睡眠障碍对不育影响的研究进展

李凤蕊 李 炜

河北北方学院药学系，河北省神经药理学重点实验室，张家口，075000，中国

男性不育（male infertility，MIF）是指夫妻在没有用避孕措施同居，同居时间为两年以上没有出现过生育现象，不能生育是男性原因导致的［1］。引起男性不育的因素［2-3］常见的有以下几种：①睾丸异常；②睾丸后天损伤；③生殖器官感染；④染色体异常；⑤精神因素；⑥供血障碍；⑦毒品影响；⑦药物影响；⑨重力影响；⑩环境因素等。众所周知，睡眠对健康起着至关重要的作用。大量的研究表明，睡眠不良与健康状况恶化相关［4］。美国睡眠医学学会和睡眠研究协会建议，成年人的最佳健康状态需要7～9 小时的睡眠［5］。然而，很大一部分美国成年人未能达到这7 小时的最低要求［6］。睡眠障碍（sleep disorders）是由于各种原因引发的睡眠觉醒的节律紊乱，引起睡眠异常，睡眠中行为异常所造成的临床综合征。睡眠障碍的患者会出现全身乏力，容易疲倦，头晕，精神不佳等，对患者的生活能力和社会能力产生严重的影响。睡眠剥夺（sleep deprivation，SD）是指不让人正常节律的睡觉，睡眠的部分或全部缺失。丧失睡眠，机体内各系统会失去平衡，长期睡眠被剥夺往往可能出现精神分裂症样的症状，严重的可导致死亡。在动物实验中，人们常用被动的睡眠剥夺来模拟研究睡眠障碍对机体的影响，失眠、行为性睡眠不足综合征、阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（obstructive sleep apnea syndrome，OSAS）等是较常见的睡眠障碍［7］。科技进步，生活节奏加快，人们工作压力日益加剧，很多人都患有不同程度的睡眠障碍，影响睡眠障碍的因素［8-9］有以下几点：①心理因素，如心情烦躁、坐立不安、忧虑等，在入睡前发生过度兴奋和悲伤，也会影响睡眠；②药物与饮食，人长期服用安眠药时会引发睡眠障碍，食用过多具有兴奋性和刺激性的食物，也会导致失眠；③环境因素，如对环境适应差的人，一些不良因素和换环境，都会导致他们失眠；④各种疾病的影响，如高血压、心血管疾病、血糖调节紊乱、焦虑症、抑郁症、神经症等，以及其它引起不适的各种躯体疾病都会影响睡眠，甚至导致睡眠障碍。

1 睡眠障碍对精子和性激素水平的影响

失眠、阻塞性睡眠呼吸暂停、轮班工作等导致的睡眠障碍会导致雄性小鼠精子数量和质量下降，也会使男性睾酮水平下降，因此，睡眠障碍可能是导致男性不育的一种重要原因，值得关注。

