儿童非快速动眼睡眠相脑血流动力学改变

彭炳蔚 李嘉铃 梁秀琼 郑志英 麦坚凝

·临床研究·

儿童非快速动眼睡眠相脑血流动力学改变

彭炳蔚 李嘉铃 梁秀琼 郑志英 麦坚凝

目的 探讨正常健康儿童在睡眠剥夺后自然睡眠期间非快速动眼睡眠(NREM相)的血流动力学的动态演变，了解NREM睡眠周期的神经血管偶联，有助于对睡眠的生理机制的进一步理解。方法 2015年1月至2015年3月在我院保健的5～14岁健康正常儿童，无神经系统及神经心理疾患，智力正常，入组标准：1)清醒期经颅多普勒(TCD) 检查为正常频谱，且血流速度双侧对称，2)配合检查，3)脑电图(EEG)为同年龄组正常范围，4)TCD显示双侧血流速度对称，排除标准：1)颞窗不良，2)频谱异常的颅内动脉狭窄，3)家庭成员有偏头痛史，4)神经心理疾患：如注意缺陷多动障碍(ADHD)、抽动、抑郁、焦虑等行为异常。5)神经系统疾病：癫痫、脑炎、精神运动发育迟缓、偏头痛等。6)可能影响血流动力学的其它疾病：如颈椎病等。所有儿童为剥夺睡眠自然入睡，检查前一天晚上根据患儿年龄予以不同时间的剥夺睡眠。清醒期脑电图均为安静闭眼描记，睡眠NREM分期判断：I期：阵发θ节律，顶尖波；II期：睡眠纺锤、K-综合波，III期：2 Hz以下δ波占20%～50%，少量睡眠纺锤，IV期：2 Hz以下δ波占50%以上。I/II期为浅睡期，III/IV期为深睡期。在儿童从清醒至睡眠的过程中，利用TCD监测大脑中动脉/大脑前动脉/大脑后动脉的血流动力学改变。清醒期、浅睡(I/II)期、深睡(III/IV)期、唤醒期每期以获得MCA、ACA、PCA每条颅内血管稳定的TCD频谱达30 s，最终取Vs，Vd，PI，RI的30 s的平均测量值进行数据分析。唤醒阶段由于时间短暂，仅记录MCA的参数变化。应用重复测量资料的多变量分析分析LMCA/LACA/LPCA从清醒至睡眠各期(LMCA含唤醒期)的血流动力参数(Vs，Vd，PI，RI)的变化趋势。组内变异采用多变量的Hotelling T2检验，以P<0.05判为有统计学差异。再应用LSD法进行两两比较。结果 每条血管的各参数值分布与年龄和性别无关。在MCA和PCA，浅睡期收缩期和舒张期血流速度均明显高于清醒期和深睡期，深睡期和唤醒期的PI和RI明显高于浅睡期和清醒期。随脑电图同步的唤醒节律出现，唤醒期的收缩期和舒张期血流速度最低，同时PI/RI升高。而在PCA，除了在深睡期收缩期血流速度减慢外，其它状态下的血流速度和PI、RI均无明显变化。结论 我们研究的新发现证明了TCD能够很好的显示在睡眠期的血管神经藕联，特别对于剥夺睡眠后NREM相的血流变化机制进行了很好的解释，这将促进今后对于发作间期放电下睡眠的生理机制进一步深入研究。

健康儿童；NREM睡眠；TCD；剥夺睡眠的常规脑电图

人的一生中，大约1/3的时间用于睡眠，睡眠对于机体是十分重要的，根据睡眠多导脑电图将睡眠分为两种不同时相，即NREM睡眠相和快速动眼(REM)睡眠相。NREM相一般认为全身代谢减慢，脑血流量减少，大部分区域的神经元活动减少。NREM相被认为促进生长，恢复疲劳，但其确切的生理作用却没有阐明。

脑的功能依赖于足够的血流灌注，因此，神经血管耦联是微观神经元活动实现脑功能的重要环节，神经血管耦联即随着神经元电活动的局灶的有效的，固有的，脑的血管调节机制，主要表现为活性神经元功能改变也导致了脑血流调节的变化。因此，通过对睡眠中神经血管耦联的研究将加深我们对睡眠的生理机制的理解。本研究在正常儿童的脑电图(EEG)记录时，在儿童清醒期和NREM期的不同时期进行经颅多普勒(TCD)检测，获得不同睡眠周期下脑血流动力学参数，了解正常睡眠周期的神经血管偶联。

