睡眠和觉醒

第一节睡眠的周期和表现一、睡眠-觉醒周期与昼夜节律•昼夜节律/日节律(circadianrhythm)–与24小时自然昼夜交替大致同步•人一生中的睡眠/觉醒周期–始于出生时,随年龄增长而变化:新生儿:一昼夜多个周期(60~90min)儿童:两个周期(午睡与夜间睡眠)成年人:一个周期(与昼夜交替大致同步)睡眠-觉醒周期随年龄的变化(涂黑的部分表示睡眠期)睡眠-觉醒周期由身体内部的生物钟决定–曾经的推测-由昼夜节律决定的被动反应–如今的认识-•与外界环境‘隔离’(隔绝昼夜,温度,真实的时间变化)的受试者:睡眠觉醒周期依然存在,但延长至25小时而非24小时与体温变化的相应关系出现分离一、睡眠-觉醒周期与昼夜节律二、睡眠的两种状态•非快速眼球运动睡眠(non-rapideyemovementsleep,NREM)•快速眼球运动睡眠(rapideyemovementsleep,REM)慢波睡眠(slowwavesleep，SWS)异相睡眠(paradoxicalsleep,PS)快波睡眠(fast-wavesleep,FWSEEG:高波幅的慢波EEG:低波幅的快波（一）慢波睡眠–I期（入睡期）：低波幅θ波和β波，α波逐渐减少，脑电波趋于平坦–Ⅱ期（浅睡期）：出现睡眠梭形波(变异的波，13～15Hz，20～40μV，0.5～1s)和若干κ-复合波(是δ波和梭形波的复合)–Ⅲ期（中度睡眠期）：出现高幅δ波，占20%-50%(1.5-2Hz，＞75V)–Ⅳ期（深度睡眠期）：呈现连续的高幅δ波，数量超过50%分期脑电特征：同步化慢波睡眠各期的脑波（一）慢波睡眠①视、听、嗅、触等感觉功能暂时减退②骨骼肌反射及肌紧张减退③伴有一系列自主神经功能的改变，且相当稳定。如心率↓，血压↓，呼吸↓，瞳孔缩小，体温↓，胃液分泌↑，唾液分泌↓等。表现为交感活动水平↓，而副交感活动相对↑④有些内分泌功能的改变，如生长激素的分泌↑生理功能特征特征：休闲的脑和可动的躯体（二）异相睡眠•与觉醒的异同点•相同点：脑电图（EEG）呈现不规则的β节律•不同点：眼动电图（EOG）显示眼球活动显著增强，而肌电图（EMG）显示肌电活动明显减弱不分期脑电特征：去同步化快波（二）异相睡眠•各种感觉功能的进一步减退，以致唤醒阈提高；•骨骼肌反射和肌紧张进一步减弱，肌肉几乎完全松弛；•交感神经活动进一步减弱，表现为心率↓↓、血压↓、下丘脑体温调节功能明显减退。•出现肢体远端的肌肉和面部表情肌短促的抽动、眼球快速运动及血压↑、心率↑、呼吸快而不规则等间断的阵发性表现。在异相睡眠期，阵发性的肢体抽动、PGO锋电位及快速眼球运动统称为时相性活动(phasicactivities)。与此相对应，持续性的脑电去同步化和肌张力消失等现象则称之为紧张性活动(tonicactivities)。•做梦生理功能特征刚能中断睡眠的临界刺激强度特征：活跃的脑和麻痹的躯体REM期间唤醒，74%-95%正在做梦；SWS期间唤醒，0%-7%做梦。现在认为REM时的梦：清晰的，可描述的，带有情绪色彩的。SWS时的梦：不易回忆，模糊的，情绪也少。两种睡眠状态与梦每次异相睡眠都有梦三、两种睡眠状态的周期性交替1.一夜中慢波睡眠与REM睡眠周期性交替4-6次,每一周期约90-120min。2.两次REM睡眠间的时间间隔渐短,但每次的REM睡眠持续时间渐增加。3.比例：异相睡眠约占25%.Ⅱ期睡眠占50%，Ⅲ期和Ⅳ期各占10%，而I期仅占5%。4.睡眠较深时期(时期Ⅲ、Ⅳ)主要在睡眠的前半段,较浅的睡眠时期和REM睡眠主要在睡眠时间的后半段,故清晨人易醒来。睡眠过程中两种时相互相交替两种睡眠时相均可直接转为觉醒状态，但在觉醒状态下，一般只能进入慢波睡眠，不能直接进入异相睡眠。