第五节　睡眠和觉醒机制

睡眠是一个复杂的节律性生理过程，目前，有关睡眠的发生机制尚不完全清楚，正常睡眠受睡眠内稳态和昼夜节律的驱动而发生和维持。促睡眠系统和促觉醒系统的交互抑制和兴奋决定了睡眠-觉醒状态的正确转换。任何促睡眠系统的功能减退或促觉醒系统的抑制不全或兴奋过度均会导致失眠的发生和维持。

一、睡眠机制的相关假说

（一）经典的催眠术理论

研究表明，在睡眠或睡眠剥夺的动物脑组织及体液中，存在一种活性的睡眠诱导物质，称为睡眠催化物，它是由尿苷及氧化谷胱甘肽组成。尿苷可增强突触水平的γ-氨基丁酸尿苷受体复合物的神经递质，氧化谷胱甘肽则可通过突触水平的谷氨酸受体抑制兴奋性神经的传递，因而认为睡眠催化物主要通过对一种重要的神经传递系统进行调节而促进睡眠。

（二）睡眠的神经突触理论

该理论认为，睡眠起源于神经元水平，在清醒期神经元突触维持着正常的神经传递及调节作用，睡眠则可保护突触超级结构的稳定性。研究表明，神经元的睡眠调节与突触的某些代谢物质有关，当有足够数量的神经元处于睡眠状态时，人就会入睡。

（三）神经元膜去毒化假说

印大中教授根据衰老生化的最新研究成果提出了睡眠过程的神经元膜去毒化假说，认为觉醒过程中种种生化副反应造成的垃圾堆积导致神经系统的“疲劳”；指出睡眠过程的单胺复原可能是主要的睡眠生化机制。

（四）睡眠的稳态机制

该理论认为睡眠的稳态机制与觉醒有关，因为在一个长时间的觉醒状态后会跟随一次加强的睡眠，这种加强的睡眠主要表现为睡眠潜伏期缩短、每次睡眠的持续时间延长以及非快速动眼睡眠期脑电图的δ波增强。

二、睡眠-觉醒中的化学物质

睡眠与觉醒是中枢神经系统主动活动的结果，通过生物钟周期性的开启通向睡眠诱导区（中缝核、孤束核）和觉醒诱导区（如蓝斑头部）并通过上行抑制系统或激励系统利用特殊的神经递质对大脑皮层产生抑制或易化，从而产生睡眠或觉醒。如果这种生物功能或参与其中的某些解剖结构发生病理性的改变就会导致睡眠障碍。中枢神经递质与睡眠与觉醒所涉及的神经机制非常复杂，多种神经递质参与了睡眠与觉醒生理周期的调控。谷氨酸和γ-氨基丁酸是哺乳动物中枢神经系统内最重要的氨基酸类神经递质，对神经元的活动分别具有兴奋性及抑制性调控作用。

研究证明，不同脑区谷氨酸和γ-氨基丁酸含量及其受体功能的改变参与睡眠-觉醒过程及不同睡眠时相的转换，在睡眠的调节中发挥着重要的作用。去甲肾上腺素主要位于延髓网状结构、脑桥蓝斑、中脑网状结构，对中枢神经元既有兴奋又有抑制作用，在特定的部位有其特定的作用，常以兴奋作用为主。5-羟色胺主要分布在脑干背侧中线附近的中缝核等处，多呈抑制效应，脑干中的5-羟色胺有利于维持慢波睡眠，而慢波睡眠又有利于疲劳的恢复。某些肽类物质也参与了睡眠-觉醒节律的调节，如褪黑激素、血管活性肠肽以及β-内啡肽等，均有不同程度的促睡眠作用。

