北京医院课题组睡眠干预研究：什么样的补觉方式最佳？

编者按：根据国际劳工组织定义，凌晨0:00~5:00的工作为夜班工作，包括此时间段的轮班工作则为夜班轮班工作。目前，24小时工作模式广泛存在于医疗卫生、交通运输、公共服务、生产制造等行业。在工业化国家，约20%的职场人是轮班工作者^[1]。夜班工作导致睡眠剥夺和生物节律紊乱。多项大规模前瞻性队列发现，夜班工作者代谢异常风险增高，包括糖尿病、代谢综合征等^[2-3]。进行睡眠干预，睡眠剥夺后补觉有助于代谢异常的恢复，减少糖尿病的发生。因此，明确夜班工作后不同睡眠补充方式对代谢的影响对临床具有指导意义。近日，北京医院·国家老年医学中心内分泌科郭立新教授团队发表在Nature and Science of Sleep上的一项研究^[4]，探索了模拟夜班工作后不同补充睡眠方式对代谢的影响。这是全球首项探索夜班工作后如何进行睡眠补充以减轻其对代谢影响的动物实验，现摘要刊登，以飨读者。

研究将32只雄性wistar大鼠随机分为早期睡眠补充组（ESS）、晚期睡眠补充组（LSS）、间断睡眠补充组（ISS）及正常作息的对照组（CTL），前3组统称为模拟夜班工作组（NW）。夜班工作组采取水..法（REM睡眠剥夺），并按照“5工+2休”模式进行为期8周的睡眠剥夺及睡眠补充实验：工作日5天，ESS、LSS、ISS组在07:00~19:00进行睡眠剥夺，并分别在19:00~03:00、23:00~07:00、19:00~23:00、03:00~07:00进行睡眠补充；休息日2天，3组均不作任何处理（图1）。实验期间，每日记录大鼠体重及摄食量，测量8周时血浆皮质酮浓度。比较干预第4周及8周时体重增量、摄食量、糖耐量、胰岛素水平及其敏感性、胰岛炎（病理）在4组之间的差异。

图1. 睡眠剥夺时间表

对于每个治疗组，由水..引起的清醒期显示为灰红色，无睡眠剥夺期显示为绿色，L:D Cycle即光-暗周期

4组的血浆皮质酮浓度如图2所示。NW组皮质酮浓度显著增加（图2A，77.53±1.3 μg/L vs. 68.73±1.4 μg/L，P=0.001），且LSS、ESS、ISS 3个亚组皮质酮浓度均较CTL组增加（图2B，P<0.05），提示睡眠剥夺成功。其中，LSS与ISS组皮质酮浓度增加显著低于ESS组（图2C，P<0.05）。

图2. 8周时的COR

体重增量变化如图3所示。4周及8周时，NW组体重增量明显少于对照组（图3A、C，4周，t=8.338，P<0.001；8周，t=4.486，P<0.001)。其中，ESS与ISS组体重增量显著高于LSS组(图3B、D，4周，F=21.837，P<0.001；8周，F=64.635，P<0.001)。

图3. 4周和8周时的平均体重变化

摄食量变化如图4所示。为避免睡眠剥夺初始及实验第4和8周禁食取血对摄食量的影响，我们取第2、3、5、6、7周摄食量进行分析。NW组工作日平均、休息日平均及1周平均摄食量均显著高于对照组（图4A，工作日，t=4.325，P=0.001；休息日，t=2.597，P=0.021；一周7天，t=4.017，P=0.001）。其中，ISS组摄食量增加最显著（图4B，P<0.05）。

图4. 第2~3周和第5~7周的一周7天、工作日和休息日的平均摄食量

糖耐量变化如图5所示。NW组糖耐量受损（图5A、G，4周，F=7.863，P=0.011；8周，F=10.351，P=0.006），且糖耐量的曲线下面积明显增加（图5D、J，4周，t=4.034，P=0.001；8周，t=4.506，P<0.001）。其中，ISS组未见明显受损（图5B、C、F、H、I、L，事后Turkey检验，P<0.001）。

图5. 4周（A~C）和8周（G~I）的糖耐量、4周（D~F）和8周（J~L）的糖耐量曲线下面积

NW组与CTL组空腹胰岛素和胰岛素敏感性（HOMA-IS和HOMA-IR）的差异无统计学意义。

胰岛炎变化如图6所示。NW组胰岛炎积分明显高于CTL组（图6A，t=3.9339，P<0.001）。其中，ESS和ISS组胰岛炎程度最轻（图6B、C，P<0.05）。

