第1章　睡眠的概述

第1节　什么是睡眠？

睡眠是一种与觉醒状态周期性地交替出现的机体状态。是维持机体健康不可缺少的生理过程，是机体复原、整合和巩固记忆的重要环节，其生理必要性仅次于呼吸和心跳。它是人类生存的一个主要组成部分。睡眠是受大脑（睡眠–觉醒中枢）主动调节的一种周期性的可逆的静息现象，是人体适应自然界昼夜变化的一种自然调节的生理功能。如果睡眠质量不高，会引起烦躁不安、情绪不稳、注意力不集中，严重的还会造成精神情绪障碍，并且诱发多种疾病。有报道显示，睡眠不足的人比睡眠充足的人存在更多的健康问题。

『专家提示』

睡眠是一种保护性的抑制，一方面它可以使神经细胞充分休息，避免过度疲劳或衰竭。另一方面在睡眠中合成代谢大于分解代谢，有利于精神和体力的恢复。

第2节　睡眠的生理变化和意义

睡眠占据了人类生命中大约1/3的时间，正常人的睡眠是与觉醒交替进行的，称为睡眠–觉醒周期。白天觉醒，夜间睡眠是人类的基本生活规律，它受制于接近地球自转周期的“昼夜节律”的影响，同时也受人类自身“生物钟”的调控。自古以来人类就对睡眠的本质有过数不清的猜测和遐想，但直到目前睡眠和觉醒的机制仍然是困惑人类的一个基本课题。

进入睡眠后，各个系统在生理上有许多变化。如运动系统的变化表现为眼睑肌松弛、闭合，瞳孔缩小，但对光反射存在。全身骨骼肌松弛，肌张力降低或消失，腱反射减弱或消失。呼吸系统的变化表现为呼吸变慢变浅，肺通气量减少20％～25％。血氧饱和度稍降低，CO2分压稍增高，呼吸中枢对CO2的刺激敏感性降低。循环系统的变化表现为心率变慢（一般减慢10～20次/分），血压下降（一般下降10～20mmHg）。消化系统的变化表现为唾液和各种消化液分泌减少，胃肠蠕动增加。泌尿系统变化表现为尿液分泌减少，尿的浓度增加。中枢神经系统的变化表现为大脑皮质活动减少，睡得越深，这种变化越明显，这样可使大脑的神经细胞得到充分的休息，使其功能恢复。其他方面的变化还有泪液分泌减少、汗腺分泌增加、基础代谢率降低（为10％～20％）、体温降低等。

第3节　与睡眠相关的神经解剖结构

现代医学研究发现，与睡眠相关的神经解剖结构主要包括延髓网状结构（图1-1）背侧的神经细胞、孤束核（图1-2）和前脑睡眠诱导系统。

延髓网状结构背侧的神经细胞和孤束核可以产生睡眠，其机制在于对前脑直接整合的影响和对上行激活系统神经细胞的抑制。来自延髓网状结构背侧的神经细胞上行纤维投射至脑桥和中脑，终止于臂旁核，后者再投射至丘脑、下丘脑、视前区、杏仁核和眶额部皮质。孤束核可以引起睡眠，它接受来自舌咽神经和迷走神经的传入冲动。孤束核发出的神经纤维最后投射到上述除皮质以外的这些区域。神经解剖资料显示，孤束核的主要作用不是通过网状激活系统而是通过前脑边缘结构实现，后者也与自律调节和睡眠产生有关。

前脑睡眠诱导系统由下丘脑前部、视前区、前脑基底、眶额部皮质共同组成。

下丘脑前部被认为是睡眠的中枢，它与位于下丘脑后部的觉醒中枢相对，正常情况下与觉醒中枢形成平衡。后来有人证实下丘脑前部视前区存在促使睡眠的区域。用电刺激这一区域可以诱发出行为抑制并伴有与睡眠一致的相关性改变，这一区域的神经细胞被认为具有抑制上行网状激活系统神经细胞的作用。

