南极特殊环境对考察队员生理心理的影响——对中国第20、27、29、30、31次南极考察队的研究

摘要

第一部分 中国南极考察长城站和中山站越冬队员心理适应模式对比研究
　　目的：越冬队员在南极居留一年以上，面临着自然环境因素（极端寒冷、暴风雪、干燥、强紫外、剧烈的光周期变化）和社会环境因素（长时间隔绝、孤立、封闭、缺乏隐私、情感与人际剥夺）的双重挑战，会经历一系列生理心理变化。本文通过对中国两个常年南极考察站越冬队员心理神经内分泌免疫网络调节的同步、动态对比研究，探讨两站队员对极端环境的生理心理适应模式。
　　方法：本文对第20次中国长城站（位于亚南极，62°S）越冬队员(N=12)和中山站（位于南极圈内，66°S）越冬队员(N=16)进行了从国内出发前、越冬期间（南极）、越冬结束（南极）和返回国内四个标志性时间点的生理心理综合动态监测，评估队员情绪状态，检测血中下丘脑-垂体-甲状腺轴激素、儿茶酚胺和免疫细胞因子的水平。
　　结果：在越冬期间，中山站越冬队员疲劳、愤怒、紧张、困惑等负性情绪增加，甲状腺素（free thyroxine，FT4）降低，去甲肾上腺素和肾上腺素降低。返回国内时，中山站越冬队员促甲状腺激素(thyrotropin，TSH)和总三碘甲状腺原氨酸(totaltriiodothyronine，TT3)水平增高。而长城站越冬队员情绪无明显波动，仅TT3增高。两站队员白细胞介素2在返回国内后均处于低值。
　　结论：两站越冬队员在极端、隔绝环境下的生理心理适应模式有所不同。与位于亚南极的长城站(62°S)相比，位于南极的中山站(66°S)自然环境更极端、社会环境更隔绝;与长城站越冬队员相比，中山站越冬队员表现出更明显的“越冬综合征”和“极地T3综合征”，负性情绪升高更明显，甲状腺激素变化程度更大，这与已报道的西方考察队员“环境越差适应越强”的表现不同。这项工作是对极端环境下人体生理心理研究的补充，为中国南极考察队员医学保障、防护、干预提供科学数据和建议。
　　第二部分 长期居留南极中山站对越冬队员昼夜节律和睡眠的影响
　　目的：长期（一年以上）居住南极的考察队员受到极端的自然环境和隔绝的社会环境的双重挑战。中国南极中山站(69°22′24″S，76°22′40″E)不寻常的光-黑暗周期，尤其是在漫长冬季中的极夜期，可能会增加越冬队员昼夜节律紊乱和睡眠问题发生的风险，诱发季节性情感障碍(Seasonal Affective Disorder，SAD),影响生活质量和工作效率，给身心健康带来长期风险。因此，监测中山站越冬队员昼夜节律和睡眠变化，为中国南极考察队员医疗保障、后勤管理等提供科学依据，具有必要性和重要性。南极越冬与月球和火星任务宇航员经历的许多环境和心理挑战十分相似，故也是长期空间任务高保真模型研究。
　　方法：研究对象为第27次(N=17)、29次(N=15)、30次(N=15)三支中国南极考察越冬男性队员，均在中山站居住1年以上。动态采集国内、越冬前（南极）、极夜期（南极）、越冬结束（南极）四个时间点连续48小时尿液或动态采集越冬期间每月连续24小时唾液，检测尿中相对6-羟基硫酸褪黑素(6-sulphatoxymelatonin,aMT6s)浓度和唾液中褪黑素浓度，余弦拟合后得到的峰值相位是昼夜节律的生物标记物。用腕表式睡眠活动监测仪或多导睡眠监测仪(polysomnography，PSG)获得国内、越冬前、极夜期、越冬结束四个时间点的客观睡眠指标，或用匹兹堡睡眠质量指数量表（Pittsburgh Sleep Quality Index，PSQI）评估主观睡眠质量。采用季节性行为模式评估问卷(Seasonal Pattern Assessment Questionnaire，SPAQ)评估队员情绪和行为的季节性变化和SAD的发生率。采用清晨型与夜晚型量表(Morningness-Eveningness Questionnaire，MEQ)评估队员的日周期节律类型。
　　结果：昼夜节律变化—第27次中山站越冬队员尿液aMT6s节律在南极期间显著后移(P＜0.05)，第30次越冬队员唾液褪黑素节律在极夜期推迟(P＜0.05)。
　　睡眠变化—腕表结果显示，第27次中山站越冬队员入睡时间、清醒时间、睡眠中点显著后移(P＜0.05)，总睡眠时间、睡眠效率和睡眠潜伏期无显著变化;PSG结果显示，第29次中山站越冬队员总体睡眠结构无显著变化;PSQI结果表明，第30次越冬队员在极夜期主观睡眠质量降低、睡眠受干扰、日间表现受影响(P＜0.01)。
