睡眠障碍对生殖系统影响的研究进展

2016-03-10 12:39谢金容程丽霖朱真仪丁之德
国际生殖健康/计划生育杂志 2016年1期
关键词:生殖系统子代性行为

谢金容,程丽霖,朱真仪,丁之德

·综述·

睡眠障碍对生殖系统影响的研究进展

谢金容,程丽霖,朱真仪,丁之德△

【摘要】随着学习、工作压力的增加、生活节奏的加快,睡眠障碍在青少年及中年人群中越发突出,具有很高的发病率,且已严重危害该人群的身心健康。近年来,睡眠障碍对生殖系统的损伤逐渐受到关注,其中包括:性行为、性激素代谢、生殖细胞发生与成熟、妊娠、胚胎发育及子代健康等发生异常,其病理机制可涉及机体的神经内分泌系统、免疫系统及氧化应激反应等。因此,研究睡眠障碍对生殖系统的影响并阐明其病理机制对于该病的预防及临床治疗,尤其是警示人们生活方式的改变均有重要的理论和社会意义。

【关键词】睡眠障碍;男(雄)性生殖系统疾病;女(雌)性生殖系统疾病;妊娠;青少年;中年人

△审校者

(J Int Reprod Health/Fam Plan,2016,35:78-82)

随着工作、生活节奏的日益加快,长期身心疲惫的现代人逐渐呈现亚健康状态,如睡眠障碍(sleep disorders)等。睡眠障碍即睡眠量不正常或睡眠中出现异常行为,包括失眠(insomnia)和异态睡眠(parasomnias)。发生睡眠障碍的诱因有多种,如精神疾病、烟酒和咖啡刺激、疼痛、昼夜节律失调、心理及境遇性原因等。长期睡眠障碍会增加2型糖尿病和心血管疾病的发病风险,并导致肥胖、心理压抑等问题。睡眠缺失的青少年更倾向于发生酗酒、吸烟、自杀等负面行为。近年来,睡眠障碍对生殖系统的影响逐渐引起关注。现从两性性行为、生殖激素、生殖细胞的发育和成熟、妊娠及子代健康等方面综述睡眠障碍导致的生殖系统危害。

1 睡眠障碍对两性性行为的影响

1.1对雄性性行为的影响一项针对34 548例亚洲男性睡眠障碍患者纵向调查的数据显示,睡眠障碍患者较对照组人群患阴茎勃起障碍的风险高2.11 倍[1]。然而,动物实验发现,雄鼠经96 h睡眠剥夺后相比对照组表现出更强的性能力[2]。推测该相反的结果是应激反应和内分泌系统的共同作用,短时间内由应激反应主导,机体表现出更强的性能力,而长时间的睡眠障碍性能力下降则可能是内分泌系统紊乱导致,但该推测还需进一步证实。

1.2对雌性性行为的影响一项针对171例年轻女性为期2周的调查在排除年龄、口服避孕药、性困扰、焦虑、抑郁、月经周期、白天情绪和疲劳等因素后,发现平均睡眠时间较长(大于7 h 22 min)的女性表现出更高频率的性行为及良好的生殖器反应(genital response)[3]。

1.3影响性行为的机制目前睡眠障碍和性行为相关性的阐述主要有两种机制,即性激素失调和心血管病变。睡眠剥夺会引发雌鼠发情期紊乱,主要表现在发情前期性兴奋及交配率高,孕激素和黄体生成激素(luteinizing hormone,LH)升高,而发情期和发情间期却出现低交配率[4]。性激素间平衡协调是正常性反应基础,而睡眠障碍可引起雌激素、孕激素和睾酮之间平衡失调,进而引起性行为异常。

另一方面,睡眠障碍可增加心血管疾病的风险,继而影响生殖器官的血液供应,导致生殖器反应过程异常。此外,还有研究推测睡眠障碍也可能通过炎症介质、肾上腺皮质激素等影响性反应,但该推论尚需进一步证实。

2 睡眠障碍对性激素分泌的影响

2.1对雄性性激素的影响

2.1.1对睾酮分泌的影响动物实验发现,异相睡眠剥夺(paradoxical sleep deprivation)的性成熟雄鼠不仅表现出性功能和精子活力降低,同时还伴有睾酮水平下降[5]。除动物实验外,Andersen等[6]发现,男性在经历24~96 h不等的睡眠剥夺后,血浆中睾酮水平也显著降低。此后,又有多项人体试验也验证了睡眠剥夺与睾酮水平降低的相关性。另有减点攻击反应测试(point subtraction aggression paradigm)显示,睡眠剥夺组男性的攻击性与对照组相比显著下降[7],考虑到睾酮与男性攻击性的正相关性[8],这一试验也间接证明了睡眠剥夺导致睾酮水平下降效应的发生。

