睡眠时的机体变化

刘艳骄

(中国中医科学院广安门医院心理睡眠医学科，南区睡眠中心，北京市中医睡眠诊疗中心，《世界睡眠医学杂志》编辑部，北京，100053)

睡眠生理学

Sleep Physiology

睡眠时的机体变化

The Physiological Changes during Sleep

刘艳骄

(中国中医科学院广安门医院心理睡眠医学科，南区睡眠中心，北京市中医睡眠诊疗中心，《世界睡眠医学杂志》编辑部，北京，100053)

睡眠；生理学

睡眠是一个相当复杂的生理和心理变化过程。与觉醒相比，睡眠时许多生理功能都发生了变化，这种周而复始的变化，决定者机体的正常工作。当这种变化紊乱时就会出现一系列的病理生理改变，同时也伴随出现一系列与睡眠相关的心理和躯体变化。

1 睡眠—觉醒节律变化

在阐述睡眠时机体变化前，我们先要了解24 h内生物钟给人体带来的影响。根据调查研究,把人体的生理变化用时钟来计算，观察测出人体每小时所起的变化，帮助理解人体24 h的变化，下面是人体24 h生物钟的表现[1]。

凌晨1时——开始进入易醒的浅睡阶段。这时候，对痛特别敏感，所以因进食不妥而腹痛,总是在这个时候痛醒。

2时——除了肝脏以外，身体内的大部分器官工作节拍极慢，而肝脏则利用这段时间加紧工作，生产人体所需的物质，首先是把一切有毒物质排除体外，此时体内仿佛在“大扫除”,清除一天所积下来的毒物。

3时——全身休息，肌肉完全放松，此时血压低，脉搏和呼吸次数少。

4时——血压更低，脑部的供血量最少，患重病者往往都在这个钟点死亡,全身器官工作节奏慢，但听觉却很灵，稍有响动就会醒来。史前人就靠这个“雷达”在睡眠时保护自己。此时是通宵夜班者，工作效率最低的时候。

5时——肾不分泌，尿量最少，已经经历了几个睡眠阶段,浅睡和做梦及不做梦的深睡。此时起床很快就会精神饱满。

6时——血压升高，体温开始上升，心跳加快，血液加速流动,想睡也睡不稳了。此时最易感受风寒。

7时——免疫功能特别强，肾上腺素分泌增多。此时对病毒和致病菌抵抗力最强。

8时——肝内有毒物质全部排尽，此时绝对不要喝酒,不然会给肝脏带来很大负担，即使少量的酒对身体不利。

9时——精神活性提高，痛感降低，可能是脑产生自己的“鸦片剂”(脑啡呔和内啡呔)的高峰时刻，这是最少需要止痛剂的时刻。心脏开足马力工作。

10时——精力充沛，注意力和记忆力达高峰，处于最佳运转状态，是最好的工作时间。

11时——心脏照常努力工作，保持10时的势头，人体不易感到疲劳。

12时——全身总动员，胃液分泌活跃，是最适进食的时候。

13时——肝脏休息，全身感到疲劳，需要休息。

14时——这是一天24 h中第2个最低点，反应迟钝，是处理重要工作感到吃力的时候。

15时——器官最为敏感，特别是嗅觉和味觉。工作能力逐渐恢复。

16时——血液中的糖增加，但不久即下降。

17时——工作效率更高，思考最为敏锐，嗅觉、味觉最敏感，听觉处于一天中的第2次高潮期。

18时——痛感重新下降，希望增加活动量，神经活动性降低，体力和耐力达最高峰，但大多数人对这一段时间未很好利用。

19时——血压增高，精神最不稳定，易怒，小事也可引起口角，应尽量克制。

20时——体重最重，反应异常迅速，驾车很少出车祸。

21时——神经活动增强，最适于学生背书、演员背台词、晚间记忆力增强。

22时——白血球增多，免疫功能增强，体温下降。

23时——人体准备休息，继续做恢复细胞的工作，是夜班工作比较容易出错的时候。

24时——进入休息。但身体仍紧张工作，更换死亡细胞，建立新细胞，为明天做准备。

睡眠状态下的人体生理、病理变化尚没有完全清楚，我们目前的生理学和病理学，以及临床医学中许多描述基本上基于白昼的临床表现，由于受到研究手段的限制，夜生理状态与白昼有很大的差别。因此，我们在2002年提出了夜生理状态的概念。

2 夜生理状态

自然环境的授时因素如明暗、温度等昼夜变化和社会环境因素对人体睡眠都会产生同步影响,但在正常情况下机体具有主动适应夜间环境变化的睡眠能力,它主要依靠神经递质、神经肽、激素、体温等许多内源性生理节律的时相活动维系。如果这些内源性生理活动的近似昼夜节律因某些原因(如疾病、药物等)而改变时,势必会对睡眠)觉醒节律产生影响。如5-HT和慢波睡眠的极为密切,脑内5-HT含量具有明显的昼夜节律性变化。大鼠为夜行性动物,其全脑5-HT的含量明期(昼)明显高于暗期(夜)。体内的5-HT是由色氨酸转化而成,其变动过程与5-HT含量的变动过程平行。而维持醒觉的脑内多巴胺、去甲肾上腺素等儿茶酚胺类神经递质的昼夜节律性变化则基本上与5-HT含量的变动相反。下丘脑的外侧核(副交感中枢)和腹内侧核(交感中枢)也是人体很稳定的但不受外界因素影响的昼夜节律生物钟,对维护睡眠能力有重要影响,它控制深部体温、肾上腺皮质激素的分泌及快波睡眠等。正常人交感神经系统的活动白天较强而夜间较弱,副交感系统的活动白天较弱而夜间较强,这时机体白天觉醒时精力充沛,而夜间睡眠时平静安稳。在夜间由于交感和副交感神经的协调作用,使人体各功能不同的组织器官同时配合睡眠状态,以支持整个机体完成睡眠过程中所担负的生命活动。肾上腺激素的分泌主要是由人体很稳定的不受自然昼夜节律因素影响的自主神经中枢支配,血中肾上腺皮质激素的升高,反映交感神经的紧张性加强,易引起紧张、恐惧反应。早晨血中肾上腺皮质激素分泌最高,所以人最易有紧张恐惧情绪;而夜间肾上腺皮质激素分泌降低,故可以安静松弛下来,容易进入睡眠休息状态。正常的体温节律也是保证睡眠-觉醒节律正常运行的必要生理措施。诱导慢动眼睡眠(NREM)的催眠部位对温度敏感,或接受外周和(或)中枢性温度敏感神经元的传入冲动。人类NREM睡眠的发生与体温节律的特定时相呈现恒定的联系,提示人类NREM睡眠的调节可能通过热敏神经元发放至前脑及脑干催眠及觉醒中枢神经机制冲动的昼夜变化来实现。人的体温受自主神经系统的调节,表现为白天较高而夜间较低。白天体温高,使机体觉醒期的活动机能加强;从傍晚即就寝前3～4 h开始降低,有利于机体从觉醒状态顺利地向睡眠状态转变。因此,夜间体温低,有利于平静安稳的睡眠。如果睡眠从体温最低时开始,则睡眠持续时间短;如果是从体温刚从最高点下降时开始睡眠,则睡眠的持续时间长。