　　季节性行为模式的变化—在极夜期，三支越冬考察队的队员情绪和行为受季节性变化影响程度增加(P＜0.01)，患SAD的队员数量分别为0（27次）、2（29次）、2（30次），患亚综合征性季节性情感障碍(Subsyndromal seasonal Affective Disorder，S-SAD)的队员数量分别为2(27次)、2（29次）、1（30次）。
　　日周期特征的变化—在极夜期，三支越冬考察队的队员睡眠模式和作息节律显著推后(P＜0.01)，更趋于夜晚型。
　　结论：中山站越冬队员在越冬期尿液aMT6s节律和唾液褪黑素节律发生改变，相位显著后移。同时，睡眠时相显著推迟，作息更趋于夜晚型，主观睡眠质量降低，但客观睡眠效率无明显变化。队员在越冬期季节性情绪和行为倾向性增大，出现SAD和S-SAD。建议在中山站区营造适宜的室内光环境，采用恰当的光疗，补充适量的褪黑素，鼓励队员规律作息。本研究首次获得了中国南极考察队员昼夜节律和睡眠的变化规律，后续可开展光疗或褪黑素干预研究。
　　第三部分 南极冰穹A低氧复合高寒环境对考察队员睡眠的影响
　　目的：南极洲是世界上面积最大的高原，2009年，中国在冰穹A地区建成了海拔最高的南极科考站——昆仑站(80°25′S，77°6′E，4087m)，具有低氧、极寒、干燥等极端严酷的自然环境。已知平原人进入高原或久居高原人进入到更高海拔地区，生理适应不良易发生急性高原反应(acute mountain sickness，AMS)，睡眠障碍是主要症状之一。高原睡眠功能紊乱会导致白天易疲劳、注意力不集中、警觉性降低等，影响身心健康和工作效率。因此，研究中国队员赴昆仑站考察期间AMS发生率、夜间睡眠结构、睡眠呼吸模式和血氧饱和度变化，提出相应的防治措施，保障队员的身心健康，使其更安全、高效的完成考察任务，满足国家战略需求，具有必要性和重要性。
　　方法：采用指端脉搏血氧仪动态检测第31次中国南极考察昆仑站内陆队员(N=27)由平原渐进冰穹A及在昆仑站期间的血氧饱和度，用Lake Louise高原反应症状自评问卷评估队员AMS发生率，用睡眠研究的金指标——多导睡眠监测系统(polysomnography，PSG)对10名志愿者进行整晚睡眠监测，记录其脑电图、眼电图、肌电图、胸腹式呼吸运动、鼻气流及夜间血氧饱和度。
　　结果：昆仑站内陆队员AMS发生率为55.6％(15/27)，日间血氧饱和度越低，AMS症状越严重。与海平面值相比，慢波睡眠占总睡眠时间的百分比显著减少(P＜0.01)，总睡眠时间、睡眠潜伏期和睡眠效率等无显著差异。总的呼吸事件次数和睡眠呼吸暂停低通气指数(apnea hypopnea index，AHI)在昆仑站显著增加(P＜0.05)，多为中枢性。周期性呼吸普遍存在，占总睡眠时间比例显著增加(P＜0.01)。睡眠期间每小时血氧饱和度下降次数显著增多(P＜0.05)，睡眠期平均血氧饱和度和最低血氧饱和度显著降低(P＜0.05)。下撤平原后均恢复正常。
　　结论：在南极昆仑站“高、寒、孤”极端环境下，半数队员出现AMS。睡眠结构发生改变，深睡眠减少，出现高海拔中枢性睡眠呼吸暂停，普遍存在周期性呼吸。日间和夜间血氧饱和度均显著降低，睡眠期更甚。建议完善昆仑站队员选拔标准，加强高原预适应训练，站区设立富氧室或使用制氧机。本研究为中国考察队员在南极高原的医学防护提供了科学数据，是对高原人体睡眠医学的拓展。

目录

论文说明

缩略词表

前言

参考文献

第一部分 中国南极考察长城站和中山站越冬队员生理心理适应模式对比研究

摘要

1．引言

2．研究对象及方案

3．研究结果

4．讨论

5．结论

参考文献

第二部分 长期居留南极中山站对越冬队员昼夜节律和睡眠的影响

摘要

1．引言

2．研究对象及方案

3．结果

4．讨论

5．结论

参考文献

第三部分 南极冰穹A低氧复合高寒环境对昆仑站考察队员睡眠的影响

摘要

1．引言

2．研究对象与方案

3．研究结果

4．讨论

5．结论

参考文献

南极环境对人体生理和心理的影响(综述)

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