周末补觉的生理学


像大多数现代社会中的人们一样,张路平的工作时间很长。工作日,他通常早上6点就要起床赶往地铁站去市中心上班,而晚上如果他能在8点之前回到家,就已经很不错了。到了家,还有一堆堆的家务琐事要做,另外他还要在互联网上和朋友圈保持联系。因此,清醒的一天并不随着他工作的结束而结束,他经常会熬到午夜过后筋疲力尽的时候才上床睡觉。正常的工作日里,他每天的睡眠时间只有大约五个半到六个小时。在现在的中国社会里,尤其是城市中,张路平这样的作息时间并不特别,相反,他具有相当的代表性。那么,睡眠太少会不会影响身体机能?睡眠的功能到底是什么?张路平会在周末的时候补觉:周六不必早起,所以他充分利用这一点,一觉睡到中午。然而,周末额外的长时间睡眠是否真的能够弥补工作日睡眠的不足?前不久,有两篇关于睡眠的研究论文开始试着回答上面提到的几个重要问题。

我们都知道,睡眠在生活中不可或缺,是必需品,这是很久以来人们广泛认同的一个事实。如若不然,我们怎么还会选择花费有生之年里三分之一的时间来做这件事?以往的研究发现,大鼠在睡眠被完全剥夺的情况下,只能存活几个星期。人类中持续清醒没有睡眠的最长记录也不过只有11天,并且那位研究对象在最后因为长时间缺乏睡眠,身体受到极其严重的影响。比如,研究人员给他指派一个从100中连续减7的任务,他算到65的时候突然莫名其妙地停了下来。研究人员问:“您为什么停了?”“我忘了自己正在做什么。”他答道。

尽管睡眠的重要性毋庸置疑,但人们并不清楚睡眠真正的功能:睡眠是否能够加强我们对白天活动的记忆?睡眠是否能调节我们的免疫系统?在学术界,关于睡眠的功能,研究者们有许多不同的观点。尽管人们尚不清楚这一具体功能,但目前被学术界广为接受的共识是睡眠对机体起着重要的恢复作用:或者补充某些消耗殆尽的元素,或者清除人们在清醒状态下积累的某些东西。美国纽约罗切斯特大学的内德高(Nedergaard)及其同事们最近发表在《科学》杂志上的一篇文章,为这个“恢复”假说提供了非常有力的支持证据。他们的研究结果显示,睡眠时大脑是在进行自我“清洗”的,即清除大脑清醒状态下所产生的毒素。这里提到的毒素主要是指β-淀粉样蛋白,它由细胞分泌,在细胞基质沉淀聚积后具有很强的神经毒性。β-淀粉样蛋白的沉积不仅与神经元的退行性病变有关,而且可以激活一系列病理事件,包括星型胶质细胞和小胶质细胞的激活、血脑屏障的破环和微循环的变化等,是阿尔茨海默病人脑内老年斑周边神经元变性和死亡的主要原因。

内德高实验室的科学家观察到的染料在睡眠小鼠大脑中的流动情况。图/美国罗彻斯特大学医学中心

内德高的研究组随后在《科学转化医学》杂志上发表了更深入的研究工作,他们在大脑中发现一个由充满液体的通道组成的细微网络结构,该网络结构可能通过脑脊液的循环来清除大脑中产生的毒素——β-淀粉样蛋白。内德高等人发现的网络结构中,脑脊液的流动受神经胶质细胞膜上通道的调控。有一种学说认为,这一转运系统的运转成本很高,因此,大脑不可能在进行必要思考活动的同时完成自我清洗这一高成本的生理过程。故大脑需要将思考和清除毒素这两项活动在时间上区分开来,清醒时大脑主司思考,睡眠状态下大脑主司清除毒素。该实验室的研究者进一步设计实验来验证上述假说。他们训练小鼠能在一个双光子显微镜上睡觉,双光子显微镜能在活体组织中可视化某些特定染料的运动。通过跟踪脑脊液中染料的运动,研究人员发现睡眠状态下有大量的脑脊液流入大脑,而清醒状态下则没有脑脊液流入大脑。当然,这里存在一个疑问:流入大脑的脑脊液究竟是不是能清除掉大脑中产生的毒素?为此,研究人员将大脑毒素——β-淀粉样蛋白注射到小鼠脑中,确定无疑的是,睡眠状态下小鼠脑内的这种外源蛋白被清洗掉,而清醒状态下小鼠脑中的该蛋白则未被清除。实际上,许多与脑功能相关的疾病如阿尔茨海默病等都与睡眠的紊乱有关。睡眠的紊乱到底是这类疾病的后果还是起因?一种可能的解释是,当我们缺乏睡眠时大脑中的毒素会逐渐累积,而这些累积的毒素则会引起疾病。

清扫大脑。当小鼠在睡眠中时,神经元之间充满液体的管道(淡蓝色)会扩张,将垃圾冲出。

图/Maiken Nedergaard,Jeff Iliff

让我们回到文章开头提到的张路平的故事中,工作日睡眠严重不足的话,通过周末疯狂睡觉来弥补,能不能起到清除大脑毒素的作用?美国宾夕法尼亚州立大学的佩约维奇(Pejovic)及其同事们招募了30名志愿者,给他们制定了一个模仿工作日睡眠时间受限但周末有额外睡眠可以弥补的时间表。具体的实验设计是,志愿者连续4晚每晚只有6个小时的睡眠时间,紧接着有两晚可以睡10个小时,然后研究他们大脑中毒素的清除情况。这部分实验结果发表在10月份的《美国生理学杂志》上。他们首先发现,志愿者在睡眠时间受限制以后,睡意有显著的增加;而在睡眠恢复后睡意也恢复到正常水平。已经有研究发现,免疫系统随着睡眠清醒周期的变化而变化,清晨时分血液中免疫细胞的水平是最低的,在傍晚达到最高,并且,体内的细胞因子以及作为化学信使介导免疫反应的分子的浓度也在晚上达到最高。尽管这种昼夜节律变化的生理意义尚不清楚,但有一点可以确定,打乱正常的睡眠清醒周期会显著影响到免疫系统的功能。佩约维奇等人的研究同时还发现,一种炎症反应的标记物——白细胞介素-6的水平也在睡眠受限制后显著升高,睡眠恢复后炎症反应也恢复到正常状态。这部分研究结果对于工作日熬夜周末补觉的人来说都是好消息,相信会让他们深感安慰。然而,另一部分研究结果则让人堪忧。志愿者在睡眠时间受限后,注意力的集中程度明显下降,不幸的是,即使睡眠时间得到恢复,注意力的集中程度也没有得到完全改善。因此,周末补觉给大脑提供额外的自我清洗时间,能够解决一部分问题,但绝不是全部。另外需要指出的一点是,该研究只探讨了睡眠限制和睡眠恢复的一个循环对机体的影响。当这种睡眠限制和睡眠恢复多次循环发生,亦即在现代人普遍的工作日睡眠不足周末补觉的生活方式下,上述结论是否成立还值得商榷,因为长期的累积效应对身体很可能会有更加深重的影响。

总之,上述一系列研究明确强调了睡眠在我们生活中的重要性。有时候,人们会认为睡觉其实是在浪费时间,因此会很轻易地挤占掉睡眠时间,将其分配给其他所谓的“更重要”的事情。实际上,正如最近这些研究结果所显示的,睡眠在我们机体的生理机能中扮演重要角色,其作用不容忽视。


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117843000:2017-12-11 12:01:31