睡眠和觉醒的机制

胺是作为一种神经体液因子参与觉醒和睡眠的调节。与肾上腺素一样，组胺通过位于血脑屏障以外的脑区域起作用。

其它因子

包括垂体激素在的外化学性因子的作用可以加强或改变中枢的状态，而且皮质激素如肾上腺皮质分泌的糖皮质激素可以容易的进入脑多种神经细胞，与特殊受体直接作用来加强觉醒。人类血浆的皮质醇也有明显的昼夜节律，在夜间慢波睡眠时降至低点，在清晨和觉醒时升高，这很可能反映出激素为觉醒的预备机制。

2慢波睡眠的化学介质

（1）神经递质与慢波睡眠

5羟色胺（serotonin，5-HT）

在早期的研究中就发现5-HT可能对慢波睡眠形成有一定作用，其作用可能与拮抗儿茶酚胺有关，单胺氧化酶抑制剂如巴（pargyline）和尼亚酰胺（nialamide）可阻止5-HT的代，这些药物显示出具有延长和加强慢

波睡眠的作用，而阻止5-HT合成的药物(如parachlorophenylalanine)则可以引起失眠。

20世纪60年代，通过免疫荧光技术发现5-HT定位于脑干的中缝神经细胞（rapheneurons），因此考虑到中缝核(raphenuclei)很可能是脑干慢波睡眠系统的组成部分。中缝核位于脑干中线上，从延髓至脑桥和中脑，5-HT神经细胞对脑和脊髓具有广泛的神经支配，其吻侧中缝核（rostrallylocatedraphenuclei）主要向前投射至前脑，包括丘脑、下丘脑、前脑基底和皮层区域，其尾侧中缝核(caudallylocatedraphenuclei)主要向尾部投射至脊髓。

损伤猫的5-HT中缝核可引起猫完全失眠，中缝核的部分损伤，包括延髓、脑桥或中脑的中缝核，则可引起睡眠不同程度的降低，慢波睡眠数量与前脑缝际核损伤量以及5-HT损耗量有关。这说明5-HT的中缝核组成了完整的脑干睡眠产生系统。

临床上因脑部损伤引起的失眠与中脑尾部、脑桥被盖，尤其是中缝核的损伤有关，而用5-HT的前体5-HTP可以使失眠患者的慢波睡眠恢复。

酸（GABA）能中间神经细胞，而主要的抑制性突触后受体（5-HT1A）位于多投射神经细胞，尤其是前脑基底的胆碱能神经细胞，5-HT通过这些受体使细胞超极化从而产生抑制作用，因此5-HT可以通过协调不同细胞上多种受体的激活，弱化皮层活动，促进慢波睡眠的产生。

腺苷（adenosine）

自从咖啡因发现以来就认为腺苷在慢波睡眠中起作用，咖啡因是一种刺激剂，可以阻断腺苷受体，腺苷的类似物能增加慢波睡眠和皮层的慢波活动，而应用咖啡因可以阻断这一作用。

腺苷以高浓度形式聚集于一些特殊的神经细胞并可以以神经递质的形式释放，同时它也以三磷酸腺苷（ATP）的代产物形式存在于细胞外。当细胞的能量代使二磷酸腺苷（ADP）合成三磷酸腺苷引起一磷酸腺苷（AMP）增加时腺苷也可转移出细胞外。

尽管脑细胞外的腺苷浓度在觉醒时高于慢波睡眠状态，但这种高浓度的积聚是随着觉醒时间的延长而逐渐增加的，而睡眠后逐渐降低。因此腺苷在细胞外的聚集似乎是与疲倦相类似的脑睡眠诱导因子。

生激动作用，引起下丘脑和皮层投射系统神经细胞的去极化和紧性放电，加快皮层活动和形成觉醒。因此，与去甲肾上腺素一样，组胺在觉醒过程中具有促进皮层活动的作用。

谷氨酸(glutamate)

