在載人航天飛行中，航天員面臨密閉隔離、單調(diào)重復(fù)和高警戒度工作負(fù)荷等特殊因素，可出現(xiàn)睡眠障礙等問題，影響工作績(jī)效，甚至危及身心健康和飛行安全。現(xiàn)在有哪些方法可以防護(hù)航天飛行中的睡眠問題呢？

1. 改善睡眠環(huán)境

給航天員在航天器艙段創(chuàng)造一個(gè)好的睡眠環(huán)境，有助于保證滿足乘組績(jī)效和健康需求的睡眠質(zhì)量和睡眠時(shí)間。與短期航天飛機(jī)飛行睡眠環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)陋相比，國(guó)際空間站一直在對(duì)乘員睡眠環(huán)境的溫度、噪聲、風(fēng)速、二氧化碳水平等條件以及為了防止航天員在睡眠時(shí)漂浮的限制約束裝置進(jìn)行改善，并設(shè)置了私密的睡眠區(qū)，可以將乘員彼此打擾的情況降到最低。這方面依然有改進(jìn)的空間，需要進(jìn)一步努力。

2. 設(shè)計(jì)合理的在軌作息時(shí)間表

每次飛行任務(wù)前，可根據(jù)發(fā)射和著陸時(shí)間、乘員人數(shù)、時(shí)間關(guān)鍵性事件、載荷需要、任務(wù)目的和值班方式等制定詳細(xì)的在軌作息時(shí)間表。NASA乘員工作手冊(cè)建議航天員每天在軌睡眠8h，最低不少于6h；在值班輪休情況下，第2天休息時(shí)間較前一天最多提前1.5h。而且，日程表應(yīng)當(dāng)安排出有趣的工作、足夠的休息和娛樂時(shí)間，從而避免持續(xù)疲勞。

Stuster等人報(bào)道，國(guó)際空間站上的航天員在飛行中后期更加傾向于采用白天小睡（打盹）的策略來(lái)改善他們的睡眠質(zhì)量。一些地面研究也支持這個(gè)觀點(diǎn)，白天的碎片化睡眠或打盹可能有助于對(duì)抗因?yàn)橐雇硭邥r(shí)間不足造成的績(jī)效下降。但Basner等人觀察分析了火星520天模擬實(shí)驗(yàn)中1名志愿者的情況，認(rèn)為隨意的白天打盹在長(zhǎng)期任務(wù)中可能會(huì)引起生物節(jié)律紊亂，需要小心安排并加以監(jiān)測(cè)。

還有一些地面研究結(jié)果提示，在睡眠限制的前或后提供睡眠延長(zhǎng)可能是有幫助的。Banks等人對(duì)159人進(jìn)行連續(xù)5個(gè)晚上、每個(gè)晚上睡眠4h的實(shí)驗(yàn)，然后給予0-10h不等的恢復(fù)性睡眠，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)行為功能隨著恢復(fù)性睡眠時(shí)間延長(zhǎng)而得到改善，呈現(xiàn)明顯的出量-效關(guān)系。Rupp等人觀察了24人經(jīng)歷1周、每天3h睡眠限制期間的任務(wù)績(jī)效，在此之前給予1周、每天7.1-10h的個(gè)人選擇的充足睡眠，發(fā)現(xiàn)睡眠限制之前提供睡眠延長(zhǎng)雖然沒有改善反應(yīng)時(shí)，但認(rèn)知功能得到了改善。

航天員中心通過研究認(rèn)為，在設(shè)計(jì)在軌作息時(shí)間表時(shí)，可通過不同復(fù)雜度、不同類型操作任務(wù)的合理搭配和時(shí)間安排，一定程度上對(duì)抗睡眠剝奪對(duì)操作績(jī)效的負(fù)性影響。最近，NASA正在研究如何基于個(gè)案對(duì)飛行任務(wù)安排表進(jìn)行調(diào)整，確保航天員擁有足夠的睡眠時(shí)間和效果，同時(shí)開發(fā)一種能夠追蹤行為健康和任務(wù)壓力源的工作安排儀表板，以期做到早期發(fā)現(xiàn)績(jī)效下降和及時(shí)干預(yù)。下一步應(yīng)在實(shí)際飛行任務(wù)中，對(duì)包含上述新措施的作息時(shí)間表進(jìn)行驗(yàn)證和客觀評(píng)估。

3. 藥物干預(yù)

航天飛行中使用最普遍的對(duì)抗睡眠問題的措施是安眠藥。國(guó)外航天員在太空中經(jīng)常使用的促眠藥包括唑吡坦、扎來(lái)普隆、唑吡坦緩釋片、氟西泮等，偶爾使用的催眠藥有替馬西泮，依佐替克，褪黑素，富馬酸喹硫平等。我國(guó)空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)在軌配置的安眠藥有三唑侖、唑吡坦和苯海明，其中苯海拉明還具有治療運(yùn)動(dòng)病的功效。