1.1 睡眠剥夺对动物精子数量和质量的影响

睡眠限制或睡眠剥夺是否对人的睾丸功能和精子发生有直接影响还有待研究，一项对大鼠的研究评估了睡眠剥夺和快速动眼睡眠剥夺对雄性大鼠精子各项参数和睾丸特异性基因表达的影响［10］。与对照组大鼠相比，快速动眼睡眠剥夺组大鼠和睡眠剥夺组大鼠的精子存活率较低，具有快速进行性运动的精子数量明显较少。在睾丸基因表达方面，与对照组相比，快速动眼睡眠剥夺和睡眠剥夺组大鼠均导致诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthetase，iNOS）表达增加。iNOS 是一种导致氧化应激的有效自由基。一项类似的睡眠剥夺实验研究［11］，将大鼠分为3 组：对照组，睡眠剥夺4 天组，睡眠剥夺7 天组，睡眠剥夺采用改良的多平台方法。对三组大鼠的精子质量（精子运动参数和精子计数）、激素水平（皮质酮和睾酮）进行评估和比较。与对照组相比，睡眠剥夺7 天组精子活力显著降低（P=0.018）。然而，其他精子运动参数以及睾丸和附睾尾部精子数在三组间均无显著差异。与对照组相比，睡眠剥夺4 天组（P=0.033）和睡眠剥夺7 天组（P=0.002）皮质酮水平显著升高，而睡眠剥夺4 天组和睡眠剥夺7天组睾酮水平显著降低，表明睡眠剥夺可能会对大鼠的雄性生殖系统产生不利影响。周东升等［12］进行睡眠剥夺研究，将48 只健康雄性小鼠随机分为四组，除对照组不对小鼠进项干扰，其他三组小鼠进行睡眠剥夺的时间分别为24、48、72 小时，对这三组小鼠进行拍打鼠笼，让其保持清醒，导致睡眠剥夺。并对精子存活率、附睾尾精子计数、精子畸变率等进行测定研究。精子存活率测定结果显示：24 小时组略高于对照组，48 小时组和72 小时组与对照组相比明显降低。精子活力可分为四个等级ABCD，这四个等级的精子活力依次降低，精子活力测定结果显示：24 小时组A 级精子略高于对照组，其他两组A 级精子与对照组相比降低；B 级精子与对照组相比随着睡眠剥夺时间的增加而降低，C 级精子与对照组相比随着睡眠剥夺时间的增加而缓慢上升，D 级精子与对照组相比随着睡眠剥夺时间的增加而显著上升。附睾尾精子计数测定结果显示：与对照组相比，随着睡眠剥夺时间的增加精子数量显著降低。精子畸变率测定结果显示：与对照组相比，随着睡眠剥夺时间的增加而显著上升。睡眠剥夺对精子存活率、附睾尾精子计数、精子畸变率都产生了影响，从而引起不育。蒋超等［13］对睡眠剥夺进行研究，对雄性小鼠进行72 小时睡眠剥夺，精子活力也分为ABCD 四个等级，实验结果这四个等级的精子存活率和总存活率都降低，并且畸形率升高。另一项对雄性小鼠进行36 小时睡眠剥夺的研究表明，精子存活率也明显下降，精子畸变率明显 升高［14］。

1.2 睡眠障碍对男性睾酮水平的影响

在一项研究中，睡眠剥夺被证明可以改变性腺激素水平，在10 名健康男性志愿者中，受到连续1 周睡眠剥夺（每晚5 小时睡眠），他们的睾酮水平明显下降［15］。在另一项针对15 名健康男性的研究中发现，限制前半夜睡眠（22：30～03：30）5 小时，睾酮浓度显著降低。与之形成对比的是，限制后半夜睡眠（02：45～07：00）4 小时内的受试者，他们的睾酮浓度水平没有显著变化［16］。人们对睡眠剥夺后激素分泌的影响也进行了研究［17-19］。高正洪［20］对首发男性抑郁症患者研究，患者因抑郁症引起睡眠障碍，时间从2016 年到2017 年，研究对象分为两组，研究组为首发男性抑郁症70 人，对照组为正常男性75 人，患病组年龄19～44 岁，这些人的平均年龄为（30.1±3.6），正常组年龄19～49 岁，这些人的平均年龄（29.8±3.2），对研究对象进行激素测定，在早上空腹的状态下进行抽取静脉血，进行每分钟3 000 转，离心15 分钟，分离血清，用放射免疫法对血清中的激素进行检测。实验结果表明，正常男性睾酮水平比患病者的高，患病者体内的性激素发生改变，严重影响其性功能，引起不育。

2 睡眠障碍影响男性不育的潜在机制

2.1 缺氧和氧化应激

大量精子DNA 断裂被认为是男性不育的重要原因，并且是一个强有力的预测因素，而氧化应激被认为是一个重要的促成因素。OSAS 是属于呼吸相关的睡眠障碍，反复阻塞性呼吸暂停会导致重复性夜间缺氧与氧化应激水平有关，OSAS 出现氧化应激的证据包括：①白细胞释放超氧化物增加；②一氧化氮生物利用度降低；③机体抗氧化能力降低；④脂质、蛋白质和DNA 等生物分子氧化增强［21］。因此，从生物学角度看，除了缺氧可能介导精子DNA 损伤，OSAS 可能对精子质量和生育潜力有直接影响。OSAS 对精子质量的影响可能是除了已知的肥胖对氧化失衡和精子DNA 断裂的影响之外又一个独立的因素。