褪黑激素是公认的生理性睡眠因子，它是以色氨酸为原料在松果体细胞内合成的，松果体对中枢神经起着生物钟作用。正常光照周期通过下丘脑视交叉上核昼夜起搏点，作用于昼夜节律系统，进而调节行为及生理功能的节律变化。光的强度可影响褪黑激素的合成，由于光周期的影响，导致褪黑激素昼夜节律变化，白天光照时可抑制褪黑激素分泌，故白天血浆浓度下降；而黑暗则刺激褪黑激素分泌，使夜晚血浆浓度升高，午夜2～3点达到高峰。褪黑激素的这种下降与升高水平影响中枢神经系统而产生对机体的生理效应，如睡眠与觉醒等。王芳等认为褪黑激素的催眠作用可能与下丘脑中γ-氨基丁酸含量的升高有关，催眠剂量的褪黑激素可使下丘脑γ-氨基丁酸含量升高，γ-氨基丁酸是中枢神经系统内一个重要的控制性的神经递质，对睡眠-觉醒周期产生抑制作用，从而起诱导睡眠作用。睡眠的调节过程十分微妙复杂，而褪黑激素对中枢神经系统的影响又十分广泛，很难用单一因素对其催眠作用机制加以解释。因此人们尝试从多角度来解释其机制：①对神经内分泌系统的作用；②对神经递质及其受体的作用：脑内多种经典的神经递质如去甲肾上腺素、5-羟色胺、γ-氨基丁酸以及多巴胺等都参与；③作用于视交叉上核：研究表明，褪黑激素对视交叉上核有直接作用，视交叉上核上分布有许多褪黑激素受体，褪黑激素与受体结合，通过受体后机制发挥其对生物节律的调节作用，从而参与睡眠时相的调节；④体温调节作用：这一学说认为褪黑激素的镇静催眠作用是降低体温的结果。体温节律与睡眠-觉醒节律是明显相关的，睡前3～4小时体温开始降低，觉醒前开始升高，因此认为体温调节作用亦是褪黑激素镇静催眠作用的可能机制之一；⑤神经免疫调节作用：从20世纪80年代初起，人们对褪黑激素的免疫调节作用相关的报道越来越多，现已公认它是一种免疫调节剂，能通过促进细胞因子的释放来增加睡眠。

β-内啡肽是一种主要在下丘脑弓状核及垂体中叶合成、分泌的神经肽，具有较强的吗啡样活性与镇痛作用，并参与免疫功能的调节和维持神经内分泌环境的相对稳定，它可作为内源性神经安定剂具有抗精神分裂症的效应，诱导患者睡眠。

血管活性肠肽直接作用于执行睡眠的脑结构，也可影响垂体分泌某些催眠物质（如生长激素和催乳素）间接影响睡眠。

近年对睡眠的免疫调节研究甚多，均证实人在睡眠中其免疫功能也发生了许多改变，剥夺睡眠会影响免疫细胞及细胞因子的活性。细胞因子不但是重要的免疫调节因子，而且具有广泛的中枢调节作用。细胞因子不仅在外周血液中存在，而且外周神经和大脑中也存在，因此细胞因子能通过不同线路影响中枢神经系统的睡眠过程。

其他与睡眠相关的睡眠因子主要有：①腺苷；②褪黑素；③前列腺素；④白介素-1（IL-1）；⑤肿瘤坏死因子等。

三、觉醒机制

觉醒是保证脑的高级功能如认知、情绪、学习、记忆、注意力及行为正常进行的基础。大脑皮层本身不具有自身激活的内在机制，必须依靠皮层下和脑干的上行网络的聚合和辐散对皮层产生兴奋性冲动。

具有几种投射途径：①脑干网状结构上行激活系统。②基底前脑与大脑皮层激活。③脑干单胺类神经递质的皮层激活作用。④下丘脑后部与大脑皮层的激活。

四、梦的行成及其发生机制

20世纪90年代中期，人们开始对梦做深入研究，但是由于对于梦的定义没有统一标准、无法描述梦的行为学特点等原因，截至目前，它仍然是一个不太成熟的领域。但是，可以确定的是做梦是绝大多数人每晚必须经历的。

科学上对于梦的定义基本是依据物理上的客观存在或者机制或可测量结果决定的过程。睡眠专业协会和梦研究协会曾得出如下结论“由于目前应用的定义的多样性……对梦制定单一的定义几乎是不可能的”，部分研究者对梦做出了限制（见表2-1）。综上原因，一些研究者完全采用“睡眠心理活动”来代替“做梦”。具体指睡眠期间经历的知觉、想法和情绪或者是睡眠中认知、思想和情绪表达的过程。

现在，研究者从各个角度来研究梦的机制，主要包含以下几个方面：①时间生物学：梦受多种生物节律调节，主要包括超日节律、昼夜节律、半昼夜节律和月节律等；②神经生物学：主要是和经脑干和间脑的上行觉醒系统激活前脑结构有关，REM期有相对更多的边缘下皮质和皮质的激活以及与执行功能有关的多通道皮质联合区的失活。其中边缘、前额和视觉的联合以及顶下小叶在梦的构建中起关键作用。另外，神经调节物质，如乙酰胆碱、去甲肾上腺素、多巴胺等影响梦的质量和数量。