2.1.2影响睾酮分泌的机制睾酮的合成与内分泌和应激状态息息相关,睡眠剥夺作为重要的应激原之一,其引发血浆中睾酮水平下降可能是由诱导型一氧化氮合酶(induciblenitricoxidesynthase,iNOS)增加所致。iNOS通过抑制类固醇激素急性合成调节蛋白(steriodogenic acute regulatory protein,stAR)的活性从而抑制睾丸间质细胞合成睾酮[9]。但也有研究认为,睡眠剥夺对睾酮水平的影响与5-羟色胺(5-HT)含量的上升相关。在原代培养的睾丸间质细胞中发现,5-HT可通过结合5-HT2受体抑制人绒毛膜促性腺激素(human chorionic gonadotropin,hCG)诱导的睾酮合成[5]。另一可能机制是5-HT与受体结合后模拟睾丸间质细胞中促肾上腺皮质激素释放激素(corticotropin releasing hormone,CRH)的分泌,后者能抑制环磷酸腺苷(cAMP)的产生及后续睾酮的合成。

睾酮的合成分泌调控极为复杂,但可确认的是,睾酮水平呈昼夜节律变化:在入睡时增加,快速动眼睡眠(rapid eye movement sleep,REM sleep)的第一阶段达到顶峰;在觉醒时下降,傍晚时分达到最低点。尽管睾酮水平呈昼夜节律变化,然而,使睾酮水平增高并非昼夜节律本身,而是睡眠。至少3 h的慢波睡眠(slow wave sleep,SWS)才能够引起睾酮含量的上升,此时间还可能随着年龄增高逐渐延长[10]。

2.1.3外源性睾酮对睡眠障碍的治疗效应近年研究发现睾酮水平可反作用于睡眠质量。一项对65岁及以上男性的队列研究显示,睾酮水平相对低的受试者表现出显著的SWS时间减少和夜间觉醒次数增加,这表明睾酮不足会对睡眠产生不利影响。这一发现对睡眠障碍等相关综合征的治疗具有重要的启示,即改善睡眠质量可以通过补充睾酮来实现,但需要注意的是睾酮使用剂量,过多的外源性睾酮会导致类固醇代谢产物大量增加,其可能会对睡眠持续时间和睡眠结构产生一定的危害[11]。

2.2对雌性性激素的影响

2.2.1对LH和卵泡刺激素(follicle -stimulating hormone,FSH)分泌的影响LH水平过高会干扰生殖系统的正常功能。正常情况下,在卵泡早期,睡眠会减少LH脉冲频率,而醒觉和LH脉冲幅度的增加有关。在卵泡中期,LH脉冲的幅度和频率都会减少,睡眠在此阶段发挥的调节功能较弱。在黄体期的中期至后期,LH脉冲幅度呈下降趋势并不再受睡眠的调节。然而,在睡眠剥夺情况下,LH水平会明显上升[12]。

过低或过高水平的FSH均会引起生殖功能的异常。正常情况下,睡眠会使FSH水平降低。部分睡眠剥夺不会使FSH水平发生变化,但昼夜节律障碍会使FSH水平升高[12]。

2.2.2对孕酮和雌激素分泌的影响一般情况下,睡眠会使孕酮水平升高,而异常低水平的孕酮除了与生殖功能障碍有关外,还对睡眠产生一定的负作用,可能与睡眠呼吸紊乱的增加有关[12]。然而,睡眠对孕酮的影响目前尚未完全明确,可能还受到女性月经周期变化的影响,如有研究结果显示,孕酮水平变化越大,睡眠变得越碎片化。该研究认为从卵泡期到黄体中期孕酮含量显著增高可能与醒觉有关[13]。此外,还有实验进一步证实,黄体期的REM睡眠时长较卵泡期明显缩短[14]。

另一方面,睡眠障碍与雌激素分泌也呈现一定的相关性。研究发现在正常生理状态下,睡眠规律的年轻女性(平均睡眠7.7 h)其雌二醇(E2)平均水平比睡眠不规律的年轻女性(平均睡眠7 h)低60%[15]。动物实验发现,当E2水平较高即发情期时,成年雌性大鼠的REM睡眠时长明显减少[16]。然而,也有实验指出,长时间予以成年雌性大鼠光照刺激时(10~14 d),并给予低剂量的E2也可造成REM睡眠时长减少[17]。此外,研究发现E2对非快速动眼(non-rapid eye movements)睡眠也有一定的抑制作用,但明显减弱于其对REM睡眠的抑制作用[17]。