三种功能状态的比较觉醒N-REMREMEEG低电压,快节律高电压,慢节律低电压,快节律感觉形象,来自外部迟钝或缺乏形象,来自内部思维有逻辑,进展性有逻辑,重复性形象;无逻辑,离奇运动持续,随意偶尔,不随意肌瘫痪,脑发出运动指令,但不被执行眼球时常极少常常运动小结第二节产生睡眠和觉醒状态的机制一、觉醒的神经机制二、睡眠的神经机制三、中枢的神经递质和体液因子参与对睡眠的调节一、觉醒的神经机制切断特异和非特异传导通路后猫的行为与脑电图变化A.切断特异性传导通路而不损伤非特异性传导通路的猫，处于觉醒状态。A'为其脑电图；B.切断非特异性传导通路的猫，处于昏睡状态。B'为其脑电图。参与控制觉醒(A和B)的系统A参与维持觉醒的神经元系统。结节乳头体核的组胺能神经元，中脑的多巴胺能神经元，基底前脑、脑桥被盖核和外背侧被盖核的胆碱能神经元，中缝核的5-羟色胺能神经元，和蓝斑的去甲肾上腺素能神经元构成广泛的投射系统.B.位于外侧下丘脑区的增食素能神经元进一步增强上述神经元的活动•行为觉醒(behavioralarousal)：指觉醒时的行为方面•脑电觉醒(electroencephalographicarousal)：指脑电图呈现去同步化快波两者在多数情况下是同时出现和消失的。在某些特殊情况下，行为觉醒和脑电觉醒可以发生分离黑质多巴胺能系统蓝斑上部去甲肾上腺素能系统：紧张性的脑干网状结构胆碱能系统：时相性的，并能调制蓝斑上部去甲肾上腺素能系统的脑电觉醒作用二、睡眠的神经机制（一）慢波睡眠的神经机制（二）异相睡眠的神经机制（一）慢波睡眠的神经机制1.脑干睡眠诱导区脑干尾端的延髓网状结构2.间脑睡眠诱导区下丘脑后部、丘脑髓板内核群邻旁区和丘脑前核的间脑区域3.前脑基底部睡眠区视前区和Broca斜带区慢波睡眠觉醒低频刺激高频刺激腹外侧视前区（VLPO）的GABA能神经元通过抑制中枢内与觉醒有关的神经元而促进睡眠（二）异相睡眠的神经机制•异相睡眠的启动因素：起自脑桥被盖外侧区的胆碱能神经元，并扩布至脑桥网状结构、外侧膝状体及枕叶的棘波。与快速眼球运动几乎同时出现在觉醒时和慢波睡眠时明显减少，而在异相睡眠时显著增加。脑桥-外侧膝状体-枕叶锋电位（ponto-geniculo-occipitalspikes，PGO锋电位）•脑桥横切和损毁实验：脑桥被盖上方横切→仍能维持正常的异相睡眠，损毁脑桥网状结构和蓝斑及其邻近部位，→异相睡眠就会消失结论：产生异相睡眠的关键部位在脑桥网状结构及其邻近区，这些神经元通过向前脑的投射引起脑电的去同步化活动和PGO锋电位。（二）异相睡眠的神经机制三、中枢的神经递质和体液因子参与对睡眠的调节（一）单胺类递质和乙酰胆碱（二）体液因子（一）单胺类递质和乙酰胆碱•5-羟色胺•去甲肾上腺素•乙酰胆碱5-羟色胺III.5III.5--HT(HT(serotoninserotonin))1.1.Central5Central5--HTpathwaysandreceptorsHTpathwaysandreceptors中缝核中缝核头部：触发慢波睡眠中缝核尾部：触发异相睡眠蓝斑核尾部NE能神经元低位脑干被盖部ACh能神经元++去甲肾上腺素蓝斑蓝斑核头部：维持觉醒蓝斑核中、后部：与异相睡眠的产生有关乙酰胆碱5-羟色胺、去甲肾上腺素和乙酰胆碱三种神经递质与睡眠关系密切中缝核头部的5-羟色胺能神经元参与慢波睡眠的产生和维持，而蓝斑核尾部的去甲肾上腺素能神经元和低位脑干被盖部的乙酰胆碱能神经元则可在5-羟色胺能神经元的触发下产生异相睡眠。这三种神经递质的相互作用引起慢波睡眠和异相睡眠的周期性活动。（二）体液因子已发现内源性睡眠促进物质至少有23种1.