一、概说
睡眠的生理机制，是指睡眠中体内各个器官及内分泌所发生的变化。在白天工作、学习的时候，由于外界的刺激，不断活化大脑皮质，因此，大脑处于一种高度兴奋状态。同时，由于持续兴奋，大脑细胞会疲乏，逐渐呈现低落状态，于是进入睡眠。当睡眠充足后，自然回复清醒状态，继续接受白天外界的刺激，由此构成睡眠的生理循环轨迹。 人类所有行为无一不由大脑的功能性体系来决定。医学、神经生理学的大量研究文献显示，睡眠不是身体限于静止不动，而是大脑及各部门功能的另一种开始，包括自主神经系统、呼吸系统、心脏与循环系统、肠胃系统、肾脏系统、体温、生化、内分泌及免疫系统等。
人类的大脑中有着4000亿神经细胞，即神经元，构成一个重量约1400克的器官。每平方毫米的大脑皮质约有15万个细胞，各种神经细胞的结构，一端有许多纤维状的树状突，似树枝分向外延伸，另一端为轴突，向下延伸至轴突末梢。类似花蕾状的物质在轴突头上，数量有时达到上万个，与其他细胞的树突连接进行交流，传递信息，睡眠的发生也是出于它们之间的交流传递。
了解睡眠中种种生理变化，要借助于现代科学仪器对大脑进行探测，如生理脑波检查，包括脑波图、眼动图、肌电图、心电图、鼻及口腔的呼吸气流、胸腹部呼吸的肌肉运动和血中氧气饱和浓度的监测等。
二、睡眠与眼动、脑波的关系
20世纪50年代，随着睡眠生理研究的深入，发现在睡眠的过程中，大脑以另一种形式在活动，此时眼睛有一种特性与清醒时不同。
阿索连斯基及克里特曼等观察睡眠时眼睛移动情形，发现睡眠时眼睛有明显的快速移动规律性，于是将睡眠期分为“快速眼动期”及“非快速眼动期”。快速眼动期和非快速眼动期两者的差别在于前者两眼会在水平或垂直方向同方向共轨快速移动。之后，1968年，里契特斯查芬在《睡眠分类标准》一书里，以脑波图（EEG）、眼动图（EOG）及肌电图（EMG）等三种生理现象为基础来判定睡眠时所处的睡眠期。睡眠第一期的脑波为低振幅的混合频率波形，称“慢波睡眠”，眼动图可以见到缓慢的两个眼球左右共轨移动及肌肉张力降低；第二期以出现K复合波或纺锤波为最大特征；第三期及第四期则出现高振幅的代尔塔波，又称快波睡眠。
慢波睡眠又称“慢相睡眠”，有以下特征：
1.总体上的生理反应
呼吸均匀沉稳，脉搏、血压平稳，心跳缓慢，全身处于一种松弛状态。
2.慢波睡眠的过程
①思睡阶段，又称入睡阶段。持续时间约2～3分钟，此时的生理反应是，血压脉搏降低，呼吸沉稳，眼球快速转动；在心理上、意识上开始模糊，仍比较敏感，易受外界刺激。
②浅睡阶段。持续时间约10分钟，呼吸比思睡期更加沉重，大脑的清醒状态逐渐消退，但对外界的刺激仍有反应。
③中睡阶段。持续时间更长，约20～30分钟，几乎处于无意识状态，对外界的刺激敏感度低，不会受外界刺激而轻易惊醒，此时，血压、脉搏更低，眼球停止运转。
④深度睡眠阶段。指慢波中的睡眠期，可持续30～60分钟，此时，进入一种完全无意识状态，对外界的刺激几乎不发生作用。生理方面，脉搏、血流更加缓慢，全身处于彻底松弛状态，没有任何活动，几近静止。
快波睡眠又称为快相睡眠，入睡时，完成慢波睡眠后，即进入快波睡眠阶段。此时，在脑电图上会出现速度比较快的波，有以下特征：
①眼球快速转动，由原本的静止变为快速转动。
