背景：睡眠-觉醒作为动物及人类特有的两个不同的行为状态，具有特定的节律，并且能够相互转换，形成周期性改变。脑损伤(Brain injury，BI)患者，由于特定神经结构的损伤，必然会引起神经传导通路的异常，进而引起脑组织、神经周围神经调节物质的改变。根据脑神经组织损伤的部位及程度的不同，可能出现不同程度睡眠-觉醒周期(Sleep wake cycle，SWC)的紊乱。随着对颅脑损伤患者的不断研究，医学工作者对于颅脑损伤患者的意识障碍和睡眠觉醒周期紊乱的探讨机制也在不断变化。近年来发表的一项动物研究中报道，一些神经调节物质能增加大鼠脑脊液中的细胞外离子浓度，增加神经元突触活动。在进一步的研究中，科学家证明了通过改变脑脊液细胞外离子浓度能够改变神经元的活动，而不是神经元的活动改变来调节脑脊液细胞外离子浓度，而在相关的脑外伤体外模型生物标志物研究中，发现脑组织中一些Micro-RNA表达量会发生特异性改变，且和组织中细胞外离子浓度相关。
　　目的：探讨脑损伤患者睡眠-觉醒周期与脑脊液细胞外离子浓度的关系，初步筛选可能受脑脊液细胞外离子调控的生物标志物。
　　方法：根据纳入排除标准，共收集脑损伤患者共141例，临床动态监测患者睡眠-觉醒周期变化，同时定期行腰椎穿刺测量患者脑脊液(cerebrospinal fluid，CSF)细胞外钾、钙、钠、镁、碳酸氢根、氯离子浓度。出院后随访6个月以上，门诊了解患者睡眠-觉醒周期变化，并将数据统计分析得出临床监测结果。根据监测结果进行动物实验，验证临床监测结果，并利用芯片系统进行脑脊液Micro-RNA表达谱检测，筛选并分析出现明显变化的Micro-RNA类型。
　　结果：睡眠觉醒紊乱组：受伤早期睡眠障碍组脑脊液细胞外钾离子浓度明显高于睡眠延长组，伤后11天起二者脑脊液钾离子浓度基本保持持平状态,而两组患者的睡眠时间也在受伤11天时相接近，并在之后保持相对稳定的睡眠时间差。觉醒障碍组：受伤早期康复组与昏迷组脑脊液细胞外钾离子浓度相近，随着治疗进展，康复组钾离子浓度上升速度高于昏迷组,而BIS平均值也呈现相似的趋势。在动物实验中，注射含有钠、钾溶液的实验对象BIS值有显著升高，其中注射含钠溶液的实验对象起效快，持续时间短，注射含钾离子溶液的实验对象起效时间较慢，持续时间长。将注射含有钠、钾离子溶液的实验对象标本做Micro-RNA芯片检测，7个Micro-RNA在BIS峰值后脑脊液标本中表达为明显上调，3个Micro-RNA在BIS峰值后脑脊液标本中表达为明显下调。
　　结论：意识障碍是一种多个层面的连接模式的功能失调。脑脊液细胞外钠、钾离子浓度参与调控意识水平，钠离子对意识水平调控较钾离子而言起效较快，持续时间较短。脑损伤患者在伤后早期，脑脊液细胞外钾离子浓度的下降程度与受伤程度成正相关，而伤后脑脊液细胞外钾离子浓度的恢复速度及程度与受伤程度成负相关。对于受伤轻微患者，脑脊液细胞外钾离子浓度下降程度较小，可能会出现睡眠障碍或睡眠延长症状，在伤后11-12天左右脑脊液黄变后睡眠时间逐步恢复正常。若脑损伤患者早期(48-72小时)脑脊液细胞外钾离子浓度低于2.3mmol/L,可能提示较为严重的脑损伤，同时可能伴有不同程度的意识障碍以及不良的预后。该调控机制可能是钠-钾离子通道和钠-钾离子泵改变某些特异性的信号传导通道，从而影响意识相关网络结构的信号传递，而在此过程中，脑脊液中与之相关的生物标志物可能会出现特异性变化。