专家谈 | 清醒还是睡眠，是谁在背后操纵？
专家谈 | 清醒还是睡眠，是谁在背后操纵？
我们一生中有三分之一的时间都在睡眠中度过，一般来说，我们白天保持清醒完成工作，而夜晚则进入睡眠状态，日复一日，周而复始，那这个背后到底是怎样神奇的系统在运作呢？
今天我们就和大家谈谈调控睡眠和觉醒的两大系统-昼夜节律系统和睡眠内稳态系统。
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在哺乳动物中，负责调控昼夜节律的中枢结构为下丘脑视交叉上核（Suprachiasmatic nucleus，SCN），此核为成对结构，位于视交叉上方的第三脑室两侧。下丘脑视交叉上核含有以略长于24小时为周期自主振荡的细胞，调控核心体温、睡眠/觉醒节律以及激素水平。多个研究表明，在下丘脑视交叉上核区域受损后，睡眠/觉醒节律消失，另外，饮食、活动以及皮质醇节律也随之消失。
人类昼夜节律周期平均约为24.2小时，不同个体之间存在差异，有些人稍微长些，有些人稍微短些。为了维持人体昼夜节律与自然界明暗周期同步变化，人类需要通过外界刺激来矫正自身原本略超过24小时而造成的内源性时相延迟。
这些外界刺激常称为“授时因子”。授时因子主要包括光线、饮食、运动以及社会活动等。其中，最强大的是非可见光信号，而短波光（蓝光）对昼夜节律影响最大。光照对昼夜节律系统的影响取决于光照强度、持续时间和光照时点。
在人体中，生物钟内源性相位最常用的标记是最低核心体温或暗光褪黑素初始释放时间。我们的体温在一天中不同时刻呈现动态变化趋势，下午最高，后半夜最低。最低核心温度一般在夜间睡眠后自然清醒之前约2h（多数人是在清晨4-5时）。褪黑素是夜晚黑暗中松果体分泌的一种激素，暗光褪黑素初始释放时间通常是在睡眠起始之前2-3小时。
图1：昼夜节律系统的调控
（来自：Silver & LeSauter: Circadian and Homeostatic Factors in Arousal）
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除了昼夜节律系统调节之外，睡眠还显示出一定程度的稳态调节能力，这就是睡眠内稳态系统（Sleep homeostatic system）在进行调控。一般来说，清醒的时间越长，睡眠驱动力越强。我们一般在早晨最为清醒，随着白天累积的睡意越来越多，到了夜晚，我们的睡意达到顶峰，从而进入睡眠状态。
人体内一种名为腺苷的化学物质，它是能量ATP的代谢产物，主要调节睡眠的内稳态系统，清醒的时间越长，体内积累的腺苷越多，而腺苷可作用于下丘脑结节乳头核组胺能觉醒系统A1受体，进而发挥促眠作用，我们平时常喝的咖啡，其中的咖啡因则通过阻断腺苷A2A受体发挥强效促觉醒作用。
值得关注的是，积累的睡眠驱动力可在短暂的睡眠后显著下降，这也是为什么15-30分钟的午睡后我们的困倦感会明显减轻，并能再次全神贯注地投入学习和工作。
下图则生动展示了两个系统对睡眠/觉醒周期的共同调控，下图中灰色箭头代表睡眠内稳态中的睡眠负荷，随着清醒的时间逐渐延长，睡眠负荷得到积累，而在休息之后，睡眠负荷明显下降。蓝色箭头代表昼夜节律系统中的警觉信号，睡眠起始之前，警觉信号逐渐增大，以对抗睡眠负荷保持清醒，而在随后的睡眠期，该信号逐渐减弱，使人入睡并且维持睡眠状态。而黄色部分则代表睡眠和清醒的倾向性。两个系统共同作用，使人们在夜晚时入睡，白天时清醒以进行社会活动。
图2：睡眠内稳态系统和昼夜节律系统对睡眠/觉醒的调控
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下面我们一起看看临床上常见的睡眠障碍与这两个系统又存在怎样的关系。失眠，作为临床上最常见的睡眠障碍，以入睡困难、睡眠维持困难、早醒为主要特征，且睡眠问题对日间功能造成负面影响。失眠的患者往往更倾向于白天躺在床上进行补眠，即便是短暂的睡眠，也会导致睡眠驱动力明显降低，使患者夜间更难入睡。而作为失眠障碍一线治疗的失眠认知疗法中，睡眠限制则是通过缩短在床时间，增加睡眠驱动力，从而提高睡眠效率和睡眠质量。而针对存在入睡困难症状的失眠患者，也可使用褪黑素治疗，褪黑素具有一定的镇静作用，但由于其半衰期较短以及夜晚内源性血浆褪黑素实际上已经处于高水平，因此限制了其作为失眠治疗药物的使用。
另外，睡眠时相前移障碍和睡眠时相延迟障碍也是临床上常见的睡眠障碍。睡眠时相前移障碍，顾名思义，即睡眠时段相对于期望的睡眠和醒来时间提前，睡眠时相延迟障碍则与之相反。临床最常用的治疗方式为光照疗法和褪黑素疗法。
一般来说，在最低核心体温之前接受光照，会引起昼夜节律时相延迟，在最低核心体温之后接受光照，则会使昼夜节律时相前移。因此，清晨接受光照可引起每日昼夜节律时相前移，而在傍晚接受光照，则会引起昼夜节律时相后移。而昼夜时相移位的程度，则取决于接受光照的起止时间、光照强度以及持续时间。此外，还与之前的光照情况有关。
褪黑素也常用于昼夜节律睡眠障碍的治疗，褪黑素在傍晚服用则会导致时相前移，在早晨服用则会导致时相后移，然而临床上一般很少早晨使用褪黑素，虽然早晨给予褪黑素治疗可能产生治疗作用，使睡眠时相延后，但若患者早晨需进行某些精密的操作，则可能引起安全问题。褪黑激素具有镇静作用，特别是在大剂量使用和内源性褪黑素水平较低时更加显著。
此外，患有阻塞性睡眠呼吸暂停、发作性睡病等睡眠障碍的病人，他们往往在白天会出现嗜睡症状，严重影响其白天的工作和生活。因此，在临床上，除了睡眠障碍本身的治疗外，我们还建议此类患者在白天进行小睡，以减轻睡眠驱动力，增强警觉性和机敏性，进而减少疾病对白天活动的负面影响。
作者：张继辉
广东省人民医院
广东省精神卫生中心
睡眠医学首席科学家
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编辑：彭志平；审核：左和鸣