第六章睡眠与生理节律.ppt

第六章睡眠与生理第六章睡眠与生理节律律Before we startn我们一生中1/3的时间将在睡眠中度过n吃饭和娱乐也会占据另外的1/3时间n在剩余1/3的生命中n童年和各种教育占据1/3n老年时期占据另外1/3n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 startn睡眠的大部分时间都被浅睡或梦境占据n通常在整个夜晚，只有不足30分钟是真正的深睡眠n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:n我们有必要了解下述两类过程n睡眠和觉醒n梦与非梦What we will learnn脑电图n脑的状态：睡眠与觉醒脑电图(Electroencephalogram,EEG)nEEG简介nEEG的记录nEEG的计算机辅助分析nEEG在基础和临床医学中的应用n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nRichard Caton,利物浦内科医生n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年年 n1887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 BergerHistory of EEGnDr.Hans Berger,奥地利精神病学家n首次记录人体脑电n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n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n1929年，Berger发表了该结果，这是有关人类脑电的第一篇论文History of EEGnDr.Hans Bergern十八世纪30年代，首先命名了波和波n第一个采用EEG作为脑电图的缩写名称n提出波幅度小于波n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Alpha7.5-1320-60清醒、放松Beta14-302-20思维活动Theta3.5-7.520-100儿童的支配频率，在成人随困倦和注意而增加Delta0.4-320-200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n正常波形EEG的参数：波形正常变异EEG的参数：波形n病理波形EEG解释的困难n每个通道的皮层电位是脑内大量神经元活动组合的反映n源的贡献随着其与电极距离的缩短而非线性地增大n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n在计算机协助下，可以n生成脑电地形图n声称三维重构影像n进行功率谱分析n以及其它许多分析绘制意识之图数字化的EEGn模/数转换(A/D converter)n采样间隔(sampling time interval):0.005-0.01 s n实时(real time)记录n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)Definitionn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n空间特性:只能在特定的空间范围内检测到n时间特性:具有特定的波形和强度分布n相位特性:刺激和反应之间存在锁时(time-locked)关系EP/ERP的起源n大部分源于大脑皮层,因为皮层神经元有特殊的层状排列n部分可能反映了脑干神经元的活动nEP/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n波幅(Amplitude)n潜伏期(Latency)n波峰间期(Inter-Peak Latency)n波幅比值和峰间期比值(Ratio)n波面积(Area under Curve)ERP的临床解释n首先建立正常值数据库n理解各种参数的生理学和病理生理学意义n潜伏期:反映传导功能n幅度:参与放电的神经元n成分缺失:严重损伤的存在n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SummaryEP/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n睡眠觉醒周期是一种昼夜节律n人的睡眠可按EEG特征分期n睡眠过程呈现慢波睡眠和快速眼动睡眠的周期性交替n睡眠的生物学意义n睡眠觉醒节律的机制-中枢的主动活动概述n睡眠与觉醒：两种不同的功能状态n觉醒状态：与环境有主动感觉运动联系，产生复杂适应行为n睡眠状态：联系减弱或消失，伴有躯体和植物性功能变化n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）n人类对睡眠的认识n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n约日节律/昼夜节律(circadian rhythm)n与24小时自然昼夜交替大致同步n人一生中的睡眠觉醒周期n始于出生时,随年龄增长而变化:n新生儿一昼夜多个周期(6090 min)n儿童两个周期(午睡与夜间睡眠)n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n睡眠觉醒周期由身体内部的生物钟决定n曾经的推测-由昼夜节律决定的被动反应n如今的认识-n与外界环境隔离(隔绝昼夜,温度,真实的时间变化)的受试者:n睡眠觉醒周期依然存在,但延长至25小时而非24小时n与体温变化的相应关系出现分离睡眠/觉醒与昼夜节律n睡眠觉醒周期由身体内部的生物钟决定n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n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n下丘脑的视交叉上核n神经节细胞中的黑视素光感受器：对光线敏感n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n睡眠深度n唤醒阈：刚能中断睡眠的临界刺激强度nEEG最特异n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IIn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：n阶段1（入睡期）：波明显减少，出现低幅快波，8-12Hzn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n阶段3（中睡期）：在波、波为背景的基础上，有睡眠梭形波，4-7Hzn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IIIn整夜中睡眠EEG各阶段的持续时间及其转化规律n睡眠开始后，EEG变化为阶段1234，即随着睡眠加深，EEG频率、振幅、波，约需30 45 min，然后返回，4321，此时的阶段1是首次开始出现的快速眼动睡眠(REM)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。n入睡时的阶段1及全部2，3，4均为慢波睡眠n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-In慢波睡眠（SWS）：脑电同步化n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n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n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-IIan快速眼动睡眠(REM)：去同步化脑电n除入睡后第一次出现的阶段1外，再出现的阶段1均为REMn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-IIbn快速眼动睡眠(REM)：去同步化脑电n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-IIIan快速眼动睡眠：去同步化脑电n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-IIIbnREM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n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-IVn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-IVn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-Ian不同种属和不同发育阶段动物睡眠需求不同nSWS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-Ibn不同种属和不同发育阶段动物睡眠需求不同n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-Icn不同种属和不同发育阶段动物睡眠需求不同n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-IIan剥夺睡眠后的睡眠反弹n剥夺睡眠导致清醒后出现补偿性睡眠反弹n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-IIbnREM睡眠与神经系统发育成熟n人类睡眠时间随年龄变化n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。nREM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-an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-nREM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n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n失眠症n药物、心理、生理n睡眠窒息n嗜睡症与下丘泌素神经元退化n睡眠发作n猝倒n睡眠瘫痪n睡眠幻觉睡眠/觉醒与中枢主动活动-In早期认为睡眠是被动的去传入机制n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n认为前脑的感觉传入对维持睡眠觉醒周期必要n脑干中存在着调节睡眠与觉醒的脑中枢n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n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-IIn现代睡眠理论：睡眠是睡眠中枢引起的主动活动结果n脑干存在特定睡眠诱导区n低频刺激猫丘脑导致深度睡眠，刺激下丘脑后部引起觉醒n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n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n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-IIIn现代睡眠理论：睡眠是睡眠中枢引起的主动活动结果n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。n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。n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n促睡眠区：下丘脑的腹外侧视前区n促唤醒区：脑干和前脑唤醒系统n腺苷的作用：促进睡眠n见182图睡眠/觉醒与中枢主动活动-IVn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)n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REMn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-Vn中枢神经递质与睡眠/觉醒：5-HT、NE和Achn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nNE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n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n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nREM-on细胞：脑桥的胆碱能细胞（桥脑大细胞）nREM-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-VIn视交叉上核：昼夜节律的可能生物钟n明暗变化可将近日节律变成日节律n损毁下丘脑可消除日节律n切断视束或视交叉尾侧，光照仍可继续导致 睡眠/觉醒周期n提示存在视网膜下丘脑直接通路n基本生物钟位于下丘脑视交叉上核n接受视网膜直接输入和中缝核纤维投射n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-n肽类物质参与睡眠觉醒节律调节n剥夺睡眠狗脑脊液导致正常狗睡眠，提示存在促睡眠因子nS因子：胞壁酰肽和胞壁酰二肽，促眠和增强免疫n促眠肽：9肽，使EEG幅度、波增加nSPS：尿苷和氧化谷胱甘肽，可来自人参等植物n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