第二节 睡眠的周期节律、脑电分期与生理功能

一、睡眠-觉醒作为一种昼夜节律

几乎一切生物，从单细胞生物到人类，其生命活动都呈现节律性变化。其中有些节律活动的周期与地球自转周期近似，即与24小时自然昼夜交替大致同步，称为昼夜节律。

已经证明人体的各种生理功能中，至少有一百多种计量数显示昼夜节律。但是最令人印象深刻的是睡眠-觉醒节律。这两种明显不同的生理状态，以近似自然环境的昼夜交替周期而互相转化，同时伴随着诸如呼吸、血压、心率、体温等其他生理功能的波动。成年人生命活动中平均每24h有7～8h处于睡眠期。

人体的睡眠-觉醒交替从人体出生时就已开始。在新生儿，交替周期约为60～90min，以后逐渐形成成年人的节律性。

人们曾经推测，睡眠-觉醒作为一种昼夜节律，可能是受环境昼夜交替调节的一种被动反应。然而，在完全隔绝光、声等外界环境因子的实验条件下，人体受试者的睡眠觉醒周期依然存在，只是趋于延长，并与其他生理节律的周期发生分离。这种自由运转周期的存在，表明睡眠觉醒节律是独立于自然界的昼夜交替而自我维持的，和其他生理节律之间也是相互独立的，它们各自受机体内部不同振荡机制的调控。这些内源性的振荡机制被形象化地称为生物钟。

二、睡眠分期和睡眠时相

人在觉醒时，与周围环境有着主动的感觉运动联系，并产生各种复杂的适应性行为；而在睡眠时，这种联系普遍减弱或消失，并伴有各种躯体性和植物性功能的变化。如同觉醒状态时人对外界的注意力有明显波动一样，睡眠也有不同的深度。衡量睡眠深度的一个简单而古老的指标是唤醒阈，即刚能中断睡眠的临界刺激强度。一般说来，睡眠愈深，则唤醒阈愈高。但睡眠期间特定感觉刺激的唤醒效应，似乎主要取决于它的性质而不是它的强度。例如一个母亲能在强噪声环境中酣然入睡，却可因她的婴儿的微弱动静而突然惊醒。其他躯体性或植物性功能变化，更不能作为衡量睡眠深度的特异指标。

（一）按脑电图特征的睡眠分期

脑电波记录技术的发展及其应用有力地推进了睡眠的实验性研究。Loomis（1937）发现，由觉醒至深度睡眠的不同阶段，脑电图（EEG）呈现特征性改变，遂将人的睡眠划分为四期。如图4-1所示，A为人入睡前的觉醒期，如受试者处于瞌睡状态，则其EEG以θ波为主，呈现长度不等的串状。B、C、D、E分别为入睡期、浅睡期、中度睡眠期和深度睡眠期。

B期：θ波逐渐减少，低幅的θ波和β波不规则地混杂在一起，脑电被里现平坦的趋势。正常人此期通常不超过数分钟，随即进入C期。

C期：出现睡眠梭形波，并伴有少量的δ波。睡眠梭形波实际上是一种变异的α波，频率为13～15Hz，较α波为快，波幅为20～40μV，较α波为低，梭形持续续时间为0.5～1s，较α波稍短。

D期：以K复合波为特征。K复合波系δ波和睡眠梭形波的复合，表现为睡眠梭形波载于δ波上或紧跟于δ波后面。

E期：EEG呈现1.5～2Hz、75PμV以上的δ波，数量超过50%。

由上述可见，随着睡眠的加深，EEG表现为频率逐渐变慢，振幅加大，δ波所占比例逐渐增多。睡眠开始后，睡眠各期总是以由B至E，再由E回到B的顺序出现，一夜之中循环往复4～5次。通常愈近早晨，每一循环周期可达的最大睡眠深度逐渐减弱，以至不能达到E期。

（二）睡眠过程呈两种时相交替

1928年，两名俄国学者报道他们在熟睡的婴儿上观察到呼吸和肢体活动周期性增强，并伴有快速的眼球运动。1953年，Ase rinsky和Kleitman再次发现了上述现象，并将该睡眠状态定名为快速眼动（rapid eye movement REM）睡眠期。REM睡眠的特征是伴有低电压的EEG。

随后，大量的研究，通过同时记录脑电图，眼动图，肌电图，心电图以及血压、呼吸等功能指标的方法，证实睡眠可区分为慢波睡眠和快波睡眠两种时相。在一夜的睡眠过程中，这两种不同的时相呈现周期性的交替。入睡者通常花30～40min顺序通过B、C、D期到达E期，并持续数十分钟，然后以相反的顺序由E期回复到B期。在此阶段出现REM, REM时相结束后，复又转入D期、E期，然后再一次被REM时相所中断。如此周期性变化，一夜中每隔90～100min重复出现1次。

图4-1左侧为睡眠各期的脑电图记录。注意入睡期和快波睡眠期的脑电波均表现为B期的低幅快波形式，二者可辅以眼动图和肌电图加以鉴别。右侧为一青年人一夜睡眠的典型形式。快波睡眠所花费的时间分别用直方图顶部涂黑的检杆表示。注意首次快波睡眠期通常较短，以后各次倾向于延长。在睡眠后期，慢波睡眠的深度大为减弱。（左图据Loomis等1937，右图据Kelly,1985）

慢波睡眠：除重新出现的B期外，首次出现的B期以及C、D、E各期都属于慢波睡眠（slow wav e sleep, SWS）的范畴。如图4-1所示，在该睡眠时期，脑电以逐渐减慢，幅度逐渐增高，δ波所占的比例逐渐增多为特征。在这些睡眠阶段，循环系统、呼吸系统和交感神经系统的活动水平均随睡眠深度不同而程度不等地降低，且相当稳定；全身肌张力明显下降，但仍保持一定的肌紧张，使正常睡眠者平均每20min得以调整一次睡眠姿势。由于此时眼球并无快速运动表现，因此又称为非快速眼动睡眠（non rapid eye movement sleep, NREM）。