20世纪60年代发现电刺激视前区和前脑基底，可以引起嗜睡、睡眠行为和睡眠脑电图改变，与此相反，这些区域的大面积损伤可以引起睡眠减少和睡眠周期的消失。因此，下丘脑前部、视前区、前脑基底对睡眠的产生具有重要作用。然而，Villablanca等发现这些结构还不足以产生慢波睡眠，基底神经节和大脑皮质也参与睡眠的形成和维持。一些损伤表明，眶额部皮质在慢波活动的产生和睡眠行为的产生中尤其重要。

神经解剖和神经生理研究表明，前脑睡眠诱导系统与边缘系统有联系，并且这个系统与脑干激活系统互相作用。从早期的神经解剖研究中发现视前区和下丘脑前部的神经细胞与前脑边缘结构互相联系，包括隔区、杏仁核和眶额皮质，并下行投射到边缘中脑区域，有人称为边缘前脑-中脑环路，这个下行投射扩展至中脑内部结构，包括中央灰质和缝核，也终止于中脑网状结构，前脑的睡眠产生神经细胞可以部分通过上行网状激活系统的拮抗神经细胞而起作用。

因此，前脑边缘区域和脑干下部的自律中心也有明显的联系，下丘脑前部的神经细胞直接投射至孤束核和邻近的延髓区域，发送纤维通过脑桥的臂旁核。除了作为视前区、下丘脑前部和臂旁核的重要传入外，眶额皮质也直接投射到孤束核。这些前脑和脑干下部的结构通过相互联系形成一个系统，除了影响睡眠外，在内脏反射方面也起到重要作用。由于睡眠和副交感中枢在下丘脑前部重叠存在，因此刺激这一部位可引起睡眠行为和脑电图改变，同时引起血压降低、心率减慢和瞳孔缩小。相反，觉醒和交感中枢在下丘脑后部重叠存在，刺激这一区域在引起觉醒和皮质活动的同时，也引起血压升高、心率增快和瞳孔增大。

第4节　与睡眠相关的神经递质

神经递质是指神经末梢产生和释放的特殊化学物质。这些物质对睡眠和觉醒发挥一定作用。现在发现与睡眠、觉醒有关的神经递质有乙酰胆碱（Ach）、多巴胺（DA）、5-羟色胺（5-HT）、去甲肾上腺素（NE）、γ-氨基丁酸（GABA）等。

睡眠过程中一方面兴奋性神经递质的活性降低，另一方面能释放抑制性神经递质的神经元被激活。目前认为与觉醒有关的神经递质有乙酰胆碱和多巴胺，其中多巴胺主要是阻断快速眼球运动睡眠，多巴胺与脑中大量的区域有着联系，其在觉醒过程中发挥着非常重要的作用，乙酰胆碱主要是阻断非快速眼球运动睡眠；也有研究认为大脑皮质中的乙酰胆碱有助于觉醒的维持，脑干中的乙酰胆碱与蓝斑尾部共同参与快波睡眠，同时乙酰胆碱会抑制中缝核中的5-羟色胺神经元活动，对抗慢波睡眠。诱导睡眠的神经介质主要是5-羟色胺和去甲肾上腺素，5-羟色胺主要是在孤束核等区域，主要诱导的是非快速眼球运动睡眠，但是有研究将5-羟色胺直接注射进动物的中缝核里并没有产生睡眠的明显增加，所以现在只是知道5-羟色胺与睡眠有关，但5-羟色胺是促眠因子还是失眠因素还有待于研究。去甲肾上腺素主要存在于脑干的蓝斑，它诱导的主要是快速眼球运动睡眠；也有研究认为蓝斑头部的去甲肾上腺素递质系统与脑电的觉醒有关，而蓝斑尾部的去甲肾上腺素递质系统对快波睡眠起主要作用。海马中的去甲肾上腺素则可以通过其β-受体促进慢波睡眠，抑制觉醒。另外与睡眠有关的神经递质还有γ-氨基丁酸，γ-氨基丁酸属强神经抑制性氨基酸，具有镇静、催眠、抗惊厥、降血压的生理作用。它是抑制性神经递质，可以抑制动物的活动，减少能量的消耗，广泛存在于中枢神经系统和外周神经系统。有实验显示失眠患者的脑脊液γ-氨基丁酸含量显著低于正常人，说明γ-氨基丁酸是促醒因素，但是又有其他实验显示γ-氨基丁酸能通过介导褪黑素来促进睡眠。γ-氨基丁酸具体的作用机制和作用部位还有待研究。

