第八章睡眠的生理心理1.睡眠（sleep）是人类的基本需要，是意识的一种状态（statesofconsciousness）2.睡眠是动物界普遍存在的生理现象。第一节醒睡节律一、内源性周期1.“生物钟"现象（1）体温在24小时期间可以有1℃的波动，一般在傍晚达峰值，凌晨最低，(2)激素释放昼夜节律如褪黑素(melatonin)释放的峰水平在晚间：生长激素则在前半夜释放：皮质醇及睾酮则在清晨（苏醒时）：肾上腺素则在午后。（3）生、死昼夜节律：约有1/3的自然分娩在凌晨（3a.m.前后），而死亡约在5a.m.左右。（4）睡眠就是生物钟现象之一地下隔离生活6个月一人体生物钟研究条件：断绝一切与外部世界的时间性信息。记录指标：睡眠周期、心率、血压及肌肉活动、体温、尿样。结果（1)Siffre实验记录的最后一次睡眠一觉醒是第151次：实际上已经是第179天。实验中，在心理上“丧失”28天。(2)体温曲线较为稳定，保持在25小时左右，极少波动。·结论（1）抑郁和记忆损害（2）机体内至少有两种振荡器控制着昼夜节律。一种控制体温，相对比较稳定（有时称之为X起搏点”）另一种是较为多变，（有时称之为Y起搏点"）。二、生物钟及其生理机制·机体内部存在“自由运转”（free-running)节律植物避光实验结果：植物内部的时钟并不完全与外部世界匹配。·生物钟机制：钟振荡器功能、信号输人、信号输出和钟的整合或调节。?昼夜节律生物钟的中枢振荡器SCN（下丘脑腹侧前部的视交叉上核）SCN损伤特点：不改变睡眠时间或者SWS及REM睡眠的相对比例：但改变了睡眠一觉醒的模式，即睡眠一觉醒的昼夜节律消失。（一）视交叉上核的作用每个神经元含有一个钟；在整体脑中，SCN的神经元的活动会发生同步化。（二）松果体与褪黑素-
1 第八章 睡眠的生理心理 1.睡眠(sleep)是人类的基本需要，是意识的一种状态（states of consciousness) 2.睡眠是动物界普遍存在的生理现象。 第一节 醒——睡节律 一、内源性周期 1.“生物钟”现象 （1）体温在 24 小时期间可以有 1℃的波动，一般在傍晚达峰值，凌晨最低。 (2)激素释放昼夜节律 如褪黑素(melatonin)释放的峰水平在晚间； 生长激素则在前半夜释放；皮质醇及睾酮则在清晨（苏醒时）； 肾上腺素则在午后。 （3）生、死昼夜节律：约有 1/3 的自然分娩在凌晨（3 a. m.前后），而死亡约在 5 a. m.左右。 （4）睡眠就是生物钟现象之一。 地下隔离生活 6 个月—人体生物钟研究 •条件：断绝一切与外部世界的时间性信息。 •记录指标：睡眠周期、心率、血压及肌肉活动、体温、尿样。 •结果 (1)Siffre 实验记录的最后一次睡眠一觉醒是第 151 次；实际上已经是第 179 天。实验中，在 心理上“丧失”28 天。 (2)体温曲线较为稳定，保持在 25 小时左右，极少波动。 •结论 （1）抑郁和记忆损害 （2）机体内至少有两种振荡器控制着昼夜节律。 一种控制体温，相对比较稳定（有时称之为“X 起搏点”）， 另一种是较为多变，（有时称之为“Y 起搏点”）。 二、生物钟及其生理机制 •机体内部存在“自由运转”（free-running)节律 •植物避光实验结果：植物内部的时钟并不完全与外部世界匹配。 • 生物钟机制：钟振荡器功能、信号输人、信号输出和钟的整合或调节。 •昼夜节律生物钟的中枢振荡器——SCN（下丘脑腹侧前部的视交叉上核） •SCN 损伤特点：不改变睡眠时间或者 SWS 及 REM 睡眠的相对比例；但改变了睡眠—觉醒的 模式，即睡眠一觉醒的昼夜节律消失。 （一）视交叉上核的作用 •每个神经元含有一个钟；在整体脑中，SCN 的神经元的活动会发生同步化。 （二）松果体与褪黑素
