睡眠质量的日常变化影响健康成年人的站立平衡外文翻译资料

睡眠质量的日常变化影响健康成年人的站立平衡

原文作者：Luis Montesinos，RossanaCastaldo，Francesco P. Cappuccio，Leandro Pecchia

摘要：众所周知，急性睡眠剥夺会影响人体平衡和姿势控制。然而，连续几天睡眠质量和模式变化的影响很少受到关注。这项研究调查了健康受试者睡眠质量的日常变化与站立平衡之间的关联。20名没有睡眠障碍或平衡障碍病史的志愿者（12位女性，8位男性；年龄：28.8plusmn;5.7岁，体重指数：23.4 plusmn;3.4kg/m2，静息心率：63.1 plusmn;8.7 bpm)，连续两天评估睡眠和平衡。使用睡眠日记、活动记录仪和心率变异性 (HRV) 措施评估睡眠质量变化。在家中使用不显眼的可穿戴设备监控睡眠。平衡是在步态实验室中，在安静站立期间使用足部压力中心 (COP) 位移进行评估。睡眠数量和质量逐日恶化（即持续时间减少和碎片化增加、夜间活动增加和HRV降低）的受试者表现出平衡的显著变化（即更大的COP面积、幅度和标准偏差）。相反，睡眠数量和质量没有显著改变的受试者的COP位移没有显著变化。这些结果证实了我们的假设，即连续几天睡眠质量和模式的变化可能会影响平衡。

关键词：人体姿势控制；剥夺；姿态体位法；注意力；视觉；跌倒；夜晚；摇摆

1引言

人体平衡是进行我们大部分日常生活活动所需的基本技能。它是中枢神经系统与视觉、前庭、本体感觉和肌肉骨骼系统复杂整合的结果。在安静站立时，人体平衡是通过不断重新配置脚下的地面反作用力来抵消身体的摇摆来实现的。垂直地面反作用力矢量的作用点称为压力中心(COP)。COP位移是在安静站立期间测量人体平衡的最常用技术之一（一种称为姿势描记法或稳定性测量法的技术）。COP位移是用力平台或其他仪器表面（例如一个垫子）产生二维时间序列，表示前-后（AP）和内侧-外侧（ML）轴的COP轨迹。COP位移可以通过计算其面积、幅度和变异性（即标准偏差）以及许多其他度量来表征。有趣的是，这些措施反映了不同的姿势控制状态。例如，更宽和更波动的COP位移增加了越过稳定性极限的可能性，因此它被解释为更不稳定的状态。相比之下，太窄且变异性低的 COP 位移可能表明过于僵硬。这些措施反映了不同的姿势控制状态。例如，更宽和更波动的 COP 位移增加了越过稳定性极限的可能性，因此它被解释为更不稳定的状态。相比之下，太窄且变异性低的 COP 位移可能表明过于僵硬的姿势控制（称为“冻结”）可能会降低适应外部挑战的能力。

急性睡眠剥夺与在安静站立时的姿势控制改变（称为静态平衡）相关联。24 - 48小时睡眠剥夺间隔后的平衡缺失表现为AP轴上更广泛，更有效和更快的COP位移。此外，在24小时睡眠剥夺后，视觉在静态平衡中起着重要作用，这可以从受试者闭着眼睛测试时比睁眼测试时观察到的更广泛和更有效的COP位移中看出。睡眠剥夺26小时后，受试者在单脚任务条件下也表现出较高的身体摇摆，而在双脚任务条件下则表现出较低的身体摇摆，这表明认知负荷在睡眠剥夺下的平衡控制中也起着重要作用。这些发现表明，在没有认知负荷的情况下，睡眠剥夺对姿势稳定性的影响可以通过认知负荷下的“冻结”策略得到补偿。此外，老年人（60岁以下）与年轻人（25岁以下）相比，睡眠剥夺对平衡的影响更大¹⁵。这个发现可能与预防老年人跌倒的背景有关，尤其是在住院的老年人。因此所有这些研究都认同长期睡眠剥夺（ge;24小时）与静态平衡的恶化有关，尤其是在老年受试者中。

