentation

睡眠相關(guān)性呼吸疾病:sleep-relating breathing disorders (SRBD)

睡眠疾患性呼吸:sleep-disordered breathing (SDB)

第五節(jié)睡眠呼吸暫停分類

睡眠呼吸暫停(sleep apnea)：指鼻和口腔氣流停止持續(xù)3 10秒,7小時睡眠呼吸暫停 30次以上，平均每小時呼吸暫停5次以上。

1.阻塞性:指鼻和口腔氣流暫停，而胸、腹式呼吸存在；

2.中樞性:指鼻和口腔氣流與胸腹式呼吸運動同時暫停；

3.混合性:指中樞性與阻塞性呼吸暫停先后同時存在。

第六節(jié)非快眼動睡眠(慢波睡眠)及快眼動睡眠的生理特征

—、非快眼動睡眠(non-rapid eye movement sleep, nREMS)或慢波睡眠(Slow wave sleep, SWS)：出現(xiàn)時視網(wǎng)膜活性減低，主要在EEG上出現(xiàn)della慢波，每秒1 ~2次，波幅高。在睡眠 早期，出現(xiàn)alpha波節(jié)律(8~13 Hz),常岀現(xiàn)于清醒期。加之，睡眠紡錘狀波可出現(xiàn)(14~ 16 Hz),按這些特征又將SWS分為四個期(見上介紹)。

delta波可能起源于大腦皮層，而非源于神經(jīng)低層的驅(qū)動.因為此時視網(wǎng)膜活性系統(tǒng)降 低。SWS是不做夢的，非常寧靜，伴有周圍血管張力減低，血壓、呼吸及基礎(chǔ)代謝減低 (WARD)o

二、快眼動睡眠(Rapid eye movement sleep, REMS):所稱快眼動睡眠，盡管眼睛呈閉合 狀，但有快速的水平型的眼球活動。在一個正常的夜間睡眠期，一陣REM持續(xù)5~20分鐘, 通常每90分鐘出現(xiàn)一次，經(jīng)常是在第一個這一時期80-100分時。當(dāng)人體熟睡下降時,EEG?

的描記則類似于醒來期，但實際上此時比nREM期難以喚醒。REM期經(jīng)常出現(xiàn)夢的活躍，全 身肌肉張力下降，有時可伴有突發(fā)性或陣發(fā)性的肌肉抽搐及肢體痙攣。心律及呼吸律呈不規(guī) 整。因此，此期睡眠腦處于活動狀態(tài)，然而這種腦活動并不引起其認知周期的腦狀態(tài)。

睡眠影響人的精神功能，高級神經(jīng)功能非常易感，喪失睡眠的人的某些行為與高原低 緞對腦功能的影響有相似之處

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第七節(jié)高原睡眠變化特征

―、喚醒頻率明顯增多

高原上的人常一夜多次醒來。通過系統(tǒng)睡眠檢測，喚醒(arousals)是根據(jù)肌電圖(EMC) 可見有肌電活動，并有眼動及EEG出現(xiàn)alpha波。Weil(1978)在海拔4300 m觀察到arousals 平均出現(xiàn)36次，而在海平面為20次”。經(jīng)用acetazolamide激惹呼吸后，則見arousals頻率下 降.某些研究者認為arousals與周期性呼吸(PB )有關(guān)，例如PB頻發(fā)則arousals亦多發(fā)。但另 有人發(fā)現(xiàn)當(dāng)不出現(xiàn)PB時，高原上仍有頻發(fā)的arousals|2|0

二、睡眠期及睡眠狀態(tài)的變化

高原睡眠研究證實睡眠質(zhì)量F降。表現(xiàn)為淺睡眠(slight sleep, stage 1 and 2 of nREM)增 加而深睡眠(Deep sleep,3+4 nREM)減少。甚至有人觀察到，實質(zhì)上REM并不出現(xiàn)商，這就 證明人在高原的睡眠常為劣質(zhì)(poor quality )睡眠,從而使人在高原不能像在平原一樣經(jīng)睡 眠而使人精力恢復(fù)！

