唾液皮质醇、DHEA-S与α-淀粉酶在轮班医护人员睡眠障碍中的纵向关联：一项探索性研究

本前瞻性研究通过6个月追踪发现，轮班医护人员唾液皮质醇（HPA轴标志物）、α-淀粉酶（sAA，交感神经活性指标）和DHEA-S（应激缓冲激素）的下降与睡眠障碍（PROMIS量表）及睡眠-觉醒障碍指数（SWDI）恶化显著相关（p<0.05）。多变量回归显示皮质醇降低和DHEA-S升高可联合解释69.8%的睡眠扰动变异（调整R2=0.698），提示生物标志物变化可作为轮班工作者睡眠风险分层的潜在依据。

　　

研究背景与意义

轮班工作尤其是轮班制和夜班在医疗保健专业人员中十分普遍，这种工作模式与不规律的排班、昼夜节律系统失调、强制的睡眠/觉醒错位以及生理和情绪困扰加剧密切相关。越来越多的证据强调慢性压力与睡眠之间存在双向关系，这下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴功能紊乱会导致失眠、睡眠效率降低和昼夜节律紊乱。在轮班工作人群中，这些相互作用因夜间光照、社交时差和不规律的行为模式而变得更加复杂。尽管存在这些已知风险，但整合主观和客观睡眠评估与生物压力标志物的纵向研究仍然有限。填补这一空白对于制定有针对性的干预措施以减少高危职业人群的睡眠相关发病率至关重要。

皮质醇反映了HPA轴的活动，并具有昼夜节律；随着时间的推移，早晨皮质醇水平降低可能伴随慢性压力和昼夜节律紧张。唾液α-淀粉酶（sAA）是交感神经-肾上腺髓质激活的无创标志物，与觉醒和睡眠连续性相关。硫酸脱氢表雄酮（DHEA-S）是一种具有抗糖皮质激素和神经保护作用的肾上腺雄激素；较高的DHEA-S或更有利的DHEA-S与皮质醇的平衡被认为是压力恢复力的指标。系统和整合性综述将这些生物标志物与心脏代谢和睡眠相关结果联系起来，这些结果因睡眠时间短或睡眠中断而受到干扰。尽管如此，在医疗保健轮班工作者中，评估个体内生物标志物变化是否追踪数月睡眠恶化的纵向研究仍然很少，这正是本研究要解决的证据空白。

轮班工作者不仅仅只是“睡眠较少”；他们还面临许多重叠且随时间恶化的睡眠问题，包括昼夜节律紊乱、轮班工作睡眠障碍（SWSD）、慢性和持续性失眠、过度日间嗜睡（EDS）以及阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）。轮班工作者中观察到的这些复合健康问题是由人工工作安排与人体进化生物学之间的长期冲突引起的。这个问题超越了“睡眠不佳”；它代表了由持续昼夜节律失调导致的系统性故障。

材料与方法

本研究采用前瞻性观察性设计，招募了52名来自圣母马里兰大学的药学学生、药学技术人员和实习药师。参与者被分为两类：（1）轮班工作者（工作时间包括晚上9点之后或早上6点之前）；（2）常规日班工作者（上午9点至下午5点）。纳入标准包括：（a）在临床环境中工作≥1年；（b）年龄18-60岁；（c）愿意在基线和6个月随访时完成7天睡眠日记并提供唾液样本。排除标准包括怀孕、精神疾病、慢性睡眠障碍状况（如睡眠呼吸暂停、慢性疼痛）、30天内使用皮质类固醇、激素疗法或精神药物，以及已知会影响HPA轴功能的既往4周内长途（≥3个时区）航空旅行。

研究获得了圣母马里兰大学机构审查委员会（IRB）的批准，所有参与者在入组前均签署了书面知情同意书。数据收集分为两个阶段（基线和6个月随访），以观察个体内的生理适应情况，同时最大限度地减少这个高需求 workforce 的损耗。

为了量化累积的昼夜节律压力，构建了一个轮班工作综合评分（范围：4-13），该评分来自四个有序组成部分：班次类型（1=日班，2=轮班/夜班）、班次时长（1=≤8小时，2=8–12小时，3=>12小时）、班次工作任期（1=1–3个月 至 5=>24个月）和每周工时（1=20小时，2=40小时，3=>40小时）。每个元素都反映了先前研究中与工作相关的昼夜节律干扰。该累加评分在不对方序组成部分进行归一化的情况下捕捉了累积的轮班负担。

