睡眠与觉醒 Sleep and Wakefulness

睡眠与觉醒 Sleep and Wakefulness 孙秉贵基础系神经科学研究所 bsun@zju.edu.cn

睡眠和觉醒节律 • 睡眠和觉醒节律是一种内在的自主昼夜节律 • 正常情况下的睡眠-觉醒节律与外界自然环境下的光-暗交替节律基本一致 • 下丘脑的视交叉上核（suprachiasmatic nucleus, SCN）是生物体内源性昼夜节律的起搏点

课程提纲 • 睡眠时相及阶段划分 • 睡眠过程中生理指标的变化 • 睡眠与觉醒的中枢调控 • 睡眠的生理学意义 • 睡眠异常

睡眠时相的监测手段 • 脑电图Electroencephalographic (EEG) • 肌肉张力Muscle tone • 眼睛运动Eye movements • 心率Heart rate (and variability) • 呼吸频率Respiratory rate (and variability) • 激素释放Hormonal release

脑电图、眼动电图、肌电图 脑电图 Electroencephalogram (EEG) = Brain Electrical Activity Electrooculogram (EOG) = Eye movement 眼动电图 Electromyogram (EMG) – Muscle Tension 肌电图

睡眠与觉醒的肌张力变化

脑电波/Brain waves 频率8-13Hz，幅度20-100μV 频率14-30Hz，幅度5-20μV 频率4-7Hz，幅度100-150μV 频率0.5-3Hz，幅度20-200μV

睡眠时相 • 慢波睡眠（Slow wave sleep, SWS) • 快波睡眠（Fast wave sleep, FWS)

睡眠时相 慢波睡眠（Slow wave sleep, SWS), 其特征包括： ●意识、感觉减退，反射减弱，肌肉松弛； ●器官活动减弱； ●少梦或不做梦； ●无明显眼球运动； ●脑电图出现高幅慢波又称为非快速眼球运动睡眠或同步化睡眠

睡眠时相 慢波睡眠（Slow wave sleep, SWS), 其特征包括： ●意识、感觉减退，反射减弱，肌肉松弛； ●器官活动减弱； ●少梦或不做梦； ●无明显眼球运动； ●脑电图出现高幅慢波又称为非快速眼球运动睡眠或同步化睡眠 “休闲的大脑，可动的躯体”

睡眠时相 慢波睡眠又可分为： ● I期入眠期脑电波趋于平坦，出现低波幅θ和β波 ● II期浅睡期特征性的梭型波出现 ● III期中度睡眠期 20-50%的δ波 ●IV期深度睡眠期超过50%的δ波

睡眠时相- 脑电图波形特征 EEG Recordings During The First Hour of Sleep • PN28050.JPG Quiet sleep (QS) REM Slow wave sleep, SWS Purves Fig 27.6

睡眠时相 快波睡眠：又称快速眼球运动睡眠（Rapid eye movement sleep, REM）或异相睡眠 ●意识、感觉进一步减退，反射进一步减弱，肌肉更加松弛； ●部分器官异常活动（与梦境有关）； ●做梦； ●出现明显的眼球运动； ●脑电图出现低幅快波，类似清醒状态

睡眠时相 快波睡眠：又称快速眼球运动睡眠（Rapid eye movement sleep, REM）或异相睡眠 ●意识、感觉进一步减退，反射进一步减弱，肌肉更加松弛； ●部分器官异常活动（与梦境有关）； ●做梦； ●出现明显的眼球运动； ●脑电图出现低幅快波，类似清醒状态 “活跃的大脑，瘫痪的躯体”

快波睡眠时眼球运动增加 SWS Note spindles

快波睡眠时肌肉松弛 Of all the physiological changes that occur in REM sleep, muscle paralysis has substantial potential to lead to pathology SWS

睡眠时相- 脑电图波形特征 EEG Recordings During The First Hour of Sleep • PN28050.JPG Quiet sleep (QS) REM Slow wave sleep, SWS Purves Fig 27.6

一个晚上的睡眠时相 Duration of REM sleep increases across a night Reduced number of very large slow waves during quiet sleep across night Purves 27.7 (A)

睡眠期间生理指标的变化 Purves 27.7

睡眠期间体温及激素水平变化

小结: REM Sleep Muscle paralysis- loss of muscle tone Phasic eye movements EEG is desynchronized, low amplitude Wild autonomic variation!

慢波睡眠/SWS：基底前脑快波睡眠/REM：背外侧脑桥慢波睡眠/SWS：基底前脑快波睡眠/REM：背外侧脑桥 /SWS /SWS After Siegel, 2005

参与睡眠调节的神经递质和体液因子 神经递质： • 5-羟色胺(5-HT)：由中缝核（Raphe nuclei）分泌，可促进睡眠 • 去甲肾上腺素(NE)：蓝斑（locus coeruleus)分泌。蓝斑头部NE神经元维持觉醒，中后部NE神经元与异相睡眠产生有关 • 多巴胺（DA）：中脑黑质神经元分泌，调节行为觉醒 • 乙酰胆碱(Ach)：与触发异相睡眠有关

参与睡眠调节的神经递质和体液因子 神经递质： • 5-羟色胺(5-HT)：由中缝核（Raphe nuclei）分泌，可促进睡眠 • 去甲肾上腺素(NE)：蓝斑（locus coeruleus)分泌。蓝斑头部NE神经元维持觉醒，中后部NE神经元与异相睡眠产生有关 • 多巴胺（DA）：中脑黑质神经元分泌，调节行为觉醒 • 乙酰胆碱(Ach)：与触发异相睡眠有关体液因子： • 生长激素(Growth Hormone)：主要在慢波睡眠时释放，可促进慢波睡眠 • 腺苷：ATP的代谢产物，机体重要的催眠物质之一 • 前列腺素D2：通过影响腺苷的释放而影响睡眠 • 褪黑素（melatonin）：松果体分泌，调节睡眠节律，促进睡眠

参与睡眠调节的神经递质和体液因子 Orexin:增食因子，促进睡眠 Sakurai T et al,1998

睡眠的生理学意义 • 睡眠确切的生理学意义还不清楚

睡眠的生理学意义 • 睡眠确切的生理学意义还不清楚 • 恢复理论: Sleep to rest and recover, and prepare to be awake again • 适应理论 Sleep to keep out of trouble, hide from predators

睡眠有利于脑内代谢产物的排除 Science 2013, 342 ：316-317

嗜睡症（Narcolepsy） • Sleep attacks at inappropriate times • Can be triggered by affective stimuli (e.g., • laughter, anger) • Sometimes associated with cataplexy • Diagnosis includes sleep-onset REM • Orexin (Hypocretin) is involved

失眠症（ Insomnia ）可能的机制 • 抑郁 • 不好的睡眠习惯 • 夜间肌阵挛 • 昼夜节律改变

Science 326:1005-7, 2009

课程小结 • 睡眠时相及阶段划分 • 睡眠过程中生理指标的变化 • 睡眠与觉醒的中枢调控 • 睡眠的生理学意义 • 睡眠异常

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