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    太空睡眠之五:航天员睡不好有什么防护方法?
    来源:深圳市绿航星际太空科技研究院 日期:2018年12月27日  字体:【大】【中】【小】  浏览量:509

    引子:太空中的睡眠问题越来越引起人们的关注,并逐渐成为一个新的医学研究前沿。怎样才能保障航天员在太空中一夜好眠?我们将围绕太空睡眠这一主题,探讨航天员睡眠问题的类型、成因、不利影响,并尝试提出解决对策。关心健康从关注睡眠开始!太空科技微信公众号为此策划了5篇系列文章进行连载,以期引起大家对航天员在轨睡眠的关注、对自己和家人睡眠问题的关心。

    在载人航天飞行中,航天员面临密闭隔离、单调重复和高警戒度工作负荷等特殊因素,可出现睡眠障碍等问题,影响工作绩效,甚至危及身心健康和飞行安全。现在有哪些方法可以防护航天飞行中的睡眠问题呢?

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    1. 改善睡眠环境

    给航天员在航天器舱段创造一个好的睡眠环境,有助于保证满足乘组绩效和健康需求的睡眠质量和睡眠时间。与短期航天飞机飞行睡眠环境相对简陋相比,国际空间站一直在对乘员睡眠环境的温度、噪声、风速、二氧化碳水平等条件以及为了防止航天员在睡眠时漂浮的限制约束装置进行改善,并设置了私密的睡眠区,可以将乘员彼此打扰的情况降到最低。这方面依然有改进的空间,需要进一步努力。

     

    2. 设计合理的在轨作息时间表

    每次飞行任务前,可根据发射和着陆时间、乘员人数、时间关键性事件、载荷需要、任务目的和值班方式等制定详细的在轨作息时间表。NASA乘员工作手册建议航天员每天在轨睡眠8h,最低不少于6h;在值班轮休情况下,第2天休息时间较前一天最多提前1.5h。而且,日程表应当安排出有趣的工作、足够的休息和娱乐时间,从而避免持续疲劳。

    Stuster等人报道,国际空间站上的航天员在飞行中后期更加倾向于采用白天小睡(打盹)的策略来改善他们的睡眠质量。一些地面研究也支持这个观点,白天的碎片化睡眠或打盹可能有助于对抗因为夜晚睡眠时间不足造成的绩效下降Basner等人观察分析了火星520天模拟实验中1名志愿者的情况,认为随意的白天打盹在长期任务中可能会引起生物节律紊乱,需要小心安排并加以监测。

    还有一些地面研究结果提示,在睡眠限制的前或后提供睡眠延长可能是有帮助的。Banks等人对159人进行连续5个晚上、每个晚上睡眠4h的实验,然后给予0-10h不等的恢复性睡眠,发现神经行为功能随着恢复性睡眠时间延长而得到改善,呈现明显的出量-效关系。Rupp等人观察了24人经历1周、每天3h睡眠限制期间的任务绩效,在此之前给予1周、每天7.1-10h的个人选择的充足睡眠,发现睡眠限制之前提供睡眠延长虽然没有改善反应时,但认知功能得到了改善。

    航天员中心通过研究认为,在设计在轨作息时间表时,可通过不同复杂度、不同类型操作任务的合理搭配和时间安排,一定程度上对抗睡眠剥夺对操作绩效的负性影响。最近,NASA正在研究如何基于个案对飞行任务安排表进行调整,确保航天员拥有足够的睡眠时间和效果,同时开发一种能够追踪行为健康和任务压力源的工作安排仪表板,以期做到早期发现绩效下降和及时干预。下一步应在实际飞行任务中,对包含上述新措施的作息时间表进行验证和客观评估。

     

    3. 药物干预

    航天飞行中使用最普遍的对抗睡眠问题的措施是安眠药。国外航天员在太空中经常使用的促眠药包括唑吡坦、扎来普隆、唑吡坦缓释片、氟西泮等,偶尔使用的催眠药有替马西泮,依佐替克,褪黑素,富马酸喹硫平等。我国空间实验室任务在轨配置的安眠药有三唑仑、唑吡坦和苯海明,其中苯海拉明还具有治疗运动病的功效。

    地面通过大量的轮班作业人员实验,证明唑吡坦能够改善睡眠质量、增加睡眠时间,但可能引起服药第二天情绪低沉,需要引起注意。与其他催眠药物不同,褪黑素主要用于调整生物节律。一些研究表明,相比于安慰剂,褪黑素可适度改善生物节律紊乱期间的睡眠效率。

    当航天员在飞行中需要克服睡意、保持觉醒时,可使用兴奋剂。在阿波罗7号任务的记载中,航天员的睡眠情况非常差,出现了在值班期间睡着的现象,以至在值班期间不得不服用5mg安非他明以保持清醒。Whitmire等人通过飞行后的访谈,发现75%的航天员在轨曾使用过咖啡因或者莫达菲尼(兴奋剂)。我国空间实验室任务中在轨也配置了咖啡因。

    Killgore等人比较了咖啡因、莫达菲尼和右旋安非他明在不同睡眠剥夺实验中的功效,发现三种兴奋剂与安慰剂比,均能明显改善绩效。咖啡因起效时间最短,但副作用明显。右旋安非他明起效较慢,且可导致恢复过程睡眠中断。而莫达菲尼未发现副作用。2017年我国学者报道,一定剂量Ginsenoside Rh1能够预防睡眠剥夺引起的小鼠认知损伤,其效果与莫达菲尼相近。这提示中药中的某些活性成分是潜在的有进一步开发价值的刺激物。