2.1.1 缺氧和睡眠剥夺对动物生育能力的影响

有研究［22］验证了这个假设，将雄性小鼠暴露于模仿OSAS 的慢性间歇性缺氧环境下，小鼠的雄性生殖能力降低。在这项对照研究中，实验组小鼠接受周期性缺氧（5%氧气，缺氧状态20 秒，然后40 秒给予正常室内空气）；对照组小鼠持续给予正常氧。然后，这些小鼠进行了一项聚集实验，量化怀孕雌性小鼠的数量和胎儿总数，以确定其生育能力。雄性小鼠安乐死后，采用逆转录聚合酶链式反应检测，测定抗超氧化物歧化酶-1和谷胱甘肽过氧化物酶-1 的表达，评估两组睾丸组织内的氧化应激水平。研究发现，实验组两种酶的表达显著降低三分之一以上。利用综合精液分析系统测定精子活动率，实验结果表明，实验组的精子活动率较对照组明显降低。此外，与对照组相比，实验组的生育力显著降低，这表现在每次交配的怀孕雌性数量减少，每次交配的胎儿数量减少。另有大鼠的实验研究表明，慢性低压缺氧会促进生长周期各个阶段的细胞凋亡，在睾丸组织内诱导局部出现氧化应激状态，伴随着睾丸形态的改变和生精细胞的丢失［23］。进而导致精子产生的减少和DNA 的损伤，而导致生育能力的改变。蒋超等［13］对睡眠剥夺进行研究，将24 只健康雄性小鼠随机分为对照组和实验组，对小鼠进行睡眠剥夺72 h，测定脂质过氧化产物丙二醛、还原型谷胱甘肽、超氧化物歧化酶。测定结果显示：脂质过氧化产物丙二醛、还原型谷胱甘肽两者的含量升高，超氧化物歧化酶含量下降，机体的抗氧化酶和抗氧化能力降低，对雄性生殖功能造成损伤。

2.1.2 高海拔缺氧对人精子数量和质量的影响

目前来看，缺氧对精子质量的影响只在人类暴露于高海拔（低压缺氧）的环境中进行过研究。一些研究表明，慢性低压缺氧会导致不适应个体可逆性生育障碍［24-26］。在近几年的一项研究中［25］，研究对象为六名健康的男性登山者，首先在海平面的正常氧气条件下对六名健康的男性登山者的精液参数进行了评估，随后研究对象进行了26 天的登山活动（海拔2 000 至5 600 米），之后再返回海平面，并再次进行精液分析。研究发现，研究对象在远征归来后即刻和1 个月后，射精中的精子数量、异常或未成熟精子的百分比，以及活动精子的总数均显著降低。在远征归来6 个月后，研究对象前述3 个参数的水平恢复到正常水平。在返回后1 个月，观察到精子活力下降，在返回后6 个月，精子的运动能力已经恢复到了暴露于高原缺氧前的水平。另一项对7 名男性登山者的研究发现［27］，即使是短期（5天）暴露于高原缺氧，精子的运动能力也会显著降低。有人假设，除了缺氧对精子产生的直接影响外，精子在通过附睾成熟并获得运动能力的过程中也可能容易受到缺氧的影响。当然，在高原所经历的缺氧模式与在OSAS 中观察到的有所不同。此外，在海拔高度增加时，缺氧通气驱动可能会导致周期性呼吸和中枢性睡眠呼吸暂停［28］。所以高原缺氧可以用来模仿OSAS 的慢性间歇性缺氧，都会影响精子生成、精子活力、数量，从而导致不育。

2.2 炎症与促炎细胞因子

一些研究表明，促炎细胞因子水平的升高对精子的生成、精子质量和生育能力有不利影响［29-30］。越来越多的证据表明，在某些情况下，睡眠障碍可能诱发炎症的发生。例如，OSAS 与炎症标志物如白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和C-反应蛋白的升高有关［31-32］。在人类和动物的实验研究中，睡眠限制也与这些炎症标志物的升高有关［33-35］。