②肌肉更加放松，只有身体的局部肌肉如面部会出现抖动。肌肉对外界的刺激不易出现反射。
③体内变化也较大，如血压增加、体温增加，心跳加快，呼吸短促，肠胃活动也更加活跃。
④大脑内部血流量迅速增加，大脑细胞此时也比较活跃，新陈代谢旺盛。专家称此时为“脑的睡眠”。
⑤快波睡眠要比慢波睡眠的深度更深，大脑虽然比较活跃，但仍处于无意识状态，对外界的刺激很少反应，肌肉彻底放松。睡眠时间逐渐延长，一个晚上会出现4～5个周期，与慢波睡眠交替进行。开始时，快波的时间较短，随着周期的增多，快波睡眠的时间也随之延长。
三、睡眠与自主神经系统的关系
人类在睡眠时体内的生理系统变化与清醒时不同，大部分系统减少活动，但也有呈现增加的，如自主神经系统的交感神经系统和副交感神经系统。睡眠时的自主神经变化，在非快速眼动期时，副交感神经张力增加，相对地，交感神经的活性减少；在快速眼动期是副交感神经张力仍持续增加，交感神经活性的减少会进一步加强。所以，人在开始入睡时心境是逐渐感觉平和而在不知不觉中进入梦乡，这归功于副交感神经的作用；如果入睡之时，心情烦躁，辗转反侧，则表示交感神经处于兴奋状态，副交感神经根本不起作用。交感神经与副交感神经类似一个杠杆，一边高时则另一边低，若两者平衡，就相安无事。
肌肉的交感神经活性也有明显的变化，据研究，自清醒至睡眠第四期会减少超过1/2，但到快速眼动期时反而会增加超过清醒时，这意味着为天亮时清醒恢复生活活动作准备。
研究者发现，骨骼肌血的交感神经活性在快速眼动期时也会增加而减少血管收缩，在内脏及肾脏循环的交感神经活性会减少造成血管扩张。
四、睡眠与呼吸系统的关系
人进入浅度睡眠期的第一、二期，呼吸依赖颈动脉体及延脑的二氧化碳接收器对二氧化碳分压的变化来调节呼吸。入睡后，人对缺氧和二氧化碳升高引起的呼吸换气反应敏感度降低，呼吸即成不规则，幅度由小变大，再由大变小，呈现一种周期性循环呼吸状态，呼吸的速度并未改变。当进入第二期时，呼吸开始变规则且缓慢，并且换气量减少。
当呼吸速率降低，上呼吸道阻力增加，呼吸气流部分遭到阻力。
据研究报告指出，人在非快速眼动期，整体的代谢率减少至20%，肺泡换气量也随之减少，乃导致二氧化碳分压增加。
在快速眼动期睡眠的人，呼吸变快，速度及速率变得不规则，也会导致缺氧或二氧化碳上升，换气量减少，上呼吸道的阻力在此时最大。
五、睡眠与心脏系统的关系
睡眠中的心脏系统变化，包括心率、心输出量（血压、周边血管阻力及血流）。阴水
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1.心率改变
研究显示，在非快速眼动期的睡眠心率跳动减少，心跳慢；在快速眼动期睡眠时，心率上下起伏变化频繁。非快速眼动期的睡眠心跳慢是由于副交感神经活性张力增加，将持续至快速眼动期的交感神经活性进一步减少。
2.心输出量的变化
在睡眠中，心输出量逐渐降低，最大的幅度是在最后一个睡眠周期中，尤其是在黎明前最后一个快速眼动期。有人认为，不论是正常人或患心肺疾病的人，都比较容易在黎明时分死亡，与此刻心能量输出降低有关。
（1）血流动。研究者指出，在非快速眼动期睡眠时，皮肤肌肉及肠系膜的血管血流变