快波睡眠：在慢波睡眠之后，脑电重新出现低振荡快频率的B期，此时的脑电形式与觉醒时相似，因此称为快波睡眠（fast wave sleep, FWS）。

FWS期间的脑电特征显示脑活动的增强。如以EEG作为睡眠深度的指标，按一般的推测，则该睡眠时相当属于浅睡眠。但实际上，此时颈后肌及四肢抗重力肌的张力几近消失，成为姿势性张力弛缓状态；交感活动进一步降低，表现为瞳孔进一班缩小，心律和心输出量进一步减慢减少，血压下降，下丘脑体温调节功能也明显减退；与此同时，唤醒阈值明显增高。这些功能变化表明FWS的睡眠深度比SWS进一步加深，并显然和脑电变化时相不一致，因此，FWS又称为异相睡眠（paradoxical sleep）。

FWS又称为快速眼运睡眠（REM），是强调了在该时相出现的快速眼球运动这一重要特征。在REM睡眠期间，其他肌肉张力极度下降，但眼肌和中耳肌除外。因此，眼球呈现缓慢的、周而复始的扫视运动，快速眼动则是眼外肌间断地发生位相性收缩所致，它被附加在缓慢眼动的背景之上。中耳肌也呈现位相性的活动。快速眼动常伴有其他位相性的功能变化，如呼吸变得急促、不规则、血压上升、心率加快及四肢肌肉抽动。

三、睡眠的功能

人为什么要睡眠？因为睡眠使大脑神经细胞得以维持和保养，是一种保护性抑制，可调整和增强免疫系统功能。之所以在晚上，这与大脑的褪黑激素有关，它是白天光照后分泌少，夜晚分泌多，有催眠作用。有良好的睡眠质量才会有很好的生活质量。要用心地活动，就要更用心地睡眠。

睡眠时产生的快感是敢于冒死去实现睡眠行为的。睡眠不仅是维持个体生存，更是为了人类衍生和发展、种族的繁殖所必需的功能，只有良好的睡眠，大脑才能高度发挥处理信息功能的能力。

睡眠的功能如下：

（1）促进脑功能的发育和发展。快速眼球运动（REM）睡眠对脑功能的发育和发展有着重要作用，痴呆病人REM明显减少，甚至消失。睡眠好坏影响脑功能，充足的睡眠可使大脑在清醒期发挥最佳功能。

（2）保存脑的能量。非快速眼球运动（NREM）的深睡期以副交感神经活动占优势，脑的代谢下降10%～20%，但脑部的蛋白和核酸合成却增加，因此有利脑部功能的存储。

（3）巩固记忆。记忆是大脑一项重要功能，如果剥夺睡眠或因打鼾憋气引起的嗜睡均可影响记忆能力。梦也是记忆信息的再现。在睡眠中脑部可将记忆信息重新加工处理，形成新的信息库，有利于觉醒期处理记忆信息的有效性和时效性。

（4）促进机体生长和延缓衰老。生长激素在深睡期分泌增多，有利于机体生长发育，尤其是在儿童生长发育期，此期睡眠特别重要，否则会影响生长发育。进入衰老期，促肾上腺皮质激素分泌相对增加，并引起睡眠表浅。

（5）增强机体免疫功能。在睡眠期间体内T细胞产生白介细胞素-2（IL-2），产生和释放免疫活性物质，机体免疫机制功能增强。

（6）保护大脑、提高智力。保护中枢神经系统，睡眠时血-脑脊液屏障通透性减弱，有害物质不易进入脑组织，有保护大脑的作用。

（7）积蓄能量、消除疲劳、恢复体力。睡眠有利于合成、修复和补充物质的作用。

（8）增强免疫、防病抗病。睡眠可调节身体各系统功能：除了神经系统尤其是大脑得到充分休息和功能调节外，心脏、呼吸、消化、内分泌、代谢等各个系统均通过睡眠而得到“休整”，待清醒时又重新“上阵”。

（9）延缓衰老、健康长寿。有人说：“吃人参不如睡五更”，表明睡眠是健康长寿的一个重要因素。

（10）养颜护肤。睡眠是人们最自然、最有效、最便捷的美容方法。睡眠时皮肤微循环血量增加，可有效地清除皮肤的代谢产物，充分供给皮肤所需的营养物质，加快了皮肤的再生。

（11）稳定情绪、保护机体。人们在白天因工作而烦躁，因矛盾而情绪激动，因纠纷而生气，睡眠就是最好的“减震器”。

四、睡眠的特征

睡眠是不由自主的、周期性的、神秘的、奇妙的、昼夜节律性的、快速逆转的动物生理性的自然静息现象。睡眠是动物恢复体力和精力所必需的生理现象，因为睡眠时以合成代谢为主。

（1）睡眠的昼夜节律特征：即睡眠与觉醒交替出现。

（2）睡眠的自发觉醒特征：虽然睡眠时对外界的刺激明显减低，但它可在每天相应时间自觉醒来，并且也可被唤醒。

（3）睡眠的姿势自发频繁交换的特征：除了婴儿睡觉姿势以仰卧位占绝大多数外，成人则可有仰卧、右侧卧、左侧卧和俯卧，但睡眠姿势变化都是自发频繁交换的。

（4）睡眠时眼球的运动特征：睡眠时眼球有缓慢运动和快速运动两种方式，并且眼球快速运动与非快速运动有不同的生理特征。

（5）睡眠伴有做梦的特征。