夜生理学说则更主张研究有关神经递质、神经肽、激素、体温等内源性。

节律各相位间或与睡眠-觉醒相位间的生理、病理变化关系及其对机体自身修复的重要意义。

3 睡眠期呼吸系统变化

人体需要用呼吸进行新陈代谢。人通过肺不断的从环境中吸入所需的氧气，又随时排出氧化的产物二氧化碳，这一过程称为气体交换。机体与环境间的这种气体交换称为呼吸(respir ation)。呼吸包括：1)外呼吸(外界环境中气体与血液在肺部进行气体交换)；2)气体在血液中的运输；3)内呼吸(血液与组织间的气体交换)。

呼吸调节主要通过呼吸中枢、肺牵张反射、呼吸肌本体感受性反射，高级神经中枢的反射性调节，同时也受体液性呼吸调节(CO2、O2、H+等)。而呼吸的节律通常受运动、自主神经活动、昼夜节律的调节。在NREM睡眠中呼吸频率往往降低，并同心率的减慢而保持一致。但在REM睡眠则呼吸频率呈现非规律性的均见增加。在整个睡眠期呼吸常变慢、变浅，但均匀而有节律。肺通气量可减少25%左右，血氧饱和度降低，血中二氧化碳分压增高。人在清醒时，呼吸中枢对CO2是十分敏感的，而在睡眠时却可以耐受相当高的血中CO2浓度。

人在正常睡眠时，当闭上眼睛时，首先是需要调节呼吸，通过呼吸的调节而诱导睡眠。不同的研究报道指出：40%～80%的正常人在睡眠开始时都存在周期性呼吸，周期性呼吸发生的频率随年龄的升高而增加。周期性呼吸的形式与陈-施呼吸和比-奥呼吸相似。周期性呼吸的持续时间为10～20 min，亦可长达60 min。单个周期性呼吸的持续时间为60～90 min，呼吸暂停的持续时间为10～40 s或者更长。个别健康的青年人中，睡眠开始时不一定表现为周期性呼吸。

睡眠时，呼吸运动减弱，肺内气体交换相应减少，导致血内二氧化碳浓度增高，但是呼吸中枢对二氧化碳敏感性减低。在不同睡眠时相，呼吸也有一些变化，在慢波睡眠时，呼吸较为平缓，通气量下降。在正常人，快波睡眠与漫波睡眠相比，呼吸频率增快，通气，肺活量、平均吸气流量均下降，呼吸变得不规则。呼吸的不规则大多从睡眠刚开始时发生，这种暂时的不稳定常继发于过度通气。不稳定程度增加可以导致呼吸暂停的次数增加，引起睡眠障碍。

睡眠期间，呼吸系统本身的病变，可以加重缺氧，进而产生二氧化碳麻醉现象，进而导致大脑功能的紊乱，出现兴奋、失眠，甚至嗜睡。吸氧可以改善睡眠中所出现的呼吸异常。

稳定的NREM睡眠时，呼吸幅度和频率都十分规律，其呼吸变化指数在所有睡眠周期中最低。

通气量 稳定的慢波睡眠时通气量降为0.4～1.5 L/min。与觉醒状态相比，2期睡眠时每分钟通气量下降了13%，从3期睡眠时，每分钟通气量下降了15%。通气量从睡眠1～3期逐渐降低，在NREM睡眠中呼吸频率往往降低，并同心率的减慢而保持一致。这种降低可能并不完全是呼吸的觉醒性刺激抑制的结果，与深睡眠时代谢率的持续降低有关。在快动眼睡眠(REM)则呼吸频率呈现非规律性的均见增加。在整个睡眠期呼吸常变慢、变浅，但均匀而有节律。肺通气量可减少25%左右，血氧饱和度降低，血中二氧化碳分压增高。

潮气量 与觉醒状态相比，潮气量下降，在2期睡眠中潮气量平均为16%，在3期睡眠中潮气量则平均为18.5%。在REM睡眠期变化不大。

呼吸肌 睡眠时肋间肌肌电(EMG)增强，横径扩大，潮气量增加。膈肌的呼吸性运动轻微增加或不变(如果肺泡气PCO2不变时)。在REM睡眠时，由于肋间肌活动明显降低，胸腔对呼吸的作用是负性或改变不大，膈肌活动增加，但跨膈压会降低，表明肌肉做功减少。

上气道阻力 NREM睡眠时整个上气道阻力增加到230%。此时肺的弹性与气流容受性并不改变。睡眠时上气道阻力增加与睡眠时上气道肌肉的肌电图活动变化一致。NREM睡眠时肺容积降低可能使上气道阻力增加。导致上气道阻力增加的部位是软腭或下咽部。在REM睡眠期总气道阻力接近觉醒水平。

