《Scientific Reports》：Autonomic regulation across sleep and wake during an Antarctic overwintering
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本研究针对南极越冬环境中长期隔离与极夜对自主神经调节的影响这一关键问题，通过纵向观测13名越冬队员的24小时心率变异性（HRV）。研究发现，随着隔离时间延长，清醒期副交感神经活性下降而睡眠期升高；极夜期间睡眠副交感活性显著降低。该研究首次揭示了极端环境下睡眠-觉醒周期HRV的动态变化模式，为制定极端环境生理适应对策提供了重要依据。
在南极这片被称为"白色火星"的极端环境中，越冬队员需要面对隔离、封闭和极端（ICE）条件的多重挑战。其中，持续数月的极夜带来的光照缺失，以及长期与社会隔离的心理压力，对人体生理调节系统——特别是自主神经系统功能产生了深远影响。以往研究表明，这种极端环境会显著改变人体的睡眠结构、昼夜节律和激素分泌模式，但关于自主神经调节如何适应这种极端条件的机制仍不清楚。尤其是在整个越冬期间，自主神经活动在睡眠与觉醒状态下的动态变化规律，以及其与长期隔离、极夜环境的具体关联，尚未有研究通过连续24小时监测的方式进行系统探讨。
发表在《Scientific Reports》的这项研究，由来自阿根廷、加拿大等多国研究人员组成的团队，利用比利时二世南极站（77°51'S）这个独特的天然实验室，开展了一项为期一年的纵向观测研究。团队通过对13名越冬队员每两个月进行一次24小时心电图监测，结合腕动仪记录的睡眠-觉醒数据，深入分析了心率变异性（HRV）各项指标在睡眠与觉醒状态下的变化规律，以及其昼夜节律特征的改变。
研究人员主要运用了三个关键技术方法：首先是通过Holter设备进行24小时心电图连续记录（采样频率225Hz），采用离散小波变换（DWT）分析心率变异性（HRV）的频域指标，包括高频（HF）、低频（LF）等成分；其次是利用腕动仪进行睡眠-觉醒周期监测，结合睡眠日记确定分析时段；最后采用线性混合模型（LMMs）和余弦分析法（cosinor analysis）进行纵向数据统计和昼夜节律特征提取。所有数据来自比利时二世南极站13名男性越冬队员，在三月、五月、七月、九月和十一月五个时间点进行重复测量。
HRV与睡眠-觉醒周期
通过线性混合模型分析发现，隔离时间与睡眠-觉醒周期对多个HRV指标存在显著交互作用。在清醒期间，RR间期平均值（RRM）、正常RR间期标准差（SDNN）、相邻RR间期差值的均方根（RMSSD）、高频功率（HF）等反映副交感神经活性的指标随着隔离时间延长呈现显著下降趋势；而在睡眠期间，这些指标的变化趋势恰好相反（RRM、RMSSD、HF等显著上升）。这种分化模式表明，随着越冬任务进行，队员在白天清醒状态下承受着更大的生理压力，而夜间睡眠时副交感神经活性增强可能是一种代偿性恢复机制。
极夜期间（以二次项表征）也显示出与睡眠-觉醒周期的显著交互效应。在睡眠期间，RRM在9月达到最低值，RMSSD、HF等在7月（极夜核心期）降至最低，而LF/HF比值（LH）在同一时期达到峰值。这表明极夜对副交感神经活性的抑制效应主要发生在夜间睡眠阶段，可能与极夜期间睡眠结构的改变密切相关。
HRV昼夜节律
余弦分析显示，随着隔离时间延长，RRM、SDNN、RMSSD、LF、HF等指标的昼夜节律振幅呈现线性增加趋势。这种振幅增大主要源于上述睡眠-觉醒差异的加剧——即副交感神经活性在夜间睡眠时升高，在白天清醒时降低，使得昼夜波动更加明显。与此同时，极夜期间副交感神经相关指标（RRM、SDNN、LF、HF）的昼夜节律振幅显著降低，表明极夜削弱了自主神经调节的昼夜节律强度。
中值（Mesor）和峰值相位（Acrophase）在整个越冬期间未出现显著变化，说明自主神经调节的整体活动水平和节律相位保持相对稳定。
研究结果表明，南极越冬期间，长期隔离和极夜环境对自主神经系统产生了差异化影响：隔离时间延长导致清醒期副交感神经活性下降和睡眠期活性升高的"两极分化"现象，而极夜则特异性地抑制了睡眠期的副交感神经优势。这些变化体现了人体在极端环境下的复杂适应机制——白天持续的心理社会压力增加了交感神经张力，而夜间睡眠则成为重要的生理恢复窗口。然而，极夜期间的光照剥夺可能通过影响中枢生物钟的同步化能力，削弱了这种代偿性恢复效果。
该研究的创新性在于首次通过全年期24小时HRV监测，揭示了南极极端环境下自主神经调节的动态变化模式。研究结果不仅为理解极端环境对人体生理的影响机制提供了新视角，也为制定针对性的防护措施（如光照干预、睡眠优化等）提供了科学依据。未来研究可进一步探讨不同性别、不同纬度考察站人员的适应性差异，以及这些自主神经变化与具体健康结局的关联性。
