睡眠机制研究进展

摘 要:产生睡眠的机制虽未有定论，但已有多种学说。睡眠时脑电图表现可分慢波睡眠和快波睡眠，其机理不同。在低位脑干存在着调节睡眠和觉醒的重要结构。睡眠肽和5-羟色胺，去甲肾上腺素和乙酰胆硷可促进睡眠。睡眠-觉醒周期是受生物钟控制的。

关键词：睡眠机制；神经睡眠

中图分类号：R338.63文献标识码：A文章编号：1673-2197（2007）11-034-03

睡眠是重要的生理活动，然而为什么会产生睡眠？自古以来不少学者进行过探索，尽管至今仍未有定论，但近几十年来睡眠机制的研究进展很快，其前景是可观的。

1 古代和近代睡眠生理学的研究

公元前5世纪至4世纪，在我国的春秋战国时代，《黄帝内经》的《灵枢、口问篇》中就叙述了“阳气尽，阴气盛则目瞑；阴气尽而阳气盛。则寤矣”。它最早地应用朴素唯物辨证的阴阳学说阐明了睡眠和觉醒的生理。清•林佩琴《类证治载不寐论治》中说“阳气自动而之静，则寐；阴气自静而之动，则寤”，进一步认识到人的睡眠和觉醒转化的机理是阴阳之间自然而有规律转化的结果。

公元前，古希腊对睡眠也有了认识，亚里士多德认为“睡眠是为了冷却头脑中的蒸汽”，名医希波克拉底（Hippocrates）认为，当体液失去平衡，使脑不正常热、冷、潮湿或干燥时则引起失眠。13世纪，海梦特（Helmont）认为引起睡眠的冲动来自胃。17世纪，法国的笛卡尔（Descartes）认为动物灵气较少有力时引起睡眠，反之则引起觉醒。19世纪，随着自然科学迅速发展，已开始应用睡眠实验方法进行研究睡眠生理，但存在一定的困难。60年代以前，哈勒（Harler）、达尔文（Darwin）等提出了睡眠的充血学说。70年代，杜哈姆（Durham）等又趋向睡眠的贫血学说。其后，泊汀（Btrtin）等的实验结果否认了大脑血液循环对睡眠的影响，另有些学者提出了睡眠化学学说（如CO₂、乳酸、疲劳毒素等），但都不能解释由觉醒迅速进入睡眠的机理。华西德（Waschide）提出它不能解释连体孪生儿非同时睡眠的现象，因为这种连体孪生儿有共同的循环，但神经系统是各自分离的，他们的觉醒-睡眠周期是互不影响的。包特金氏（BOTKUH 1874）在分析一例病理性睡眠时，大胆地提出了特殊睡眠中枢存在的问题。还有一些学者也提出了关于特殊睡眠中枢的假设（莫斯里Mauthner、福雷儿Forel、瓦特Vagt等）。

2 现代睡眠生理学的研究

20世纪，由于科学技术的进步，尤其是脑电图的应用为睡眠生理学的研究创造了有利条件。

2.1 睡眠脑电图的研究

1929年，德国的伯杰（Berger）首先描记了脑电图，人们开始可以非常客观地描记睡眠过程，测量睡眠的深度，发现人和动物在睡眠中脑并不静止，脑电图(EEG）还显示了脑细胞一系列主动调节的周期性变化。

1928年，两位俄国学者报导了他们在熟睡婴儿身上观察到，其脑内运动活动增加时一般伴有快速眼球运动。20年后的1953年，美国的阿瑟林斯基（Aserinsky）和德门特（Dement）在观察婴儿睡眠时，再次发现了俄国生理学家所描述的现象，并通过脑电图、肌电图和眼动图的记录研究，把睡眠分成了两种不同的状态。

2.1.1 慢波睡眠（SWS）或同步化睡眠

这一睡眠状态的特点是EEG呈同步化慢波，表现出循环系统、呼吸系统和交感神经系统的活动水平下降，此时眼球并不快速转动，故称非快速眼动睡眠（NREM）或正相睡眠，持续时间约为90分钟。慢波睡眠的产生根据朱维特（Jouvent）等的报告，是由于脑内中缝核所释放的5-羟色胺（5-HT）抑制了网状结构上行激动系统的作用而出现的。