1.松果体是内分泌腺，合成褪黑素释放人血。2.褪黑素（1）释放直接受光线控制：即光亮抑制褪黑素释放，而黑暗刺激其释放。?通过颈上神经节来控制：即黑暗引起颈上神经节释放NE到松果体，使5-HT在N-乙转换酶的作用下生成褪黑素。人在极高强度光线作用下抑制褪黑素分泌。（2）褪黑素功能①调节睡眠的昼夜节律以及与其它内分泌器官的昼夜功能的同步化。例如，大鼠的褪黑素分泌呈周期性，早晨4时开始分泌，中午12时达到最高峰，然后逐渐降低至晚上7-8时为零，与大鼠昼伏夜动时性相一致。给予褪黑素可使人感到困倦并准备睡眠。褪黑素能使体内其它激素系统的活动协调起来，使它们与睡眠一一觉醒周期同步化例如，给予褪黑素可使生长激素的释放明显增加。此外，有将褪黑素用于帮助克服时差。②调节睡眠周期的季节性变化。·褪黑素调节着机体对一年中光线变化的反应以及昼夜功能。褪黑素浓度变化是机体内源性昼夜节律的信号表现。·光照周期变化信号可以通过视觉系统和交感神经将信号传至松果体，引起褪黑素分泌变化。褪黑素可能通过作用于SCN昼夜起搏点，调节机体昼夜节律变化，使机体内源性节律与外环境周期相一致，从而影响觉醒一一睡眠周期的季节性。（三）腺苷及其受体的作用1.腺苷浓度与睡眠周期·觉醒时脑内腺苷浓度逐渐升高，可以激活促睡眠神经元。睡眠过程中，脑内腺苷浓度下降，觉醒过程逐渐发生。一些病理生理研究证实了腺苷在觉醒——睡眠周期的紊乱现象。（四）奥立新（orexins）及其受体的作用orexins是下丘脑调节肽。中枢orexins的大幅度降低是嗜睡症的重要标志，随着orexins生成的减少，嗜睡的症状加重。静脉注射orexins治疗嗜睡症在动物实验中已见成效。2.中枢orexins分布：在弯隆周核，下丘脑的背、外、后侧，及下丘脑一一丘脑边缘区。3.orexins神经元纤维的投射：在基底前脑、视前区、丘脑室旁核、中央灰质、蓝斑区和松果体复合体等区域均可发现orexins神经元的投射纤维。4.免疫组化分析嗜睡者脑组织中orexins神经元比正常对照组平均下降了93%，提示orexins神经元的丧失或分泌停止与嗜睡有关。·微量注射orexins后引起的皮质电图的变化，并证明了室旁核区是与唤醒信号通路有关的2
2 1.松果体是内分泌腺，合成褪黑素释放人血。 2.褪黑素 （1）释放 •直接受光线控制：即光亮抑制褪黑素释放，而黑暗刺激其释放。 •通过颈上神经节来控制：即黑暗引起颈上神经节释放 NE 到松果体，使 5-HT 在 N-乙酞转换酶 的作用下生成褪 黑素。人在极高强度光线作用下抑制褪黑素分泌。 （2）褪黑素功能 ①调节睡眠的昼夜节律以及与其它内分泌器官的昼夜功能的同步化。 例如，大鼠的褪黑素分泌呈周期性，早晨 4 时开始分泌，中午 12 时达到最高峰，然后逐渐降低 至晚上 7-8 时为零，与大鼠昼伏夜动时性相一致。 给予褪黑素可使人感到困倦并准备睡眠。 •褪黑素能使体内其它激素系统的活动协调起来，使它们与睡眠——觉醒周期同步化例如，给予 褪黑素可使生长激素的释放明显增加。此外，有将褪黑素用于帮助克服时差。 ②调节睡眠周期的季节性变化。 •褪黑素调节着机体对一年中光线变化的反应以及昼夜功能。 •褪黑素浓度变化是机体内源性昼夜节律的信号表现。 •光照周期变化信号可以通过视觉系统和交感神经将信号传至松果体，引起褪黑素分泌变化。 •褪黑素可能通过作用于 SCN 昼夜起搏点，调节机体昼夜节律变化，使机体内源性节律与外环 境周期相一致，从而影响觉醒——睡眠周期的季节性。 （三）腺苷及其受体的作用 1.腺苷浓度与睡眠周期 •觉醒时脑内腺苷浓度逐渐升高，可以激活促睡眠神经元。睡眠过程中，脑内腺苷浓度下降，觉 醒过程逐渐发生。 •一些病理生理研究证实了腺苷在觉醒——睡眠周期的紊乱现象。 （四）奥立新（orexi ns）及其受体的作用 •orexins 是下丘脑调节肽。 •中枢 orexins 的大幅度降低是嗜睡症的重要标志，随着 orexins 生成的减少，嗜睡的症状加重。 •静脉注射 orexins 治疗嗜睡症在动物实验中已见成效。 2.中枢 orexins 分布：在弯隆周核，下丘脑的背、外、后侧，及下丘脑——丘脑边缘区。 3.orexins 神经元纤维的投射：在基底前脑、视前区、丘脑室旁核、中央灰质、蓝斑区和松果 体复合体等区域均可发现 orexins 神经元的投射纤维。 4.免疫组化分析 •嗜睡者脑组织中 orexins 神经元比正常对照组平均下降了 93％，提示 orexins 神经元的丧失或 分泌停止与嗜睡有关。 •微量注射 orexins 后引起的皮质电图的变化，并证明了室旁核区是与唤醒信号通路有关的
orexins敏感区，该处的orexins受体可能为OX2R。三、生物钟的调节1.无时间状态2.生物钟调节与工作（学习）效率·上午7一11时为第一个高潮段，·下午5-9时为第二个高潮段。3.生物钟调节障碍（1）睡眠—一觉醒周期过长（2）先天性盲人（3）夜生活过多的人第二节觉醒状态1.觉醒状态（1）脑电波一般呈去同步化快波，闭目安静时枕叶可出现a波。（2）抗重力肌保持一定的张力，维持一定的姿势或进行运动。（3）眼球可产生追踪外界物体移动的快速运动。2.睡眠状态（1）脑电波一般呈同步化慢波；（2）、视、听、触等感觉减退；（3）骨骼肌反射和肌张力减弱：（4）自主神经功能变化：如血压下降、心率减慢、瞳孔缩小、尿量减少、体温下降、代谢率降低、呼吸变慢、胃液分泌增多而睡液分泌减少、发汗增强等。一、觉醒状态的维持1.觉醒状态的维持是脑干上行网状激动系统(ascending reticularactivatingsystem)的功能。主要通过非特异性投射系统弥散性投射到大脑皮质。巴比妥类药物可以阻断上行激动系统的活动而起催眠的作用。2.觉醒状态的表现（1）行为唤醒：对新异刺激有探究行为。（2）脑电唤醒（arousal)：脑电呈现去同步化快波。3.动物实验（1）静脉注射阿托品阻断脑干网状结构胆碱能系统的活动后，脑电呈现同步化慢波而不出现快波，但动物在行为上并不表现为睡眠；单纯破坏中脑黑质多巴胺能系统后，动物对新异刺激不再产生探究行为，但脑电快波出现。结论·行为唤醒的维持可能与黑质多巴胺能系统的功能有关。其作用具有持续性的或紧张性。（2）破坏脑桥蓝斑上部去甲肾上腺素能系统后，动物的脑电快波明显减少，在有感觉传人时，动物仍能被唤醒，脑电呈现快波，但这种唤醒作用很短暂，感觉刺激一停止，唤醒作用随即终止。3
3 orexins 敏感区，该处的 orexins 受体可能为 OX2R。 三、生物钟的调节 1.无时间状态 2.生物钟调节与工作（学习）效率 •上午 7 一 11 时为第一个高潮段， •下午 5-9 时为第二个高潮段。 3.生物钟调节障碍 （1）睡眠——觉醒周期过长 （2）先天性盲人 （3）夜生活过多的人 第二节 觉醒状态 1.觉醒状态 （1）脑电波一般呈去同步化快波，闭目安静时枕叶可出现 a 波。 （2）抗重力肌保持一定的张力，维持一定的姿势或进行运动。 （3）眼球可产生追踪外界物体移动的快速运动。 2.