动脉血气 有研究显示，在NREM睡眠时肺泡PCO2与动脉血PCO2值增加3～7 mmHg。在REM睡眠期，血液中的O2水平不变，偶有降低；CO2水平较难评价。

肺动脉压 约有1/3的人在NREM睡眠期肺动脉压的变化周期为20～30 s。

人在清醒时，呼吸中枢对CO2是十分敏感的，而在睡眠时却可以耐受相当高的血中CO2浓度。

4 睡眠期循环系统的变化

血液循环是指血液在完整而密闭的心血管系统中不停的循环运动。循环系统由心脏和血管组成。心脏是推动血液流动的器官，血管则是运输血液流往全身的管道。而微动脉与微静脉之间组成的血管网内的循环则是微循环。

心血管机能的调节主要是通过神经和体液因素对心脏和血管活动进行调节。对心脏的调节主要是改变心肌收缩力和心率，以调整心输出量；对血管的调节主要是改变血管口径，以控制外周阻力。心率的调节主要受迷走神经和交感神经的双重支配，人体昼夜节律对心率的调节起一定的作用。

睡眠时循环系统的重要参数包括心率、动脉血压、冠脉血流量、血管变异性等。

人体动脉血压受年龄、性别、生理状态等因素的影响。

在年龄方面，新生儿收缩压仅40 mmHg左右，生后一个月为70～80 mmHg，至青春期可以达到120/80 mmHg的水平。此后，随着年龄的增长，收缩压与舒张压均有逐渐增高的趋势。但以收缩压增高更为显著。一般在50岁之前，正常值在140/90 mmHg,50岁以上时可在160/95 mmHg。

在性别方面，50岁以前，男性略高于女性；50岁以后，由于更年期的影响，女性略高于男性。

在不同生理情况下，血压可以发生变动。在兴奋、恐怖、紧张、忧虑等情绪的影响下，血压特别是收缩压可以明显增高，主要是交感神经活动增强有关。睡眠时，血压急剧下降，以后随着不同睡眠时相而波动。一般在第3期时相对最低，在异相睡眠时，血压可以发生短暂性升高。

在NREM睡眠中血压下降，心率减慢；在REM睡眠中心率和血压可见非规律性增加。心率减慢的程度因人而异，一般减慢为10～30次/min，所以对心动过缓的人来说，睡眠中常会发生不测，收缩压降低10～30 mmHg。一般来说，有血栓倾向的人，多在NREM睡眠阶段发病；而心力衰竭和心绞痛常发生在REM睡眠阶段。

睡眠时，血管外水分进入血流中，引起血液稀释，使血流成分发生一些变化。积压液中嗜酸性细胞和淋巴细胞与肾上腺皮质激素的增加有关，即激素水平在早晨出现高值时，它们出现低值，而激素在夜间出现低值时，它们出现最高值。嗜中性细胞在上午最多，而在夜间最少。

观察循环血流量，红细胞比容，红细胞容积和血浆容量等的昼夜变化，可以发现，除红细胞比容在一天中没有差异，其余3项白天高，夜间会出现最低值。血浆中电解质及蛋白浓度，则为血浆中K+在白天高、夜间低，血浆蛋白同样也为夜间低，Na+在一天中无明显变动。由于血液在睡眠时被稀释，因此血浆中水分增加，循环血浆量减少。

慢波睡眠时，心率减慢，血压下降，皮肤血管扩张。这种窦性心率变化，可以提示心脏功能正常。

快波睡眠时，间断出现心率、血压的阵发性波动，血液增加。

睡眠中常会出现一种心跳暂停现象，一般持续1～8 s，之后冠脉血流平均升高30%，最高可达84%。从SWS到REM的转变中，迷走神经可能导致心脏停搏和无效收缩，能够潜在触发心律失常。

睡眠中，脑血流量在快波睡眠中比觉醒时明显增加，以脑干间脑最明显，在皮后以海马及联合区增加较多，感觉——运动皮质最少。快波睡眠期脑血量比慢波睡眠增加23%～50%脑的血容量在各脑区有不同程度的改善。

睡眠障碍的发生常会影响到血压的变化，晨起血压升高，可能是睡眠呼吸暂停综合征的早期表现；血压升高波动的改变，常与某些药物有关，各种睡眠障碍会导致血管的变异性发生改变。

睡眠中的脑血流会发生一些改变，在REM睡眠期，嗅觉皮质、前带状回、杏仁核、丘脑、背侧中脑核团、脑桥网状结构的血流增加。在REM期，这些结构的血流下降，并且与睡眠前相比，睡眠后觉醒状态的血流也是下降的，这在边缘结构尤为明显。

在REM睡眠期，脊柱的血流是增加的。伴随NREM睡眠到REM睡眠的过渡，氧化血红蛋白运输有所增加，大脑代谢葡萄糖和氧气的速度增加。

在NREM睡眠期，会因呼吸的变化而产生轻微的高碳酸血症，导致NREM睡眠期大脑代谢率降低。

在REM睡眠期，以及睡眠状态转换时，冠脉血流会发生明显的变化，可以达到觉醒时的2倍，但与心率、血压的变化无关。

在NREM睡眠期，外周的血液循化变化较小，REM睡眠期变化较大。REM睡眠期大脑血流量会发生变化，以适应器官功能的要求(即血流-代谢平衡)，相反，其他外周血管床发生变化以适应中枢神经(交感-迷走平衡)与外周(局部活动)的睡眠依赖性变化。

研究表明，在NREM睡眠期，大脑核心脑区的脑血流量在NREM睡眠时降低，而在REM睡眠期增加，睡眠后清醒的脑血流量值比睡眠前清醒时更低，这一现象在皮质与边缘叶中更为明显。说明在睡眠状态时大脑的循环与代谢活动被重新调整到一个水平，与睡眠可恢复性的功能保持一致。

研究发现，从清醒到NREM睡眠时冠脉的血流降低明显，而在REM睡眠期则升高，在时相性REM睡眠期冠脉血流的变化与窦性心率时相对应的，提示局部代谢调控是冠脉阻力降低的因素。但从NREM睡眠在REM睡眠过渡中冠脉血流增加之前有一个窦性停搏，这一种伴随心脏代谢活动反应性增高的血流增加归因于神经性的胆碱能舒张血管因素。

