第六章 睡眠与生理节律

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,第六章 睡眠与生理节律,脑电图,睡眠与觉醒,Before we start,我们一生中,1/3,的时间将在,睡眠,中度过,吃饭和娱乐,也会占据另外的,1/3,时间,在剩余,1/3,的生命中,童年,和各种教育占据,1/3,老年,时期占据另外,1/3,因此，只有大约,1/9,的生命，大约不足,10,年时间，可以用于有效的工作,Before we start,睡眠的大部分时间都被,浅睡或梦境,占据,通常在整个夜晚，只有不足,30,分钟,是真正的,深睡眠,事实上，我们在所谓清醒的日间也很少有真正清醒、没有做,白日梦,或注意力分散的时候,因此,:,我们有必要了解下述两类过程,睡眠和觉醒,梦与非梦,What we will learn,脑电图,脑的状态：睡眠与觉醒,脑电图,(Electroencephalogram, EEG),EEG,简介,EEG,的记录,EEG,的计算机辅助分析,EEG,在基础和临床医学中的应用,事件相关电位,EEG,简介,EEG,的定义,通过放置在,头皮表面,的,多个电极,所记录到的一组,场电位,EEG,的历史,Richard,Caton,利物浦内科医生,将电极直接放在暴露的动物脑表面，发现存在电信号，发表于,1875,年,1887,年,Caton,通过干扰落在动物眼中的光线，检测到脑电的负向波动,Dr. Hans Berger,History of EEG,Dr. Hans Berger,奥地利精神病学家,首次记录人体脑电,十八世纪,20,年代早期，利用移动感光纸和闪动光点记录脑电，发现每秒,10,次的常规波动,由于这是他第一个从人类,EEG,中分离出来的波，他将此波动命名为,波,1929,年，,Berger,发表了该结果，这是有关人类脑电的第一篇论文,History of EEG,Dr. Hans Berger,十八世纪,30,年代，首先命名了,波和波,第一个采用,EEG,作为脑电图的缩写名称,提出,波幅度小于,波,指出,波与集中注意力和惊跳反应有关,EEG,的本质,未知部分,动作电位、兴奋性突触后电位、抑制性突触后电位等电位活动的总和,(Eccles,张香桐, Jung,等,),已知部分,大群神经元的同步放电,EEG,的本质,EEG,的记录,EEG,的参数：频率,定义：单位时间,(,秒,),内波的个数,单位,:,赫兹,(,Herz, Hz),EEG,频率的分类,波,: 7.5-13 Hz,波,: 14-30 Hz,波,: 3.5-7.5 Hz,波,: 0.4-3 Hz,种类,频率,(Hz),波幅,(,uV,),主导时期,Alpha,7.5-13,20-60,清醒、放松,Beta,14-30,2-20,思维活动,Theta,3.5-7.5,20-100,儿童的支配频率，在成人随困倦和注意而增加,Delta,0.4-3,20-200,深睡，婴儿支配频率,频率与波幅,EEG,的参数：波幅,EEG,的参数：波形,正常波形,EEG,的参数：波形,正常变异,EEG,的参数：波形,病理波形,EEG,解释的困难,每个通道的皮层电位是脑内大量神经元,活动组合,的反映,源的贡献随着其与电极距离的缩短而,非线性,地增大,在向头皮传递过程中受脑膜、头骨和皮肤影响可能会,衰减或扭曲,计算机辅助下的,EEG,分析,在计算机协助下，可以,生成脑电地形图,声称三维重构影像,进行功率谱分析,以及其它许多分析,绘制意识之图,数字化的,EEG,模,/,数转换,(A/D converter),采样间隔,(sampling time interval): 0.005 - 0.01 s,实时,(real time),记录,定量,EEG:,可用于显示、滤波、频率及波幅分析、以及彩色地形图,EEG,脑地形图,功率谱分析,诱发电位,(Evoked Potential),与事件相关电位,(Event-Related Potential),Definition,指对神经系统某一,特定部位,(,包括从感受器到大脑皮层,),给予相宜的,刺激,，或使大脑对刺激,(,正性或负性,),的信息进行,加工,，在该系统和脑的相应部位产生可以检出的、与刺激有相对,固定时间间隔,(,锁时关系,),和特定,位相,的,生物电,反应。