睡眠评估

参与者在每个时间点连续七天完成NIH共识睡眠日记。这种方法提供了经过验证的为期一周的睡眠模式估计，具有高可靠性（ICC ≥ 0.60）。在每个评估周的第7天，参与者完成了：PROMIS睡眠障碍量表v1.0–SF 8a（睡眠不佳的功能影响）、PROMIS睡眠干扰量表v1.0–SF 8b（入睡/保持睡眠困难）以及轮班工作障碍指数（SWDI）（失眠、日间功能紊乱症状）。日记衍生（自我报告）的指标包括：总睡眠时间（TST）、入睡后觉醒时间（WASO）和睡眠效率（SE%）= TST ÷ 在床时间。本样本中，PROMIS睡眠障碍（0.80）、睡眠干扰（0.70）和SWDI（0.90）的内部一致性表明其良好至优异。计算变化（Δ）分数为：Δ = 随访（时间2）– 基线（时间1）。正的Δ值反映睡眠结果恶化。

唾液生物标志物收集与分析

唾液样本在两个时间点的第7天早上约9:00通过被动流涎法收集。参与者遵循严格的方案：（1）30分钟内禁食/禁饮（水除外）、刷牙、吸烟；（2）12小时内禁酒；（3）记录咖啡因摄入、药物使用和月经周期阶段；（4）收集前无剧烈活动。样本在分析前于-80°C冷冻保存。

使用重复ELISA（Salimetrics, Carlsbad, CA）分析的生物标志物包括：皮质醇（HPA轴标志物）、α-淀粉酶（交感神经活动标志物）、DHEA-S（压力恢复力标志物）。使用CLARIOstar Plus酶标仪（BMG Labtech, Cary, NC）在450 nm波长下读取板子。所有测定的CV值均<10%，表明精密度极佳。计算Δ生物标志物分数（随访?基线）以评估纵向生理变化。

统计分析

使用StatView（Version 5.0.1, SAS Institute）分析数据。通过Shapiro–Wilk检验评估正态性。除基线SWDI和Δ睡眠干扰外，所有变量均满足假设（p > 0.05）。鉴于ANOVA和Pearson相关在试点研究中对轻微非正态性的稳健性，使用了参数方法而未进行转换。

Levene检验证实了方差齐性。事后功效分析（G*Power 3.1）表明检测大 within-subject 效应（f = 0.40, n = 52）的功效>90%。生物标志物相关性（n = 14）对于大效应（r ≥ 0.60）保留了>80%的功效。

重复测量ANOVA评估了主观（PROMIS, SWDI）和日记衍生（TST, SE%）睡眠指标随时间的 within-subject 变化。组间因子为班次类型。

Pearson相关（N = 14）评估了Δ生物标志物与Δ睡眠结果之间的关系。多变量线性回归模型检验了Δ皮质醇和Δ DHEA-S对PROMIS睡眠障碍和干扰分数的独立预测贡献。所有检验均为双尾，p ≤ 0.05视为显著。为解决多重比较可能带来的I类错误膨胀问题，对生物标志物和睡眠结果分析应用了Benjamini–Hochberg FDR校正（α_FDR = 0.05）。

研究结果

社会人口学和睡眠特征

样本包括52名医疗保健专业人员（平均年龄：31.37 ± 9.37岁），女性比例（57%）略高于男性（42.3%）。基线时，各组大致可比。大多数参与者居住在城市地区（84.6%）并拥有学士或博士学位。种族分布多样，平均轮班工作综合评分为8.04 ± 2.74。收入水平各异，最大群体收入超过10万美元（25%）。基线时，平均PROMIS睡眠障碍和睡眠干扰T分数分别为57.25和53.02，表明睡眠相关问题升高。日记衍生的睡眠测量显示平均总睡眠时间约为433分钟（7.2小时），睡眠潜伏期相对较短（21.4分钟），入睡后觉醒时间较低（6.9分钟），表明尽管存在主观障碍，但睡眠连续性的一些方面得以保留。