皮肤血流调节主要依赖于神经性血管活动，从清醒过渡到NREM睡眠过渡中的体温调定点的降低导致散热性皮肤血管舒张。肌肉血流量的变化在睡眠中变化不明显。

有关夜间睡眠状态下循环系统的功能还有待进一步深入研究。

5 睡眠期消化系统的变化

食物在消化道内分解过程称为消化；食物经过消化后透过消化管壁进入血液循环的过程称为吸收。食物的消化包括机械性消化和化学性消化。

消化功能的调节主要受迷走神经调节；体液因素参与消化功能的调节。胃肠道平滑肌的运动具有自动节律性，昼夜节律对其有一定的影响。在REM睡眠时段，消化道的平滑肌松弛明显，消化物运动缓慢。消化液在整个睡眠期减少，尤其是唾液分泌明显减少。胃肠蠕动增加。吞咽频率减小，食管下端的括约肌暂时性松弛至胃内基地线的情况显著减少，3次/min的正常胃电周期在NREM睡眠期显著改变，基础胃酸分泌在在两餐之间达到最小值，而在零点至凌晨2点间达到峰值。

睡眠中，唾液的分泌减少，唾液的分泌下降会导致胃食管反流。吞咽可以减少胃中酸性物质对食管黏膜的接触时间。睡眠呼吸暂停综合征的患者，常有夜间口干现象，适当饮水可以减少口干。

食管上端的括约肌即环食管的括约肌紧张性收缩可以防止误吸。睡眠中上食管括约肌压力轻微下降，尽管环食管括约肌属于骨骼肌，在整个REM睡眠期还会有轻微的下降。相伴随的是食管酸清除的延长，一过性的食管括约肌微舒张现象降低。

人的胃酸分泌遵守生物钟的节律，也与人的进食习惯有一定的关系。研究表明，每天晚上10点至清晨2点是基础胃酸分泌的高峰。十二指肠溃疡的患者除非总胃酸分泌上升，其他分泌模式同正常人是一样。胃的蠕动在NREM睡眠期下降，在REM睡眠期略有回升。

小肠吸收与食物经过肠道的时间直接相关。小肠蠕动动力开始于胃部，通过胃的蠕动传递给小肠。NREM睡眠期胃的蠕动随呼吸的运动而减慢，小肠的运动也随之延长。睡眠中移行的频率是可变的。

结肠的肌肉点活动和收缩力有所下降，清醒以后结肠活动明显上升，夜间的突然觉醒被认为是结肠分段收缩的结果，晨起的运动后排便，是结肠加速运动的结果。

睡眠时直肠反向收缩运动增加，直肠环状收缩能减少小肠内的压力，但直肠内的压力仍然不及肛门压力大，这两种因素抑制了睡眠中的排便。但当起床后，由于重力的作用，使结肠和直肠的压力增加，促进了排便。

6 睡眠期泌尿系统的变化

泌尿系统主要由肾、膀胱、输尿管等组成，主要是排泄尿液。

肾脏和膀胱主要受交感神经和副交感神经调节，体液因素参与尿的排泄。其排泄次数同时受昼夜节律的影响。尿液的生成在睡眠期大大减少，但尿液的浓度增加。在REM睡眠无尿分泌。

NREM睡眠期，肾脏对水分重吸收增加，而在REM睡眠期，肾脏灌注和肾小球滤过率夜间比白天要低，因此，尿量较少。血清中抗利尿激素(ADH)在夜里含量高，ADH的分泌节律与尿中排泄物的增减相联系，肾上腺皮质激素与ADH一起对肾脏功能的昼夜节律起重要作用。

在正常饮食情况下，尿中电解质Na+和K+从中午到下午呈现高峰，有时Na+和Cl-的峰值在上午9—12时或者夜里又有一个峰值。K+的昼夜节律变化较大，在出生后1～4个月就表现出节律性。

磷酸盐的排泄节律与血浆浓度变化相平行与夜间活动、睡眠和饮食时间与之相适应，并且极为稳定。

尿的PH值夜里呈酸性，H+夜里高，白天低Ca2+和Mg2+的排泄在夜里出现高值，并受食物和运动的影响。

7 睡眠期内分泌系统的变化

内分泌系统由分布在全身不同部位的内分泌腺组成。人体内的主要内分泌腺有脑垂体、甲状腺、甲状旁腺、肾上腺、胰岛和性腺等。内分泌腺的分泌水平的调节主要通过负反馈的自动调节方式而实现。其分泌的节律具有昼夜节律的反应。

体液变化。在睡眠期汗液的分泌是增加的，同时泪液的分泌减少。

生长激素 生长激素在睡眠中分泌增多，而且在深睡初期增加显著。通常入睡90 min左右血浆生长激素达到高峰，在3期睡眠状态明显。生长激素的一日总分泌量和自发性分泌次数及时间，同样随年龄而变动。生长激素在人出生前3个月与睡眠无关。青春期前小儿的生长激素只限于在睡眠时，觉醒后没有自发性分泌。但到青春期，睡眠和觉醒时都有分泌。待到成年时又再重现青春期前的分泌模式。50岁以上的人，大多数即使在正常情况下，睡眠时也不再出现生长激素分泌。也就是说，生长激素的自发性分泌随着年龄增长而逐渐减少，最后终于停止。阻塞性睡眠呼吸暂停综合征或发作性睡眠病的患者睡眠与生长激素的浓度呈现相关性下降。肢端肥大症的患者生长激素的浓度异常升高，但与δ睡眠波无关。

血浆催乳素 在睡眠开始60～90 min时急剧上升，继之又伴有较初期更大的数次间发性分泌。在整个睡眠期中血浆浓度不断升高，到白昼来临前达到高峰(5—7时)。血浆催乳素的分泌与睡眠分期没有必然的联系。

人末梢血中的5-羟色胺浓度有昼夜变动。采血1次/4 h测定，智能迟钝的人5-羟色胺值比正常人低，正常人及精神衰弱患者血中5-羟色胺的昼夜节律在早晨9时许达到最大值。