2.1.2 快波睡眠或去同步睡眠（DS）

发生在慢波睡眠之后，EEG出现低幅不同步的快波，此时睡眠深不易唤醒，故称异相睡眠。表现出呼吸、循环系统和交感神经系统活动不稳定，脑血流量增加，肌张力进一步降低而眼肌却出现快速的眼球转动（50～60/分），所以又称快速眼动睡眠（REM），持续时间约20分钟。1962年，朱维特（Jouvent）发现REM睡眠的产生与脑桥被盖有关，经定位破坏后，REM睡眠便不再出现，这可能同脑桥网状结构的兰斑核中的肾上腺素能神经元所释放的去甲肾上腺素（NE）有关。

2.2 睡眠神经机制的研究

2.2.1 睡眠的被动学说

巴甫洛夫认为，被动的睡眠是由于经常送向大脑皮层以维持其一定兴奋性的冲动被阻断，皮层兴奋性下降而引起阻抑发展产生的睡眠。

1953年，布雷米尔（Bremer）在实验中发现，将猫的脊髓在第一颈节水平横断同时进行人工呼吸和维持血压时，动物表现出正常睡眠中——觉醒周期的EEG和瞳孔征象。而若在中脑水平，恰好在第三对脑神经运动核的尾部横切（孤离大脑制备），动物就出现一种永久性类似睡眠的状态。从这个发现得出一个概念，认为睡眠是一种去激活的被动过程，而觉醒是一种主动的状态，是由进入脑中的冲动维持的，即脑干网状结构上行激动系统的作用。当传入冲动被除去（如孤离大脑的猫），即EEG去激活时，就产生了睡眠。

1949年，马高（Magoun）和莫鲁齐（Morugi）发现，刺激脑干可使EEG激活；但当中脑水平切断时，则脑电出现δ波而成为睡眠型；破坏网状结构也可以使脑电成为睡眠型。这些发现有利于支持这一设想，但未能解决脑干网状激动系统的开关机制问题。

2.2.2 睡眠的主动学说

1902年，巴甫洛夫根据条件反射理论，认为睡眠是内抑制在大脑皮层广泛扩散并发展到皮层下中枢而引起的，但缺少这个论证的神经生理学实验根据。

1928年，瑞士胜利学家黑斯（Hess）用频率为8HZ的刺激作用于猫的丘脑髓板内核1～2分钟，猫即出现了睡眠，因而认为这个部位存在睡眠中枢，将这种睡眠称为丘脑性睡眠。1946年，罗塔（Nauta）根据白鼠下丘脑的横切实验，认为下丘脑存在有互相接近的睡眠与觉醒两个中枢。觉醒中枢位于后部，与交感神经中枢有密切的关系，不断地向大脑皮层传送刺激。睡眠中枢位于前部，与副交感神经中枢有密切关系。1950年，马高（Magoun）指出在睡眠产生的机理上，不能认为仅有一个局限的睡眠中枢，而实际上有广泛的脑活动参与。1957年，黑斯（Hess）又发现刺激下丘脑的后部和中脑间脑连接处的灰质，可引起觉醒时所有的行为表现。1959年，巴替尼（Batini）等人在猫的实验中观察到，在延脑头端完全切断后，动物表现出失眠，具有激活的EEG和行为觉醒的眼球现象。巴替尼的实验和布雷米尔的孤离大脑制备出现长期嗜眠的事实，有力地证明了在低位脑干存在着调节睡眠和觉醒的重要结构，这一结构位于孤束核的头侧和邻近的腹侧网状核。

刺激中枢神经系统其它部位也可诱发睡眠（Clemente 1967，Sterman 1968）。波泊安罗（Pompeiano 1962）和斯威特（Swett1963）在非麻醉自由运动的动物中用埋藏电极刺激外周神经，引起了EEG同步自然睡眠。朱维特（Jouvent 1970）指出，在脑干缝核中有5-HT能神经元，可抑制中脑网状结构激动系统从而产生正相睡眠（慢波睡眠）。此外，不少学者发现迷走传入冲动同睡眠关系密切（Pardel 1965和Dell 1965等）。

2.3 睡眠化学物质的研究

2.3.1 睡眠肽

早在1910年，法国生理学家皮龙（Pieron）就开始了睡眠化学物质的研究，他把断眠犬（150～293小时不睡）的脑脊液浣注到正常犬的脑髓系统中后，观察到受体犬在浣注后睡了几小时，当时还不能用脑电图来测量。这揭示了存在一种促进睡眠的物质，皮龙称之为“睡眠促进因子”。1939年，杰罗姆（Jerome）、施内多夫（Schnedorf）和艾万（Ivy）重新研究了皮龙现象，在20次实验中获得了9次阳性结果，他们深信皮龙现象的真实性。