最近，人们研究了由于睡眠不足和社交时差导致的长期睡眠限制的影响。长期低睡眠质量（即更高程度的睡眠片段化和更低的睡眠效率）被发现影响平衡控制引起更高体位的不稳定。此外，社会时差（即生物驱动和社会规定的睡眠时间的错位）也被发现会恶化平衡控制，正如周一（在两天的高质量睡眠之后）姿势控制表现会一直更好于周五（经过一周的睡眠限制）所表现的那样。

我们的研究调查了睡眠质量的日常变化与静态平衡之间的关联。换句话说，我们关注的是连续两个晚上人体姿势稳定性对睡眠质量变化的敏感性。这项研究的基本假设是静态平衡会受到睡眠质量日复一日变化的影响，特别是连续两个晚上睡眠质量的恶化将伴随着姿势控制的恶化。为了验证这一假设，一个健康受试者样本连续两天接受了睡眠和平衡评估。睡眠评估是使用不显眼的可穿戴设备记录心电图和胸部活动图以及睡眠日记进行的，平衡评估是使用鞋垫压力测量系统通过足部COP位移进行测量的。

2方法

2.1参与者

参与者是通过发送给华威大学工程学院研究生的电子邮件广告招募的。排除标准包括睡眠障碍史、神经或身体残疾以及可能影响睡眠模式和姿势控制的药物治疗（例如抗抑郁药、催眠药和兴奋剂）。

基线特征，如年龄、身高、体重、一般健康状况和用药情况，在基线评估和简要会议期间收集。参与者还被要求完成匹兹堡睡眠质量指数 (PSQI) 量表。PSQI问卷提供了一个综合评分，由19个自评问题计算得出，这些问题涉及睡眠质量、睡眠潜伏期、睡眠持续时间、睡眠效率、睡眠障碍、使用睡眠药物和日间功能障碍。PSQI整体评分用于比较组间过去一个月的基线睡眠质量。

所有受试者在参与研究之前均提供知情同意书。这个研究按照有关规定进行，因此被华威大学生物医学和科学研究伦理委员会批准（REGO-2014-103）。

2.2设备

参与者在睡眠期间的监测是使用Zephyr BioHarness ^TM3.0（美敦力公司，安纳波利斯，马里兰州，美国）进行的，这是一种贴片式设备，可在采样时测量三轴躯干加速度和单导联心电图(ECG)，信号频率分别为100Hz和1kHz，每个样本的分辨率为 12 位。这台设备使用专有算法来计算用户基于加速度信号的活动水平和姿势。活动水平以重力单位(即g力或简单的g，其中1 g=9.806m/s²)报告，范围为0至16 g，计算为 Activity = radic;x² y² z²，其中x、y 和 z（分别为垂直、中间-横向和前后轴）是前一秒窗口中三轴加速度幅度的平均值。姿势以度为单位报告为与垂直轴的偏差角度。以每秒1个样本的频率报告活动水平和姿势时间序列。此外，该设备对ECG波形执行R峰值检测，并以毫秒为单位报告RR间隔。原始三轴加速度、ECG 信号、RR 间隔时间序列，并且在使用过程中，将包含活动和姿态时间序列的摘要文件存储在设备的内部存储器中，并可下载进行进一步处理。Zephyr BioHarness^TM的有效性和可信性已经被发现在低到中等体力活动水平的心率，加速度和姿势监测方面非常强大^19,20。