脑内去甲肾上腺素的含量一般在觉醒和活动时含量高。人的皮质激素如皮质醇(氧化可的松)的血浆浓度，在早晨最高，为10～15 μg/100 mL,其值从白天到黄昏逐步下降，半夜12时最低，仅为5 μg/100 mL，甚至更低。在24 h内，早晨觉醒后有1次急剧的上升，如果睡眠——觉醒周期逆转，这种昼夜变动要发生相应的变化。

人血浆所含的甲状腺激素的浓度有昼夜节律。甲状腺素的值从午前4时到9时最高，以后即下降，至午后3时到5时最低。甲状腺激素的另一形式即三碘甲状腺素的血浆浓度也具有和甲状腺素相同的昼夜节律。一般来说，正常人血浆甲状腺激素的浓度在白天活动时比睡眠时轻度升高。

大多数单细胞和多细胞的个体，以及这些有机体的很多功能，都显示出内在的节律活动，激素分泌就是这样一种机能，至今研究过的所有垂体激素，它们在血浆和尿中的浓度均表现出昼夜节律。

7.1 下丘脑—垂体—肾上腺轴 肾上腺皮质激素是第一个被发现有昼夜变化的激素，它与ACTH一样呈阵发性分泌，并与ACTH阵发性分泌之间存在着密切的时间关系。肾上腺皮质激素分泌是受中枢神经系统控制的每日分泌总量恒定。

肾上腺皮质激素在24 h中都有阵发式分泌，共被分为4个不相等的时相。第Ⅰ相是小分泌量开始的6 h，从入睡前4 h到睡后2 h。第Ⅱ相是过渡时期，约有3 h，从睡眠后第3 h至第5 h。第Ⅲ相是主要分泌时期，约有4 h，从睡眠的第6 h到第8 h以及睡后的1 h。第Ⅳ相是觉醒期间的间歇性分泌活动的11 h，从睡来第2 h开始到晚上睡眠前第5 h。

因此，在上午4点到8点或9点之间成串发作性分泌使清晨皮质醇的水平升高。

研究表明，皮质醇的活动既受24 h节律性的调控，又受睡眠与觉醒状态的调解。睡眠的发动与短期的皮质醇分泌的抑制相关。被觉醒打断的睡眠可以激发皮质醇的波动。对白昼皮质醇水平的观察发现，92%的由觉醒打断的睡眠在当时或20 min内都伴随明显的皮质醇波动。部分夜间睡眠剥夺会影响下一个傍晚的促皮质醇激素的活动，睡眠剥夺后的第二天傍晚皮质醇水平高于睡眠剥夺前一天同一时刻的水平。睡眠剥夺似乎延迟了促皮质醇激素轴向夜间静息状态的正常回归。

7.2 垂体生长素(Growth hormone,GH) GH仅在入睡后的第一个慢波睡眠大量分泌，2 h内达到最高峰，以后就逐渐下降，再出现慢波睡眠时也不再大量分泌。白天清醒时，成年人血中GH极低，如推延入睡时间，GH分泌也相应顺延。婴儿和青少年的GH分泌有所不同，婴儿时期，全天内血液中GH均很高，睡时和清醒时无差异。青少年时期白天分泌减少，夜间的分泌量增大。老年人睡眠时分泌大大减少，几乎没有峰值。由此可以看出，睡眠时生长素的分泌与人体生长有着密切关系。

7.3 催乳素(PRC) 催乳素是在入睡后60～90 min开始升高，并通过系列大规模的阵发性分泌使睡眠期间催乳素水平不断增高，在早晨5～7时达最高值，醒后就急剧减少。至上午10时至中午最低。催乳素常为波浪式或阵发分泌，与生长素不同，正常人从不降至测不出的水平。催乳素不是固有的节律性分泌，而是取决睡眠的发生。当夜里不入睡时，则不分泌。

睡眠后催乳素与生长激素同时开始分泌，但第一个分泌高峰却发生在生长激素分泌高峰后的40 min，之后再无时间上的联系。

7.4 促甲状腺素(TSH) 促甲状腺素的分泌呈现昼夜周期性节律变化，白天降低，午夜升高，以后逐渐减少，中午达到最低。颠倒睡眠后，第1天晚上午夜时仍升高，第2天晚上就不明显了。

睡眠剥夺时，夜间TSH分泌增加到正常夜间睡眠时的2倍。因此，睡眠对TSH分泌的产生抑制作用，而睡眠剥夺缓解了这一抑制。当睡眠发生在白天时，TSH的分泌并不受到抑制，睡眠对TSH的抑制是可控的，具有明显的时间依赖性，说明昼夜节律效应与睡眠效应之间存在相互作用。睡眠剥夺可以加深次日正常时段的睡眠深度，此时夜间TSH升高便会受到很大的抑制，表明慢波睡眠可能是决定TSH睡眠相关性降低的基本因素。

在睡眠剥夺的条件下，TSH节律增加的幅度可能会引起血浆T3水平升高，并与夜间TSH的上升保持一致。如果睡眠剥夺延长到第二个夜晚，则TSH夜间升高水平与第一个夜晚观察到结果相比明显降低。可能是由于在睡眠剥夺延长后第一个夜晚上升的甲状腺素水平抑制了下一个夜晚TSH的上升。

7.5 黄体生成素(LH) 青春期前的儿童，血浆中LH浓度含量较低并不随睡眠——觉醒周期变化。到了青春期，则呈昼夜变化，睡眠时LH分泌显著增加。一般LH阵发性分泌周期为70～90 min，与90 min的睡眠阶段周期密切配合，分泌次数与睡眠周期次数也是一致。在男孩，睡眠中LH增加的同时，还伴有睾酮的增高。性成熟后，成年男子LH分泌不再有明显节律变化，血浆中睾酮有微量升高,而LH分泌则是冲动式的，每15 min出现1个分泌高峰，白天逐渐增多，晚间逐渐减少，清晨时 LH分泌量最低。