,EP/ERP,的特性,空间特性,:,只能在特定的空间范围内检测到,时间特性,:,具有特定的波形和强度分布,相位特性,:,刺激和反应之间存在锁时,(time-locked),关系,EP / ERP,的起源,大部分,源于大脑皮层,因为皮层神经元有特殊的层状排列,部分可能反映了,脑干,神经元的活动,EP / ERP,均反映了脑内神经元,群体,的活动,短潜伏期体感诱发电位,(SLSEP),ERP,的定量化与参数提取,波幅,(Amplitude),潜伏期,(Latency),波峰间期,(Inter-Peak Latency),波幅比值和峰间期比值,(Ratio),波面积,(Area under Curve),ERP,的临床解释,首先建立正常值数据库,理解各种参数的生理学和病理生理学意义,潜伏期,:,反映传导功能,幅度,:,参与放电的神经元,成分缺失,:,严重损伤的存在,进一步还需研究,EP,活动的来源,ERP,的多通道记录,ERP,长于说明事件在脑内发生的,时刻,，却无法有效地说明他们发生的,位置,Summary,EP/ERP,可以反映视网膜、视觉通路、内耳、听神经、脑干、外周神经、脊髓后索、感觉皮质以及上下运动神经元的各种病变，事件相关诱发电位则用以判断患者的注意力和反应能力。,诱发电位具有高度敏感性，对感觉障碍可进行客观评诂，对病变能进行定量判断。对心理精神领域可进行一定的检测，故当前广泛应用于对神经系统病变的早期诊断，病情随访，疗效判断，予后估计，神经系统发育情况的评估以及协助判断昏迷性质和脑死亡等。但图形无特异性，必须结合临床资料进行判断；不在有关神经传导径路中的病变，不能发现异常。,睡眠与觉醒,睡眠觉醒周期是一种昼夜节律,人的睡眠可按,EEG,特征分期,睡眠过程呈现慢波睡眠和快速眼动睡眠的周期性交替,睡眠的生物学意义,睡眠觉醒节律的机制,-,中枢的主动活动,概述,睡眠与觉醒：两种不同的功能状态,觉醒状态：与环境有主动感觉运动联系，产生复杂适应行为,睡眠状态：联系减弱或消失，伴有躯体和植物性功能变化,睡眠与觉醒是以自然昼夜为周期的生理活动,研究方法,:,EEG,EOG,（眼电图）,.EMG,（肌电图）,人类对睡眠的认识,两种睡眠时相,特别是快动眼睡眠的发现,睡眠,/,觉醒周期与昼夜节律,约日节律,/,昼夜节律,(circadian rhythm),与,24,小时自然昼夜交替大致同步,人一生中的睡眠觉醒周期,始于出生时,随年龄增长而变化,:,新生儿一昼夜多个,周期,(,6090 min),儿童两个周期,(,午睡与夜间睡眠,),成年人一个周期,(,与昼夜交替大致同步,),睡眠,/,觉醒与昼夜节律,睡眠觉醒周期由身体内部的生物钟决定,曾经的推测,-,由昼夜节律决定的被动反应,如今的认识,-,与外界环境,隔离,(,隔绝昼夜,温度,真实的时间变化,),的受试者,:,睡眠觉醒周期依然存在,但延长至,25,小时而非,24,小时,与体温变化的相应关系出现分离,睡眠,/,觉醒与昼夜节律,睡眠觉醒周期由身体内部的生物钟决定,睡眠觉醒周期的节律是独立于外界,并与其他生理节律无依从关系的内部节律,脑内内在的节律,-,生物钟,在正常情况下接受自然界的明暗变化信息,并将内在节律与自然界昼夜节律同步起来,生物钟,下丘脑的视交叉上核,神经节细胞中的黑视素光感受器：对光线敏感,季节节律的调节：视交叉上核、松果腺和褪黑素,睡眠的脑电图特征与分期,睡眠深度,唤醒阈：刚能中断睡眠的临界刺激强度,EEG,最特异,睡眠的,EEG,分期：,发现,REM,睡眠分期之前,:Loomis,按睡眠,EEG,特征将睡眠分,A,、,B,、,C,、,D,、,E 