動物實驗觀察到，在模擬海拔4590 m時，大鼠的SWS由45%降為27%。吸入氣加入?co2并不能預(yù)防SWS的減少，說明低氧”51是主要的和原發(fā)的，sws減低呼吸頻率及呼吸址， 而且波幅趨于清醒時數(shù)值。到海拔5030 m時,大鼠的REM睡眠消失冏。于吸入CO2時不能 增加呼吸頻率及肺泡通氣。Pappenheimer還注意到在模擬高原實驗時，動物SWS時每分通 氣量降低了 10%~20%,但當(dāng)給予吸入低氧混合氣體時，動物進入SWS，而此時呼吸頻率明 顯增加，盡管每分通氣竝增加不明顯 由此認為通過低氧對呼吸的激惹在SWS要比覺醒期 為顯著皿。

動物實驗還觀察到，當(dāng)處于睡眠時大腦皮層慢波的波幅明顯降低。事實上，低氧的原發(fā) 作用是降低EEG的慢波波幅，而且使波幅的分布趨向于覺醒期值。這種慢波振幅的降低反 映了在nREM睡眠的低質(zhì)量。換言之，即使在高原nREM時間間期并無明顯降低，但nREM 的睡眠質(zhì)竝已明顯受損了，這與人們很多高原睡眠的實際觀察是十分一致的叫

三、周期性呼吸

高原睡眠的另一特征即周期性呼吸(PB)O周期性呼吸是在3~4個深呼吸后跟隨一個完 全停止的呼吸，約持續(xù)8~12秒，如此循環(huán)一次，約18~20秒卩譏 周期性呼吸不僅是睡眠障 礙,且導(dǎo)致一種窒息感而醒來。在周期性呼吸后常相隨出現(xiàn)睡眠呼吸暫停(sleep apnea),由 此,這種周而復(fù)始反復(fù)周期性呼吸后的呼吸暫停將導(dǎo)致顯著的低氧(hypoxia)。這種反復(fù)性周 期性的低氧比起穩(wěn)定的低氧狀態(tài)更為有害円Lalnn等(1984嚴認為，當(dāng)產(chǎn)生周期性呼吸時活 躍的低掘通氣反應(yīng)是需要的，因而就此而吉?；钴S的HVR將是不利的。然而這種觀點已經(jīng)發(fā) 生了改變.見第八節(jié)討論。

四、睡眠低氧血癥(sleep hypoxemia)

當(dāng)睡眠時不論在海平面還是在高原通氣均受壓抑，并由此導(dǎo)致動脈血氧飽和度下降：但 在海罕面SaO—僅為輕度下降，而在高原，因處于氧離曲線的陡峭部，故SaO2呈明顯下降，但 SaO?下降有很大的個體差異，有的人在夜間睡眠時大多時間SaO2可降至40%。周期呼吸及 睡眠低氧血癥將影響到高原習(xí)服：Acelazolamide可能加以緩減

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第八節(jié)高原睡眠與高原習(xí)服-適應(yīng)

青藏髙原世居藏族是高原適應(yīng)歷史最久和適應(yīng)水平最佳的人類群體叫這可能是其長期 自然選擇獲得遺傳適應(yīng)(genetic adaptation)的結(jié)果口。由此建立了一系列生理適應(yīng)機制，但以 往對藏族的睡眠研究尚乏報道，青藏高原另一人類群體即處于高原習(xí)服(acclimatization)水 平的移居漢族，對比這藏、漢間睡眠生理的變化，將會得岀更有價值的結(jié)論。

為此，我們利用了青藏高原這一特殊的環(huán)境優(yōu)勢，和具有世居藏族和移居漢族的群體 優(yōu)勢，針對高原睡眠呼吸這一特殊低氧適應(yīng)生理領(lǐng)域，應(yīng)用了國際上統(tǒng)一的睡眠生理檢測小、I和低覺通氣反應(yīng)(hypoxic ventilatory responsiveness, HVR )檢測技術(shù)(按國際統(tǒng)一的 Mendelson W B睡眠監(jiān)測方法，及應(yīng)用先進的Schoenes氏法測定HVR的A值)冋。