1961年，科缪儿（Kormnuller）报告，在狗的交叉循环实验中，电刺激供血犬发生了EEG去同步化，这揭示了促进睡眠物质是由内侧丘脑释放的。这种催眠物质尚未被分离出来。

1964年，蒙尼尔（Monnier）等用低频刺激家兔丘脑腹内侧区，EEG呈慢波睡眠，将其提取物注入正常家兔体内，可使受血兔进入睡眠状态，因此，称此物质为“睡眠诱导肽”（DSIP）。1977年已提取出该物质的有效成分并鉴定出是一个九肽，现已人工合成。

1965年，帕彭海默尔（Pappenheimer）和同事们，将用来断眠的同一山羊的脑室池液浣注过的猫和鼠相比较，经用断眠48小时的赡养脑室池液浣注的猫表现出贪睡，经浣注的鼠在最初6小时内的夜间活动量减至约为正常的63%。现已分离和提纯出称为“睡眠因子”的肽类作为促进睡眠物质。

2.3.2 神经递质

朱内儿（Jourdl 1967）、威廉斯（Williams 1968）在调节睡眠的生化机制方面的研究表明，睡眠和觉醒状态的开始和维持至少部分地是由生物胺调节的，特别是5-HT和NE。损伤脑干的中缝核和兰斑会导致脑内相应的胺量明显减少（Dahistrom 1963，Fuxe 1965）。

在睡眠周期研究中，有证据说明5-HT系统起了一定的作用（Pujol 1971，Jouvet 1968等），也有证据表明兰斑的NE在调节去同步睡眠（DS）中起到重要作用。

也有学者提到乙酰胆硷（Ach）和REM睡眠有关，将Ach注入兰斑附近能使猫产生REM睡眠，而注射阿托品则产生抑制REM睡眠。

综上所述，有的睡眠物质是通过刺激睡眠中枢提取的，说明睡眠的神经抑制学说与睡眠的化学物质学说之间关系密切。同时，睡眠的被动学说和主动学说只是从不同的角度来阐明睡眠机理，两者是统一的。

2.4 睡眠-觉醒周期的研究

人体中觉醒与睡眠的交替有一种明显的昼夜节律，这种节律是怎样形成的呢？不少人认为是阳光（光照）与黑暗直接引起了觉醒与睡眠，但北极的爱斯基摩人虽然持续6个月的永昼和永夜，却也表现出24小时的昼夜节律。实验发现，让受试者在恒明或恒暗的环境中生活几个星期，在起初有些混乱之后，也能出现近似的昼夜节律，因此认为，这种节律主要取决于身体本身的一种自我调节的“生物钟”，而不是外界因素。

1938年，克雷特曼（Kleitman）和理查森（Richardson）在美国的马默思山洞进行了长达32天的穴居者周期性现象的研究。受试者在洞内居住，没有光照的昼夜变化，没有任何可以计算时间的物品。洞外的研究人员按照时间关系分析洞内受试者的体温、脉搏、血压和脑电图等，结果表明，在洞内的整个过程中，受试者体内的节律仍然顽强地保持在大约一昼夜的周期之内，照样觉醒和睡眠交替，所有的测量数据仍然有周期性的变化。这再次说明，人类睡眠与觉醒的交替是通过人体“生物钟”的一种内在的控制，它仅仅是在时间上与每日昼夜的周期保持一致。

蒙卡斯尔（Muntcastle 1980）报告过动物实验证明“生物钟”依赖于下丘脑。

奥特莱提出，人体生物钟就像人造钟表一样，是地球自转的模拟物。控制人体睡眠的生物钟可能是通过生物学的而非机械的装置被地球的自转“带着走”的一种振荡器，它是由激素的分泌通过反馈来调节的。

最近的研究焦点集中在松果腺上，它可能是一个时间的控制者。据观察，鸟的松果腺摘除后可引起活动节律的障碍，每天注射松果腺产生的褪黑激素在血液中的水平是晚上升高，人们通过这一业已证实的现象，发现身体内有些化学过程是与光和暗有关的。因此，推测褪黑激素是对光敏感的生活化学振荡器，可调节人体睡眠钟，这一概念与人体在光照射时活动而在黑暗时不活动的情况是相符合的。

参考文献：

［1］ 寿天德.揭示脑功能的神经化学基础［J］.科学，2001，53（1）:59260.

［2］ 陈宜张，杨露春，王文清.脑的奥秘［M］.北京:清华大学出版社，2002.

［3］ 寿天德.揭示脑功能的神经化学基础［J］.科学，2001，53（1）:59260.

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