化很少；然而，在快速眼动期时，因有血管扩张而导致肠系膜及肾脏的血管床血流增加，而在皮肤及肌肉血管床的血流因血管收缩而导致血流减少。而且，人在快速眼动期的睡眠中，血浆肾素的活动降低，显示肾脏的血流量增加。脑部血流及脑部对氧气及葡萄糖的代谢率，在非快速眼动期睡眠时减少5%～23%；脑部血流及脑部对氧气及葡萄糖的代谢率在快速眼动期时比在清醒时增加10%～41%。
（2）血压。柯蒂的研究发现，在非快速眼动期睡眠时的血压下降是因为心输出量减少，在快速眼动
期睡眠的血压变化，则是因为心输出量及周边血管阻力的改变。在非快速眼动期睡眠的血压大约降低5%～14%。在快速眼动期睡时，血压会上下起伏不定，这与自主神经有关。
（3）周边血管阻力。研究发现，在非快速眼动期睡眠时，周边血管阻力维持不变或稍微下降；在快速眼动期睡眠时，因血管扩张而致阻力降低。
六、睡眠与肠胃、肾脏系统的关系
1.胃酸
摩尔和英格尔特（1970）研究发现，人类胃酸的分泌也有昼夜规律的变化，十二指肠溃疡患者的胃酸分泌尖峰期是在晚上10时至凌晨3时之间，在一天24小时周期中，这类患者在睡眠中胃酸分泌可增至20倍。
奥尔等人（1976）研究指出，胃酸分泌有昼夜规律的变化，但与各睡眠期没有什么关系。
2.胃的蠕动被抑制
在睡觉时，就整体而言，胃的蠕动功能被抑制。
3.食道被抑制
吞咽的功能在睡眠时被抑制，因而导致胃黏膜和逆流胃酸接触，唾液量对胃酸扮演着重要的角。睡眠时唾液量减少，它对酸清除的延长有帮助。奥尔等人（1984）研究指出，在正常人睡眠中的唤醒反应伴随吞咽，可避免酸清除的延长及在睡眠中的胃食道逆流。
4.肠活动
肠在睡眠中有一种特殊的活动已被发现，每隔90分钟重复发生于胃及小肠。
5.肾脏排尿减少
在睡眠中肾丝球过滤率和电解质排出减少，尤其在快速眼动期程度最大。研究者解释，这是因为交感神经活性张力减低可以帮助快速眼动期尿液减少。荷尔蒙的变化和副甲状腺素分泌的增加，也会影响钠离子、钾离子在睡眠中的排出减少。
七、睡眠与体温的关系
昼夜规律中心体温的变化影响人的睡眠。中心体温在人的睡眠清醒生物时钟扮演非常重要的角。中心体温下降时，心理上产生睡意，因而想上床睡觉；降至最低时，正好是快速眼动期最活跃的时候，此时中心体温开始上升，恰好也是人们清醒起床活动工作的时刻。
研究者发现，非快速眼动期时的体温处于下降状态，若外在环境温度很低，人在此时会产生颤抖。出汗率在深度睡眠期高于浅度睡眠期，快速眼动期最低。
八、睡眠与内分泌系统的关系
1.生长激素
研究指出，于入睡后第一个周期的深度睡眠期，时间约在夜间11时至午夜3时是分泌的尖峰时刻，分泌持续约一个半小时至两个半小时。所以，一个正在成长发育的儿童青少年最好在此刻之前上床入睡。
也有研究指出，约有1/4的年轻人的尖峰分泌发生在入睡之前。睡眠剥夺时，其生长激素受到抑制，所以在儿童期学习不宜熬夜，否则，将会影响到他的身高、体重及发育成长。睡眠不良，该上床睡觉而不上床，均有碍成长。
2.肾上腺皮质生长荷尔蒙
刺激肾上腺皮质分泌类固醇，其浓度在刚入睡时最低，此时正是人们想上床睡觉的时候；清晨4时至8时最高。在白天睡觉不会抑制皮质类固醇的释放，它的分泌昼夜很有规律。
3.副甲状腺素
昂达v711研究发现，在睡眠中每隔100分钟出现一个尖峰值，其浓度与深度睡眠有关。