“A”值：以每分通氣量與終末潮氣包分壓的關(guān)系表示-VE=VO+A/(PETO2-32n其中: VE為每分通氣量(STPD )； V0為PA 02外推無限大時的通氣臨，正常值為4.8 L7 min( Weil J V et aL, 1970):表不VE-PA 02曲線的斜率接近無限大時的PAC>,,正常值為32 (Weil J V et al, 1970);M是由雙曲線的形狀決定的參數(shù),A與呈正比,M值越大則//卩/?越大。

睡眠生理研究系在大型低壓艙內(nèi)模擬海拔5000 m,以一個睡眠周期時相.用多導(dǎo)睡眠 監(jiān)測儀作睡眠結(jié)構(gòu)和睡眠呼吸的研究，實驗對象20-45歲，均為男性，藏、漢各10例，藏族 為海拔4200 m的世居者.漢族為在海拔4200 m生活10年以上的移居者，均為健康無其他 疾病。研究結(jié)果有以下重要發(fā)現(xiàn)。

—、世居藏族保持著良好的睡眠結(jié)構(gòu)(sleep architecture )

在2261 m和5000 m兩個海拔高度對比了世居藏族和移居漢族的高原睡眠特征。在海 拔2261 m(PB 581 mmHg),藏、漢兩組間在睡眠結(jié)構(gòu)、呼吸模式和動脈血氧飽和上并無明顯 差別，藏族保持肴正常的睡眠結(jié)構(gòu)，但漢族出現(xiàn)較多的清醒和覺醒(P<0.002)。說明漢族經(jīng)在 海拔4200 m長期習(xí)服，在中度高原有著近于正常的睡眠結(jié)構(gòu)，但其睡眠質(zhì)址仍較藏族為

在海拔5000 m(PB 405 mmHg),藏族與漢族相比.有著較長的睡眠時間(TST)(P<0.002), 較短的Stage 1 nREM睡眠(P<0.001 ),和較長的stage 2 nREM睡眠(P<0.001)。說明世居藏 族有著近于正常和良好的睡眠結(jié)構(gòu)，而漢族的睡眠質(zhì)量較差，常停止于淺睡眠狀態(tài)叫這一漢 族睡眠特征與Anholm等( 1992)㈣報道在低壓艙模擬海拔4572 m對6例平原白人和 Salvaggio等(1998 01報道在高原現(xiàn)場海拔5050 m對5例平原白人的睡眠研究結(jié)果基本一 致,而且其覺醒(Awakening)及喚醒(arousal index)指數(shù)較髙.為30.1 ±15.5/h ,提示習(xí)服水平 的平原人睡眠質(zhì)量差的原因所在說明藏族這一良好的高原睡眠質(zhì)量優(yōu)勢是其低氧生理適 應(yīng)的重要組成部分必叫

二、世居藏族有較高的睡眠動脈血氧水平

在海拔2261 m,兩組的平均SaO2為92%。在海拔5000 m睡眠時，兩組均出現(xiàn)低血氧飽 和.但藏族組Sa。?水平比漢族組要高出4%(NS),低血氧飽和在REM sleep較nREM sleep 為顯著。藏族組在nREM sleep其平均SaO：為75%~62%,而漢族組為78%~54%a于REM?

sleep,藏族組其平均SaO2為79%~66%,而漢族組為78%~54%。由此,藏族組的最低SaO2在 nREM sleep和REM sleep各高出漢族組8%及12%,盡管其統(tǒng)計學(xué)意義不明顯(NS)。與移 居漢族比，藏族有較高的睡眠血氧飽和度，尤當(dāng)進入快眼動睡眠期(71.3% vs. 65.8%), 盡管統(tǒng)計學(xué)差異并不顯著的:這和某些觀察是不一致的網(wǎng)。本研究第一次將藏族睡眠生理與 低氧通氣反應(yīng)(HVR)聯(lián)系起來，證明其睡眠SaO2水平高與HVR易感(A值均高)有關(guān)。

