彭炳蔚 李嘉鈴 梁秀瓊 鄭志英 麥堅(jiān)凝

·臨床研究·

兒童非快速動(dòng)眼睡眠相腦血流動(dòng)力學(xué)改變

彭炳蔚 李嘉鈴 梁秀瓊 鄭志英 麥堅(jiān)凝

目的 探討正常健康兒童在睡眠剝奪后自然睡眠期間非快速動(dòng)眼睡眠(NREM相)的血流動(dòng)力學(xué)的動(dòng)態(tài)演變，了解NREM睡眠周期的神經(jīng)血管偶聯(lián)，有助于對(duì)睡眠的生理機(jī)制的進(jìn)一步理解。方法 2015年1月至2015年3月在我院保健的5～14歲健康正常兒童，無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)及神經(jīng)心理疾患，智力正常，入組標(biāo)準(zhǔn)：1)清醒期經(jīng)顱多普勒(TCD) 檢查為正常頻譜，且血流速度雙側(cè)對(duì)稱，2)配合檢查，3)腦電圖(EEG)為同年齡組正常范圍，4)TCD顯示雙側(cè)血流速度對(duì)稱，排除標(biāo)準(zhǔn)：1)顳窗不良，2)頻譜異常的顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄，3)家庭成員有偏頭痛史，4)神經(jīng)心理疾患：如注意缺陷多動(dòng)障礙(ADHD)、抽動(dòng)、抑郁、焦慮等行為異常。5)神經(jīng)系統(tǒng)疾病：癲癇、腦炎、精神運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩、偏頭痛等。6)可能影響血流動(dòng)力學(xué)的其它疾?。喝珙i椎病等。所有兒童為剝奪睡眠自然入睡，檢查前一天晚上根據(jù)患兒年齡予以不同時(shí)間的剝奪睡眠。清醒期腦電圖均為安靜閉眼描記，睡眠NREM分期判斷：I期：陣發(fā)θ節(jié)律，頂尖波；II期：睡眠紡錘、K-綜合波，III期：2 Hz以下δ波占20%～50%，少量睡眠紡錘，IV期：2 Hz以下δ波占50%以上。I/II期為淺睡期，III/IV期為深睡期。在兒童從清醒至睡眠的過(guò)程中，利用TCD監(jiān)測(cè)大腦中動(dòng)脈/大腦前動(dòng)脈/大腦后動(dòng)脈的血流動(dòng)力學(xué)改變。清醒期、淺睡(I/II)期、深睡(III/IV)期、喚醒期每期以獲得MCA、ACA、PCA每條顱內(nèi)血管穩(wěn)定的TCD頻譜達(dá)30 s，最終取Vs，Vd，PI，RI的30 s的平均測(cè)量值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。喚醒階段由于時(shí)間短暫，僅記錄MCA的參數(shù)變化。應(yīng)用重復(fù)測(cè)量資料的多變量分析分析LMCA/LACA/LPCA從清醒至睡眠各期(LMCA含喚醒期)的血流動(dòng)力參數(shù)(Vs，Vd，PI，RI)的變化趨勢(shì)。組內(nèi)變異采用多變量的Hotelling T2檢驗(yàn)，以P<0.05判為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。再應(yīng)用LSD法進(jìn)行兩兩比較。結(jié)果 每條血管的各參數(shù)值分布與年齡和性別無(wú)關(guān)。在MCA和PCA，淺睡期收縮期和舒張期血流速度均明顯高于清醒期和深睡期，深睡期和喚醒期的PI和RI明顯高于淺睡期和清醒期。隨腦電圖同步的喚醒節(jié)律出現(xiàn)，喚醒期的收縮期和舒張期血流速度最低，同時(shí)PI/RI升高。而在PCA，除了在深睡期收縮期血流速度減慢外，其它狀態(tài)下的血流速度和PI、RI均無(wú)明顯變化。結(jié)論 我們研究的新發(fā)現(xiàn)證明了TCD能夠很好的顯示在睡眠期的血管神經(jīng)藕聯(lián)，特別對(duì)于剝奪睡眠后NREM相的血流變化機(jī)制進(jìn)行了很好的解釋，這將促進(jìn)今后對(duì)于發(fā)作間期放電下睡眠的生理機(jī)制進(jìn)一步深入研究。

