導(dǎo) 語
研究人員發(fā)現(xiàn)了一種潛在機(jī)制，可以解釋夜間深度睡眠腦電波如何調(diào)節(jié)身體對胰島素的敏感性，從而改善第二天的血糖控制。這是一個令人興奮的進(jìn)步，因為睡眠是一種簡單的可改變的生活方式，這有望作為高血糖或2型糖尿病患者的無痛輔助治療手段。
1、研究背景和方法
糖尿病是一種明顯的血糖失調(diào)的疾病，睡眠不足是影響血糖平衡的一個原因。急性和慢性部分睡眠限制，包括非快速眼動(non-rapid eye movement, NREM)慢波睡眠，都會損害葡萄糖耐受和胰島素敏感性。相反，延長睡眠時間可以改善葡萄糖代謝。但具體的原因是什么呢?截至目前，睡眠對人體第二天葡萄糖穩(wěn)態(tài)的最佳控制機(jī)制尚未明確。
最近一項對嚙齒動物的開創(chuàng)性研究提供了一種可能途徑。具體來說，海馬體尖波波紋（與非快速眼動慢波振蕩（NREM SO）和睡眠紡錘波（sleep spindles）短暫相結(jié)合）與通過激活下丘腦而對周圍血糖實現(xiàn)即時、自上而下的調(diào)節(jié)有關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了一個未經(jīng)驗證的假設(shè)，即同步的（時間耦合）NREM SO和睡眠紡錘波具備這樣一個功能：即brain-body對葡萄糖穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)。更具體地說，NREM SO-spindle的耦合程度可以預(yù)測第二天外周血糖調(diào)節(jié)水平。
因此，研究人員共分析了647人的夜間多導(dǎo)睡眠圖數(shù)據(jù)和第二天早上的血糖及胰島素測量值，以驗證實驗假設(shè)。結(jié)合睡眠振蕩的電生理分析和血糖測量，并使用經(jīng)驗證的胰島素抵抗和β細(xì)胞功能穩(wěn)態(tài)模型，進(jìn)一步量化和評估胰島素抵抗和胰腺β細(xì)胞功能。
2、研究結(jié)果與討論
研究結(jié)果顯示：NREM SOs (<1 Hz)與睡眠紡錘波在功能上耦合(平均87.6%;SD, 3.35;表S1)，使得SO的相位調(diào)制了主軸相關(guān)頻段(12 - 16hz)的幅值。SO與紡錘體相關(guān)活動的最強(qiáng)耦合發(fā)生在SO負(fù)峰后約0.4 s(圖1A)。
圖1：慢波振蕩在功能上與睡眠紡錘波耦合 (A)人類非快速眼動睡眠時，慢波振蕩(SOs; <1hz)與睡眠紡錘波功能耦合，使得SO的相位調(diào)制紡錘波相關(guān)頻帶(12-16hz)的振幅。該圖顯示了所有參與者計算的平均峰值(黑色粗線)和耦合強(qiáng)度的相關(guān)時頻表示。顏色越暖，表示相幅耦合越高。SO與紡錘波相關(guān)活動之間最強(qiáng)的耦合發(fā)生在SO負(fù)峰后的0.4s。(B)所有參與者的平均SO-spindle耦合強(qiáng)度直方圖。耦合強(qiáng)度采用歸一化直接相位振幅耦合(ndPAC)法計算。圓形圖顯示了耦合的首選相位的直方圖。對于大多數(shù)個體，最大的耦合發(fā)生在0°附近。(C)耦合SO的例子。粗黑線顯示SO濾波信號(0.3-1.5 Hz)，而橙色線顯示相關(guān)的睡眠紡錘波濾波(12-16 Hz)信號，為說明目的按4倍縮放。(D)與(C)中相同個體的未耦合SO的例子。該SO未檢測到統(tǒng)計上的SO-spindle耦合。
研究還發(fā)現(xiàn)，在控制了年齡、性別、睡眠持續(xù)時間和質(zhì)量等其他因素之后，這種特殊的深度睡眠腦電波也能預(yù)測第二天的血糖控制。
圖2：在CFS數(shù)據(jù)集中，NREM SO-spindle耦合預(yù)測次日空腹血糖降低 (A)SO顯著耦合的比例與次日空腹血糖水平之間經(jīng)年齡調(diào)整的部分相關(guān)。(B)經(jīng)年齡調(diào)整后的SO-spindle耦合強(qiáng)度與次日空腹血糖水平的部分相關(guān)。半透明條表示95%的置信區(qū)間。空腹血糖水平用平方根變換歸一化。值得注意的是，當(dāng)去除空腹血糖值高于12 (=144 mg/dL; 相關(guān)系數(shù)分別為r=-0.20, p<0.001; r=-0.15, p<0.001)。
研究人員隨后通過檢查另一組1900名參與者（MESA數(shù)據(jù)集）發(fā)現(xiàn)了相同的預(yù)測效果。
圖3：在一個獨立的MESA數(shù)據(jù)集中，睡眠期間的SO-spindle耦合是葡萄糖穩(wěn)態(tài)的一個重要標(biāo)志 (A) MESA數(shù)據(jù)集中所有參與者的平均SO-spindle耦合強(qiáng)度直方圖。耦合強(qiáng)度采用ndPAC法計算。圓形圖顯示了耦合的首選相位的直方圖。對于大多數(shù)個體來說，最大的耦合發(fā)生在0°附近。(B) MESA數(shù)據(jù)集中SO顯著耦合的比例與次日空腹血糖水平之間經(jīng)年齡調(diào)整的部分相關(guān)。(C)經(jīng)年齡調(diào)整后的SO-spindle耦合強(qiáng)度與次日空腹血糖水平的部分相關(guān)。在MESA數(shù)據(jù)集中，半透明的條形圖代表95%的置信區(qū)間。空腹血糖水平用平方根變換歸一化。
3、研究展望
這項研究建立了非快速眼動慢波振蕩-睡眠紡錘波偶聯(lián)作為睡眠的一個額外的、獨立的貢獻(xiàn)特征，即與葡萄糖調(diào)節(jié)因果聯(lián)系起來，這為與糖尿病相關(guān)的潛在疾病途徑提供了見解。目前已有的控制血糖的治療方法有時對患者來說可能難以堅持，包括不同的飲食習(xí)慣和定期鍛煉。然而，對于大多數(shù)人來說，睡眠在很大程度上是一種無痛的體驗。雖然睡眠不會是唯一的治療手段，但這項新研究發(fā)現(xiàn)的可以在深度睡眠期間安全的改變腦電波的新技術(shù)，可能有助于人們更好地控制血糖，以降低與高血糖相關(guān)的糖尿病并發(fā)癥風(fēng)險，如糖尿病腎病、糖尿病視網(wǎng)膜病變、糖尿病足等。
內(nèi)容來源：Raphael Vallat, Vyoma D. Shah, Matthew P. Walker. Coordinated human sleeping brainwaves map peripheral body glucose homeostasis. Cell Reports Medicine, 2023; 101100 DOI: 10.1016/j.xcrm.2023.101100
www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230707153826.htm