三、研究提示睡眠周期性呼吸(PB)是高原睡眠通氣易感的標志

早期的研究中，以Lahiri等為代表的學(xué)者認為高原睡眠出現(xiàn)PB者易發(fā)生睡眠呼吸暫停 (sleep apnea,SA)問。另一些研究認為高原睡眠PB是導(dǎo)致睡眠低氧血癥的原因購：但后來有 人指出在高原睡眠PB可能對人體習(xí)服反而有益，因其提高了通氣水平，從而高原睡眠PB 可改善血氧飽和口。我們的研究觀察到在海拔2261 m,實際上并無PB。而急性暴露于海拔 5000 m, PB成為兩組受試者呼吸形式中最重要的改變。PB十分活躍地出現(xiàn)，藏族組PB占 睡眠時間的53%,而漢族組占44.6%(NS),藏族組PB延至21.9 ±4.0 s,漢族組延至21.2±

3.3s(NS)。

然而，PB在兩組中均存在潛在的變異，藏族組5例PB占睡眠時間的50%以上，其余 3例占25%~50%。漢族組中六人PB占睡眠時間的10%~25%。PB與平均SaO2間并不相 關(guān),與最低Sa()2間亦不相關(guān)：

藏族組：mean SaO2 r=-0.3, P=0.46; minimal SaO2 r=-0.6, P=0.1

漢族組：mean SaO2 z—-0.44, P=O38; minimal Sa()2 r=-0.37, P=0.41

本研究藏族組有活躍的睡眠PB和較高的SaO2水平，但兩者并不相關(guān)。SaO2水平高與 HVR易感有關(guān)，這是一個新發(fā)現(xiàn)。

四、藏族具有對低氧易感的通氣反應(yīng)(HVR)

早期大部分報告均認為高原久居和世居者低氧通氣反應(yīng)鈍化(blunted HVR)"%但其后 發(fā)現(xiàn)喜馬拉雅Sherpas人的HVR并不鈍化嘰冋 本研究不僅進-步證實藏族HVR不但不鈍 化反而活躍，HVR的/!值測定結(jié)果如下：

藏男:162±17.8；漢男：92±12.4 P< 0.001

藏女：152±10.7;漢女：86±9.4P<0.001

藏族組睡眠實驗組8人：159±6.4

漢族組睡眠實驗組6人：90+7.5,與藏族組比較存在顯著差異(P<0.01)o

六例藏族更年期女性：148±4.3

藏族具有的較敏感的低氧通氣反應(yīng)與久居高原漢族和南美印第安人鈍化的HVR不同。 本研究首次將藏族睡眠生理與HVR聯(lián)系起來，證明其睡眠SaO2水平高與HVR易感(A值 均高)有關(guān)。另對6例藏族更年期婦女檢測HVR也不鈍化，進一步提示這是長期繁衍于高原 獲得遺傳適應(yīng)的結(jié)果"叫

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第九節(jié)高原睡眠與高原病

高原睡眠障礙是急性高山病LLS計分系統(tǒng)的五大癥狀之一(參閱第一章)。一般認為低 竟通氣鈍化者易患急性高山病或高原肺水腫，睡眠障礙及睡眠低氧血癥促發(fā)了這一病 理過程。

高原睡眠障礙與慢性高原病(CMS)的關(guān)系密切。孫新甫等(1996)在拉薩(3658 m)發(fā) 現(xiàn)慢件高原病人的呼吸通氣低下及睡眠腦血流減低叫 張海明等(1990)報告『在果洛 (3730 m)監(jiān)測了 15例漢族患髙原紅細胞增多癥者即8例健康對照漢族，結(jié)果患高原紅細 胞增多癥組有頻發(fā)的睡眠覺醒，出現(xiàn)頻繁的睡眠呼吸暫停和顯著的睡眠低賈血癥，與對照組 相比，CMS組SaOi (65+10% vs. 78±9, P<0.01)明顯為低,認為這是因果關(guān)系譏高原睡眠血 氧飽和嚴重受損是高原紅細胞增多的主因，而睡眠呼吸暫停是元兇叫

慢性高原病與高原睡眠障礙的關(guān)系極為密切。其特點是患者處于淺睡眠狀態(tài)，嚴重者幾 乎無深睡眠.總覺醒時間及總覺醒次數(shù)較正常人明顯增多，常頻發(fā)睡眠呼吸暫停，從而有顯 著的睡眠低氧血癥，這和紅細胞生成間形成惡性循環(huán)冋。

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