5,期：,A,期，觉醒期；,B,期，入睡期,；,C,、,D,、,E,期,分别为浅睡，中等度睡眠和深睡眠期,睡眠的脑电图特征与分期,II,睡眠的,EEG,分期：,发现,REM,睡眠后,:,睡眠的,EEG,分为,1,、,2,、,3,、,4,阶段，成为公认的分期：,阶段,1,（入睡期）：,波明显减少，出现低幅快波，,8-12,Hz,阶段,2,（浅睡期）：,出现睡眠梭形波,(,变异的,波，,13,15 Hz,，,20,40,V,，,0.5,1 s),，,伴有少量,波、,波，也可有,K-,复合波,阶段,3,（中睡期）：,在,波、,波为背景的基础上，有睡眠梭形波，,4-7Hz,阶段,4,（深睡期）：,高幅慢波，,波超过,50,，,1.52Hz,，高振幅,睡眠各期的脑波,睡眠的脑电图特征与分期,III,整夜中睡眠,EEG,各阶段的持续时间及其转化规律,睡眠开始后,，,EEG,变化为阶段,1,234,，即随着睡眠加深，,EEG,频率,、振幅,、,波,，约需,30,45 min,，,然后返回,，,4,321,，,此时的阶段,1,是首次开始出现的快速眼动睡眠,(,REM),，,该时相持续,10,20 min,，,再顺序进入阶段,4,。一夜中循环,4,5,次。越近早晨，最大睡眠深度,，不能到阶段,4,。,入睡时的阶段,1,及全部,2,，,3,，,4,均为,慢波睡眠,除入睡的阶段,1,外，其余的阶段,1,均为,快速眼动睡眠,睡眠周期,慢波睡眠和快速眼动睡眠,-I,慢波睡眠（,SWS,）：脑电同步化,首次出现的阶段,1,及阶段,2,、,3,、,4,均属慢波睡眠或同步化睡眠,脑电特征,：在该睡眠时相，脑电以频率逐渐减慢、幅度逐渐增高、,波所占比例逐渐增多为特征。阶段,3,，,4,合称为,睡眠,功能特征,：循环、呼吸、交感神经等系统活动随睡眠加深而降低，且相当稳定；肌张力明显下降但保持一定肌紧张，平均,20min,调整睡眠姿势一次,慢波睡眠和快速眼动睡眠,-,IIa,快速眼动睡眠,(REM),：,去同步化脑电,除入睡后第一次出现的阶段,1,外，再出现的阶段,1,均为,REM,脑电特征,：脑电回到阶段,1,，行为睡眠继续，脑电则去同步化类似觉醒，称为快波睡眠或去同步化睡眠,慢波睡眠和快速眼动睡眠,-,IIb,快速眼动睡眠,(REM),：,去同步化脑电,功能特征,：此期颈后肌、四肢抗重力肌几乎消失，交感活动广泛抑制，心率、心输出量,，血压,，下丘脑体温调节功能,或丧失,，内稳态低下是此阶段的显著特征；似乎睡眠进一步加深，但与脑电变化不一致，故也称异相睡眠,慢波睡眠和快速眼动睡眠,-,IIIa,快速眼动睡眠：去同步化脑电,其它特征：,控制眼运动、听小骨位移和呼吸的肌肉保持张力。眼球快速 扫视，叠加在缓慢眼动的背景上；并呈现位相性中耳肌活动、呼吸急促而不规则、血压,、心率,、四肢肌肉抽动等。,慢波睡眠和快速眼动睡眠,-,IIIb,REM,期间唤醒，,74%-95%,正在做梦；,SWS,期间唤醒，,0%-51%,做梦。上述现象可能与梦境有关,觉醒状态只能进入,SWS,；,SWS,或,REM,均可直接觉醒，,但,REM,自动觉醒可能性更大,(,似乎是最浅的睡眠,),；但,REM,期环境刺激唤醒阈显著提高,(,此角度又是最深的睡眠,),。哪一种睡眠更深,?,慢波睡眠和快速眼动睡眠,-IV,快速眼动睡眠期位相性运动由脑区神经元活动触发,从脑干可记录到位相性电发放，脑桥背部,面神经核、前庭神经核、三叉神经核,动眼神经核、外侧膝状体,视、听皮层，称为,桥膝枕波,(PGO),。