1 研究方法

1.1 研究对象 2015年1月至2015年3月在我院保健的5～14岁健康正常儿童32例，无神经系统及神经心理疾患，智力正常，入组标准：1)清醒期TCD检查为正常频谱，2)配合检查，3)EEG为同年龄组正常范围，4)TCD显示双侧血流速度对称，排除标准：1)颞窗不良，2)频谱异常的颅内动脉狭窄，3)家庭成员有偏头痛史，4)神经心理疾患：如ADHD、抽动、抑郁、焦虑等行为异常。5)神经系统疾病：癫痫、脑炎、精神运动发育迟缓、偏头痛等。6)可能影响血流动力学的其它疾病：如颈椎病等。

1.2 睡眠脑电记录 所有儿童为剥夺睡眠自然入睡，检查前一天晚上根据患儿年龄予以不同时间的剥夺睡眠。使用Electrocap International电极帽，按国际10-20标准法安放电极。接地导线至于Fpz，双侧耳电极为参考电极，在双眼旁边各放置1个眼动电流图(EOG)电极，EOG的排除标准为50 μv，阻抗水平<5 kΩ。采用美国NicoletOne数字化脑电图仪记录EEG，记录清醒和睡眠期脑电图，总描记时间0.5 h，后予以唤醒。清醒期脑电图均为安静闭眼描记，睡眠NREM分期判断：I期：阵发θ节律，顶尖波；II期：睡眠纺锤、K-综合波，III期：2 Hz以下δ波占20～50%，少量睡眠纺锤，IV期：2 Hz以下δ波占50%以上。I/II期为浅睡期，III/IV期为深睡期。

1.3 TCD检测 采用德国DWL2000彩色经颅多普勒仪，探头频率2 MHz。经双侧颞窗检测大脑中动脉(MCA)、大脑前动脉(ACA)、大脑后动脉(PCA)，记录参数包括收缩峰流速(Vs)，舒张末期流速(Vd)，平均流速(Vm)，搏动指数(PI)和阻力指数(RI)，同时观察血流频谱形态的改变。取样深度MCA为4.8～6.0 cm，ACA为6.0～7.0 cm，PCA为6.0～7.0 cm。在检查前获得儿童清醒时3条血管在双侧血流动力学对称。在儿童从清醒至睡眠的过程中，仅监测左侧颅内血管的血流动力学改变。清醒期、浅睡(I/II)期、深睡(III/IV)期、唤醒期每期以获得左侧MCA、左侧ACA、左侧PCA每条颅内血管稳定的TCD频谱达30 s，最终取Vs，Vd，PI，RI的30 s的平均测量值进行数据分析。唤醒阶段由于时间短暂，仅记录MCA的参数变化。

图1

表1 LMCA/LACA/LPCA在清醒期、浅睡期、深睡期、唤醒期的Vs、Vd、PI、RI的比较

1.4 统计学方法 应用重复测量资料的多变量分析分析LMCA/LACA/LPCA从清醒至睡眠各期(LMCA含唤醒期)的血流动力参数(Vs，Vd，PI，RI)的变化趋势。组内变异采用多变量的Hotelling T2检验，以P<0.05判为有统计学差异。再应用LSD法进行两两比较。

2 结果

2.1 参与检测的共32名健康儿童，年龄5～14岁，获得LMCA清醒期-浅睡期-深睡期-唤醒期有效数据17例，获得LACA及LPCA清醒期-浅睡期-深睡期有效数据12例。

2.2 LMCA/LACA/LPCA的各期血流参数比较：在MCA，浅睡期收缩期和舒张期血流速度均明显高于清醒期和深睡期，唤醒期的收缩期和舒张期血流速度最低，深睡期和唤醒期的PI和RI明显高于浅睡期和清醒期。在ACA，清醒、浅睡、深睡状态下的PI、RI无明显变化，但是浅睡期收缩期和舒张期血流速度均明显高于清醒期和深睡期，而在PCA，3种状态下的血流速度和PI、RI均无明显变化。

8岁健康男孩，从清醒至全NREM睡眠相至唤醒的VEEG记录及同步的LMCA/LACA/LPCA频谱演变。可见I期至II期变化不明显，III期和IV期变化不明显。I/II期MCA及ACA血流较清醒期明显加快，深睡期减慢，而从清醒至浅睡深睡期，PCA血流改变不明显。见图1。LMCA/LACA/LPCA的各期血流参数演变趋势，见图2。

图2 LMCA/LACA/LPCA的各期血流参数演变趋势

3 讨论

睡眠大脑皮质电活动的发现，使得人们可以通过脑电图记录研究睡眠的深度，并且结果准确可靠，可以连续观察自然睡眠的特征。目前国际通用的方法是，将睡眠分为2种不同时相，即NREM睡眠相和REM睡眠相。NREM相一般认为全身代谢减慢，脑血流量减少，大部分区域的神经元活动减少。NREM相被认为促进生长，恢复疲劳，但其确切的生理作用却没有阐明。根据脑电图的特征变化可以分为4期，I期、II期睡眠为浅睡期，容易唤醒，III期、IV为深睡期，不容易被唤醒。其中II期睡眠占至整个NREM期约50%。近来研究表明NREM第II期仅与动作行为有关的记忆有关。