4.褪黑素
褪黑素只有在夜晚才能借由神经通路而活化，在明亮光线的情况下被抑制。1～3岁的儿童在晚上的分泌达到最高峰，约在青春期下降，到老年时出现减少。褪黑素会在傍晚时开始上升，约在凌晨3时至5时到达高峰，白天则下降，浓度最低。这也是人类及很多动物在晚上睡觉白天工作的原因。红白歌会2016
5.血浆泌乳素
血浆泌乳素的浓度在睡眠时出现最高，清醒时最低。研究发现，其浓度约在入睡后的60分钟至90分钟开始上升，清晨约5时至7时到尖峰，然后开始下降。
6.甲状腺刺激素
甲状腺刺激素的分泌，正常人有昼夜节奏规律，其浓度白天较低，傍晚时开始增加，晚上入睡前达到尖峰，入睡后随即被抑制。
九、睡眠与神经生化物质的关系
1.乙酰胆碱
乙酰胆碱具有调节睡眠及维持清醒的功能，是神经传导介质之一。在动物及人类实验中，乙酰胆碱会产生大脑皮质活动，同时增加清醒，在维持大脑皮质下的唤醒扮演极重要的角，它在清醒活动及快速眼动期睡眠时，由大脑皮质及海马回释放出来。
2.多巴胺
研究者指出，多巴胺具有和乙酰胆碱一样的功能，借由神经传导的刺激或抑制作用来影响构成及调节睡眠结构。对清醒的维持很重要，其含量在清醒状态较高，当进入睡眠状态时会减少。猝睡症及嗜睡症多巴胺的活性减少是关键。
3.去甲肾上腺素
去甲肾上腺素又称正肾上腺素或新肾上腺素，广泛存在于正常人体中，其分布依浓度高低的顺序是下丘脑、中脑、脑桥、延脑、纹状体、大脑皮质及海马回。临床研究指出，去甲肾上腺素的功能是多方面的，可刺激小动脉造成血管壁的肌肉收缩，因而使血压升高，心跳加速；在心理方面，可维持神志清醒，并且在快速眼动期的控制几近静止活动。清醒时非常活跃，特别是在遭受压力时，会产生出来造成皮质活化及促进清醒。
4.5 -羟胺（）
5-羟胺又称血清素，是一种单胺化学物。研究者表示，5-羟胺神经路线分布于大脑系统者，与快速眼动期睡眠的调节有关。实验证明，适量的5-羟胺对大脑有镇静作用，在启动睡眠与维持睡眠有其重要性。在对猫的实验中，借由某种化学物质排空脑部的5-羟胺，猫会出现3～4天的失眠。不过仍有很多争议存在，文献显示不同的实验有不同的结果。但整体而言，5-羟胺可能不只涉及非快速眼动期睡眠，也牵涉各睡眠期的调节。
1.人体的灵魂
法国哲学家笛卡儿相信人的灵魂是由松果腺控制。印度教深信人死后，灵魂经由松果腺离开。
人类大脑中央的深处，藏有一粒大小如豆的东西，解剖学上称其为“松果腺”。科学家研究指出，它是人类睡眠的总开关，调节睡眠的模式以及调节组织中的主宰者；自然界中所有的动物都受到它的节制，如春天到来，松果腺告知动物该是交配的季节；冬天来临，昼短夜长，松果腺警告动物开始筑巢贮粮准备冬眠。数月后，白昼逐渐延长，此时动物也会觉醒，
恢复往日的生机。
松果腺之所以有如此作用，是因为它制造出一种荷尔蒙，称为褪黑素，此物质由氨酸及一羟胺倒霉一词的来源于哪里
合成，当人体需求时，便自动产生，它只在夜间分泌，使人类自小就建立起生活作息规律。松果腺也是控制人体老化的枢纽。
1993年6月4日，50位来自世界各地的科学家聚集在意大利的斯托伦波里岛上进行为期5天的会议，美国维吉尼亚州大学弗吉尼亚医学院的医学博士瑞杰森在会议中宣布对“老化时钟”的发现及褪黑素的研究结果，指出这种奇特的激素是经由松果腺的分泌，主要担任信息传递。透过褪黑素的传递，身体才得以知道何时开始老化（小精灵医学小组，1996）。