2.2.1 睡眠剥夺对大鼠炎症因子和代谢相关因素的影响

人类长期的睡眠剥夺会导致代谢异常，包括葡萄糖稳态控制的改变、体重和心血管疾病患病风险的增加。有一项关于长期睡眠剥夺对大鼠能量平衡参数（摄食量和体重）、血浆瘦素水平及其下丘脑受体、腹膜后脂肪组织免疫系统介质的影响。将34 只Wistar 大鼠随机分为对照组和睡眠剥夺组，后者在下方蓄水的狭窄的平台上每天停留18 小时（16：00～10：00），共21 天。在睡眠剥夺期间，从睡眠剥夺箱拿出大鼠，每天测量大鼠体重，评估食物摄入量。21 天后，断头处死大鼠，取腹膜后脂肪组织进行形态学和免疫功能测定，并检测骨骼肌胰岛素受体底物1（insulin receptor substrate-1，IRS-1）的表达。另一组动物被用来评估血糖清除率。睡眠剥夺组的大鼠，腹膜后脂肪组织质量、血浆瘦素水平和下丘脑瘦素受体均显著降低（P＜0.001），腹膜后脂肪组织中TNF-α和IL-6 水平均高于对照组大鼠（P＜0.01）。睡眠剥夺组大鼠的葡萄糖清除率和IRS-1表达也明显低于对照组大鼠（P＜0.01）。结果表明，平台法21 天的睡眠剥夺诱导了代谢综合征（metabolic syndrome，MS）相关的改变，MS 的改变可能是腹膜后脂肪组织的炎症导致，而促炎细胞因子水平的增加对精子发生、精子质量和生育能力有不利影响，导致生育能力受损［34］。

2.2.2 MS 和OSAS 患者促炎细胞因子对不育的影响

在MS 及其与OSAS 密切相关的背景下，一项研究发现［36］，与对照组相比，患有MS 的男性受试者血清和精液中促炎细胞因子IL-6、IL-8、TNF-α和IL-1β的浓度均升高。这些升高与生育能力的显著损害有关，包括射精量、精子浓度和精子的运动能力的降低，以及精子DNA碎片化指数（DNA fragmentation index，DFI）的升高。在没有明确的感染或局部炎症原因的情况下，精液中促炎细胞因子浓度增加。由此推测，血清中炎症因子浓度增加，血清中的促炎细胞因子进入生殖道，导致精液中炎症细胞因子增加。在本研究观察到的MS、炎症标志物和精子质量之间的关联，实际上可能反映了睡眠障碍（OSAS 或慢性睡眠剥夺）和炎症反应对局部睾丸微环境的影响，导致生育能力受损。这些都证实男性不育症与慢性全身炎症的标志物有关。另一项研究的目的是探讨男性不育症与低度炎症的关系［37］，进而探讨男性不育症和综合不孕症（包括女性和夫妇不孕症）的终生患病率。研究对象他们曾在2009～2011年参与哥本哈根老龄化和中年生物库的数据收集。将从问卷获得信息，分为两组，男性不育症组和综合不孕症组，低度炎症的评估指标包括人群中血浆C-反应蛋白、TNF-α和 IL-6 的水平升高。与综合不孕症组相比，患有男性不育症组的男性的IL-6 水平明显更高，另外两种炎症标志物未发现水平升高。男性不育症和综合不孕症的终生患病率分别为10.2%和17.9%。研究结果表明，IL-6 水平升高与男性不育症有关。

2.3 昼夜节律紊乱

地球上大部分的生物是按照昼夜节律生活方式，当昼夜节律被打乱后，觉醒-睡眠周期紊乱，造成褪黑素分泌异常，可能是导致男性不育的一种病理机制。

2.3.1 昼夜节律紊乱损害了动物模型的生殖健康

有一项研究显示［38］，食物的不定时（人类轮班工作的一个常见破坏性特征），会降低小鼠的繁殖成功率。在这两个实验中，将雄性和雌性小鼠，按照限制的喂养计划，一组在光照下进食，另一组在黑暗中进食。在实验一中，对限食小鼠进行了18 周的产仔监测。在光照下进食组的雌性小鼠，第一窝产仔时间明显推迟，总繁殖量显著减少38%。实验二监测了发情周期3 周，轻度喂养的雌性产仔较少，降低了繁殖能力。

