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健康生活

2018-09-15 10:09:47

衡量睡眠品質,從認識睡眠週期開始

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我們幾乎每個晚上都經歷了一次明顯的生理變化:漸漸離開清醒的意識狀態,經過數小時的夢境和深度睡眠,然後醒來。而當我們醒來時,我們通常很少記住剛剛過去的這一段時間,因此,儘管每個人都在睡覺,但大多數人很難精確定義睡眠。通過對伴隨睡眠時生理變化的觀察,科學家現在利用腦波活動模式或其他生理變化來定義人類的睡眠。

 

 

科學家們曾經認為,睡眠是一種被動的狀態,是一個人的大腦和身體在夜間休息和恢復的期間。但是現在,研究人員知道睡眠其實是大腦一個非常活躍的時期,在這段時間內,大腦和一些生理運作可能仍努力地在工作,也因此,當一個人睡著時,大腦有時比醒來時更活躍。

 

例如,一些參與兒童生長、細胞修復或消化的賀爾蒙在睡眠期間更活躍,根據美國國立衛生研究院(NIH)的數據,參與學習和記憶的腦通路也在增加。事實上,根據哈佛大學醫學院[1]的說法,當一個人睡著時,大腦有時比他醒來時更活躍。但睡眠也可以減緩許多其他生理運作,例如心率、呼吸、體溫和血壓,一個人所處的睡眠階段也會影響大腦和身體的活躍程度。

 

60多年來,睡眠研究人員已經知道有兩種主要的睡眠類型[2]:REM睡眠 (Rapid Eye Movement Sleep:快速眼動睡眠),與NREM(non Rapid Eye Movement Sleep:非快速眼動睡眠)。NREM睡眠現在被認為由三個階段組成,稱為N1,N2和N3。 2007年之前,非快速眼動睡眠分為四個階段,但睡眠醫學專家認為,沒有任何生理上的理由來區分兩個階段,即舊階段3和階段4睡眠。因此已被合併為一個階段,現在統稱為N3。

 

在睡眠期間,大腦反覆循環REM和NREM睡眠的四個不同階段(如圖一),並且在睡眠的前半段和後半段之間有不同的變化,一個晚上約可進行四到五個睡眠週期,在後半部的睡眠周期中,花在REM階段的時間變得更長,並且在N3睡眠中花費的時間變得更短(如圖二)。

 

圖一:REM和NREM睡眠的四個不同階段

 

圖二:睡眠在整個晚上經歷四到五個睡眠週期

 

 

NREM 睡眠

 

N1睡眠狀態

當一個人昏昏欲睡時,是正在進入N1(非快速眼動睡眠的第一階段)的睡眠狀態,會從清醒過渡到入睡,這是一種相對較淺的睡眠形式,持續約5至10分鐘。在此階段,心跳和呼吸速率開始減慢、眼球運動也減緩、肌肉放鬆並且體溫下降,如果在睡眠實驗室的腦電圖(EEG)上也能觀察到腦電波減慢。

 

N1睡眠是睡眠的第一個階段,人很容易從這個階段中醒來,並且可能不認為剛剛已經睡著。在N1睡眠期間,通常會經歷“入眠前的痙攣(hypnic jerks)”也稱為“睡眠開始”,這是一個突發的、短暫的肌肉痙攣,躺在床上時可能會有突然向下墜的感覺,這是正常的現象,這種突然的動作可能會使睡眠者醒來。成年人在N1階段睡眠中花費的時間最少,佔睡眠總時間的5%左右。

 

 

N2睡眠狀態

在N1睡眠結束後不久,會進入NREM睡眠的第二階段N2睡眠,通常持續10至25分鐘。在此階段眼球運動停止、心率減慢,腦部及身體肌肉都更放鬆,漸漸失去對外界的反應,腦波發出兩種模式:睡眠紡錘波(sleep spindle)及K 複合波(K-complex)[3](如圖三)。N2被視為腦部跟外界環境完全隔絕前的一個間歇階段,雖然N2比N1睡眠更深,但同樣只算是輕度睡眠(light sleep stage)的淺眠階段,此時仍很容易被喚醒。

 

圖三:紡錘波(sleep spindle)及K 複合波(K-complex)


根據美國國立衛生研究院(NIH)的數據,由於睡眠週期在整個晚上重複進行,因此一個人在N2階段的時間比任何其他睡眠階段都多,成年人在N2睡眠的時間約佔總睡眠時間的55%。

 

 