睡眠状态 （1）脑电波一般呈同步化慢波； （2）嗅、视、听、触等感觉减退； （3）骨骼肌反射和肌张力减弱； （4）自主神经功能变化：如血压下降、心率减慢、瞳孔缩小、尿量减少、体温下降、代谢率降 低、呼吸变慢、胃液分泌增多而唾液分泌减少、发汗增强等。 一、觉醒状态的维持 1.觉醒状态的维持是脑干上行网状激动系统(ascending reticular activating system)的功能。 •主要通过非特异性投射系统弥散性投射到大脑皮质。 •巴比妥类药物可以阻断上行激动系统的活动而起催眠的作用。 2.觉醒状态的表现 （1）行为唤醒：对新异刺激有探究行为。 （2）脑电唤醒（arousal)：脑电呈现去同步化快波。 3.动物实验 （1）静脉注射阿托品阻断脑干网状结构胆碱能系统的活动后，脑电呈现同步化慢波而不出现 快波，但动物在行为上并不表现为睡眠； 单纯破坏中脑黑质多巴胺能系统后，动物对新异刺激不再产生探究行为，但脑电快 波出现。 结论 •行为唤醒的维持可能与黑质多巴胺能系统的功能有关。其作用具有持续性的或紧张性。 （2）破坏脑桥蓝斑上部去甲肾上腺素能系统后，动物的脑电快波明显减少，在有感觉传人时， 动物仍能被唤醒，脑电呈现快波，但这种唤醒作用很短暂，感觉刺激一停止，唤醒作用随即终 止
结论脑电唤醒的维持与蓝斑上部去甲肾上腺素能系统和脑干网状结构胆碱能系统的作用都有关。其作用具有相性的。二、觉醒的神经生物学机制1.结节乳头核（TMN)、腹外侧视前区（VLPO)（1）TMN的组胺能神经元发出的轴突构成组胺能上行觉醒系统，在觉醒期间活动持续高水平，SWS期间活动减少，快动眼睡眠期间停止放电。（2）VLPO神经元在清醒时放电频率较低，在REMS和非快动眼睡眠(NREMS)时增至两倍。（3）VLPO神经元对TMN进行GABA能神经支配证据①睡眠期间下丘脑后部GABA增加；②电刺激VLPO可引发GABA受体中介的TMN神经元抑制；GABA可使TMN神经元超极化和放电频率减少。③向TMN内注人GABA激动剂可使视前区毁损的动物恢复睡眠。VLPO(GABA能神经元）一一TMN(组胺能神经元）调控着睡眠一一觉醒过程。2.基底前脑吻端（1）PGD2-SPZ（PGD2敏感性睡眠促进区）在PGD2-SPZ的蛛网膜下腔灌注前列腺素D2(PGD2)后，NREMS增加，同时在VLPO有强烈的Fos表达。3.PGE2（参与觉醒）（1）不同意识状态PGE2水平?清醒时PGE2含量最高，REM睡眠时次之，SWS期间PGE2含量最低。?睡眠期间，PGE2首先降低，然后逐渐增加，直至清醒时的水平。（2）向大鼠脑室或下丘脑注入PGE2.可明显延长觉醒时间，抑制SWS和REM睡眠。第三节睡眠的分期与脑机制一、睡眠分期根据脑电图（EEG）、肌电图（EMG)、眼电图（EOG)等的变化分为不同周期的时相。?两个时相慢波睡眠(slowwavesleep，SWS）睡眠快动眼（rapideyemovement，REM)睡眠睡眠周期是由一个慢波睡眠和一个快波睡眠构成的。一夜的睡眠大约由4-6个睡眠周期构成。睡眠特点：随看睡眠过程的深入，快波睡眠逐渐延长，而慢波睡眠缩短。睡眠质量：由慢波4期和快波睡眠时间所占总睡眠时间的比例决定。比例越高，睡眠质量越高。脑电图的正常波形脑电图的波形很不规则，根据其频率、振幅和生理特征分为下列4种基本波形。1.a波频率每秒813Hz，振幅20～100μV。正常安静、清醒闭目时出现。静开眼晴或接受其他刺激时，立即消失而呈现快波，称为波阻断。2.β波频率每秒14～30Hz，振幅5～20μV。静眼视物，或突然听到音响，或思考问题时可出现4
