睡眠是动物生命中普遍存在的一种现象,存在于从果蝇到人类。良好睡眠维持健康大脑功能,睡眠剥夺(sleep deprivation,SD)是指减少睡眠时间低于个人的基线要求,而睡眠限制(sleep restriction,SR)是指部分睡眠丧失。
睡眠主要分两个阶段
非快速动眼睡眠(NREM睡眠)
脑电波呈睡眠表现,肌肉活动较清醒时减弱,不伴剧烈的眼球运动。NREM可分为四个阶段,即I、II、III、IV四期,其中I、II期称“浅睡眠”,III、IV期称为“深睡眠”(慢波睡眠)。
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参与NREM的脑结构
快速眼动睡眠(REM睡眠)
睡眠的一个阶段,也称为反常睡眠,或者动态睡眠,其特征是以一种类似于清醒的方式去同步脑电图活动,伴随着眼睛的随机和快速运动,同时伴有低的肌肉张力。此时会伴随梦境。
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参与REM的脑结构
睡眠剥夺与疾病
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睡眠剥夺扰乱生理节律生理,对大脑和行为功能产生负面影响。
中风
缺血性疾病引起机体高炎症状态,而睡眠剥夺可以增加炎症因子(IL-1beta, IL-1ra, E-selectin, ICAM-1)释放,进一步加重炎症状态,进一步加重缺血性疾病,引起中风。
神经病理性疼痛
神经病性疼痛是由神经损伤引起的,而中枢神经病性疼痛是由中风、和脊髓损伤等引起。SD可以增强疼痛的敏感度和强度。SD增加谷氨酸浓度,也影响刺激伤害感受系统的阿片类药物系统。SD会导致白细胞计数增加,并提高C反应蛋白、IL1β、IL6和TNFα的水平。SD刺激星形胶质细胞吞噬作用,导致小鼠皮质区域的微胶质细胞激活。
学习记忆
SD对注意力、学习、记忆形成、习得和检索等认知功能有负面影响。SD激活某些离子通道,并导致突触改变,导致海马CA1神经元的膜兴奋性降低,并抑制CA1神经元和齿状颗粒的LTP产生。
脑胶质瘤
睡眠在免疫力和体内稳态中发挥着重要作用。睡眠障碍可能会导致基因突变,参与肿瘤的发生,此外促炎性细胞因子IL1β、IL2和NFκB2与癌症患者的睡眠-觉醒紊乱严重相关。
神经退行性疾病,如阿尔兹海默症,帕金森氏病,多发性硬化症,Huntington’s Disease等。主要与睡眠剥夺损害病理蛋白清除,以及增强大脑炎症状态相关。