瑞杰森同时指出，胎儿在母体内因光线不能进入，所以没有分泌褪黑素的能力，是借由母体胎盘取得，这也意味着母亲于夜间入睡时，胎儿的睡眠也与母亲共轨。婴儿的褪黑素是出生4天以后才开始分泌，断奶后分泌增加，孩童时期达到高峰，助长孩童成长速度，青春期开始减少，因而引发其他荷尔蒙分泌增加，此时人体进入思春期，行为跟着变化，活力增加，睡眠减少。随着岁月增长，褪黑素分泌相对减少，至50岁大幅下降，60岁以后的分泌量只有20岁时的1/2，老化的种种迹象显露无遗，这是老人睡眠减少的真正原因所在。人类到达此时，已完成了他的繁殖使命，借黑夜制造出来的褪黑素也已完成使命，漫长黑夜反而变成老人痛苦的渊薮。这是自然节律，人类无法规避，这是松果腺这个老化时钟崩溃的缘故。
2.睡眠的主宰
睡眠在人的一生中是一种自动化过程，世界上没有任何一种自动化器具的发明比它更为精密。
人类在尚未发明时钟之前，之所以知道日出而作、日落而息，全拜松果腺之赐。当太阳下山天灰暗之时松果腺就开始分泌褪黑素，人们此时也开始酣然入睡，褪黑素分泌至午夜子时达到高峰正是入睡后最香甜时刻。之后分泌逐渐下降至天亮时分最低，人们此时清醒，完成了一昼夜的自然规律。这是人类睡眠的发生与清醒的一个历程。
松果腺位于大脑深处，与外界的光完全隔绝，其功能运作是非常奇妙的自动化作业。科学家研究发现，松果腺是透过人体眼睛来看的，当光线进入瞳孔集中于视网膜（它是眼球内的感光膜）时，会将信息借由视觉神经转达至中脑及视束交叉上的神经核（一覆于丘脑下部的神经细胞）。丘脑下部为一位于中脑内部的腺体，其功能类似置于人体内部的时钟。白天，光线可进入眼睛去设定位于视束交叉上的神经核的计时装置。当夜晚来临，视束交叉上的神经核会传进信息至脊髓，再往上经由颈部到达松果腺。所传达到松果腺的光量，决定了褪黑素的分泌量。光线会抑制褪黑素的产生，因此，季节变化的昼夜长短，将影响褪黑素的分泌。也有研究证实，长期暴露在磁区下，确会干扰人体褪黑素的分泌。
3.机体内组织细胞的总管
研究者发现，松果腺不但关系着人类的睡眠，更主宰人体内所有组织系统中的内分泌，控制着身体每
一个组织细胞的活动，对所有生殖、体温、肾功能、免疫和发育等种种机能，它都能精确而快速地作出正确的反应，世上没有任何一部计算机（计算器）有它这么精准，除非它已生病。
上海物理教育网松果腺利用褪黑素维持人体的均衡，对所有器官发生影响，调解其他荷尔蒙分泌量的平衡，维持体内环境帮助其他荷尔蒙顺利运转。当褪黑素增加时，就会抑制其他荷尔蒙分泌；当分泌量降低时，则会刺激其他荷尔蒙分泌。它的精准度不会有分泌不足或过多的现象。它接收大脑信息，再一一协助各个腺体响应。它会自动觉察外界的压力，并立即作出反应，如：当病毒入侵时，立即产生正确的抗体击退病毒；人类行为中的眨眼、说话、跑步、思考……都需要能量来维持，这是压力的因子，人体内必须具有充足的能量才能应付。研究者坚信，松果腺的主要作用就是控制身体能量的产生和消耗，透过褪黑素或其他物质的释出，引导
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