陸芳 王建兒 林偉華

睡眠時間是由晝夜節(jié)律（生物鐘）控制的，其中包括褪黑素的合成，其與晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié)有關(guān)。典型的睡眠包括快速眼動（REM）睡眠和非快速眼動（NREM）睡眠[1]。REM睡眠的特點(diǎn)是快速眼動、肌肉麻痹和不規(guī)則低電壓的腦電圖，與清醒時觀察到的情況類似。NREM睡眠被進(jìn)一步劃分為輕度和深度NREM睡眠，而后者的特征是高度活躍的同步慢波腦電圖，在NREM睡眠中，慢波睡眠（SWS）的腦電波是最同步的。不同類型的睡眠被認(rèn)為會對大腦活動產(chǎn)生不同影響，并在各種各樣的認(rèn)知功能中扮演不同的角色[2]。人類的認(rèn)知和情感能力在睡眠缺失的狀態(tài)下會受到明顯的干擾。關(guān)于研究睡眠缺失對大腦影響的原因，主要有以下3個方面：首先，從神經(jīng)生物學(xué)的角度來說，要描述出相對脆弱和有彈性的大腦網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，從而解釋這些與睡眠缺失相關(guān)的難以適應(yīng)的行為改變。只有對睡眠帶來的好處有足夠的認(rèn)識，才能反過來推斷人們對睡眠不足導(dǎo)致的神經(jīng)和行為變化；其次，目前大部分的神經(jīng)和精神類疾病包括精神分裂癥、阿爾茨海默病、焦慮癥，與睡眠缺失之間可能存在互為因果的關(guān)系，因此明確睡眠剝奪對大腦影響的機(jī)制對預(yù)防或治療此類疾病能提供有效幫助；第三，從社會學(xué)角度來講，可以提供專業(yè)的健康指導(dǎo)。本文將從睡眠的調(diào)節(jié)機(jī)制及睡眠缺乏對不同人群的影響兩個方面進(jìn)行闡述。

1 睡眠的調(diào)節(jié)機(jī)制

1.1 睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制假說 對睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的研究旨在回答這樣一個問題：大腦如何估計先前清醒狀態(tài)的強(qiáng)度和持續(xù)時間，以便增加隨后睡眠的強(qiáng)度和持續(xù)時間？目前關(guān)于睡眠調(diào)節(jié)因子的研究發(fā)現(xiàn)，一些潛在的分子可以增加睡眠的深度并減少睡眠的時間。這些調(diào)節(jié)因子有很多生理功能，包括能量代謝、神經(jīng)可塑性、免疫功能等，研究睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)可以明確睡眠的生理目的：睡眠缺失會引發(fā)什么癥狀，出現(xiàn)什么問題？目前的研究有3個主要概念，能量（耗竭）假說、神經(jīng)可塑性假說和（免疫）防御假說。研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多調(diào)節(jié)睡眠內(nèi)穩(wěn)態(tài)的分子，這些分子中有許多具有生理作用，可以用來支持不同的理論。目前已知的睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵分子有腺苷、腫瘤壞死因子和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子。當(dāng)然，隨著研究的進(jìn)展，將有更多的分子會被發(fā)現(xiàn)并參與到未來的研究中去[3]。

1.1.1 能量（耗竭）假說——腺苷其基本思想是，覺醒時神經(jīng)元活動消耗能量，而睡眠時則能量恢復(fù)。腺苷理論認(rèn)為，在覺醒過程中，由于神經(jīng)元活動引起的能量消耗，基底區(qū)腺苷濃度的增加抑制神經(jīng)元活動，從而誘導(dǎo)睡眠[4]。

1.1.2 神經(jīng)可塑性假說——突觸穩(wěn)態(tài)理論該假說認(rèn)為，相較于睡眠時，覺醒時形成更多的突觸，尤其是NREM睡眠。計算機(jī)模型顯示，突觸強(qiáng)度的降低直接調(diào)節(jié)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動的減少[5]。