轮班工作与睡眠结果

组间睡眠结果比较使用按班次类型的重复测量ANOVA；生物标志物-睡眠分析包括所有提供配对唾液样本的参与者（n = 18）。与日班工作者相比，轮班工作者在睡眠障碍方面表现出显著的纵向增加，表现为更高的PROMIS睡眠干扰、PROMIS睡眠障碍分数和SWDI分数。日记衍生的睡眠指标也显示出轮班工作者受损的趋势，特别是总睡眠时间减少和睡眠效率降低。

唾液生物标志物与睡眠的关联

在这项纵向研究中，我们评估了从基线（第一个时间点的第7天）到随访（六个月时间点的第7天）唾液压力生物标志物的变化如何与轮班医疗保健专业人员主观睡眠健康的并发变化相关联。所有Δ值计算为随访减去基线，因此负值表示随时间下降，正值反映增加。

单独皮质醇：唾液皮质醇的变化与PROMIS睡眠干扰分数之间存在显著的负相关，表明随着时间的推移皮质醇降低与自我报告的睡眠干扰加剧相关。PROMIS睡眠障碍分数也观察到类似模式，表明HPA轴下调可能加剧对睡眠质量差的脆弱性。

皮质醇/DHEA-S比率（C/D）：皮质醇与DHEA-S的比率（衡量合成代谢-分解代谢平衡的指标）与睡眠干扰和睡眠障碍的变化呈负相关。这些结果与较低的皮质醇：DHEA-S平衡与较差的睡眠相关的观点一致；无法推断因果关系。

α-淀粉酶：唾液α-淀粉酶（交感神经系统活动标志物）的下降与睡眠-觉醒障碍指数（SWDI）分数的增加显著相关，支持交感神经唤醒减少可能伴随昼夜节律调节恶化的观点。

睡眠领域相关性：PROMIS睡眠干扰和睡眠障碍分数随时间呈正相关，表明多个睡眠维度存在重叠性 disruption。

由于这些相关性来自一个小的生物标志物子样本和两个时间点，它们是探索性的，R2值应谨慎解释。

睡眠障碍的多变量预测因子

为了进一步检验生物和行为因素对睡眠健康的联合影响，进行了多变量线性回归分析。在预测PROMIS睡眠干扰T分数变化的模型中，显著预测因子包括唾液皮质醇和唾液DHEA-S，调整R2为0.698。值得注意的是，较低的皮质醇和较高的DHEA-S水平与睡眠干扰的更大增加独立相关，表明压力反应失调和合成代谢支持减少是促成因素。

在另一个预测PROMIS睡眠障碍T分数变化的单独模型中，唾液皮质醇和DHEA-S均独立相关，与改变的压力系统平衡一致；然而，这些关联并非因果关系的证据（调整R2 = 0.487）。置信区间作为点估计报告以帮助解释，同时认识到该试点分析的探索性质。

为解释多重比较，应用了Benjamini-Hochberg FDR校正。所有显著发现在校正后仍然稳健。

讨论

这项纵向研究探讨了医疗保健专业人员生理压力生物标志物与睡眠结果之间的关系，突出了轮班工作者的脆弱性。值得注意的是，唾液皮质醇、α-淀粉酶和DHEA-S在六个月内的下降与主观和日记衍生的睡眠测量指标恶化显著相关，表明钝化的压力系统输出可能表明非稳态超负荷和新兴的睡眠病理学。

轮班工作与睡眠脆弱性

轮班工作者随时间表现出更大的睡眠障碍，PROMIS和SWDI分数反映了持续的主观干扰。近一半的SWDI分数方差（η2 = 0.45）归因于班次类型，这与先前关于不规则排班增加昼夜节律失调和慢性疲劳的发现一致。这些干扰不仅影响个人福祉，还可能损害临床表现和安全。量身定制的疲劳缓解策略，包括时间疗法和生物标志物监测，对于降低职业健康风险至关重要。

我们考虑了经验/任期作为潜在的调节因素；然而，在这个试点中，任期的单元格太小，无法可靠地建模。值得注意的是，关于持久“适应”的证据是混合的，大型队列/实地研究表明，较长的轮班夜班任期与更差的长期健康相关，并且不建议通过永久夜班来改善睡眠。

个体差异与节律恢复

对轮班相关睡眠干扰的易感性可能因性别和其他特征（例如，时间型、任期）而异，并且在日程改变后存在异质性恢复。除了睡眠卫生，昼夜节律调整策略，包括定时光照和日程规律化，在人口规模数据中与更好的心脏代谢特征相关，并为轮班工作者的节律“恢复”提供了合理的途径。这些考虑表明我们的估计可能掩盖了亚组效应，未来的工作应明确测试这些效应。