图6. 8周时的胰岛炎积分

该研究旨在应用大鼠模型探讨睡眠剥夺后不同睡眠补充方式对代谢的影响。经过“5工+2休”睡眠剥夺及补充8周后，模拟夜班工作组皮质酮浓度、摄食量显著增加，体重增量显著下降，并出现糖耐量受损及胰岛炎。其中，间断睡眠补充对代谢的影响最小。

Selgado-Delgado团队研究发现，采用“5工+2休”模式可在一定程度上扭转在动物实验中普遍存在的睡眠剥夺后体重增量减少的结果^[5]。该研究在延长睡眠时间后发现NW组体重增量虽存在增加趋势，但仍低于对照组，考虑与研究时间延长相关。该研究与大多数动物研究结果一致，但与在人类流行病学调查中发现的“模拟夜班工作后体重显著增加”不一致。皮质酮与应激密切相关，REM睡眠剥夺后皮质酮释放及能量消耗显著增加^[6]，摄食量增加不足以补充能量消耗；能量需求增加引起蛋白分解加速^[7]；肝脏Srebp1和Scd1表达受抑制，引起甘油三酯水平下降、脂类合成及腹膜后脂肪组织减少^[8]。以上因素提示，与人类相比，模拟夜班工作大鼠并未表现出体重显著增加与其更强的应激因素相关。

该研究发现，NW组大鼠出现糖耐量受损和空腹血糖升高，但其胰岛素抵抗以及胰岛素敏感性无变化，提示其糖耐量受损与胰岛素缺乏而非胰岛素抵抗相关。既往研究通过刺激胰岛素分泌的实验发现，睡眠剥夺后胰岛素分泌受损，且与胰岛细胞高能量消耗相关^[8]。进一步通过胰腺病理HE染色发现，NW组胰岛炎积分显著高于CTL组，一定程度上解释了胰岛的胰岛素分泌减少及高能量消耗状态。

改善睡眠，减少睡眠剥夺，恢复正常的睡眠节律有助于减轻或阻止夜班工作相关代谢异常^[9]。然而，由于生活及社交需求，夜班工作者很难放弃夜班工作，且他们夜班后的睡眠模式多变。因此，明确对代谢影响最小的夜班后睡眠补充模式很重要。研究者选取了3种最典型的睡眠补充模式：睡眠补充后开始社交活动（ESS）、社交活动后开始睡眠补充（LSS）、睡眠补充中间时段进行社交活动（ISS）。通过分析皮质酮浓度、体重、摄食量、糖耐量、胰岛炎等代谢指标，该研究发现ISS组对睡眠的影响最小。睡眠和觉醒发生在非正常时间段会出现昼夜节律失调；生物钟基因受到睡眠紊乱等调节，且可通过调节代谢基因以适应人体的代谢需求^[10]；昼夜节律紊乱引起的生物钟基因和代谢基因异常相互作用可导致糖代谢受损^[11]。因此，ISS组最优与其部分恢复以前的睡眠节律、通过睡眠补充有效桥接正常的昼夜节律有关。REM睡眠剥夺大鼠表现为更高的皮质酮浓度、能量消耗和白色脂肪组织IL-6、TNF-α表达增加，夜班工作者葡萄糖稳态的异常与皮质酮水平变化相关，提示ISS组最优与其较低的皮质酮浓度和较轻的REM睡眠剥夺相关^[4]。睡眠剥夺后，由于下丘脑瘦素受体减少、NPY-YS受体增加，大鼠会变得贪食^[12]，研究发现，睡眠剥夺大鼠在睡眠剥夺期与睡眠补充期的进食量与正常作息大鼠相反，可能与在有机会补充睡眠时，它们宁愿睡觉而不是进食相关^[13]，该研究也有相同发现——ISS组在睡眠补充期间进食更多，提示ISS组最优与其睡眠剥夺相关代谢影响较小相关。

北京医院郭立新教授团队发表的该项研究显示，夜班工作可影响大鼠的代谢——皮质酮浓度增加、摄食量增加、体重增量下降、糖尿病受损和胰岛炎。夜班工作后采用间断睡眠补充方式可以使睡眠剥夺对代谢异常的影响最小化。