健康兒童；NREM睡眠；TCD；剝奪睡眠的常規(guī)腦電圖

人的一生中，大約1/3的時(shí)間用于睡眠，睡眠對(duì)于機(jī)體是十分重要的，根據(jù)睡眠多導(dǎo)腦電圖將睡眠分為兩種不同時(shí)相，即NREM睡眠相和快速動(dòng)眼(REM)睡眠相。NREM相一般認(rèn)為全身代謝減慢，腦血流量減少，大部分區(qū)域的神經(jīng)元活動(dòng)減少。NREM相被認(rèn)為促進(jìn)生長(zhǎng)，恢復(fù)疲勞，但其確切的生理作用卻沒(méi)有闡明。

腦的功能依賴于足夠的血流灌注，因此，神經(jīng)血管耦聯(lián)是微觀神經(jīng)元活動(dòng)實(shí)現(xiàn)腦功能的重要環(huán)節(jié)，神經(jīng)血管耦聯(lián)即隨著神經(jīng)元電活動(dòng)的局灶的有效的，固有的，腦的血管調(diào)節(jié)機(jī)制，主要表現(xiàn)為活性神經(jīng)元功能改變也導(dǎo)致了腦血流調(diào)節(jié)的變化。因此，通過(guò)對(duì)睡眠中神經(jīng)血管耦聯(lián)的研究將加深我們對(duì)睡眠的生理機(jī)制的理解。本研究在正常兒童的腦電圖(EEG)記錄時(shí)，在兒童清醒期和NREM期的不同時(shí)期進(jìn)行經(jīng)顱多普勒(TCD)檢測(cè)，獲得不同睡眠周期下腦血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，了解正常睡眠周期的神經(jīng)血管偶聯(lián)。

1 研究方法

1.1 研究對(duì)象 2015年1月至2015年3月在我院保健的5～14歲健康正常兒童32例，無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)及神經(jīng)心理疾患，智力正常，入組標(biāo)準(zhǔn)：1)清醒期TCD檢查為正常頻譜，2)配合檢查，3)EEG為同年齡組正常范圍，4)TCD顯示雙側(cè)血流速度對(duì)稱，排除標(biāo)準(zhǔn)：1)顳窗不良，2)頻譜異常的顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄，3)家庭成員有偏頭痛史，4)神經(jīng)心理疾患：如ADHD、抽動(dòng)、抑郁、焦慮等行為異常。5)神經(jīng)系統(tǒng)疾?。喊d癇、腦炎、精神運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩、偏頭痛等。6)可能影響血流動(dòng)力學(xué)的其它疾病：如頸椎病等。

1.2 睡眠腦電記錄 所有兒童為剝奪睡眠自然入睡，檢查前一天晚上根據(jù)患兒年齡予以不同時(shí)間的剝奪睡眠。使用Electrocap International電極帽，按國(guó)際10-20標(biāo)準(zhǔn)法安放電極。接地導(dǎo)線至于Fpz，雙側(cè)耳電極為參考電極，在雙眼旁邊各放置1個(gè)眼動(dòng)電流圖(EOG)電極，EOG的排除標(biāo)準(zhǔn)為50 μv，阻抗水平<5 kΩ。采用美國(guó)NicoletOne數(shù)字化腦電圖儀記錄EEG，記錄清醒和睡眠期腦電圖，總描記時(shí)間0.5 h，后予以喚醒。清醒期腦電圖均為安靜閉眼描記，睡眠NREM分期判斷：I期：陣發(fā)θ節(jié)律，頂尖波；II期：睡眠紡錘、K-綜合波，III期：2 Hz以下δ波占20～50%，少量睡眠紡錘，IV期：2 Hz以下δ波占50%以上。I/II期為淺睡期，III/IV期為深睡期。