N3睡眠狀態

NREM睡眠然後進入其第三階段N3,其通常被稱為"慢波”、“Delta波”或“深度”睡眠。“Delta”波是睡眠實驗室EEG期間常見的一種慢腦波,N3睡眠屬於深度睡眠的階段。一個人若要能在一覺醒來感到精神煥發所需要的的就是N3睡眠期,通常在睡眠的前半段進入N3睡眠的時間多於後半段,但原因目前尚未釐清。

 

N3通常持續20到40分鐘,N3睡眠時大腦對外部刺激的反應較少,也因此最難從這個階段喚醒一個人。從N3睡眠中醒來的人時常昏昏沉沉、迷失方向,這種昏沉是建議午睡不要睡超過30分鐘的一個原因,因為很容易在進入N3睡眠狀態時就必須起床。在N3期間,心率和呼吸緩慢降至最低水準、肌肉活動減少、沒有眼球運動,體溫及血壓皆下降但沒有達到危險程度。

 

由於在N3階段時,流向腦部的血液會減少,身體大部分血液都被引導到肌肉,因此此時肌肉能取得養分及營養來補充能量,進行生理修復功能,免疫系統也在N3睡眠時最活躍,這就是為甚麼我們累了或生病時就想去睡覺的原因。

 

N3也是說夢話和夢遊最有可能發生的階段,夢魘和夜驚嚇也是N3睡眠現象。根據梅奧診所(Mayo Clinic)的說法,夜驚嚇,也稱為睡眠恐怖,通常發生在兒童身上,孩子會在睡覺期間坐在床上尖叫。N3睡眠在嬰幼兒階段的時間較長,並隨著年齡的增長而穩定下降,原因尚不清楚,成人通常在N3階段花費大約15%的總睡眠時間。

 

 

 

 

REM 睡眠

一個人在入睡大約90分鐘並經歷所有三個NREM睡眠階段後,開始進入REM睡眠,第一個REM週期通常持續約10分鐘,隨後每個REM階段都會隨著睡眠的進行而逐漸變長。REM睡眠的特徵標誌是眼睛在閉合的眼瞼下方從一側快速移動到另一側,儘管有些人猜測眼球快速移動與夢境有關,但科學家們尚未驗證發生的原因。

 

REM睡眠是大多數夢境發生的階段,我們常常不記得夢的內容,但若是從REM睡眠中醒來,我們有可能可以回想起夢境的一些內容。REM睡眠與NREM睡眠相比,大腦中多數神經元的放電率增加,事實上,REM睡眠中的大腦甚至比我們清醒時更活躍。

 

與清醒時間類似,在REM睡眠時大腦活動的模式更隨機,這種大腦活動模式可能是基於在此狀態下發生的強烈夢境。在REM睡眠期間,心率及血壓與N1睡眠相比略有上升、呼吸變得快而淺,體溫降至最低點,我們會蜷縮在棉被裡,以確保在沒有體溫調節功能的潛在危險時間內不會消散太多的熱量到環境中,根據梅奧診所的說法,此時手臂和腿部肌肉深深地放鬆到幾乎不動的程度,以避免我們在睡覺時進行睡夢中的動作。

 

根據美國國家睡眠基金會(National Sleep Foundation)的說法,大腦會在REM睡眠時處理白天收集的訊息,將訊息強化後可以被存儲在長期記憶裡。根據NIH的數據,新生兒的REM睡眠時間可能達到其睡眠時間的80%左右,而大多數成年人的REM睡眠則佔總睡眠時間的20~25%。

 

REM睡眠佔總睡眠時間的比例在整個成年期保持相對穩定,但在65歲以上的人群中可能會下降,老年人的睡眠往往更輕,在睡眠會經歷更多的清醒或是“微清醒”,但是這些短暫的清醒並不影響他們起床後的精神。

 

小結

NREM及REM階段的身體與腦部的特徵有很大的差異(如表一),睡眠期間的大腦活動和生理功能的變化是非常明顯的,這些變化有助於定義睡眠的發生。最終期待,這些變化能有助於我們回答“我們為什麼要睡覺?”這一個千古難題。雖然科學家們至今仍不確定我們為什麼需要睡眠,但已提供了很多關於睡眠功能的線索以及如何獲得更多更高質量的睡眠來改善我們的健康。

 

表一:NREM與REM階段身體與腦部特徵比較

 

參考資料

[1] http://healthysleep.med.harvard.edu/healthy/science/what/characteristics 

[2] https://www.livescience.com/59872-stages-of-sleep.html

[3] https://www.tuck.com/sleep-spindles

 

 

 

 

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