,REM,睡眠期间眼动首次诱发与,PGO,峰对应,慢波睡眠和快速眼动睡眠,-IV,两种睡眠状态的周期性交替,:,一夜中慢波睡眠与,REM,睡眠周期性交替,4-6,次,每一周期约,90-120min,两次,REM,睡眠间的时间间隔渐短,但每次的,REM,睡眠持续时间渐增加,青年人,REM,睡眠占总睡眠的,20-25%,慢波睡眠的较深时期,(,阶段,3,、,4),主要在睡眠的前半段,较浅的睡眠时期和,REM,睡眠主要在睡眠时间的后半,故清晨人易醒来,.,睡眠的生物学意义,-,Ia,不同种属和不同发育阶段动物睡眠需求不同,SWS,存在于所有哺乳类、鸟类和部分爬行动物，两栖类和鱼类无；,REM,首先出现在鸟类，仅见于孵化后很短时间，占总睡眠时间,1%,；成年哺乳动物则占,2030%,睡眠的生物学意义,-,Ib,不同种属和不同发育阶段动物睡眠需求不同,睡眠时间：婴儿期,16h,以上，青春期,8h,，,老年期更短；,SWS-REM,周期：新生儿,45min,，,成年人,90min,；,睡眠,E,期随年龄增长指数递减，,60,岁后几乎消失；,REM,睡眠婴儿占,50%,，,2,岁占,3035%,，,10,岁后,25%,睡眠的生物学意义,-,Ic,不同种属和不同发育阶段动物睡眠需求不同,生理功能变化：,SWS,期血压,、心率,、呼吸频率,、脑血流,、脑代谢,、机体总耗能,、垂体促激素分泌,、生长素分泌,；,REM,期血压、心率、呼吸非规律性间断,，脑和自主神经系统激活，阴茎勃起或阴蒂充血，体温调节机能丧失,睡眠的生物学意义,-,IIa,剥夺睡眠后的睡眠反弹,剥夺睡眠导致清醒后出现补偿性睡眠反弹,选择性剥夺,REM,睡眠导致,REM,睡眠反弹,(,几乎所有鸟类和哺乳类,),睡眠的生物学意义,-,IIb,REM,睡眠与神经系统发育成熟,人类睡眠时间随年龄变化,个体发生过程中，人睡眠的成熟表现在,REM,睡眠和慢波睡眠阶段,4,REM,睡眠：出生前在子宫内已有，出生时,8,小时，青春期只有,1.5-1.7,小时,慢波睡眠阶段,4,：从胚胎发育到中年呈指数下降，,60,岁后可消失。,REM,睡眠时的氧耗量比觉醒状态下强体力或脑力活动时更多，提示,REM,睡眠可促进脑发育成熟。,睡眠的生物学意义,-a,梦与,生理睡眠,梦与,REM,睡眠有关的事实的确立,改变了过去的关于梦的观点,:,过去,:,梦少,且从受试者对梦的回忆来判断是否有梦,现代,生理学研究表明,每个人夜间睡眠中,(,每次的,REM,睡眠,),都可能有梦,.,但随着,REM,睡眠转入慢波睡眠后的时间越长,回忆出梦的可能性越少,.,睡眠的生物学意义,-,REM,强度例如眼运动等与梦的内容有关，多变化的梦较平静的梦与,REM,的频度有关，,REM,睡眠时梦是清晰的,慢波睡眠时也有梦，但梦不易回忆，梦中的形象也是模糊的，情绪也少，但梦魇或噩梦惊醒常发生在此期,睡眠障碍,失眠症,药物、心理、生理,睡眠窒息,嗜睡症与下丘泌素神经元退化,睡眠发作,猝倒,睡眠瘫痪,睡眠幻觉,睡眠,/,觉醒与中枢主动活动,-I,早期认为睡眠是被动的去传入机制,孤立脑动物,EEG,持续高幅慢波（永久睡眠状态），孤立头动物觉醒睡眠周期正常；进一步切断感觉神经则进入睡眠,认为前脑的感觉传入对维持睡眠觉醒周期必要,脑干中存在着调节睡眠与觉醒的脑中枢,损毁外侧被盖区特异性感觉上行通路不影响睡眠周期；损毁脑干中轴部位网状结构上行投射则导致持续深度睡眠,认为脑干上部的网状上行激活系统维持觉醒，桥脑下部的网状结构维持睡眠,睡眠,/,觉醒与中枢主动活动,-II,现代睡眠理论：睡眠是睡眠中枢引起的主动活动结果,脑干存在特定睡眠诱导区,低频刺激猫丘脑导致深度睡眠，刺激下丘脑后部引起觉醒,在三叉神经根前方切断中脑，不论是否保留脑神经，都可产生失眠,麻醉,脑干头端,可使清醒猫入睡，麻醉其,尾侧,可使睡眠猫清醒，提示脑干尾侧可诱发睡眠,脑干睡眠诱导区,位于脑桥中央与延髓尾侧之间，包括中缝核、孤束核、蓝斑及网状结构背内侧；缝际核头部损毁影响,SWS,，,尾部损毁主要抑制,REM,睡眠,/,觉醒与中枢主动活动,-III,现代睡眠理论：睡眠是睡眠中枢引起的主动活动结果,中缝核,：,5-HT,能神经元,密集区。