     

    4. 光疗

    NASA1990年的航天飞机STS-35任务时,安排航天员在约翰逊航天中心进行飞行前隔离期间,定时暴露在1万勒克斯的白色强荧光中。这种干预措施成功调整了乘员睡眠-觉醒周期所需的褪黑素分泌节律。随后的航天飞机任务中执行了飞行前光疗制度。NASA在马歇尔航天中心的载荷操作控制中心参与值班的地面支持人员中检验了光疗效果。他们将18名支持人员分成实验组和对照组,实验组按照日程安排接受了1万勒克斯的白色强荧光照射,并避开阳光,对照组不采取任何治疗措施,结果是实验组拥有更好的睡眠、表现和身心愉悦感。

    国际空间站上的照明设施已经于2016年底,从普通的泛光灯组件,改为固态照明组件(Solid-State Light AssembliesSSLA),这是光线疗法从地面研究走向太空实践检验迈出的重要一步。SSLA使用了三种不同的LED,一种是由高度转换绿磷光剂产生白光组成的宽带LED,另一种是发射窄带蓝光、发射峰值为468nm的蓝色LED,还有一种是发射峰值接近626nm的红色LED。新的光照系统有三个设定,即常规照明、相移/警觉光照、睡前照明。这三种设定可以根据操作任务需要或乘员偏好,通过调光器开关对每个设定的强度进行进一步控制,来满足航天员的视觉需求和作为空间站对抗睡眠和昼夜节律紊乱的光疗措施。

     

    5. 心理支持

    采用恰当的心理支持或干预手段,可帮助航天员应对难以入睡和睡眠不好的问题,对缓解疲劳、促进休息和睡眠有良好作用。美、俄等国从空间站任务开始,对航天员进行直接或间接的心理支持,包括睡眠认知行为干预等手段,收到了较好效果。在火星500试验前,我们对中方志愿者进行了情绪调节技能训练、促进睡眠技能训练、休闲时间管理意识训练;在试验中,通过自我心理调适、专业心理支持,对志愿者保持积极情绪、应对睡眠问题提供了较大帮助。此外,我们在72小时睡眠剥夺研究中发现,提高自信、积极资源整合等综合心理干预措施能有效对抗睡眠剥夺对情绪状态的负性影响,缓解操作绩效下降。

     

    6. 乘员选拔训练

    由于个体差异的存在以及人在生理心理方面有着巨大的潜能和可塑性,使得乘员选拔训练可以作为应对航天飞行中睡眠问题的重要举措。

    Rupp等人发现,完全睡眠剥夺时PVT绩效和情绪表现较差的受试者也更容易受到睡眠限制的影响。近年研究发现,某些基因多态性与睡眠缺失易感性有关。Groeger等人和Vandewalle等人报道,与基因型per34/4相比,基因型per35/5 受试者在完全睡眠剥夺过程中完成任务能力非常差,对睡眠剥夺和节律紊乱易感。Goel等人通过实验分析认为,COMT Val158Met(儿茶酚氧位甲基转移酶基因,是儿茶酚胺的主要代谢酶)多态性可能是预测睡眠稳态和生理个体差异的基因标志物。上述研究提示,可通过睡眠剥夺实验和基因型鉴定来筛查那些对睡眠剥夺和节律紊乱易感的候选者,从而确保在轨执行任务的航天员有更强的环境和任务适应性。相关研究仍需进一步深入。

    我们对部分航天员实施了72小时密闭隔离环境并睡眠剥夺适应性训练,3人一组,期间完成多项测试、航天模拟操作任务等。2015年对我国6蛟龙号载人深潜器潜航员实施了36小时密闭隔离环境并睡眠剥夺适应性训练。这些训练收到良好效果,主要体现在三个方面:一是受训人员在睡眠剥夺期间的情绪、认知和操作绩效表现明显好于普通健康志愿者,说明了严格选拔和训练的作用;二是掌握了每名受训人员在这种特殊环境下的心理生理反应特点,为将来针对性心理支持和训练、医学保障提供了依据;三是受训人员充分体验了在特殊环境中的反应,掌握了应对方法,耐受性得到提高。

     

    7. 中医药等其它措施

    我们在狭小环境伴睡眠剥夺实验中,开展了太极拳练习对情绪及脑电功率谱的影响研究,发现太极拳练习可以改善情绪,引起脑电低频成份活动的降低,提示太极拳练习对睡眠剥夺有一定的对抗作用。中国传统医学中经常用到的穴位刺激、针灸、按摩,还有经颅磁/电刺激以及进食有助睡眠或促进觉醒的食物等方法,在地面也能起到促进睡眠或保持警觉、提高认知的作用。这些方法有望通过进一步的评估筛选后,在航天飞行中进行实际应用和效果检验。

     

    总之,睡眠正逐渐成为航天医学一个新的研究前沿。有关航天飞行对睡眠的影响及防护方法还需要进一步研究。这方面取得的成果除了保障航天飞行中航天员的安全、健康和高效工作外,地球上的人们也将从中受益。

     

    编译自:Bin Wu, Yue Wang, Xiaorui Wu, Dong Liu, Dong Xu, Fei Wang. On-orbit sleep problems of astronauts and countermeasures. Military Medical Research. 2018, 5:17. https://doi.org/10.1186/s40779-018-0165-6

     


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