4 结论 脑电唤醒的维持与蓝斑上部去甲肾上腺素能系统和脑干网状结构胆碱能系统的作用都有关。 其作用具有相性的。 二、觉醒的神经生物学机制 1. 结节乳头核 (TMN)、腹外侧视前区(VLPO) （1）TMN 的组胺能神经元发出的轴突构成组胺能上行觉醒系统，在觉醒期间活动持续高水平， SWS 期间活动减少，快动眼睡眠期间停止放电。 （2）VLPO 神经元在清醒时放电频率较低，在 REMS 和非快动眼睡眠(NREMS)时增至两倍。 （3）VLPO 神经元对 TMN 进行 GABA 能神经支配 证据 ①睡眠期间下丘脑后部 GABA 增加； ②电刺激 VLPO 可引发 GABA 受体中介的 TMN 神经元抑制；GABA 可使 TMN 神经元超极 化和放电频率减少。 ③向 TMN 内注人 GABA 激动剂可使视前区毁损的动物恢复睡眠。 •VLPO(GABA 能神经元）——TMN(组胺能神经元）调控着睡眠——觉醒过程。 2.基底前脑吻端 （1）PGD2-SPZ（PGD2 敏感性睡眠促进区） 在 PGD2-SPZ 的蛛网膜下腔灌注前列腺素 D2(PGD2)后，NREMS 增加，同时在 VLPO 有强烈 的 Fos 表达。 3.PGE2（参与觉醒） （1）不同意识状态 PGE2 水平 •清醒时 PGE2 含量最高，REM 睡眠时次之，SWS 期间 PGE2 含量最低。 •睡眠期间，PGE2 首先降低，然后逐渐增加，直至清醒时的水平。 （2）向大鼠脑室或下丘脑注入 PGE2，可明显延长觉醒时间，抑制 SWS 和 REM 睡眠。 第三节 睡眠的分期与脑机制 一、睡眠分期 •根据脑电图（EEG）、肌电图(EMG)、眼电图(EOG)等的变化分为不同周期的时相。 •两个时相 慢波睡眠(slow wave sleep, SWS)睡眠 快动眼(rapid eye movement，REM)睡眠 睡眠周期是由一个慢波睡眠和一个快波睡眠构成的。 一夜的睡眠大约由 4-6 个睡眠周期构成。 睡眠特点：随着睡眠过程的深入，快波睡眠逐渐延长，而慢波睡眠缩短。 睡眠质量：由慢波 4 期和快波睡眠时间所占总睡眠时间的比例决定。比例越高，睡眠质量越 高。 脑电图的正常波形 脑电图的波形很不规则，根据其频率、振幅和生理特征分为下列 4 种基本波形。 1.α波频率每秒 8～13Hz，振幅 20～100μV。正常安静、清醒闭目时出现。睁开眼睛或接受其 他刺激时，立即消失而呈现快波，称为α波阻断。 2.β波频率每秒 14～30Hz，振幅 5～20μV。睁眼视物，或突然听到音响，或思考问题时可出现
此波。一般认为β波是大脑皮层兴奋的表现。3.0波频率每秒4～7Hz，振幅100150μV。在困倦、缺02或深度麻醉时出现。4.8波频率每秒0.5～3Hz，振幅20～200uV。成人睡眠时可出现，清醒时无此波；在深度麻醉和缺02亦可时出现。脑电图的节律随大脑皮层活动状态的不同而变化。同步化：当大脑皮层许多神经元的电活动步调趋于一致，就出现频率较低而振幅较高的节律，称为同步化。如α波即是同步化节律波；去同步化：当神经元的电活动不一致时，就表现为高频率低振幅的节律，称为去同步化。如a波阻断而出现β波时即是去同步化节律波。（）慢波睡眠慢波睡眠又称非快动眼(non-rapideyemovement,NREM)睡眠。根据EEG的特点分为I、ⅡI、II及IV期：I期（人睡期）：EEG表现为清醒时的α波逐渐减少，有频率较快的β波和较慢的Q波不规则地混杂出现。II期（浅睡期）：出现睡眠梭波”（一种持续0.5-1.0秒的低振幅变异a波）和少量的8波。I期（中间期）：出现特征性高压慢波（k复合波），梭波遂渐变小。IV期（深睡期）：EEG呈现同步化（弥漫性高压慢波），8波逐渐增多，梭波消失。