还有其他睡眠因子如诱导肽、白介素-1、肿瘤坏死因子、腺嘌呤核苷、前列腺素-D等，但这些物质和功能之间的关系尚不清楚。

第5节　睡眠的时相和周期

人类对睡眠的认识是随着脑电技术的发展而逐渐深入的。1875年Caton第一次从家兔和犬脑表面记录到了脑电活动波，1929年Berger从其儿子的头皮上首次记录到了人类的脑电波，并观察在睡眠和觉醒状态下，脑电波有显著不同。随着肌电图、眼动电流图、脑电图的广泛应用，人们对睡眠的了解有了很大的进展。清醒期脑电图（图1-3）表现以α波和β波为主，间有少量的散在的慢波（θ波、δ波、）。α波主要分布于枕、顶部，β波主要分布于额、颞部，左右对称。

在波形当中以α波为背景，间或出现θ波、δ波、β波

1.睡眠时相

目前临床上通用的分类法是按照脑电图的变化、眼球运动情况和肌张力的变化将睡眠分为快速眼球运动（rapid eye movement，REM）睡眠期和非快速眼球运动（non-rapid eye movement，NREM）睡眠期，在非快速眼球运动睡眠期中又分为 第Ⅰ时相（Ⅰ期）、第Ⅱ时相（Ⅱ期）、第Ⅲ时相（Ⅲ期）、第Ⅳ时相（Ⅳ期），所以正常人的生理睡眠结构主要分为五个时相（表1-1），其中Ⅲ期、Ⅳ期又合称慢波睡眠（SWS）期。

非快速眼球运动睡眠的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期，相应于睡眠由浅入深的过程。人们入睡后所发生的睡眠大多数属于此种。包括浅睡期和深睡期，浅睡期即睡眠Ⅰ期（S1）和Ⅱ期（S2），Ⅰ期脑电图表现（图1-4），呈现低振幅脑电波，频率快慢混合，而以4～7次/秒的θ波为主。肌张力开始下降，可见钟摆样慢眼球运动相。此期常出现于睡眠开始和夜间短暂苏醒之后。

可见 α 波解体，代之以θ波、δ波、β波的混合节律波

Ⅱ期脑电图表现（图1-5），也呈现较低振幅脑电波，中间常出现短串的12～14次/秒的睡眠纺锤波和一些复合波。无眼球运动，肌电波幅低平。

可见在 S1 的背景上出现了12～14Hz睡眠纺锤波和K复合波

深睡期即第Ⅲ（S3）和第Ⅳ睡眠期（S4）。Ⅲ期脑电图表现（图1-6），常呈现短暂的高振幅脑电波，振幅超过50μV，为频率1～2次/秒的δ波。

这期中0.5～2Hz的δ波占到20％～50％

Ⅳ期脑电图表现（图1-7），呈现高振幅脑电波。此期以δ波为主。其出现时间占总时间的1/2以上，代表深睡状态。

这期的特点是 0.5～2Hz 的δ波占 50％～70％，而且两侧对称同步

Ⅲ期与Ⅳ期仅有量的差别，而无质的不同。通常认为，Ⅳ期慢波睡眠具有促进体力及精力恢复的功能。因为人们观察到在长时间的体力劳动或不睡后，在恢复睡眠中此期持续时间最长。随着睡眠由浅入深，各个系统逐步出现以下变化，如大脑皮质活动减少、血压稍降、心率及呼吸减慢、瞳孔缩小、体温及基础代谢率降低、尿量减少、胃液增多、唾液分泌减少、发汗功能增强等，上述生理变化都较稳定。