1.3 TCD檢測(cè) 采用德國(guó)DWL2000彩色經(jīng)顱多普勒儀，探頭頻率2 MHz。經(jīng)雙側(cè)顳窗檢測(cè)大腦中動(dòng)脈(MCA)、大腦前動(dòng)脈(ACA)、大腦后動(dòng)脈(PCA)，記錄參數(shù)包括收縮峰流速(Vs)，舒張末期流速(Vd)，平均流速(Vm)，搏動(dòng)指數(shù)(PI)和阻力指數(shù)(RI)，同時(shí)觀察血流頻譜形態(tài)的改變。取樣深度MCA為4.8～6.0 cm，ACA為6.0～7.0 cm，PCA為6.0～7.0 cm。在檢查前獲得兒童清醒時(shí)3條血管在雙側(cè)血流動(dòng)力學(xué)對(duì)稱。在兒童從清醒至睡眠的過(guò)程中，僅監(jiān)測(cè)左側(cè)顱內(nèi)血管的血流動(dòng)力學(xué)改變。清醒期、淺睡(I/II)期、深睡(III/IV)期、喚醒期每期以獲得左側(cè)MCA、左側(cè)ACA、左側(cè)PCA每條顱內(nèi)血管穩(wěn)定的TCD頻譜達(dá)30 s，最終取Vs，Vd，PI，RI的30 s的平均測(cè)量值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。喚醒階段由于時(shí)間短暫，僅記錄MCA的參數(shù)變化。

圖1

表1 LMCA/LACA/LPCA在清醒期、淺睡期、深睡期、喚醒期的Vs、Vd、PI、RI的比較

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用重復(fù)測(cè)量資料的多變量分析分析LMCA/LACA/LPCA從清醒至睡眠各期(LMCA含喚醒期)的血流動(dòng)力參數(shù)(Vs，Vd，PI，RI)的變化趨勢(shì)。組內(nèi)變異采用多變量的Hotelling T2檢驗(yàn)，以P<0.05判為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。再應(yīng)用LSD法進(jìn)行兩兩比較。

2 結(jié)果

2.1 參與檢測(cè)的共32名健康兒童，年齡5～14歲，獲得LMCA清醒期-淺睡期-深睡期-喚醒期有效數(shù)據(jù)17例，獲得LACA及LPCA清醒期-淺睡期-深睡期有效數(shù)據(jù)12例。

2.2 LMCA/LACA/LPCA的各期血流參數(shù)比較：在MCA，淺睡期收縮期和舒張期血流速度均明顯高于清醒期和深睡期，喚醒期的收縮期和舒張期血流速度最低，深睡期和喚醒期的PI和RI明顯高于淺睡期和清醒期。在ACA，清醒、淺睡、深睡狀態(tài)下的PI、RI無(wú)明顯變化，但是淺睡期收縮期和舒張期血流速度均明顯高于清醒期和深睡期，而在PCA，3種狀態(tài)下的血流速度和PI、RI均無(wú)明顯變化。

8歲健康男孩，從清醒至全NREM睡眠相至喚醒的VEEG記錄及同步的LMCA/LACA/LPCA頻譜演變?？梢?jiàn)I期至II期變化不明顯，III期和IV期變化不明顯。I/II期MCA及ACA血流較清醒期明顯加快，深睡期減慢，而從清醒至淺睡深睡期，PCA血流改變不明顯。見(jiàn)圖1。LMCA/LACA/LPCA的各期血流參數(shù)演變趨勢(shì)，見(jiàn)圖2。

圖2 LMCA/LACA/LPCA的各期血流參數(shù)演變趨勢(shì)

3 討論

睡眠大腦皮質(zhì)電活動(dòng)的發(fā)現(xiàn)，使得人們可以通過(guò)腦電圖記錄研究睡眠的深度，并且結(jié)果準(zhǔn)確可靠，可以連續(xù)觀察自然睡眠的特征。目前國(guó)際通用的方法是，將睡眠分為2種不同時(shí)相，即NREM睡眠相和REM睡眠相。NREM相一般認(rèn)為全身代謝減慢，腦血流量減少，大部分區(qū)域的神經(jīng)元活動(dòng)減少。NREM相被認(rèn)為促進(jìn)生長(zhǎng)，恢復(fù)疲勞，但其確切的生理作用卻沒(méi)有闡明。根據(jù)腦電圖的特征變化可以分為4期，I期、II期睡眠為淺睡期，容易喚醒，III期、IV為深睡期，不容易被喚醒。其中II期睡眠占至整個(gè)NREM期約50%。近來(lái)研究表明NREM第II期僅與動(dòng)作行為有關(guān)的記憶有關(guān)。

