睡眠过程中交感和副交感拮抗活动的初步分析*

叶红飞李静殷敏程雷Tabata RyokoSoichiro Miyazaki

睡眠过程中交感和副交感拮抗活动的初步分析*

叶红飞1李静1殷敏1程雷1Tabata Ryoko3Soichiro Miyazaki3

目的探讨睡眠过程中交感和副交感神经功能的拮抗关系。方法对10名健康年轻大学生(男性7名，女性3名，年龄19-23岁)使用Holter,L,电图仪进行连续心电监测，将所获R-R间隔的时间序列资料以10分钟为一个单位进行分隔，利用粗视化频谱分析技术（Coarse Graining Spectral Analysis,CGSA）分析SNS和PNS拮抗活动的趋势。结果进入睡眠期后SNS活动明显下降，而PNS活动明显增强，觉醒后交替。且每个单位的PNS和SNS值呈反比例函数关系。结论睡眠过程中交感和副交感神经功能存在相互拮抗的关系，此消彼长。

阻塞性睡眠呼吸暂停综合征;交感/副交感神经;粗视化频谱分析;拮抗

交感神经系统（sympathetic nerve system，SNS）和副交感神经系统（parasympathetic nerve system，PNS）功能活动的失衡是阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（Obstructive Sleep apnea Syndrome，OSAS）病理生理机制中的重要环节，除了在呼吸暂停过程中参与调整上呼吸道肌紧张外，还在一系列继发性病变的发生发展中发挥重要作用[1，2]。很多研究关注了OSAS对副交感功能活动的影响[3-6]，但是SNS和PNS拮抗活动仍然缺乏关注和研究。

直接测定自主神经功能活动比较困难，通过心率或心电图的R-R间隔的波动评价自主神经功能是主要的方法，而波谱分析是其中最常用的手段[4、7-9]。我们采用粗视化频谱分析技术（Coarse Graining Spectral Analysis,CGSA），并去除R-R时间序列中的1/f成分，然后通过快速傅里叶变换法（Fourier transformation）进行波谱分析[7-8]，发现该法可以更好地反应自主神经昼夜活动趋势。在我们既往研究的基础上，本文拟进一步探讨交感和副交感的拮抗活动趋势。

对象与方法

1 研究对象

健康年轻大学生10例，其中男性7例，女性3例，年龄均为19～23岁。所有对象均无心血管疾病、呼吸系统疾病及其他重大疾病史，并没有正在服用任何药物。

2研究方法

所有研究对象均使用Holter心电图计（Marquet 8500，日本）进行连续心电监测，持续24～48小时。所有对象日常活动照常，记录睡眠，起床，饮食，排泄等情况。

3 交感、副交感神经功能活动分析

所记录资料通过转换器导入电脑。由仪器所附软件识别心电图的R波，并自动计算全波形的R-R间隔。以时间为横坐标，以R-R间隔为纵坐标，形成R-R间隔的昼夜的时间序列资料。将该时间序列资料以10分钟为一个单位进行分隔，连续对所有分隔单位进行分析，从而探讨SNS和PNS拮抗活动的趋势。

自主神经活性使用粗视化频谱分析技术（Coarse Graining Spectral Analysis,CGSA）进行分析。实际分析过程通过TSAS软件以粗视化方法将R-R时间序列中的1/f成分去除，然后通过快速傅里叶变换法（Fourier transformation）进行波谱分析[7-8]。分析结果曲线中出现两个主要成分，即0.3Hz附近的高频成分（HF）和0.1Hz附近的低频（LF），高频成分对全频谱功率值的比定义为PNS功能活性，而低频成分对全频谱功率值的比定义为交感神经系统SNS功能活性[9-11]。

结果

1 交感/副交感神经活动的昼夜拮抗（图1）

昼夜R-R间隔资料经过CGSA分析后形成了SNS和PSN活性的昼夜曲线。如图1所示，进入睡眠期后SNS活动明显下降，而PNS活动明显增强。觉醒后交替，两者总体上呈相互拮抗的趋势。