使用 Tekscanreg; F-Scanreg; 系统（美敦力公司，安纳波利斯，马里兰州，美国）进行平衡测试，这是一种足底压力测量和分析系统。这个系统基于一对超薄（0.15毫米）仪表鞋垫，其空间分辨率为每平方厘米3.9个压力感应元件，双足底压力数据以每秒 200 帧的速率收集。根据压力数据，F-Scan Research 7软件给出了每帧脚的COP位置。COP位移存储为与受试者相关的前后 (AP) 和内侧-外侧 (ML) 轴上的数字数据的时间序列方向。图1显示了安静站立期间典型的双足底压力分布图以及由此产生的压力位移轨迹中心。根据每个制造商推荐的程序，F-Scanreg; 系统按照点校准程序（建议的站立平衡试验方法）为每位参与者校准。校准程序要求通过让受试者一次单脚站立几秒钟（约5秒）来单独校准每个传感器。事实上，Hsiao等人强调了在使用前的实际实验条件下校准系统的重要性。按照正确的校准程序，当传感器承受静态负载（例如在安静站立期间）和施加的压力时，F-Scanreg; 的精度已被证明是令人满意的（即测量误差小于6%），协议期间施加的压力与校准期间使用的压力相当。这些考虑值得一提，因为一些研究质疑了Tekscanreg; F-Scanreg; 系统在用于动态负载（即步行）或使用两个压力值校准传感器并在更广泛的范围内进行测试时的有效性和可靠性。

图1 足底压力图和压力轨迹中心。

左图：安静站立时的代表性双足底压力图。黑色和白色圆圈表示根据压力分布数据计算的脚压力中心。右图：20秒窗口内压力轨迹（左足）的代表中心。

图2 研究方案的示意图。

睡眠监测是使用可穿戴设备进行的，该设备记录躯干加速度和心电图信号。使用基于一对仪器鞋垫的足底压力测量和分析系统进行平衡测试。

3研究协议

研究方案的示意图如图2所示。基线评估后，参与者连续两天接受睡眠和平衡评估。对于睡眠评估，他们被要求在睡眠期间佩戴BioHarness^TM；即在平时就寝的时间使用它，并在最后一次清醒后取走它。此外，受试者被要求在参与研究期间每天早上起床后立即完成共识睡眠日记。参与者被邀请坚持他们有规律的睡眠时间表和习惯（即不进行干预）。

对于任何既定的参与者，在一天中的同一时间（上午9:00或上午10:00）开始的两个上午会议中评估平衡。此前的研究表明，COP测量的姿势控制在一天中发生变化，据称遵循昼夜节律模式。通过在一天的同一时间开始这两个阶段，一天的时间对姿势控制措施的影响被视为一个潜在的混杂因素。在每次会议上，参与者都被要求在睁开眼睛的情况下完成四次安静的站立试验。也就是说，他们被要求安静地站在足部压力传感器上，手臂自然地垂在身体两侧，眼睛盯着面前墙上的固定点。这些传感器并排安装在地板上，每个参与者以一种舒适的姿势站着(双脚大约与肩同宽)。每次试验持续时间为30秒，试验之间允许短暂的休息间隔(＜15秒)。参与者在整个过程中只穿袜子，不穿鞋子。

4数据处理

通过睡眠日记，BioHarness和Tekscan对系统收集的数据进行如下处理，以计算一组睡眠和平衡措施(这些措施及其定义的总结见表1)。

4.1睡眠日记测量

从睡眠日记中提取了五个睡眠指标：（1）睡眠潜伏期（SOL）；(2)入睡后醒来 (WASO)，一种睡眠碎片化的衡量标准；(3) 总睡眠时间（TST）或睡眠时长；（4）睡眠效率（SE）和(5)主观睡眠质量(SSQ)。

4.2睡眠活动水平测量

处理活动水平信号以计算睡眠期间的六项活动量度。首先使用姿势数据修改原始信号以丢弃睡眠期之外的间隔（即上床前和下床后）。随后信号被分割成连续的、非重叠的1分钟时期，并使用过零模式计算每个时期的活动计数；即将活动水平与参考活动水平进行比较，并且每个阈值交叉产生一个活动计数25。这个阈值设置为0.1g 以获得高灵敏度。最后，根据活动计数计算以下活动度量：每个时期活动计数的平均值和标准差（分别为ACT_MEAN和ACT_SD）、活动指数 (AI)、碎片指数 (FI) 以及不活动的最大和平均持续时间间隔（分别为 MAX_REST 和 AVG_REST）。这些度量是使用Matlab R2016b内部编写的脚本进行计算的（MathWorks公司，内蒂克，MA，USA）。

表1 睡眠和压力中心位移测量总结