随着社会经济的快速发展，全球范围内对全天候24h生产、服务的需求也在逐步增长，需要从事日夜轮值班工作的人群也相应的不断增多。在欧美发达国家，15%-30%的劳动力是从事日夜交替轮值班工作的，而且这一数字还在增长。日夜交替轮值班工作者通常在夜间上班，被迫在白天补充睡眠。作息时间上，日夜交替轮值班工作状态严重偏离了传统的劳作时间。日夜交替轮值班就像时差综合征，扰乱了工作者的昼夜生理节律和社会生活，与一系列健康问题密切相关。许多日夜交替轮值班工作者不能很好地适应这种工作节奏，白天睡眠不足，而夜间上班时过度嗜睡。长期积累对日夜交替轮值班工作者的身心健康均会产生不良影响。
1日夜交替轮值班相关睡眠障碍现代社会许多职业需要夜间工作，被迫白天睡眠。日夜交替轮值班工作者中，睡眠障碍很普遍，由于昼夜生理节律错乱，夜间值班后白天睡眠受困扰，夜间工作时嗜睡增加。短时间内，日夜交替轮值班工作破坏睡眠质量，每天缺欠睡眠时间至少4h。一项在澳大利亚工人中的大范围调查研究发现，有32%的夜班工作者患有日夜交替轮值班相关睡眠障碍。对美国警察的调查研究中发现，至少有一项睡眠障碍的从业者有40.1%，最多见的是阻塞性睡眠呼吸暂停，严重失眠6.5%，不安腿综合征为1.6%，发作性睡病和猝倒0.4%。夜间值班对护士健康影响的调查研究同样认为，慢性睡眠剥夺和长期睡眠不足是影响健康的主要问题。
睡眠时间的被动减少导致嗜睡增加，警觉性和清醒度也受损害。对于健康的觉醒睡眠周期的个体，警觉性可以维持在一个相对稳定的水平。如果持续16h不睡，个体警觉性可快速下降，如若持续24h睡眠被剥夺，神经行为学执行能力受损程度相当于血液乙醇浓度达到0.1%的醉酒状态。
有研究提示，睡眠持续时间与白天神经行为学表现呈剂量依赖性关系，反映了慢性睡眠障碍对警觉水平的不良影响。夜间值班工作者慢性睡眠障碍会引起更加严重的警觉功能损害。
睡眠-觉醒周期也受睡眠-觉醒依赖的过程所支配。这一过程以睡眠压力为特征，睡眠压力在觉醒时开始建立，睡眠时释放。因此，嗜睡可能是由于超长的觉醒时间所建立起来的过高的睡眠压力造成的，或者是睡眠时间不足导致睡眠压力释放不充分所致。日夜交替轮值班工作者的白天睡眠经常被打断，睡眠机会减少，可因较高的睡眠压力而易于过度嗜睡。
2日夜交替轮值班相关情感障碍鉴于睡眠、内在生理昼夜节律和情感活动之间的密切关系，关于日夜交替轮值班工作是否对精神情感健康有负面作用，一直存在着这样的担忧。以往研究提示所有的情感活动都是有昼夜节律的，波谷发生在夜间约凌晨2点。这与涉及情感和情感调节的生理系统（如5-羟色胺、去甲肾上腺素、多巴胺）的研究结果是一致的，同样存在昼夜节律的控制。褪黑素对中枢昼夜生理节律起搏器活动至关重要，有证据提示其还能调节单胺能活性。褪黑素活性也可以是心境情绪的下游作用，但昼夜生理节律失调可导致心境情绪失调。
与基础研究结论相符，对日夜交替轮值班护士群体的临床研究发现，抑郁症是很常见的情感问题。有研究发现，日夜交替轮值班护士有更多的精神症状出现。一项前瞻性研究发现，长期日夜交替轮值班工作者，因出现日夜交替轮值班相关睡眠障碍，1年以后可以出现抑郁和焦虑情绪。
社会心理活动异常是与日夜交替轮值班工作相关的一个重要但常被忽略的现象。研究发现，日夜交替轮值班护士的工作满意度更低，工作者感到来自上级领导的关心不足。由于日程安排的冲突，日夜交替轮值班工作人员更不容易获得在工作场所提供给员工福利的倡议。社交应酬也经常因日夜交替轮值班工作而受到负面影响。一项调查分析提示，日夜交替轮值班工作者的社会参与度较低。日班工作者平均每周有8.25h参与社会活动，而轮值班工作者平均每周6.75h。一项以护士群体为样本的调查发现，52%的夜班工作者和27%的小夜班工作者认为，他们没有或很少有业余时间参与工作外的活动，说明了为何日夜交替轮值班工作者的社会活动减少。鉴于社会接纳对精神健康的重要性，与日夜交替轮值班工作相关的心境情绪障碍可能因为社会孤立和社会活动参与减少而恶化。