图1 交感/副交感神经活动的昼夜拮抗（女性，33岁）

2 交感/副交感神经活动的相关

将每个单位的PNS和SNS值分析发现两者呈逆相关，呈反比例函数关系（图2）。较好地体现了交感和副交感神经的拮抗关系。

图2 交感/副交感神经活动的相关（女性，33岁）

讨论

交感和副交感神经系统功能活动的平衡是维持人体生理机能的基础，白天觉醒期间以交感活动为主，而夜间睡眠过程中副交感活动转而占主导地位，两者随时处于一个拮抗而平衡的状态[12-14]。睡眠呼吸暂停等导致睡眠障碍的状态，均可以影响到交感和副交感活动，评估交感/副交感神经活动的状态，也可以从另一个角度评估OSA对睡眠的影响[3、15-17]。迄今已经有较多文献报道了OSA与交感/副交感功能的相关，明确了OSA导致交感活动增强，副交感活动降低[16-19]。然而由于缺乏量化标准，仍然无法定性定量地评估这一相关，以及交感/副交感拮抗平衡所受影响。

我们既往的研究已经提示了粗视化频谱分析可以更好地评估自主神经活动。进一步将睡眠活动以10分钟为间隔细分后进行连续片段化分析，可以更好地反映睡眠过程中自主神经功能活动的变化趋势，同时为观察交感和副交感的拮抗活动提供了可能[14、20]。另一方面，片段化分析可用于探讨交感和副交感活动的统计学上的相关性，我们发现了交感与副交感活性值呈反比例函数关系，更好的说明了两者间的拮抗关系。未发表的资料进一步显示，年龄对交感/副交感的反比例函数关系有一定的影响（图3），高龄受检者函数曲线的曲率更大，函数系数更小，交感活动的轻微变化即引发了较大的副交感活动变化，这体现了副交感功能的储备较低。交感/副交感活动的统计学上的相关提示，有可能对交感/副交感的拮抗平衡的程度进行评估。基于既往研究的结果，我们推测OSAS患者的拮抗平衡也因AHI的不同而改变，并且重症患者的反比例函数系数要小。

图3 年龄对交感/副交感相关的影响

本研究尝试对每个受检者的交感/副交感活动的拮抗水平进行量化分析，但并未发现统计学意义。这一方面因为对睡眠进行连续片段化分析的工作量较大，目前我们的研究例数尚且较少。同时受年龄、性别、基础活动等影响[14、20]，交感/副交感的拮抗活动会有较大的差异。为使这一方法能够更好地用于OSAS患者的评估，仍然需要较大的工作。今后的研究方向首先在于如何量化交感/副交感拮抗平衡的水平，以及年龄、性别及OSA对其的影响，从而为用于评估OSAS。

1 徐允良，陈建良，殷敏，等.睡眠过程中副交感神经功能粗视化频谱分析的初步探讨[J].中国中西医结合耳鼻咽喉科杂志,2010,18(6):312-315.

2 程雷.今日临床丛书《耳鼻咽喉-头颈外科疾病诊断流程与治疗策略》[M].北京：科学出版社，2008：356～364.

3 Yin M,Nakayama M,Miyazaki S,et al.How much influence does inspiration have on pulse transit time in sleep apnea[J].Otolaryngol Head Neck Surg,2008,138 (5):619-625.

4 Woodson BT,Brusky LT,Saurajen A,et al.Association of autonomic dysfunction and mild obstructive sleep apnea [J].Otolaryngol Head Neck Surg,2004,130(6):643-648.

5 Smith R P,Veale D,Pepin J L,et al.Obstructive sleep apnoea and the autonomic nervous system[J].Sleep Med Rev,1998,2(2):69-92.

6 Zamarron C,Gude F,Barcala J,et al.Utility of oxygen saturation and heart rate spectral analysis obtained from pulse oximetric recordings in the diagnosis of sleep apnea syndrome[J].Chest,2003,123(5):1567-1576.

7 Jurysta F,Lanquart J P,van de Borne P,et al.The link between cardiac autonomic activity and sleep delta power is altered in men with sleep apnea-hypopnea syndrome[J]. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol,2006,291(4): R1165-R1171.

8 Tabata R,Yin M,Nakayama M,et al.A preliminary study on the influence ofobstructive sleep apnea upon cumulative parasympathetic system activity [J].Auris Nasus Larynx,2008,35(2):242-246.