故又被称为同步化睡眠(synchronized sleep)。（二）快波睡眠快波睡眠(fastwavesleep,FWS)又称快动眼睡眠、快波睡眠、去同步化睡眠、异相睡眠。占总睡眠时间的20%-25%。特点EEG类似慢波睡眠I期的低压快波，伴有持续数分钟的阵发性眼球快速运动。第一个REMS出现于睡眠后70-90分钟，持续约5-10分钟，以后每隔90分钟左右出现1次，根据总睡眠的长度，每夜约4-6次。最后一次REM睡眠的时间最长、睡眠最深（唤醒阈最高）。（三）睡眠的周期变化1.睡眠周期：整夜睡眠中，REM睡眠与NREM睡眠大约以90-100min的间歇交替出现，该变化周期称为睡眠周期。2.睡眠的周期变化规律及特点整夜睡眠约4-5个周期性。·二个睡眠周期中并不一定含有所有阶段的睡眠，有时甚至在整夜睡眠中REM睡眠可缺如。一般来说，越接近睡眠后期，REM睡眠持续的时间逐步延长。在成年人，慢波睡眠和快动眼睡眠均可以直接转为觉醒状态，但是，觉醒状态只能进人慢波睡眠，而不能直接进入REM睡眠。5
5 此波。一般认为β波是大脑皮层兴奋的表现。 3.θ波频率每秒 4～7Hz，振幅 100～150μV。在困倦、缺 O2 或深度麻醉时出现。 4.δ波频率每秒 0.5～3Hz，振幅 20～200μV。成人睡眠时可出现，清醒时无此波；在深度麻醉 和缺 O2 亦可时出现。 脑电图的节律 随大脑皮层活动状态的不同而变化。 同步化：当大脑皮层许多神经元的电活动步调趋于一致，就出现频率较低而振幅较高的节律， 称为同步化。如α波即是同步化节律波； 去同步化：当神经元的电活动不一致时，就表现为高频率低振幅的节律，称为去同步化。如α 波阻断而出现β波时即是去同步化节律波。 （一）慢波睡眠 慢波睡眠又称非快动眼(non-rapid eye movement, NREM)睡眠。 根据 EEG 的特点分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ期： Ⅰ期（人睡期）：EEG 表现为清醒时的α波逐渐减少，有频率较快的β波和较慢的θ波不规则 地混杂出现。 Ⅱ期（浅睡期）：出现“睡眠梭波”（一种持续 0.5-1.0 秒的低振幅变异 a 波）和少量的δ波。 Ⅲ期（中间期）：出现特征性高压慢波（k 复合波），梭波逐渐变小。 Ⅳ期（深睡期）：EEG 呈现同步化（弥漫性高压慢波），δ波逐渐增多，梭波消失。故又被称 为同步化睡眠(synchronized sleep)。 （二）快波睡眠 快波睡眠(fast wave sleep, FWS)又称快动眼睡眠、快波睡眠、去同步化睡眠、异相睡眠。 占总睡眠时间的 20 ％ - 25％。 特点 •EEG 类似慢波睡眠Ⅰ期的低压快波，伴有持续数分钟的阵发性眼球快速运动。 •第一个 REMS 出现于睡眠后 70-90 分钟，持续约 5-10 分钟，以后每隔 90 分钟左右出现 1 次， 根据总睡眠的长度，每夜约 4-6 次。最后一次 REM 睡眠的时间最长、睡眠最深（唤醒阈最高）。 （三）睡眠的周期变化 1.睡眠周期：整夜睡眠中，REM 睡眠与 NREM 睡眠大约以 90-100min 的间歇交替出现，该变 化周期称为睡眠周期。 2.睡眠的周期变化规律及特点 •整夜睡眠约 4-5 个周期性。 •一个睡眠周期中并不一定含有所有阶段的睡眠，有时甚至在整夜睡眠中 REM 睡眠可缺如。一 般来说，越接近睡眠后期，REM 睡眠持续的时间逐步延长。 •在成年人，慢波睡眠和快动眼睡眠均可以直接转为觉醒状态，但是，觉醒状态只能进人慢波睡 眠，而不能直接进入 REM 睡眠