1.1.3 （免疫）防御假說——免疫系統(tǒng)、細(xì)胞因子和其他因素 為什么免疫系統(tǒng)在長時間的清醒狀態(tài)下被激活？一種解釋是覺醒導(dǎo)致了威脅，可能是來自于啟動免疫防疫的能量供應(yīng)的限制；另一方面，細(xì)胞因子的失活也減少了睡眠，這在自發(fā)睡眠的調(diào)節(jié)中也起到了一定的作用[6]。

1.2 睡眠個體差異 睡眠缺失對人類大腦主要有5個功能領(lǐng)域的影響：注意力、工作記憶、獎勵相關(guān)效應(yīng)、消極效應(yīng)和海馬依賴相關(guān)的記憶。這些影響存在個體化差異現(xiàn)象，額頂葉功能的完整性、遺傳因素的影響、生理功能的調(diào)節(jié)可能是造成這種現(xiàn)象的關(guān)鍵因素[7-8]。在睡眠的生理過程中可以觀察到顯著的個體差異，結(jié)合睡眠腦電圖和高分辨率腦結(jié)構(gòu)成像，人類的腦形態(tài)學(xué)證實(shí)了這種差異的因素。較慢的NREM睡眠紡錘波與大腦皮層中的灰質(zhì)體積相關(guān)，而負(fù)責(zé)處理記憶的雙側(cè)海馬的灰質(zhì)體積與較慢的NREM睡眠紡錘波相關(guān)。與紡錘波相反，在穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)睡眠中心的基底節(jié)和下丘腦，額葉皮層的灰質(zhì)體積，體現(xiàn)了NREM慢波振幅的個體差異。這些研究結(jié)果表明，人類生理學(xué)中定性和定量的表達(dá)與大腦結(jié)構(gòu)解剖特異性差異有顯著的相關(guān)性[9]。

1.3 睡眠覺醒神經(jīng)回路 在哺乳動物、鳥類和爬行動物中，有3種常見的警覺狀態(tài)：覺醒、NREM睡眠以及REM睡眠，分別在行為、生理和腦電活動上有所不同。在過去的一個世紀(jì)里，大量的研究對了解各種動物大腦神經(jīng)元在參與調(diào)節(jié)睡眠與覺醒狀態(tài)中的區(qū)別作出了貢獻(xiàn)，目前知曉的有腦干、中腦、下丘腦和基底前腦的相互作用，丘腦和大腦皮層對睡眠覺醒狀態(tài)的驅(qū)動和電生理活動。影響動物覺醒和失眠狀態(tài)的主要因素有睡眠缺乏程度、晝夜時間、代謝狀態(tài)、免疫功能、捕食風(fēng)險、交配機(jī)會、遷徙和季節(jié)狀況等，這些相互影響的變量，產(chǎn)生一個連貫的結(jié)果，從而綜合調(diào)控睡眠[10]。在REM睡眠過程中，新生大鼠前肢肌肉以有規(guī)律的方式抽動，其程度隨著年齡的增長而提高[11-12]，這種睡眠運(yùn)動的協(xié)調(diào)性可能對發(fā)育中的大腦如何在清醒時更有效地執(zhí)行運(yùn)動起指導(dǎo)作用[13]。對于發(fā)育中的動物來說，觸發(fā)睡眠運(yùn)動的大腦機(jī)制可能被用來識別導(dǎo)致REM睡眠行為障礙的回路。

2 睡眠缺乏對不同人群的影響

2.1 肥胖者 根據(jù)美國最新的調(diào)查，有36%的成年人患有肥胖癥，其中1/3的成年人每晚睡眠不足6h，大大低于每晚7～9h的睡眠時間。長期睡眠不足和肥胖之間可能存在相互影響的關(guān)系，會導(dǎo)致相似的結(jié)局，如高血壓、糖尿病和心血管疾病等。此外，肥胖和睡眠不足還與認(rèn)知障礙有關(guān)，表現(xiàn)為部分可逆的神經(jīng)功能缺陷。在同樣的睡眠時間下，肥胖者的記憶力、注意力較正常者差，這很可能與睡眠呼吸暫停有關(guān)，據(jù)報道，睡眠呼吸暫停患者記憶力和執(zhí)行功能都有缺陷，因?yàn)樗吆粑鼤和Ｓ绊懥朔逝只颊叩乃哔|(zhì)量[14]。