地面通過大量的輪班作業(yè)人員實(shí)驗(yàn)，證明唑吡坦能夠改善睡眠質(zhì)量、增加睡眠時(shí)間，但可能引起服藥第二天情緒低沉，需要引起注意。與其他催眠藥物不同，褪黑素主要用于調(diào)整生物節(jié)律。一些研究表明，相比于安慰劑，褪黑素可適度改善生物節(jié)律紊亂期間的睡眠效率。

當(dāng)航天員在飛行中需要克服睡意、保持覺醒時(shí)，可使用興奮劑。在阿波羅7號(hào)任務(wù)的記載中，航天員的睡眠情況非常差，出現(xiàn)了在值班期間睡著的現(xiàn)象，以至在值班期間不得不服用5mg安非他明以保持清醒。Whitmire等人通過飛行后的訪談，發(fā)現(xiàn)75%的航天員在軌曾使用過咖啡因或者莫達(dá)菲尼（興奮劑）。我國(guó)空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)中在軌也配置了咖啡因。

Killgore等人比較了咖啡因、莫達(dá)菲尼和右旋安非他明在不同睡眠剝奪實(shí)驗(yàn)中的功效，發(fā)現(xiàn)三種興奮劑與安慰劑比，均能明顯改善績(jī)效?？Х纫蚱鹦r(shí)間最短，但副作用明顯。右旋安非他明起效較慢，且可導(dǎo)致恢復(fù)過程睡眠中斷。而莫達(dá)菲尼未發(fā)現(xiàn)副作用。2017年我國(guó)學(xué)者報(bào)道，一定劑量Ginsenoside Rh1能夠預(yù)防睡眠剝奪引起的小鼠認(rèn)知損傷，其效果與莫達(dá)菲尼相近。這提示中藥中的某些活性成分是潛在的有進(jìn)一步開發(fā)價(jià)值的刺激物。

4. 光療

NASA在1990年的航天飛機(jī)STS-35任務(wù)時(shí)，安排航天員在約翰遜航天中心進(jìn)行飛行前隔離期間，定時(shí)暴露在1萬(wàn)勒克斯的白色強(qiáng)熒光中。這種干預(yù)措施成功調(diào)整了乘員睡眠-覺醒周期所需的褪黑素分泌節(jié)律。隨后的航天飛機(jī)任務(wù)中執(zhí)行了飛行前光療制度。NASA在馬歇爾航天中心的載荷操作控制中心參與值班的地面支持人員中檢驗(yàn)了光療效果。他們將18名支持人員分成實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組按照日程安排接受了1萬(wàn)勒克斯的白色強(qiáng)熒光照射，并避開陽(yáng)光，對(duì)照組不采取任何治療措施，結(jié)果是實(shí)驗(yàn)組擁有更好的睡眠、表現(xiàn)和身心愉悅感。

國(guó)際空間站上的照明設(shè)施已經(jīng)于2016年底，從普通的泛光燈組件，改為固態(tài)照明組件（Solid-State Light Assemblies，SSLA），這是光線療法從地面研究走向太空實(shí)踐檢驗(yàn)邁出的重要一步。SSLA使用了三種不同的LED，一種是由高度轉(zhuǎn)換綠磷光劑產(chǎn)生白光組成的寬帶LED，另一種是發(fā)射窄帶藍(lán)光、發(fā)射峰值為468nm的藍(lán)色LED，還有一種是發(fā)射峰值接近626nm的紅色LED。新的光照系統(tǒng)有三個(gè)設(shè)定，即常規(guī)照明、相移/警覺光照、睡前照明。這三種設(shè)定可以根據(jù)操作任務(wù)需要或乘員偏好，通過調(diào)光器開關(guān)對(duì)每個(gè)設(shè)定的強(qiáng)度進(jìn)行進(jìn)一步控制，來(lái)滿足航天員的視覺需求和作為空間站對(duì)抗睡眠和晝夜節(jié)律紊亂的光療措施。

5. 心理支持

采用恰當(dāng)?shù)男睦碇С只蚋深A(yù)手段，可幫助航天員應(yīng)對(duì)難以入睡和睡眠不好的問題，對(duì)緩解疲勞、促進(jìn)休息和睡眠有良好作用。美、俄等國(guó)從空間站任務(wù)開始，對(duì)航天員進(jìn)行直接或間接的心理支持，包括睡眠認(rèn)知行為干預(yù)等手段，收到了較好效果。在火星500試驗(yàn)前，我們對(duì)中方志愿者進(jìn)行了情緒調(diào)節(jié)技能訓(xùn)練、促進(jìn)睡眠技能訓(xùn)練、休閑時(shí)間管理意識(shí)訓(xùn)練；在試驗(yàn)中，通過自我心理調(diào)適、專業(yè)心理支持，對(duì)志愿者保持積極情緒、應(yīng)對(duì)睡眠問題提供了較大幫助。此外，我們?cè)?/span>72小時(shí)睡眠剝奪研究中發(fā)現(xiàn)，提高自信、積極資源整合等綜合心理干預(yù)措施能有效對(duì)抗睡眠剝奪對(duì)情緒狀態(tài)的負(fù)性影響，緩解操作績(jī)效下降。