腺苷2.前列腺素D23.生长激素各种睡眠调节物质的作用部位前列腺素D2作用于基底前脑的表面，并通过剌激腺苷的释放而引起睡眠。腺苷则通过A2型腺苷受体剌激腹外侧视前区的GABA能神经元和通过A1型腺苷受体抑制基底前脑的胆碱能神经元，并由此促进睡眠。生长激素释放激素和肿瘤坏死因子都可以作用于视前区而增加睡眠。•细胞因子：白细胞介素1（IL-l）、干扰素（IFN）和肿瘤坏死因子（TNF）→慢波睡眠↑•剥夺睡眠狗脑脊液导致正常狗睡眠，提示存在促眠因子：催眠毒素（hypnotoxin）、S因子（factorsleep）、δ促眠肽等觉醒脑电觉醒行为觉醒觉醒与睡眠相关递质觉醒脑电行为脑电行为ACh神经元蓝斑中缝核黑质慢波睡眠快波睡眠AChNEDA5-HT抑制肌紧张眼球快速运动PGO波REM(触发)（执行）觉醒-睡眠与神经递质的关系兴奋抑制第三节睡眠的功能及其影响因素一、影响正常睡眠的因素二、睡眠的功能一、影响正常睡眠的因素•睡眠的稳态(sleephomeostasis)•睡眠的日节律•睡眠的超日节律(ultradianrhythm)调节正常睡眠过程的三个主要因素（一）睡眠的稳态调节•指通过各种机制使睡眠的总量和深度维持在一个相对稳定水平的过程。•基本过程是睡眠的压力（sleeppressure）随觉醒时间的延长而逐渐增加，并随睡眠时间的延长而降低。这一过程也称之为睡眠过程[sleep（S）process]。•参与的睡眠调节物质:腺苷、前列腺素D2、生长激素释放激素、白细胞介素1和肿瘤坏死因子客观指标:脑电的慢波活动慢波活动的幅度（二）睡眠的日节律•调节睡眠在昼夜间的分布•维持持续性的睡眠状态和觉醒状态:日节律提高了夜间睡眠倾向和降低白天睡眠倾向，这就对抗了稳态过程调节对睡眠的影响，从而有助于维持夜间的睡眠和白天的觉醒。•日节律对睡眠调节的关键机制：脑内存在着生物钟•哺乳类的生物钟位于视交叉上核（suprachiasmaticnucleus，SCN）证据：①视交叉上核在体外培养的环境下，表现出各种各样的日节律活动，②损毁视交叉上核可以取消各种活动的生物节律③视交叉上核被损毁的动物在接受视交叉上核移植后可以表现出视交叉上核供给者特有的生物周期。视交叉上核的可能作用多种途径•投射到腹侧下室旁区•投射到视前区及下丘脑的背内侧核、室旁核和增食素能神经元•释放某种调节物质，通过弥漫性扩散的方式去影响一些控制睡眠和觉醒的结构（三）睡眠的超日节律•相互作用理论(reciprocalinteractiontheory)•REM-On神经元：脑干的胆碱能和GABA能神经元，通常在异相睡眠发生之前15～30秒就开始增加放电，并在异相睡眠时持续放电。•REM-Off神经元：脑干的去甲肾上腺素能和5-羟色胺能神经元，在异相睡眠时停止放电。相互作用模型生理活动：剥夺睡眠后的睡眠反弹–剥夺睡眠导致清醒后出现补偿性睡眠反弹–选择性剥夺REM睡眠导致REM睡眠反弹睡眠剥夺的3种方式全睡眠剥夺部分睡眠剥夺选择性睡眠剥夺剥夺睡眠对身心行为的影响心理活动：焦虑、激动、易怒、记忆力降低等提示：睡眠对保证机体生理功能和心理活动的正常进行有重要作用二、睡眠的功能1.睡眠的保护性作用(1)适应生存的需要(2)消除疲劳、保存能量2.睡眠对激素分泌和脑的发育方面的作用(1)生长激素、催乳素和黄体生成素在睡眠中分泌增加(2)REM睡眠促进幼儿神经系统发育成熟3.睡眠对记忆的影响REM睡眠对巩固记忆有作用（睡眠剥夺实验）睡眠的功能1.慢波睡眠：有利于促进生长、能量贮存和体力恢复2.REM睡眠：促进儿童神经系统(特别是脑)的发育;促进学习记忆;促进精力恢复与情绪稳定.睡眠的功能（总结）睡眠对GH分泌的影响