2.2 腦外傷者 腦外傷后的患者常出現(xiàn)疲勞和睡眠障礙[15]。有研究表明，在一些腦創(chuàng)傷后患者中，褪黑素水平較低，這部分患者伴隨著睡眠障礙，主要是REM睡眠的減少，盡管他們沒有伴隨較低的睡眠質(zhì)量或者是夜間醒來的增多[16]。

2.3 婦女與產(chǎn)婦 在睡眠缺乏的情況下，與男性相比，女性更容易出現(xiàn)健康狀況。年輕女性睡眠不足所造成的健康損害與皮質(zhì)醇水平升高有關(guān)，這可能表明女性在睡眠不足的情況下會承受更高的壓力[17]。而對于產(chǎn)婦這類特殊人群來說，在產(chǎn)后12周的時間里，其神經(jīng)行為表現(xiàn)會逐步惡化，這可能是睡眠障礙帶來的累積效應(yīng)[18]。

2.4 重癥患者 在重癥監(jiān)護(hù)室中，危重患者的睡眠節(jié)律受到嚴(yán)重干擾，無論是清醒還是睡眠狀態(tài)下，晝夜節(jié)律的紊亂造成了腦電圖的改變[19]。危重患者REM睡眠極少，與晝夜節(jié)律紊亂相關(guān)的REM睡眠剝奪可能導(dǎo)致精神錯亂[20]。

2.5 青少年 來自流行病學(xué)和睡眠限制研究實(shí)驗(yàn)的證據(jù)表明，睡眠缺失或熬夜對青少年的課業(yè)、健康和安全會產(chǎn)生潛在的負(fù)面影響，可能與注意力不集中、白天瞌睡增加有關(guān)。與額葉皮層相關(guān)的認(rèn)知過程，如注意力、執(zhí)行力，對睡眠缺失尤為敏感[21]。

2.6 對其他人群的影響 睡眠不足會導(dǎo)致負(fù)面情緒的增長，包括易怒、情緒波動、焦慮和攻擊性行為，以及自殺意念、自殺企圖和自殺導(dǎo)致死亡。長期睡眠不足的人會出現(xiàn)嚴(yán)重的神經(jīng)認(rèn)知缺陷，在不借助藥物的情況下，通過固定的就寢時間，避免咖啡因、酒精、大量的飲食和睡前運(yùn)動，將睡眠時間提升至7.5h后，這種情況部分是可逆的。不僅是神經(jīng)精神類疾病，在睡眠缺失后，類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者的情緒受到影響，同時相關(guān)的關(guān)節(jié)疼痛也有所增加。鑒于睡眠障礙和疼痛之間的相互關(guān)系，對類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者進(jìn)行臨床治療的同時也應(yīng)加強(qiáng)對睡眠障礙的預(yù)防和治療[22]。

3 小結(jié)

在過去的幾十年中，人們對神經(jīng)元參與調(diào)節(jié)睡眠節(jié)律的特征方面取得了重大進(jìn)展，現(xiàn)在，我們將進(jìn)一步研究各種調(diào)節(jié)睡眠節(jié)律的關(guān)鍵因素是如何整合的，以及外在和內(nèi)在因素是如何影響這些回路的調(diào)控能力。目前為止關(guān)于在自然或半自然狀態(tài)下的睡眠調(diào)節(jié)機(jī)制還知之甚少，懸而未決的問題依然存在，如不同種群的動物如何調(diào)節(jié)在自然環(huán)境中的睡眠清醒節(jié)律，不同的壓力環(huán)境下是如何調(diào)節(jié)睡眠行為的。關(guān)于睡眠缺失的基礎(chǔ)研究還沒有在臨床中得到應(yīng)用，從神經(jīng)和精神類疾病的病因?qū)W、診斷、治療，到預(yù)防等方面出發(fā)，睡眠缺失都是關(guān)鍵的相關(guān)因素，無論是發(fā)達(dá)國家或是發(fā)展中國家，睡眠時間和質(zhì)量的持續(xù)下降導(dǎo)致這些問題的答案顯得迫切而又重要，其社會和臨床意義也在不斷擴(kuò)大。

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