睡眠与觉醒 Sleep and Wakefulness 孙秉贵 浙江大学医学院神经科学研究所 bsun@zju.edu.cn.

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1 睡眠与觉醒 Sleep and Wakefulness 孙秉贵 浙江大学医学院神经科学研究所

2 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

3 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

4 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

5 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

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

7 睡眠与觉醒的肌张力变化

8 脑电波/Brain waves 频率8-13Hz，幅度20-100μV 频率14-30Hz，幅度5-20μV

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

10 睡眠时相 慢波睡眠（Slow wave sleep, SWS), 其特征 包括： 又称为非快速眼球运动睡眠或同步化睡眠 ●器官活动减弱；
●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

11 睡眠时相 慢波睡眠（Slow wave sleep, SWS), 其特征 包括： 又称为非快速眼球运动睡眠或同步化睡眠
●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”

12 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
● IV期深度睡眠期 超过50%的δ波

13 EEG Recordings During The First Hour of Sleep
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

14 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

15 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”

16 快波睡眠时眼球运动增加 SWS Note spindles

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

18 EEG Recordings During The First Hour of Sleep
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

19 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)

20 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

21 睡眠期间生理指标的变化 Purves 27.7

22 睡眠期间体温及激素水平变化

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

24 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

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

26 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

27 参与睡眠调节的神经递质和体液因子 神经递质： 体液因子： 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

28 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

29 睡眠的生理学意义 睡眠确切的生理学意义还不清楚

30 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

31 睡眠有利于脑内代谢产物的排除 Science 2013, 342 ：316-317
The extracellular (interstitial) space in the cortex of the mouse brain, through which cerebral spinal fluid moves, increases from 14% in the awake animal to 23% in the sleeping animal, an increase that allows the faster clearance of metabolic waste products and toxins. Therapeutics could potentially exploit this dynamic to clear factors associated with conditions such as epilepsy, migraines, and insomnia. Science 2013, Vol. 342 no pp Science 2013, 342 ：

32 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

33 嗜眠发作（Narcolepsy） Cataplexy（猝倒症） is a sudden muscular
paralysis while consciousness is maintained. Suffers suddenly collapse into a state similar to REM sleep. It is often brought on by strong emotional expression such as laughing, crying, terror. Sleep paralysis （睡眠性麻痹）：occurs during the transition between sleeping and waking. a person may be unable to move or speak for several minutes even though she/he is conscious.

34 嗜眠发作（Narcolepsy） Sleep attacks at inappropriate times
Orexin (Hypocretin) is involved Sakurai T et al,1998

35 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

36 Science 326:1005-7, 2009

37 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

38 Thank you!