谷氨酸是主要的神经递质，在觉醒过程中起基础作用，一些谷氨酸受体的拮抗剂具有镇静和麻醉作用，如克他命（ketamine）。目前发现脑干网状结构中有大量神经细胞含有高浓度的谷氨酸，很可能是上行激活系统中的主要神经递质。在丘脑和皮层的一些投射神经细胞中也含有谷氨酸，在自主觉醒或刺激中脑网状结构可以发现大脑皮层释放与皮层活动相关的大量谷氨酸。谷氨酸作用于不同的突触后受体，包括离子型受体AMPA、NMDA和代型受体t-ACPD，这些均是兴奋性受体并与不同的激活类型和放电有关。刺激不同的受体通常与丘脑和大脑皮层的电活动增加有关。然而刺激NMDA受体可以诱发多细胞的突发性放电，这可能与慢波睡眠时锥体细胞的突发性放电有关。因此谷氨酸在皮层活动和觉醒中起重要作用，不同的谷氨酸受体在慢波睡眠相关的突发性放电时被激活。

（2）脑脊液源性因子，肽类和觉醒

觉醒因子被认为存在于脑脊液中，因为从觉醒的供体动物中获得的CSF可使其受体动物觉醒。尽管发现其它一些化学物质如儿茶酚胺在CSF 中可以根据生理节律而变化，但长期以来一直认为这种觉醒因子是一种肽类，

肽类(peptides)

早期曾在脑室注射肽类来确定其在睡眠和觉醒中的作用。虽然一直认为肽类可能被释放于CSF中并通过这种式扩散，但实际上它们存在于具有广泛投射的神经系统并通过化学性神经递质才具有这种广泛的作用。脑室注射肽类可以使其到达产生作用的生理部位并产生类似的生理作用。肽类通常与其它一些小分子神经递质共存，并通过同一神经末梢按照神经活动的不同水平而差别释放。神经活性肽类（neuroactivepeptides）作用于第二信使相关的受体产生相对较长突触后作用，其中一些仅具有调节其它神经递质或神经调质的作用。如脑脊液中的P物质（substanceP）具有轻度增加觉醒持续时间的作用，若脑桥中脑被盖的乙酰胆碱神经细胞中乙酰胆碱和P物质共存，这种增加觉醒持续时间的作用则更明显。脑室注射促肾上腺皮质激素释放因子（corticotropin-releasingfactor）和促甲状腺激素释放因子(thyrotropin-releasingfactor)也可表现出与皮层活动延长相关的觉醒行为和拮抗戊巴比妥诱导睡眠的作用。促肾上腺皮质激素释放因子和乙酰胆碱转移酶也共存于脑桥中脑的乙酰胆碱神经细胞。脑室小剂量注

的研究生Aserinsky第一次通过脑电、眼电和肌电的记录发现了异相睡眠(paradoxicalsleep)即快速眼动睡眠(rapideyemovementsleep)，使人类对睡眠的认识由原来的单一过程改变为包含两个截然不同时相的双相过程，即慢波睡眠和异相睡眠，并且随后的研究发现引起异相睡眠神经机制与慢波睡眠也不同。

从20世纪30年代开始，包括神经生理学、神经解剖学和神经生化学的多学科就开始对睡眠和觉醒基本机制进行研究，使人类对睡眠和觉醒有了一定的认识。在早期的研究中，损伤和刺激是最常用来鉴定神经系统中产生和维持觉醒和睡眠区域的基本法，神经解剖学运用这些法对动物睡眠和觉醒机制进行了大量的研究，这些研究对于了解人类睡眠和觉醒机制以及与人类脑损伤相关的睡眠紊乱和昏迷提供了神经解剖基础。神经生理学通过记录脑神经细胞的电活动，确认可能产生睡眠或觉醒的细胞，明确了一些睡眠-觉醒产生的细胞机制，从20世纪60年代开始，更多的研究聚焦于神经递质在睡眠和觉醒过程中的作用，进一步促进了人类对睡眠和觉醒机制的理解。目前认为睡眠和觉醒是在神经和神经介质共同作用而完成，其本身受昼夜节律、人体生物钟和围环境的影响和调节。

一睡眠-觉醒的神经机制

1觉醒的神经机制