其头部和尾部在功能上有区别，主要由于结构联系不同：头部纤维投射到间脑和大脑皮层，尾部与脑桥背内侧背盖有纤维联系。分别损毁头部与尾部的实验表明：,缝际核头部形成慢波睡眠，其尾部则触发,REM,。,孤束核,：位于延脑，,激活此区可引起睡眠,，但损伤该区并不引起失眠，提示其间接作用，分析表明，引发睡眠可能与调制网状结构的唤醒物质有关。,一般认为,，,中缝核头部、孤束核及其邻近的网状神经元是产生慢波睡眠的特定脑区,。它们共同组成上行抑制系统，一方面调制网状结构的唤醒物质引发睡眠，另一方面还可对驱动他的网状激活系统有负反馈作用，从而诱发睡眠。,慢波睡眠的神经控制,促睡眠区：下丘脑的腹外侧视前区,促唤醒区：脑干和前脑唤醒系统,腺苷的作用：促进睡眠,见,182,图,睡眠,/,觉醒与中枢主动活动,-IV,现代睡眠理论：睡眠是睡眠中枢引起的主动活动结果,与快波睡眠有关的脑区,：,蓝斑,位于脑桥背内侧背盖,(,与缝际核尾部神经元有密切联系,),损毁蓝斑头部的上行投射延长,EEG,同步化，不影响,REM,，,故维持觉醒；破坏其,中、后部及邻近网状结构,，,REM,大幅度减少或消失，不影响,SWS,，故,执行,REM,中缝背核的,5-HT,神经元,觉醒时最大发放，,REM,时放电,，提示其,兴奋可抑制,REM,及其相关改变,睡眠,/,觉醒与中枢主动活动,-V,中枢神经递质与睡眠,/,觉醒：,5-HT,、,NE,和,Ach,抑制,5-HT,可造成完全失眠，但一周后,SWS,和,REM,可恢复,70%,，提示有代偿机制存在,NE,上行背束可抑制中缝核,5-HT,神经元，影响,SWS,；,损毁,NE,导致,SWS,增加；损毁蓝斑尾部，,REM,完全被抑制,阻止,ACh,合成可延长,SWS,，,注射,ACh,到蓝斑附近可触发,REM,；,网状大细胞核胆碱能神经元,在,REM,期位相性快速放电；,蓝斑,NE,神经元,REM,期放电减少,总之，中缝核头部,5-HT,神经元产生和维持,SWS,；,蓝斑尾部,NE,神经元及低位脑干被盖,ACh,神经元在中缝核尾部,5-HT,触发下产生,REM,。,交互作用导致周期性改变。,睡眠时的脑功能活动,REM-on,细胞：脑桥的胆碱能细胞（桥脑大细胞）,REM-off,细胞：蓝斑及缝际核中的去甲肾上腺素能及,5-,羟色胺能细胞（篮板小细胞）,睡眠,/,觉醒与中枢主动活动,-VI,视交叉上核：昼夜节律的可能生物钟,明暗变化可将近日节律变成日节律,损毁下丘脑可消除日节律,切断视束或视交叉尾侧，光照仍可继续导致,睡眠,/,觉醒周期,提示存在视网膜下丘脑直接通路,基本生物钟位于下丘脑视交叉上核,接受视网膜直接输入和中缝核纤维投射,损毁可取消内源性行为和激素分泌的昼夜节律,随处可见的近日节律,睡眠,/,觉醒与中枢主动活动,-,肽类物质参与睡眠觉醒节律调节,剥夺睡眠狗脑脊液导致正常狗睡眠，提示存在促睡眠因子,S,因子：胞壁酰肽和胞壁酰二肽，促眠和增强免疫,促眠肽：,9,肽，使,EEG,幅度、,波,增加,SPS,：,尿苷和氧化谷胱甘肽，可来自人参等植物,前列腺素,D2,、,褪黑素,、血管活性肠肽、精氨酸催产素、,IL1,、,IFN,、,TNF,均,可促睡眠,祝各位安眠无梦、常做美梦、梦想成真！,谢谢大家！,