3日夜交替轮值班相关认知损害睡眠剥夺和内在的生理昼夜节律错配的综合作用使很多日夜交替轮值班工作者容易出现认知损害，严重影响工作能力的发挥、劳动生产效率下降、威胁雇员的安全、甚至公共安全。多项研究发现，夜间值班时注意力失效时间延长，反应时间变慢。很多安全敏感性高的工作岗位要求日夜交替轮值班，如执法机关、交通运输、健康医疗，等。而夜间值班需要工作者上岗时对抗昼夜生理节律，绝大部分夜间工作者不能充分适应昼夜节律，导致对健康、执行力、安全等方面造成不良后果。认知损害尤其与职业操作能力相关，认知损害不但降低生产力，也增加了安全敏感性岗位的伤亡风险。认知可塑性常用任务切换模式的转化成本指数和设置抑制指数表示。转化成本相对于重复相同的任务，在转换到不同任务时，需要付出额外的认知努力；成本越大、认知弹性越低。设置抑制代表再次回到先前的工作任务时的执行能力。设置抑制导致的执行缺陷原因：①先前的任务没有被充分抑制；②以往的任务需要更多的努力重新激活。对夜班适应不良的轮值班工作者在认知弹性缺陷上，除了注意力持久性和执行速度缺陷外，还因为转换成本增加，表现为执行任务效率下降和任务完成时间延长。设置抑制缺陷表现为：工作精确性降低、持续性错误发生更多、经济成本增加。此外，设置抑制缺陷可以干扰学习能力和制定新的任务。
研究者将认知可塑性分解为：①专注于新的刺激；②抑制旧的刺激两个过程。结果提示对新刺激的注意力可塑性与生理昼夜节律关系最为显著，与嗜睡或失眠的症状相反。有失眠症状的日夜交替轮值班工作者表现为对与目前手头工作不相干的以往信息的抑制能力有困难。困乏嗜睡的日夜交替轮值班工作者表现出难以重复先前已完成的工作。研究发现，尽管睡眠障碍的日夜交替轮值班工作者大脑皮质兴奋性增加，却表现出对周围环境新刺激的注意力下降。对注意力可塑性差的人对新刺激需要更长的时间完成任务，有些需要2倍时间完成任务，这对工作效率和生产率有重要的影响。对任务不相关的刺激抑制有困难的日夜交替轮值班工作者表现出工作精确性下降，尤其是错误发生率更高，这同样对生产率和安全性有重要意义。例如，年美国BP炼油公司爆炸案造成15例死亡，例受伤，认知固化被认为是重要的事故原因。尽管这一事故在白天发生，但炼油厂是依赖于工人连续工作12h日夜交替轮值班，每天连续运行的。
一项前瞻性研究探讨了长期日夜交替轮值班工作对认知功能的影响，以及这些作用的可逆性。总体来说，日夜交替轮值班工作可导致工作者的全面性认知功能评分降低1.6（数值为0-）。假定对一个平均年龄32岁的人群，在30年内认知功能呈线性下降，日夜交替轮值班工作造成的最大影响等同于4.3年的年龄相关认知损害。然而进一步的比较研究发现，日夜交替轮值班工作≥10年的工作者的全面性认知损害远大于10年的日夜交替轮值班工作者。特别是≥10年的日夜交替轮值班工作者认知功能评分下降2.5（相当于6.5年的年龄相关认知损害），而10年日夜交替轮值班工作者的认知功能评分下降0.9（相当于2.4年的年龄相关认知损害）。不再从事日夜交替轮值班工作后5年之内仍有认知损害，而5年以后才显示认知功能与无日夜交替轮值班工作史人群的差异无显著性。
4日夜交替轮值班相关其他疾病因为大部分的生理系统有一个内在的生理昼夜节律，也受睡眠周期的影响，所以日夜交替轮值班工作者常感到除睡眠中断和嗜睡以外的其他一系列后果。一系列的生理系统功能失调增加了疾病发生的风险。比如，饥饿、食物选择、新陈代谢是重要的生理过程，具有很强的生理昼夜节律。流行病学研究发现，日夜交替轮值班工作者的肥胖概率增加，轮值班工作时间越长，这一趋势更加显著。于不适合的时间点进食有可能损害新陈代谢的功能，如糖耐量异常。日夜交替轮值班工作者的糖尿病患病率有一定程度的增高。日夜交替轮值班工作还与一些癌症的发生风险升高有关，癌症发生与日夜交替轮值班相关睡眠障碍呈正相关性，特别是乳腺癌。