早晨皮质醇降低与压力-睡眠干扰

皮质醇的较大下降与睡眠干扰和睡眠障碍恶化显著相关，这与早晨皮质醇水平降低作为对慢性压力和昼夜节律紧张的适应不良反应的观点一致。与其说是反映恢复，皮质醇减少可能表明HPA轴耗竭、生理灵活性减弱和唤醒调节受损。这反映了在倦怠、PTSD和慢性疲劳中看到的模式。

尽管DHEA-S通常被讨论为具有压力缓冲作用，但其与睡眠的经验联系在不同人群、生物样本和分析背景下是异质的。DHEA/DHEA-S可能在短期压力暴露下作为补偿性反应而增加，这在实验和职业研究中均有报道，这可能有助于解释在某些环境下与睡眠干扰的正相关；相比之下，昼夜DHEA节律有时与整体睡眠质量显示出弱或不一致的关系。在我们的试点中，绝对的DHEA-S信号与其与皮质醇的平衡可能捕捉了适应与紧张的不同方面；更大规模的研究应测试非线性和基于比率的模型。

类似地，α-淀粉酶的下降与SWDI分数增加相关，表明钝化的交感神经活动也可能反映压力适应性的减弱。这些发现验证了在检测早期生理失调时同时使用主观量表和客观生物标志物的方法。

对干预设计的启示

这些发现为将生物标志物监测整合到针对睡眠健康的职业健康计划中奠定了基础。未来的干预研究可以评估睡眠卫生、日程稳定性或行为疗法（例如，CBT-I、正念减压）的改善是否与压力生物标志物的正常化和睡眠结果的改善相关。基于证据的CBT-I（睡眠巩固/限制、刺激控制、认知重构、睡眠安排）改善了不同人群的失眠结果，并且适用于轮班工作者和数字交付。同时，昼夜节律日程/光照干预（例如，策略性光照暴露/避免和稳定的轮班）值得与睡眠技能培训一起测试。这些文献推动了针对轮班工作限制的多组分试验。更大规模、多中心试验，结合体动记录仪和皮质醇觉醒反应（CAR）测量，将增强生理追踪的精确性。未来的研究应（i）增加采样频率（多日生物标志物组以模拟个体内动态）并添加客观睡眠/光照（7-14天体动记录仪集成光照传感器）；（ii）包括皮质醇觉醒反应（CAR）以索引HPA反应性；（iii）预先注册分析并确保性别分层和时间型分层效应的效力；（iv）随机分配日程/光照模块和/或CBT-I组件，以估计附加与协同效益。最后，性别特异性分析和恢复力途径（例如，DHEA-S调节）的探索可以支持更个性化、预防性的策略，以改善长期处于紧张状态的医疗工作队伍的睡眠并减少倦怠。

多变量模型强化了皮质醇和DHEA-S的重要性：两者均与睡眠干扰和睡眠障碍独立相关。DHEA-S下降与神经内分泌恢复力降低和睡眠较差相关，这与其在压力缓冲中的已知作用一致。

研究局限性

本研究样本量较小（n = 52）限制了普适性，且仅有两个时间点限制了动态建模。由于试点样本量和探索性设计，未进行正式的功效分析。虽然使用了经过验证的主观工具，但日记衍生的睡眠指标仅限于日记；体动记录仪和多导睡眠图不可行，但代表了重要的未来方向。另一个限制是皮质醇在每个时间点仅在早晨测量一次，这可能无法捕捉昼夜或日间变异，并可能影响对HPA轴活动的解释。此外，昼夜变异、咖啡因摄入、季节性因素和月经周期阶段未完全控制，所有这些都可能影响生物标志物水平和睡眠结果。

结论

轮班工作者面临更高的医疗、心理和代谢健康并发症风险。在这个试点队列中，医疗保健专业人员的唾液皮质醇、α-淀粉酶和DHEA-S在六个月内下降与睡眠测量指标恶化相关。虽然从这种观察性设计中无法得出因果推论，但这些关联可能有助于为风险分层方法提供信息，并指导设计有足够效力的随机研究，以测试CBT-I、昼夜节律干预和生活方式策略是否能改善轮班临床医生的睡眠和生物标志物 profile。