正常人I期睡眠的时间短，平均1～7 min，儿童入睡较快，难以获得完全的I期的TCD频谱数据，同时由于描记时间有限，32例检测者只有17例在30 min内达到III期以上，由于颞窗影响，能够获得ACA和PCA有效数据者更少，而且大多数记录到的为III期的血流变化。不过，在检测中我们发现I期和II期，III期和IV期的血流动力学变化不显著。故在分析数据时，我们将I期和II期统作为浅睡期，III/IV期统作为深睡期。通过清醒-浅睡-深睡期正常儿童脑血流和脑血管调节的研究，由于神经血管藕联的存在，可以间接反映睡眠期大脑神经元活动的状态。

我们的研究发现，与以往的认为不同，在NREM相的浅睡期，脑血流并非减少，而是明显增加，特别是在大脑中动脉和大脑前动脉区，这两条血管供应我们大脑的额、颞、顶的大片区域，说明在早期睡眠时，我们的大部分脑区的神经元活动更加活跃了。因为大脑后动脉在人类主要供应枕叶的血流，主管视觉，常规的睁闭眼试验可以看到大脑后动脉区的血流变化，而我们的儿童从清醒至睡眠均为闭眼描记，减少了视觉刺激的影响，发现睡眠对大脑后动脉区的血流动力学影响不明显，可见睡眠中儿童的神经元活动是有空间分布差异的。

舒张末血流速度是舒张期残存的血流速度，反映远端血管床阻抗，PI=(Vs-Vd)/Vm，RI=(Vs-Vd)/Vs，因此远端血管阻抗增高时，PI、RI增高，本研究还发现MCA的PI在深睡期和唤醒期增高，说明此时远端血管有收缩，导致远端血管阻抗增高，也反应此时大脑动脉远端分布区域的供血减少。其神经元的活动也相应减少，因此脑电图上在唤醒时和深睡期时均显示广泛的δ慢波。在学龄期儿童和成人比较，唤醒期的脑电图变化也更显著，我们的结果也表明唤醒期的血流改变十分突出，也能够解释在不成熟的大脑，唤醒时大脑皮层有更长时间的抑制。

NREM浅睡期即是癫痫放电最容易出现的时期，同时这期人们容易被唤醒，同时唤醒时无睡眠的体验，都说明NREM浅睡期和深睡期的生理意义不尽相同。进入深睡眠，我们的主要的脑血流开始逐渐下降，III期时的水平与清醒期的水平相似，如果继续深入，的确将获得血流减慢10%～20%，表明人真正进入大脑的休息状态，与以往对NREM相的认识相仿。由于神经血管藕联的存在，通过脑血流的检测可以间接推断神经元活动的变化，NREM相浅睡期，脑血流增加，重要脑区的神经元活动意味着增加，看来NREM相浅睡期对于人类认知行为的意义不仅仅只与简单的动作行为记忆有关。一个反证是，在NREM期，有一种现象称为睡眠期癫痫性脑电持续状态，这种异常的神经电活动仅出现在NREM相，而REM期和觉醒期消失，而且从浅睡期一直贯穿NREM全相，同时这类患儿的NREM的分期不清晰，这种异常的放电常使儿童发生广泛性的高级皮质功能的损伤，由此可以推断，NREM相的生理意义远不止目前人类的认识。

以往曾经有一个健康成人正常睡眠周期中血流动力学的研究，研究表明随着睡眠的发生，NREM相各期的大脑中动脉的血流速度均低于清醒期，与我们对儿童的研究结果不同，儿童的睡眠结构和成人是有差别的，脑的成熟度也不同，脑电图的表现也有差别，因此可能儿童睡眠中的血流动力学变化趋势不同于成人。一些NREM中出现的疾病，如ESES等也仅出现在儿童，因此我们猜测，在发育中的大脑，睡眠的生理意义复杂得多。

本研究的限制在于研究的是剥夺睡眠状态下的睡眠周期，而且由于描记时间短，未能评估REM睡眠，今后需要对生理状态下的自然睡眠做长程的血流动力学监测，将会对儿童睡眠的神经血管藕联的研究更加深入。如果要进一步明确睡眠与脑功能的关系，还需要选择一些认知行为障碍的患儿做长程的睡眠TCD监测。不论如何，通过本研究，我们发现了TCD对于睡眠研究中的价值。

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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，广州市妇女儿童医疗中心神经科

麦坚凝，E-mail：gzchmjn@126.com