2.2.3影响雌性性激素分泌的机制人体内的褪黑素(melatonin)水平与睡眠的调控关系密切。昼夜节律障碍的女性患者其体内褪黑素水平降低,但FSH、LH及E2水平均增高[12,18]。实验证明,褪黑素在卵泡期通过调控下丘脑促性腺激素释放激素(gonadotropin-releasing hormone,GnRH)作用于垂体远侧部嗜碱性细胞以提升FSH和LH水平,而FSH可刺激卵巢内卵泡成熟,并促使卵泡内膜细胞和颗粒层细胞合成和分泌雌激素,最终使雌激素水平升高[12]。另外,该实验也指出褪黑素对生殖激素的影响还依赖于月经周期的变化[12]。

3 睡眠障碍对生殖细胞发育的影响

3.1对精子发生的影响Jensen等[19]以Karolinska睡眠问卷(the Karolinska Sleep Questionnaire)的方式对953名丹麦年轻健康男性进行睡眠障碍状态评估并采集精液进行检查,结果显示睡眠严重障碍的男性其精子浓度、精子总数、正常形态精子的百分比、活动精子百分比以及睾丸的体积均有所下降,但精液量无改变。睡眠障碍可能通过以下几种途径影响生精细胞发育过程。

3.1.1性激素代谢及平衡紊乱下丘脑的GnRH调节垂体合成和分泌LH和FSH,其中LH刺激间质细胞分泌睾酮,而睾酮对GnRH和LH有负反馈调节作用;FSH作用于支持细胞合成雄激素结合蛋白(androgen binding protein),该蛋白与雄激素结合,促进精子发生[20]。研究显示睡眠障碍可导致睾酮明显下降,主要是可能影响下丘脑-垂体-性腺轴的激素合成与分泌,最终引起精子发生障碍。

3.1.2免疫系统调节功能失调史波等[21]和Malcher 等[22]研究发现,睡眠障碍可引起白细胞介素6(IL-6)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)的上升,并导致精子活力的下降,进而引发免疫性男性不育。此相关性同样被一项对15名健康男性进行睡眠剥夺的试验所证实[23]。而后对动物进行的96 h睡眠剥夺实验也得到了相同的结论[24],但IL-6和TNF-α含量升高与精子质量损害直接的相关性还需进一步论证。

3.1.3信号通路分子表达异常iNOS广泛存在于睾丸Sertoli细胞、间质细胞和生殖细胞中[25],该酶可参与合成高浓度的一氧化氮(NO)。适宜的NO浓度可促进男性阴茎勃起,且在精子发生和Sertoli细胞及生殖细胞的凋亡中起重要作用,但NO浓度过高时就会产生毒性作用。对性成熟雄性大鼠进行96 h的睡眠剥夺并检测NO信号通路相关基因发现,睡眠剥夺可引起iNOS基因表达异常增加[24],这说明睡眠障碍可通过NO信号通路基因的异常表达促进Sertoli细胞和生殖细胞的损伤和凋亡。

3.1.4机体应激反应程度强化当机体进入睡眠状态时,体内糖皮质激素的产生受到抑制。反之,睡眠障碍则会引发机体应激反应,表现出高浓度的糖皮质激素。糖皮质激素可抑制热休克蛋白DNAJC4 [DnaJ heart shock protein family(Hsp40)member C4]的表达,HSP40(DNAJ)作为伴侣蛋白可辅助功能蛋白的正确组装与折叠,并与HSP70共同作用裂解三磷酸腺苷(ATP),因此推测HSP40的减少可能会阻碍精子发生过程中相关重要蛋白的形成及能量的供应,导致精子畸形和弱精症的发生。同时,糖皮质激素还会抑制精子的Ca2+通道CATSPER1(Cation channel of sperm 1)mRNA的表达[26]。CATSPER1是胞外Ca2+内流的重要通道,通过敲除雄鼠CATSPER基因发现其精子会失去超激活运动(hyperactivated motility)能力,无法穿越卵子透明带完成受精。人体试验发现上游精子(swim up selected sperm)的CATSPER1表达比未选中的精子(unselected sperm)明显增高;弱精子症患者精子CATSPER的表达比正常组减少,精子前向运动与CATSPER蛋白的表达呈正相关[27]。因此,糖皮质激素抑制CATSPER1的表达将会影响精子的前向动力。

3.2对卵细胞发育的影响虽然目前没有直接的实验结果显示睡眠障碍对卵子质量的影响,但Banerjee等[28]在研究IL-6和雌鼠卵母细胞的纺锤体相关关系时发现,高浓度的IL-6会影响卵母细胞减数分裂中期纺锤体的形成,干扰染色体的排列,导致卵母细胞不能正常分裂,影响卵子质量。

4 睡眠障碍对妊娠和子代发育的影响

4.1对妊娠的影响睡眠剥夺作为重要的产前压力应激原,可刺激母体产生炎症反应,导致早产和产后抑郁。但由于相关研究的局限,睡眠剥夺与早产及产后抑郁的直接相关性还有待于深入阐明。