5昼夜生理节律扰乱是日夜交替轮值班相关障碍的生物学基础目前最主要的理论认为，日夜交替轮值班相关障碍是由一种以上独立调节睡眠和嗜睡的生物学过程被扰乱所致。首先，患者的工作、睡眠时间与内在的生理昼夜节律不相符合。人类的睡眠/觉醒系统部分是由调节一系列生理和心理功能的内源性生物钟所调控的，24h内起伏波动。这种内在的生物钟与24h同步协调，通过个体暴露于自然的阳光或者其他的亮光源，与睡眠直接作用相对独立循环。当睡眠和工作与日夜交替轮值班工作者内在的生物钟不协调时，工作者会普遍感到白天睡眠困难、夜间过度嗜睡，并可能导致慢性睡眠和觉醒困难。
正常生活状态下，内源性昼夜生理节律与白天晚上呈同步化，各种生理和行为事件在每天相同的时间点规律发生，因为与生物钟同步。通常环境条件下，昼夜节律生物钟昼夜循环，每个循环时长设定为24h，环境受授时因子自然光的影响。
体内褪黑素由松果体分泌，在夜间弱光下开始分泌褪黑素，可传递有关黑暗的发生和持续时间，与昼夜节律密切相关。冬天夜间褪黑素分泌增加，夏天分泌减少。给予外源性褪黑素可以调节内源性昼夜节律生物钟，导致下一个昼夜节律的提前或延迟。苏醒时给予褪黑素可达到生物钟最大延迟作用，下午给予可达到最大提前作用。白天体育锻炼可以延迟夜间褪黑素分泌。每天摄入褪黑素0.5mg就能重设昼夜节律，帮助盲人导入每天24h的节律。
哺乳类动物中，下丘脑视交叉上核是昼夜节律生物钟的中心位点，当实验性破坏下丘脑视交叉上核时，动物的昼夜静息-活动周期消失。近年来，对昼夜生物钟的分子机制有了突破性的认识：包括细胞内正负反馈作用的生化环，在基因转录和翻译水平，以及翻译后水平相互作用。在生化环内，有些蛋白具有激活生物钟基因合成的功能，而另一些功能则相反。这种时间约束的反馈产生了昼夜节律循环。肢体调节蛋白（period，Per）和隐花色素（cryptochrome，Cry）是负性调节蛋白，分别关闭来自Per基因和Cry基因的蛋白合成。在细胞核内Per和Cry蛋白降解后浓度下降至一定程度时，才开始重启这2种蛋白的合成。这些分子也可以由一系列其他机制进行自我调节：①Per和Cry蛋白可以被GSK-3β等几种酶磷酸化，从而影响其稳定和进入细胞核内；②microRNA分子调节Per和Cry蛋白的RNA稳定性；③围绕DNA的组蛋白是折叠的，可以通过乙酰化和甲基化修饰，直接或间接影响Per和Cry基因。随着研究的深入，将来会发现更多与调节昼夜节律系统有关的基因，这些基因的突变能影响昼夜节律周期的长度等其他参数。
6结论与展望随着全球化的不断推进，对24h，×7d劳动力的需求也在增加。但长期日夜交替轮值班引起的相关功能障碍以及相应的后果广泛而多样。因为不能保证职业的安全，一系列致命性事故就有可能轻易发生（如生产岗位事故、交通事故等）。一个健康的24h，×7d劳动力群体的利益符合公共健康，旨在降低和预防事故，甚至是伤亡事件。因此，迫切需要医生提供有效方法保障日夜交替轮值班工作者的健康和有价值的生活。目前，化学药物治疗尚不能改善患者的昼夜生理节律，强光暴露和褪黑色素调节昼夜节律可在一定程度上改善症状。人工智能技术的到来，有望开发出符合各个行业要求的人工智能轮值班服务，可以大大减少日夜交替轮值班工作岗位对工作者的需求和工作负担，从而解放更多的工作者回归正常昼夜节律的生活。
中国临床神经科学年10月第28卷第5期
作者：赵永飞（医院神经内科）蒋雨平（医院神经内科）
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