成年女子LH的分泌节律与月经周期有关，在卵泡期早期，没有青春期睡眠时增加分泌的表现,在睡眠的头几个小时，血浆LH反而下降，但仍是每天出现冲动式的分泌。到达排卵期，LH水平逐渐上升，并出现反复的大量分泌，这种激增式的分泌一般在睡眠快要结束之前出现。

在正常的生长发育过程中，睡眠具有机能性作用，由于生长素、催乳素和黄体生成素在青春期都是在睡眠中分泌的，因此，睡眠是人体生长发育和性成熟的一个重要机制。

7.6 松果体腺与脑垂体促性腺激素 由于激素测定技术和生化技术进展，对松果体的研究也进入了新阶段，搞清了松果体与垂体促性腺激素的关系，初步认识了松果腺的活动规律。

随着昼夜交替，松果腺的酶活性与激素合成也有节律变化。白天时，酶活性与激素合成减弱，说明抑制LH与FSH合成与释放。夜晚则机能增强，环境黑暗开始不久，酶活性就成倍增长，而松果体内的5羟色胺含量则呈相反的昼夜变化，白天增多，中午达到高峰，黄昏后含量下降，夜里降至低潮。

利用放兔测定法，发现成人LH的储备水平也有一个昼夜循环，规律与松果腺相反，FSH和LH白天逐渐增多，下午4点达到高峰，晚上逐渐减少，清晨时降至最低点。如果摘除松果腺，LH与FSH的节律性就消失了。

7.7 睡眠时调控水电解质平衡的激素 水电解质的稳态是由垂体后叶、肾素-血管紧张素-醛固酮系统与心钠素的共同调控所维持。白天尿量与电解质的排泄要比夜晚多，这一变化与昼夜节律有一定的关系。尿量与渗透压随着REM-NREM循环变化，REM睡眠与尿量的降低和渗透压的升高相关。

睡眠中的血管升压素的分泌是波动的，但与睡眠时相无明显的关系。

睡眠中心钠素水平相对稳定，并且与REM-NREM转换无关。

8 睡眠期神经系统的变化

神经系统主要由神经细胞和神经胶质细胞所组成。神经细胞既是结构单位也是机能单位，称之为神经元。

神经元是具有突起的细胞，由胞体和突起构成。胞体的结构与一般细胞相似，由细胞核和细胞浆组成，其形状和大小不一，位于脑、脊髓的灰质、神经节和其它器官的神经组织中。神经元与神经元的间隙被神经胶质细胞所充填。胞突是胞浆中伸出的长短不等的突起，即神经纤维。按其形状可分为2种：一种是呈树枝状，多而短的突起，称为树突，它从细胞分出时直径较粗，越向外越细；另一种是由轴丘伸出的细长突起，一般只有一支，称为轴突。它从胞体中分出后，其直径均可，长短不一，长者可达1 m多，短者只有数10 μm。在神经纤维之外被以神经膜和髓鞘，有的只有神经膜而无髓鞘，前者称为髓神经纤维，后者称为无髓神经纤维，许多神经纤维聚集在一起组成通常所说的神经，分布于周身各处。

神经元通过胞体或树突接受来自其他神经元或感受器的冲动，通过轴突将冲动传给其他神经元或效应器。根据神经元机能特性，又分为传入神经元(感觉神经元)、中间神经元(联络神经元)及传出神经元(运动神经元)。

研究表明，觉醒是由网状结构广泛区域内神经元的紧张性放电所维持。高频刺激从延脑至脑桥至中脑及间脑水平任何部位的网状结构都能得到惊醒效应。一般认为这种激活效应是由丘脑的神经元终结，转而紧张性激活整个脑皮层。

在蓝斑和脑桥网状结构间稍偏腹侧处的小范围的损毁可导致REM睡眠周期,但无肌紧张消失。有一批广泛分布的执行神经元能主动触发REM睡眠，至少包括动眼神经核、前庭核和中脑、脑桥及延髓网状核团。

睡眠的产生是中枢神经主动活动的结果，觉醒时，5-HT能神经元的活动增加，5-HT以神经激素的方式促进漫波睡眠物质的合成，为睡眠作好准备。随合成扩散的慢波睡眠物质增多，致使与睡眠有关的神经活动增加，最重要的部位是延髓的网状结构，在网状结构中导致睡眠的中枢是中缝核。中缝核含有大量含有5-HT的细胞，是向脑提供5-HT的主要来源，能引起漫波睡眠。随着5-HT能神经元活动的停止，异相睡眠中枢活跃，脑桥外侧的蓝斑分泌去甲肾上腺素能引起快波睡眠。快波睡眠物质可由多肽酶破坏，有助于快波睡眠的中止。去甲肾上腺素作用与5-HT系统作用相似，但对慢波睡眠抑制作用较弱。这两个系统周期的抑制负责清醒的网状激活系统的活动，同时也影响其它一切神经系统的活动。

有关脑的代谢报道有些矛盾，但多数人认为：从鼠的实验发现，不论是幼鼠或成年鼠在睡眠时脑乳酸含量较觉醒时均降低15%～36%，并与动物体重正相反。在慢波睡眠时，乳酸含量降低而ATP较度升高，睡眠时脑中葡萄糖通过糖酵解途径的代谢率降低了。脑中氨基酸代谢很大不同，无论强光照射或是剥夺睡眠引起的反跳睡眠中，脑中天门冬氨酸和GABA均较觉醒时增多，分别增加29%和15%～19%，而其它氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等，则无明显变化。

脑的蛋白质代谢研究发现，在两个时相中蛋白质合成率不同，顶叶皮质组织在快波睡眠后其蛋白质合成率与觉醒时相同，而慢波睡眠时合成率要比快波睡眠及觉醒时低50%。灌流中脑网状结构时，发现灌流液中蛋白质含量与睡眠—觉醒有关，快波睡眠时，灌流液中蛋白含量较觉醒时明显升高。