此外,实验显示睡眠剥夺与妊娠期糖尿病发病率的上升有关联。妊娠期糖尿病不仅会增加产后2型糖尿病的发病率,同样也是母体并发症和新生儿并发症的危险因素。其机制是睡眠持续时间减少导致糖代谢调节受损、胰岛素抵抗增加,最终导致2型糖尿病[29]。

4.2对胚胎发育的影响孕妇体质量变化与胎儿生长发育状况息息相关。体质量增加量过多,胎儿体质量过高,易发生难产;体质量增长不足,胎儿生长缓慢,易娩出免疫力低下的低体质量儿。人口学队列研究显示,妊娠中期和(或)后期发生的睡眠障碍、月收入低、多次生育、男性胎儿、孕中期每天站立活动时间过多均为妊娠期体质量增长不足的危险因素[30]。

4.3对子代出生后的影响

4.3.1对子代生殖力的影响睡眠障碍不仅会对亲代生殖力产生影响,同样也会导致子代生殖力和性行为发生变化。睡眠剥夺的雌性SD大鼠其雄性子代性行为的积极性降低,但雌性子代却表现出典型的性欲亢进现象;睡眠剥夺的雄性SD大鼠其雄性后代对性行为的积极性和睾酮水平均明显降低,而雌性后代的性感知能力则有所增强[31]。

4.3.2对子代神经系统的影响妊娠期睡眠剥夺,特别是发生在妊娠后期的睡眠剥夺会显著影响新生儿神经系统的发育。实验显示,妊娠期睡眠剥夺组的子代小鼠在高架十字迷宫实验(elevated plus maze)中表现出更多的风险行为(risk-taking behavior)和更强的移动性(mobility)。这一发现也是母体睡眠剥夺造成子代多动症风险率升高的重要证据之一[32]。

4.3.3对子代的致炎作用睡眠剥夺刺激母体产生应激反应,使子代发育环境炎症化。小鼠实验发现,SD母鼠子代大脑海马区中促炎性细胞因子如IL-1β、IL-6、TNF-α含量显著上升;同时,抗炎因子IL-10含量明显下降。另外,通过免疫荧光法还发现子代脑组织中小胶质细胞数量显著增加[33],而过多的小胶质细胞一旦被激活,就会产生大量的细胞因子和细胞毒性物质,从而对神经细胞造成损害,最终引起子代神经元的缺损和神经行为学(neuroethology)的异常。

5 结语

综上所述,睡眠障碍对男女生殖系统及子代健康均有着不可忽视的负面影响,且涉及到机体的神经内分泌系统、免疫系统等,但目前国内关于睡眠障碍对生殖系统影响的研究几乎空白,而国外则主要集中于临床数据的收集与动物实验的初步观察,其机制仍需进一步的探索。因此,研究睡眠障碍对生殖系统的影响并阐明其病理机制对于该病的预防以及临床治疗,尤其是警示人们生活方式的改变均有着重要的理论和社会意义。

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[本文编辑王昕]

Effects of Sleep Disorders on Reproductive System

XIE Jin-rong,CHENG Li-lin,ZHU Zhen-yi,DING Zhi-

de.
Department of Clinical Medicine,Grade 2013(XIE Jin-rong,CHENG Li-lin,ZHU Zhen-yi),Department of Anatomy,Histology and Embryology(DING Zhi-de),School of Medicine,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200025,China
Corresponding author:DING Zhi-de,E-mail:zding@shsmu.edu.cn

【Abstract】The morbidity of sleep disorders (SD) dramatically increased year by year, especially in the young and the middle-aged population, because of the fast-paced life and the increased pressure of study and work. SD extremely affects human physical and psychological health, and reproductive system including sex behavior, synthesis and secretion of reproductive hormones, development and maturation of reproductive cells, pregnancy, embryonic development and offspring′s health, etc. The pathological mechanism of SD is involved in the disorders in neuroendocrine system, immune system and oxidative stress reactions. There are theoretical and social significances to study the effects of SD on the reproductive system, which is to prevent, diagnose and treat the diseases, to elucidate the pathological mechanism, and to warn especially people to change their unhealthy lifestyles.

【Keywords】Sleep disorders;Male urogenital diseases;Female urogenital diseases;Pregnancy;Adolescent;Middleaged

基金项目:上海交通大学医学院第九期大学生RBL项目(2015001)

作者单位:200025上海交通大学医学院临床医学系2013级八年制(谢金容,程丽霖,朱真仪),解剖学与组织胚胎学系(丁之德)

通信作者:丁之德,E-mail:zding@shsmu.edu.cn

收稿日期:(2015-08-24)

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