正常人I期睡眠的時(shí)間短，平均1～7 min，兒童入睡較快，難以獲得完全的I期的TCD頻譜數(shù)據(jù)，同時(shí)由于描記時(shí)間有限，32例檢測(cè)者只有17例在30 min內(nèi)達(dá)到III期以上，由于顳窗影響，能夠獲得ACA和PCA有效數(shù)據(jù)者更少，而且大多數(shù)記錄到的為III期的血流變化。不過(guò)，在檢測(cè)中我們發(fā)現(xiàn)I期和II期，III期和IV期的血流動(dòng)力學(xué)變化不顯著。故在分析數(shù)據(jù)時(shí)，我們將I期和II期統(tǒng)作為淺睡期，III/IV期統(tǒng)作為深睡期。通過(guò)清醒-淺睡-深睡期正常兒童腦血流和腦血管調(diào)節(jié)的研究，由于神經(jīng)血管藕聯(lián)的存在，可以間接反映睡眠期大腦神經(jīng)元活動(dòng)的狀態(tài)。

我們的研究發(fā)現(xiàn)，與以往的認(rèn)為不同，在NREM相的淺睡期，腦血流并非減少，而是明顯增加，特別是在大腦中動(dòng)脈和大腦前動(dòng)脈區(qū)，這兩條血管供應(yīng)我們大腦的額、顳、頂?shù)拇笃瑓^(qū)域，說(shuō)明在早期睡眠時(shí)，我們的大部分腦區(qū)的神經(jīng)元活動(dòng)更加活躍了。因?yàn)榇竽X后動(dòng)脈在人類主要供應(yīng)枕葉的血流，主管視覺(jué)，常規(guī)的睜閉眼試驗(yàn)可以看到大腦后動(dòng)脈區(qū)的血流變化，而我們的兒童從清醒至睡眠均為閉眼描記，減少了視覺(jué)刺激的影響，發(fā)現(xiàn)睡眠對(duì)大腦后動(dòng)脈區(qū)的血流動(dòng)力學(xué)影響不明顯，可見(jiàn)睡眠中兒童的神經(jīng)元活動(dòng)是有空間分布差異的。

舒張末血流速度是舒張期殘存的血流速度，反映遠(yuǎn)端血管床阻抗，PI=(Vs-Vd)/Vm，RI=(Vs-Vd)/Vs，因此遠(yuǎn)端血管阻抗增高時(shí)，PI、RI增高，本研究還發(fā)現(xiàn)MCA的PI在深睡期和喚醒期增高，說(shuō)明此時(shí)遠(yuǎn)端血管有收縮，導(dǎo)致遠(yuǎn)端血管阻抗增高，也反應(yīng)此時(shí)大腦動(dòng)脈遠(yuǎn)端分布區(qū)域的供血減少。其神經(jīng)元的活動(dòng)也相應(yīng)減少，因此腦電圖上在喚醒時(shí)和深睡期時(shí)均顯示廣泛的δ慢波。在學(xué)齡期兒童和成人比較，喚醒期的腦電圖變化也更顯著，我們的結(jié)果也表明喚醒期的血流改變十分突出，也能夠解釋在不成熟的大腦，喚醒時(shí)大腦皮層有更長(zhǎng)時(shí)間的抑制。

NREM淺睡期即是癲癇放電最容易出現(xiàn)的時(shí)期，同時(shí)這期人們?nèi)菀妆粏拘眩瑫r(shí)喚醒時(shí)無(wú)睡眠的體驗(yàn)，都說(shuō)明NREM淺睡期和深睡期的生理意義不盡相同。進(jìn)入深睡眠，我們的主要的腦血流開(kāi)始逐漸下降，III期時(shí)的水平與清醒期的水平相似，如果繼續(xù)深入，的確將獲得血流減慢10%～20%，表明人真正進(jìn)入大腦的休息狀態(tài)，與以往對(duì)NREM相的認(rèn)識(shí)相仿。由于神經(jīng)血管藕聯(lián)的存在，通過(guò)腦血流的檢測(cè)可以間接推斷神經(jīng)元活動(dòng)的變化，NREM相淺睡期，腦血流增加，重要腦區(qū)的神經(jīng)元活動(dòng)意味著增加，看來(lái)NREM相淺睡期對(duì)于人類認(rèn)知行為的意義不僅僅只與簡(jiǎn)單的動(dòng)作行為記憶有關(guān)。一個(gè)反證是，在NREM期，有一種現(xiàn)象稱為睡眠期癲癇性腦電持續(xù)狀態(tài)，這種異常的神經(jīng)電活動(dòng)僅出現(xiàn)在NREM相，而REM期和覺(jué)醒期消失，而且從淺睡期一直貫穿NREM全相，同時(shí)這類患兒的NREM的分期不清晰，這種異常的放電常使兒童發(fā)生廣泛性的高級(jí)皮質(zhì)功能的損傷，由此可以推斷，NREM相的生理意義遠(yuǎn)不止目前人類的認(rèn)識(shí)。