睡眠与自主神经活动有着密切的关系。

自主神经分交感神经和副交感神经两大系统。在剧烈的活动、情绪激动、突遇意外事故的刺激时，交感神经兴奋：瞳孔散大、面色苍白或者发红、心跳加快、呼吸急促、手足心出汗、肌肉颤动等；在静止状态，特别是NREM睡眠时，副交感神经占优势，消化、吸收功能增强，脂肪、糖原、蛋白质等合成贮存均明显增加。眼球活动在REM睡眠时最为活跃，而在NREM睡眠阶段则很弱，到SWS阶段几乎完全消失。

近几十年来，生理学家对睡眠进行了多方面研究，有许多假说尚未被证实，对睡眠本质和意义以及脑机制等方面存有许多疑问，还需继续深入探讨。

9 睡眠期骨骼肌肉系统的变化

骨骼主要对人体起支撑和协调作用，肌肉可以保护骨骼。骨骼肌肉的运动主要受中枢神经支配，骨骼和肌肉有节律的改变，昼夜节律对骨骼肌肉有一定的影响。人在清醒状态下，肌张力最高。在入睡以后，整个NREM期肌张力逐渐下降，在REM期达到最低点。在睡眠状态下，随意运动系统(骨骼肌)处于抑制性的静止状态。

在REM睡眠，躯体肌肉是主动抑制的，但面部、手指，甚至主要的远端骨骼肌可出现微弱的颤动。

睡眠时，交感神经系统活动减弱，副交感神经系统活动增强，嗅、视、听、触等感觉功能减退，骨骼肌的反射运动和肌紧张有一系列植物性功能的改变。

REM睡眠时，感觉功能进一步降低，唤醒提高，骨骼肌反射运动和肌紧张进一步减弱，肌肉几乎完全松驰，并伴有间断的阵发性表现，如肢体抽动、心跳加快、血流增加。阴茎勃起和做梦也发生在这一时期。REM睡眠的特征为眼外肌间断收缩致使眼球运动增多，面部和手指的肌肉不规律的收缩，牵张反射被抑制。脊髓反射消失或减弱。在REM睡眠期偶尔也出现短暂性的肌肉收缩(如小肌肉的抽动)，这可能是脑桥-外侧膝状体-枕叶皮质细胞电活动影响所致。如果肌张力不下降，则有可能导致REM睡眠行为异常的发生。

慢波睡眠时，颈后肌和四肢的伸肌紧张度降低，但仍保持一定姿势。使正常睡眠者可以调整睡眠姿势，眼球不做快速运动，瞳孔缩小，心率减慢，但存在光反射，眼球常取向上偏移的位置，外周交感活动降低，但内脏和直肠括约肌却呈紧张性收缩。这主要是因为支配肌肉纤维的运动神经元被抑制，其抑制性的神经递质是甘氨酸。大部分是突触后电位，然后抑制运动神经元放电，导致相对的肌张力消失。

颅神经运动神经元也受脑桥北侧网状纤维抑制性突触后位电位(IPSPs)的影响。

咬肌闭合抬高上颚。咬肌的时相活动性与颏舌肌的活动几乎同时开始。

腭舌肌和腭帆提肌在吸气时，时相性活动而在呼气时张力性活动。腭帆提肌的张力在呼气相和吸气相都下降。在睡眠中，这3块肌肉的张力都下降，REM睡眠时达到最低。

舌肌群决定上气道的直径和形状。在清醒状态和REM睡眠期的吸气相舌肌群出现爆发活动。

环杓后肌是主要的声带紧张肌在清醒状态和REM睡眠期的吸气相出现爆发活动，进入REM睡眠期，呼气爆发活动变成分段的。

膈肌的放电在清醒期和NREM睡眠期都是有节律的。运动单元的放电活动比例在REM睡眠期降低，而正常活动时相的REM睡眠期也会出现短暂性的膈肌运动停止。

10 睡眠期生殖系统的变化

生殖系统主要由生殖器官(男性为睾丸，女性为卵巢)和副生殖器(在男性主要是附睾、输精管、精囊、前列腺、阴茎组成；在女性主要是输卵管、子宫、阴道等)所组成。

生殖系统的调节主要受脑垂体、丘脑下部靶器官的相互反馈调节。女性的月经具有月节律,性活动具有昼夜节律。

在NREM睡眠期，生殖功能较少变化，而在REM睡眠期男性阴茎可出现自发性勃起，这与阴茎自发性充血有关。如果醒来正在做梦，则多数男性阴茎呈现勃起状态，几分钟后会自动疲软，或者夜间排尿后疲软，这种现象在未成年人及老年人经常见到。阴茎在REM睡眠期勃起，是判断阳痿患者是精神心理性，还是器质性阳痿的基本方法，后者在REM期阴茎无法勃起。

女性可有阴蒂充血和阴道血流量增加，也会在深睡眠状态出现梦交的现象。

11 睡眠期能量代谢的变化

所谓的能量代谢是指物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用。人体所进行的各种生理活动(如肌肉活动、心跳、思维等)所需的能量，都来源于糖、脂肪、蛋白质的氧化分解。这种氧化分解通过生物氧化过程中释放能量，有一部分直接以热量的形式散于体外，另一部分则以化学能的形式储存起来，随时借给机体各种生命活动的需要。

影响人体能量代谢的因素主要有：1)肌肉运动；2)精神活动；3)环境温度；4)进食等。这些活动均与昼夜节律有一定的关系。

睡眠使基础代谢率降低10%～20%，泪液分泌减少，汗液分泌增加。

12 睡眠期体温的变化

人的体温在24 h内并不是恒定的。一般来说，下午3—6时最高，可达37.5 ℃，最高和最低相差1 ℃。这种昼高夜低的节律的波动都是正常的，波动在一定的范围内，一般在1 ℃左右，超过或低于这个范围都不正常或要患病了。

体温受内外环境的影响。研究表明，水分蒸发、战栗和增减皮肤的血流量等体温调节方式在睡眠过程中发生相应的变化。由外周血管舒张导致的热量散失平均发生在睡眠开始的36 min。与觉醒相比，睡眠时的外周血管舒张增加了84%，当个体准备入睡时，外周血管舒张增加了30%～40%。在中度或温暖环境中，睡眠的发动会使出汗率增加。