9 Yamamoto Y,Hughson R L.Coarse-graining spectral analysis:new method for studying heart rate variability[J]. J Appl Physiol(1985),1991,71(3):1143-1150.

10 久次米真吾,野呂眞人,森山明義,熊谷賢太,酒井毅,沼田綾香,中江武志,手塚尚紀,坂田隆夫,杉薫。発作性心房細動時の自律神経解析の試み-Memcalcを用いて-.心電図27：518，2007.

11 丸山徹.心拍変動の線形解析.自律神経 44:66-70, 2007.

12 Penzel T,Kantelhardt J W,Grote L,et al.Comparison of detrended fluctuation analysis and spectral analysis for heart rate variability in sleep and sleep apnea[J].IEEE Trans Biomed Eng,2003,50(10):1143-1151.

13 Clifford G D,Tarassenko L.Segmenting cardiac-related data using sleep stages increases separation between normal subjects and apnoeic patients[J].Physiol Meas, 2004,25(6):N27-N35.

14 魏先梅，张娜娜，殷敏，等.睡眠阶段对阻塞性睡眠呼吸暂停期间RR间期的影响[J].南京医科大学学报(自然科学版),2013(06):812-815.

15 Jilek C,Gebauer J,Muders F,et al.Polysomnography underestimates altered cardiac autonomic control in patients with obstructive sleep apnea[J].Herzschrittmacherther Elektrophysiol,2012,23(1):45-51.

16 Shinar Z,Akselrod S,Dagan Y,et al.Autonomic changes during wake-sleep transition:a heart rate variability based approach[J].Auton Neurosci,2006,130(1-2):17-27.

17 Guilleminault C,Poyares D,Rosa A,et al.Heart rate variability,sympathetic and vagal balance and EEG arousals in upper airway resistance and mild obstructive sleep apnea syndromes[J].Sleep Med,2005,6(5):451-457.

18 Park D H,Shin C J,Hong S C,et al.Correlation between the severity of obstructive sleep apnea and heart rate variability indices[J].J Korean Med Sci,2008,23(2): 226-231.

19 Noda A,Yasuma F,Okada T,et al.Circadian rhythm of autonomic activity in patients with obstructive sleep apnea syndrome[J].Clin Cardiol,1998,21(4):271-276.

20 张娜娜，魏先梅，殷敏，程雷，Miyazaki S.睡眠呼吸暂停进程中自主神经功能活动的变化趋势.南京医科大学学报自然科学版33(6):816-819,2013.

（收稿:2014-09-11）

Analysis the antagonistic interaction of sympathetic and parasympathetic nerve function during sleep

YE Hongfei,LI Jing,YIN Min,CHENG Lei,Tabata Ryoko，Soichiro Miyazaki
Department of Otorhinolaryngology,GaoChun People's Hospital,Jiangsu,210000,China

ObjectiveTo discuss the antagonistic interaction of sympathetic and parasympathetic nerve function during sleep.MethodsTen healthy university smdents(male 7，female3，aged between 19.23)were enrolled in this study.Holter ECG was recorded for each subject.The RR intervals were continuously divided by 10 minutes，and then analyzed by coarse graining spectral analysis (CGSA).ResultsAfter entering the sleep period，the SNS activity decreased significantly,while the PNS activity increased and they alternated after wake up.At the same time,each unit of the PNS(parasympathetic nerve system)and SNS(sympathetic nerve system) values showed a inverse proportion function relationship.ConclusionsThe PNS and SNS have antagonistic interaction during sleep and they shift according to the stages of sleep.

Obstructive sleep apnea；Sympathetic/parasympathetic nervous；CGSA；Antagonistic interaction

10.16542/j.cnki.issn.1007-4856.2015.05.015

江苏省卫生厅科教兴卫开放课题（XK19200901），南京医科大学第一附属医院创新团队基金（IRT-16）,教育部留学回国人员科研启动基金(20101174)

1 南京高淳区人民医院耳鼻咽喉科(210000)

2 南京医科大学第一附属医院耳鼻咽喉科

3 日本国立滋贺医科大学睡眠医学教研室

殷敏，副教授.Email：yinoto@njmu.edu.cn