快速眼球运动睡眠又称异相睡眠或快波睡眠，脑电图特征是呈现出去同步化的快波，各种感觉和躯体运动功能减退，而眼动图的表现是两眼球同步相对快速运动，肌电图的表现为肌电波幅平坦（图1-8）。此外，还可有间断性的阵发性表现，如出现快速眼球运动，血压升高，呼吸、心跳加快等，此期睡眠时，脑内蛋白质合成增加，新的突触联系建立，这有利于幼儿神经系统的成熟、促进学习记忆活动和精力的恢复。做梦也是此期的一个特征。

这期的特点类似于睡眠Ⅰ期

『专家提示』

睡眠时相是人在睡眠中根据脑电图、眼球运动情况和肌张力的变化将睡眠分为快速眼球运动睡眠期和非快速眼球运动睡眠期。在非快速眼球运动睡眠期中又分为第Ⅰ时相、第Ⅱ时相、第Ⅲ时相、第Ⅳ时相。正常人的生理睡眠结构主要分为五个时相，非快速眼球运动睡眠的Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅳ期，相应于睡眠由浅入深的过程。

2.睡眠的周期

除了睡眠和觉醒是周期性地发生以外，睡眠本身也由几个周期组成，成人平均每晚出现4～6个睡眠时相周期，每一睡眠周期都含有从60～120min不等的有顺序的睡眠时相，平均是90min。在入睡后最初的20～30min，从非快速眼球运动睡眠第Ⅰ时相进入第Ⅱ、Ⅲ时相，再经过第Ⅳ时相之后返回。睡眠者经过第Ⅲ时相回到第Ⅱ时相，再从第Ⅱ时相进入快速眼球运动睡眠，大约持续10min后，又进入第Ⅱ时相。在睡眠周期的进程中，在任何一处把睡眠者唤醒后再继续睡眠时，他都不会回到把他唤醒的那一睡眠时相中，而是从开头的最初状态开始。随着进入深夜，每一时相所用的时间量会发生变化。刚入睡时，非快速眼球运动睡眠的第Ⅲ、Ⅳ时相约占90min，快速眼球运动睡眠持续不超过30min。进入深夜，快速眼球运动睡眠会延长到60min，而非快速眼球运动睡眠的第Ⅲ、第Ⅳ时相所占的时间则会相应缩短。越接近睡眠后期，快速眼球运动睡眠持续时间越长。睡眠时相周期在白天小睡时也会出现，但非快速眼球运动睡眠和快速眼球运动睡眠时间多少根据白天小睡的时间而定。上午小睡，是后半夜睡眠的延续，快速眼球运动睡眠所占比例较大，非快速眼球运动睡眠的时间减少。下午小睡，非快速眼球运动睡眠所占比例增多。下午的睡眠会减少晚上睡眠时非快速眼球运动睡眠的量。值得指出的是，睡眠时一些时相对人体具有特殊的意义。在非快速眼球运动睡眠的第Ⅳ时相（有时也包括第Ⅲ时相）的睡眠中，体内可分泌大量的生长激素，其功能是促进合成作用，减少蛋白质的分解，加速受损组织的愈合，特别是对于软骨组织和肌肉组织的生长是非常重要的。快速眼球运动睡眠对精神和情绪上的平衡最为重要。因为这一时期的梦境都是生动的，充满感情色彩的，此梦境可减轻、缓解精神压力，使人将忧虑的事情从记忆中消除。