研究发现，蒸发失水也呈现睡眠相关性变化。NREM3期比1、2期出汗的速率要高，而在REM睡眠开始时处于最低。在寒冷的环境下睡眠时，战栗仅出现在REM睡眠3期或REM睡眠时。头部的温度在NREM睡眠时会降低，而在REM睡眠时升高。

大脑的温度变化受大脑灌注血液的温度变化、大脑代谢变化、大脑血流量变化的影响。

体温对睡眠有很大的影响，包括外环境的温度及内环境的体温变化。温度的调节能力随意识状态变化而变化。个体受温度刺激而引起觉醒或发生睡眠状态分布转换。环境温度对意识状态的长度和部分起主要作用。

环境温度对睡眠的影响，研究表明：REM睡眠时平均体温与环境温度(Ta)呈现正相关。这说明在REM睡眠时体温随着热量负荷的变化而被动地发生变化。NREM睡眠时环境温度的急剧变化也能影响觉醒状态与睡眠的最终分布。

有人每隔10 min测量一下体温，将所求的数据画在坐标图上。(图),纵坐标代表温度,横坐标代表时间(从第1天午夜0时到第2天午夜0时)，经过计算的出一条曲线，从图上可以看出体温曲线的变化，呈现周期性，有节律的波动。

REM睡眠时期所有的哺乳动物均丧失体温调解。但环境或躯体深部温度开始下降，睡眠就可以中断。在大脑被激活的同时，却又放弃了像体温调节如此重要的控制机制,说明REM睡眠的另一功能可能是帮助大脑机能的恢复，并选择的使承担重要调解机能的神经元得到休息。

人体体温的增加在某种程度上可以帮助睡眠，如睡眠前洗热水澡可以被动地升高体温，缓解因为血液循环不佳而导致的老年性失眠；温水泡脚在改善血液循环的同时对睡眠也有促进作用。研究发现，温水容器内被动升温或高强度的运动可使体核温度升高，NREM睡眠的3期睡眠倾向缩短，并且体温处于睡眠节律的最低点，与预想的相反，身体在正常温度最低点时体温并没有缩短REM，体核温度上升2.5 ℃后REM睡眠参数并未改变，但在第四个REM睡眠周期中NREM睡眠第2～3期明显延长。

体温节律的变化和血压节律发变化可以作为观察人体睡眠节律的重要指标之一,就在于它与睡眠节律有关。

13 睡眠与免疫

睡眠状态时，人体的免疫系统也会发生变化。中医学的很多著作中均对感染后的睡眠状况进行了描述，并认为睡眠对感染后的人群是一种保护作用。

感染后的睡眠变化大多数人在感染开始时就会出现正常睡眠以外的瞌睡感，古代中医更是把睡眠作为一种治疗感染的辅助手段来加以利用。

现代研究证明，病毒感染引起中枢神经系统的病变或炎症会影响睡眠。在HIV感染的早期，患者后半夜的REM睡眠会延长。狂犬病会导致睡眠时间的延长与认知功能不全。流感病毒感染后，可使NREM睡眠持续延长6～10 h，鼻腔病毒感染的小鼠其NREM睡眠持续增加3 h，并伴随REM睡眠抑制。

细菌感染后也会有睡眠反应，革兰氏阳性菌感染的动物其NREM睡眠反应构成急性时相反应的一部分，表现为NREM睡眠延长和EEG慢波幅度增加。NREM睡眠起始后持续时间增加，大约持续20 h。随后出现NREM睡眠睡眠时间长时程的缩短与EEG慢波幅度降低。在NREM睡眠变化的两个时期内，REM睡眠受到抑制且动物会发热，纤维蛋白原与中性粒细胞增加。其他微生物，如真菌(如camdidn、adbicans)或原生动物(如trypanosoma、brucei)等也能引起睡眠反应。

睡眠状态下的免疫系统变化。

人们经常有这样的尝试，一个人如果敞胸露怀地在一块空地上睡眠，一旦被凉风吹过，觉醒以后很多会出现类似感冒的症状，在潮湿环境下睡眠的人，容易患脊柱关节的病变，在热天下露天睡眠的人，当一侧面部被风吹过时常会出现面部神经的麻痹，其实这就是睡眠状态下的免疫功能发生了变化。

短期睡眠剥夺对免疫系统产生影响。有研究表明，部分剥夺几天时间的睡眠的大鼠用同种异体皮下肿瘤进行种植，发现缩主防御功能由于睡眠的剥夺而增强，睡眠剥夺后的大鼠所患的肿瘤比对照组大鼠要小。小鼠实验中，小鼠事先用流感病毒进行刺激，发现仅睡眠剥夺过的小鼠不能将病毒从他们肺中清除，这些结果明确了睡眠剥夺对宿主防御是有害的。

长期睡眠剥夺对宿主防御的影响较为明显，并破坏宿主的免疫功能。研究表明，如果只让大鼠有20%的睡眠，在2～3周内这些大鼠就会死亡。1976年，Palmblad等指出，睡眠剥夺后淋巴细胞产生干扰素的能力增强。Yamasu等指出，睡眠剥夺促进链球菌所刺激的白细胞中TNF的合成，而其他应激因素，不能像睡眠剥夺一样引起TNF的系统合成。Uthgranamnr等指出，睡眠剥夺增加了内毒素刺激的单核细胞(Endotoxin-stimulated monecytes)生成TNF的能力。Moldofasky等人发现，在人类睡眠剥夺引起夜间血浆IL-1样物质增加。睡眠剥夺后48 h淋巴细胞DNA合成会降低，睡眠剥夺后72 h吞噬细胞降低，睡眠剥夺可引起有丝分裂反应的变化，循环免疫复合物在睡眠时会降低，并且在觉醒后会升高，一整夜睡眠剥夺后，CD4、CD15、CD56、CD57淋巴淋巴细胞受到抑制。这就为临床上常见的持续加班工作的人容易导致猝死的现象，提供了细胞病理学的基础。

当然，如果我们都能像中医学一样，重视睡眠对感染后的保护作用，就有可能很好地利用睡眠来促进疾病的康复。

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