以往曾經(jīng)有一個(gè)健康成人正常睡眠周期中血流動(dòng)力學(xué)的研究，研究表明隨著睡眠的發(fā)生，NREM相各期的大腦中動(dòng)脈的血流速度均低于清醒期，與我們對(duì)兒童的研究結(jié)果不同，兒童的睡眠結(jié)構(gòu)和成人是有差別的，腦的成熟度也不同，腦電圖的表現(xiàn)也有差別，因此可能兒童睡眠中的血流動(dòng)力學(xué)變化趨勢(shì)不同于成人。一些NREM中出現(xiàn)的疾病，如ESES等也僅出現(xiàn)在兒童，因此我們猜測(cè)，在發(fā)育中的大腦，睡眠的生理意義復(fù)雜得多。

本研究的限制在于研究的是剝奪睡眠狀態(tài)下的睡眠周期，而且由于描記時(shí)間短，未能評(píng)估REM睡眠，今后需要對(duì)生理狀態(tài)下的自然睡眠做長(zhǎng)程的血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)，將會(huì)對(duì)兒童睡眠的神經(jīng)血管藕聯(lián)的研究更加深入。如果要進(jìn)一步明確睡眠與腦功能的關(guān)系，還需要選擇一些認(rèn)知行為障礙的患兒做長(zhǎng)程的睡眠TCD監(jiān)測(cè)。不論如何，通過(guò)本研究，我們發(fā)現(xiàn)了TCD對(duì)于睡眠研究中的價(jià)值。

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Changes in cerebral hemodynamics during NREM sleep in healthy children

PENGBingwei，LIJialing，LIANGXiuqiong，ZHENGZhiying，MAIJianning.DepartmentofNeurology，GuangZhouWomenandChildren'sMedicalCenter，China

MAIJianning，E-mail：gzchmjn@126.com

Objective To investigate cerebral hemodynamic changes during non-rapid eye movement(NREM)sleep following sleep deprivation in healthy children.Methods Thirty-two children with normal intelligence(full-scale intelligence quotient>80)，5～14 years of age，were enrolled.Electroencephalograms(EEGs)were within the normal range.Each subject was deprived of routine night sleep then examined in the spontaneous sleep during daytime.Awake and sleep stages were evaluated using EEGs according to Rechtschaffen and Kales.Each subject was woken up in stage IV sleep.Stable transcranial Doppler ultrasonography(TCD)tracings through the temporal bone window were recorded for at least 30 seconds(s)per stage except the awaken stage(only the left middle cerebral artery(LMCA)was examined because of twinkling moment).The mean systolic cerebral blood flow velocity(sCBFV)，diastolic CBFV(dCBFV)，pulsatility index(PI)，and resistance index(RI)of each artery were analyzed for 30 s per stage.Multivariant analysis of variance(MANOVA)was conducted to compare hemodynamic parameters in waking versus light sleep，deep sleep，and awaken stages.Results NREM sleep in children was associated with increased CBFV in the MCA and anterior cerebral artery(ACA)during light sleep(stages 1 and 2)，reduced sCBFV in all vascular arteries during deep sleep，and sustained increased PI during deep sleep.Reduced CFV and increased PI in the awakening stage occurred synchronously with the EEG reaction.Conclusion These novel findings indicate distinct alterations in cerebral hemodynamics during NREM sleep in children.Thus，TCD may facilitate an understanding of neurovascular coupling during sleep.

Healthy children;Cerebral hemodynamics;NREM sleep;Transcranial Doppler ultrasonography(TCD);Sleep-derivated VEEG;Neurovascular coupling

510120，廣州市婦女兒童醫(yī)療中心神經(jīng)科

麥堅(jiān)凝，E-mail：gzchmjn@126.com