6. 乘員選拔訓(xùn)練

由于個(gè)體差異的存在以及人在生理心理方面有著巨大的潛能和可塑性，使得乘員選拔訓(xùn)練可以作為應(yīng)對(duì)航天飛行中睡眠問題的重要舉措。

Rupp等人發(fā)現(xiàn)，完全睡眠剝奪時(shí)PVT績(jī)效和情緒表現(xiàn)較差的受試者也更容易受到睡眠限制的影響。近年研究發(fā)現(xiàn)，某些基因多態(tài)性與睡眠缺失易感性有關(guān)。Groeger等人和Vandewalle等人報(bào)道，與基因型為per3^4/4相比，基因型為per3^5/5 受試者在完全睡眠剝奪過程中完成任務(wù)能力非常差，對(duì)睡眠剝奪和節(jié)律紊亂易感。Goel等人通過實(shí)驗(yàn)分析認(rèn)為，COMT Val158Met（兒茶酚氧位甲基轉(zhuǎn)移酶基因，是兒茶酚胺的主要代謝酶）多態(tài)性可能是預(yù)測(cè)睡眠穩(wěn)態(tài)和生理個(gè)體差異的基因標(biāo)志物。上述研究提示，可通過睡眠剝奪實(shí)驗(yàn)和基因型鑒定來(lái)篩查那些對(duì)睡眠剝奪和節(jié)律紊亂易感的候選者，從而確保在軌執(zhí)行任務(wù)的航天員有更強(qiáng)的環(huán)境和任務(wù)適應(yīng)性。相關(guān)研究仍需進(jìn)一步深入。

我們對(duì)部分航天員實(shí)施了72小時(shí)密閉隔離環(huán)境并睡眠剝奪適應(yīng)性訓(xùn)練，3人一組，期間完成多項(xiàng)測(cè)試、航天模擬操作任務(wù)等。2015年對(duì)我國(guó)6名“蛟龍?zhí)?/span>”載人深潛器潛航員實(shí)施了36小時(shí)密閉隔離環(huán)境并睡眠剝奪適應(yīng)性訓(xùn)練。這些訓(xùn)練收到良好效果，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是受訓(xùn)人員在睡眠剝奪期間的情緒、認(rèn)知和操作績(jī)效表現(xiàn)明顯好于普通健康志愿者，說(shuō)明了嚴(yán)格選拔和訓(xùn)練的作用；二是掌握了每名受訓(xùn)人員在這種特殊環(huán)境下的心理生理反應(yīng)特點(diǎn)，為將來(lái)針對(duì)性心理支持和訓(xùn)練、醫(yī)學(xué)保障提供了依據(jù)；三是受訓(xùn)人員充分體驗(yàn)了在特殊環(huán)境中的反應(yīng)，掌握了應(yīng)對(duì)方法，耐受性得到提高。

7. 中醫(yī)藥等其它措施

我們?cè)讵M小環(huán)境伴睡眠剝奪實(shí)驗(yàn)中，開展了太極拳練習(xí)對(duì)情緒及腦電功率譜的影響研究，發(fā)現(xiàn)太極拳練習(xí)可以改善情緒，引起腦電低頻成份活動(dòng)的降低，提示太極拳練習(xí)對(duì)睡眠剝奪有一定的對(duì)抗作用。中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中經(jīng)常用到的穴位刺激、針灸、按摩，還有經(jīng)顱磁/電刺激以及進(jìn)食有助睡眠或促進(jìn)覺醒的食物等方法，在地面也能起到促進(jìn)睡眠或保持警覺、提高認(rèn)知的作用。這些方法有望通過進(jìn)一步的評(píng)估篩選后，在航天飛行中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用和效果檢驗(yàn)。

總之，睡眠正逐漸成為航天醫(yī)學(xué)一個(gè)新的研究前沿。有關(guān)航天飛行對(duì)睡眠的影響及防護(hù)方法還需要進(jìn)一步研究。這方面取得的成果除了保障航天飛行中航天員的安全、健康和高效工作外，地球上的人們也將從中受益。

編譯自：Bin Wu, Yue Wang, Xiaorui Wu, Dong Liu, Dong Xu, Fei Wang. On-orbit sleep problems of astronauts and countermeasures. Military Medical Research. 2018, 5:17. https://doi.org/10.1186/s40779-018-0165-6