2.3.2 昼夜节律紊乱对男性褪黑素水平的影响

褪黑素是一种重要的昼夜节律激素，褪黑素是松果体分泌的一种吲哚胺，被认为是一种强大的自由基清除剂和广谱抗氧化剂。在一项研究中［39］，探讨无精子症（n=37），畸形精子症（n=29）和正常生育男性（n=37）精浆中氧化蛋白损伤的标志物—高级氧化蛋白产物（advanced oxidation protein products，AOPP）和总抗氧化能力（total antioxidant capacity，TAC）与褪黑素水平的关系。用放射免疫法测定褪黑素浓度，用分光光度法测定AOPP 水平和TAC 效率（用FRAP 测定），无精子症和畸形精子症患者血清褪黑素和AOPP 水平与正常生育男性的比较，差异有显著性，且呈负相关（r=-0.33，P=0.0016）。无精症患者血清TAC 水平明显高于畸形精子症患者（P=0.0022）和对照组（P=0.00016）。无精症患者血清AOPP 浓度也显著高于畸形精子症患者（P=0.00029）。褪黑激素水平的降低与AOPP 的升高一起改变了射精中的氧化-抗氧化平衡，从而影响了生育能力。因此，褪黑激素和AOPP 水平可作为精液质量和男性生殖潜能的附加诊断标志物。许多关于睡眠与生育和生殖健康相关的昼夜节律紊乱之间关系的研究都集中在轮班工人身上。轮班工作总是有问题的，涉及到夜间工作。轮班工作会导致睡眠中断和外部强光暗循环与内源性昼夜节律系统之间的失调。有人认为轮班工作会损害精子发生，Helaly 等［40］在对522 名男性的研究，从事轮班工作的男性有更高的不孕几率。

3 干预手段

3.1 褪黑素

在昼夜节律紊乱机制中，可以看出褪黑素水平的变化与男性不育有关，所以补充褪黑素可用于男性不育和共存的睡眠障碍，以改善精子质量。事实上，在生殖医学领域，人们越来越关注补充褪黑素作为辅助治疗男性不明原因不孕症的潜在作用。一项对从生育诊所招募的30 名不育男性进行的研究表明［41］，这可能是一种有效的手段。每晚服用6 毫克褪黑素90 天后，在随后的体外受精周期中，观察到患者精子的DNA 断裂率显著降低，胚胎质量得到改善。此外，男性尿液和精液中的总抗氧化能力也都有所增加。

3.2 失眠认知行为疗法

睡眠不良的男性在没有解决潜在的睡眠问题的情况下，对这些药物干预的反应也没有相似程度的改善。虽然科技可能正在侵蚀睡眠习惯，但或许它也可以成为改善睡眠的一种手段。一些开发人员开发了面向患者的智能手机应用程序，为失眠患者提供失眠认知行 为疗法（cognitive behavioral therapy for insomnia，CBT-I）［42］。CBT-I 是治疗失眠和睡眠不良最有效的方法之一。利用创新技术将这种干预措施带到患者家中，对于男性不育的患者，也可以使用这种方法，改善了睡眠障碍对不育的影响，可能会拓宽CBT-I 的应用范围，并可能成为研究人员寻求上述疾病潜在治疗的一个有趣途径。

3.3 辅助生殖技术

随着男性不育的上升，医学和科学技术都在快速的发展，辅助生殖技术用于临床治疗。有一项研究表明［43］，用辅助技术中的体外受精/卵泡浆内单精子纤维注射用于治疗男性不育，体外受精/卵泡浆内单精子纤维注射有助于患者提高精子的质量，对生育能力产生良好效果，研究对象为80 名男性不育患者，他们年龄一般为25～38 岁，不育的时间为1～10 年，将所有研究对象都进行体外受精/卵泡浆内单精子纤维注射辅助生殖技术治疗，研究结果表明，精子质量、受精率和临床妊娠率都有了明显的提高。

3.4 疏肝益阳胶囊联合持续正压通气治疗

有一项对OSAS 合并勃起功能障碍（erectile dysfunction，ED）的研究［44］，勃起功能障碍是引起男性不育的一种原因，疏肝益阳胶囊是根据治疗ED 研究的一种中药制剂。持续正压通气治疗（continuous positive airway pressure，CPAP）是一种用于治疗OSAS有效的办法，将收治的OSAS 合并ED 的350 名患者，分为三组，疏肝益阳胶囊组，CPAP 组，疏肝益阳胶囊联合CPAP 组，进行4 周的治疗，实验结果表明，按治疗的有效率比较：疏肝益阳胶囊联合CPAP 组＞疏肝益阳胶囊组＞CPAP 组，所以疏肝益阳胶囊联合CPAP 治疗OSAS 合并ED，最大程度的改善了病情。

研究表明，所有年龄段的男性不育都受睡眠质量、时间和持续时间的影响。人类和动物模型清楚地表明，睡眠障碍与男性不育之间存在潜在的关系，药物或非药物干预手段还需深入研究。现在国内研究睡眠障碍对不育影响还不是很多，希望在未来的研究中，对睡眠障碍与不育关系进行更深入的研究，并深刻阐述相关的作用机制，为进一步研发有效的治疗药物提供理论依据，为人类的生命健康和幸福做出更好的贡献。