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主任医师 教授
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医学科普

睡眠压力素与咖啡因

发表者:吴小庆 723人已读

《睡眠的故事》读书笔记:

                          4、睡眠压力素与咖啡因: 无锡市人民医院心血管内科吴小庆

        图1.jpg

    生物钟仅仅是决定睡眠和清醒的一个因素,松果体素也仅仅起着一个发令枪的作用,而跑得快不快,睡得好不好就归另一个因素管理,那就是睡眠压力素。睡眠压力素是由我们脑内分泌的称之为腺苷的一种物质,分泌浓度增高后就产生睡眠压力。

    脑内腺苷来源于三磷酸腺苷(ATP)的代谢,脑内ATP主要是星形胶质细胞产生的,它在脑内比神经元更丰富。星形胶质细胞长期以来被认为是单纯的支持细胞,但是最近几年,已经证实它们对许多人类疾病起着重要作用,包括癫痫,脊髓病,偏头痛和阿尔茨海默病。腺苷水平随着白天的ATP代谢增加而逐渐蓄积,越来越多,最终起到睡眠压力作用。提示我们经历了漫长的一天,已经消耗了大量的能量,是时候去睡觉恢复能量了。

腺苷的脑内受体(receptor,R)A1RA2ARA2BRA3R四种亚型,其中A1RA2AR与诱导睡眠相关。激活A1RA2AR可诱导睡眠,阻断A2AR引起觉醒,在睡眠觉醒调节中起着重要作用。

     在白天能量消耗这个过程中ATP逐级水解为ADPAMP,释放能量,最终水解的产物腺苷浓度会逐渐升高。腺苷浓度上升,与受体结合,首先抑制下丘脑食欲素神经元的兴奋水平,催促神经系统进入睡眠状态;接着使血清素水平降低,血清素是让人放松的神经递质,这样一来,人就会烦躁和易怒,注意力集中困难。最后抑制多巴胺神经元的活动,减少多巴胺的分泌,人体的奖励机制失灵,直接导致无力感和失去兴趣。所以,一个人的ATP消耗太大,腺苷浓度逐渐上升,使得你感觉到疲劳,昏昏欲睡,这是一个不以人的意志为转移的神经系统生理过程。

   腺苷的作用机理:

      图2.jpg

醒的时间越长,腺苷浓度越高,睡眠压力也就越大,腺苷起着一个压力表一样的作用。当清晨一醒来,我们的脑内就开始分泌这种腺苷(我们称之为睡眠压力素),随着清醒的时间越长,积累的腺苷也就越多,当腺苷浓度达到高峰时,常常在清醒12-16小时以后,疲倦与睡眠的愿望就随着而来。

缓解疲劳最直接的策略就是降低神经系统中腺苷的浓度,休息或者睡眠。多任务切换分散注意并不是有效的休息,人脑并不是一个面向多任务的系统,人脑的注意力调控,常常会消耗额外的ATP能量,只要脑内ATP能量代谢还在进行,其代谢产物腺苷的总体浓度就在上升。而福尔摩斯所说的改变工作是最好的休息这句话,在科学上是没有依据的。对人体而言,腺苷的堆积,会触发睡眠。

      此时应遵从自己的生理系统调节,小睡一下,是最有效的方法。大脑活动降低到最低水平,腺苷通过水合作用逆向生成ATP,腺苷浓度降低,疲劳消失。每个人的神经系统对腺苷浓度的承受能力不同,这决定了我们能够对疲劳可坚持多久,不要去轻易责备自己或别人毅力不足,该休息时就该放弃工作去休息,以提高工作效率。 

有时需要加班,不允许我们休息和必须在疲劳状态下连续工作,有没有用人工的方法抑制腺苷制造的睡眠压力呢?有!那就是腺苷受体阻断剂,如咖啡、大麻、及安非他命等,其中使用最多的是咖啡因。

咖啡因是一种化学物质,能使人反应增快和保持清醒状态。目前被广泛使用,成交量仅次于石油,位于世界第二。是目前世界上用量最大的一种仅次于酒精的非处方药物。

   咖啡因可选择性地与腺苷受体A1RA2AR结合,阻断腺苷与相应的受体结合而起到拮抗腺苷的作用,阻断腺苷诱导睡眠的作用。正如你用手按住耳朵而听不到声音一样。口服咖啡因后,大约30分钟后血浆达到峰值,平均半衰期是5-7个小时,如在7:30吃晚饭时喝一杯咖啡因,到夜间1:30分钟仍然有50%的咖啡因存留在体内,覆盖在脑内腺苷受体上面而起着作用。50%的作用还是很强,还需要很多的时间才能清除掉它的影响,大脑才能排除咖啡因的作用而正常工作。要不影响睡眠,需要多少时间饮一杯咖啡因呢?初步估算,应该提前10小时才行。同时应该注意,咖啡因不仅仅在咖啡中含有,在茶、提神饮料、巧克力、冰淇淋、一些减肥药和镇痛剂中都有。特别注意的是,一些去咖啡因制剂中仍然含有咖啡因,一杯无咖啡因咖啡仍然含有15-30%的咖啡,如果服3-4杯这样的咖啡就等于喝一杯咖啡了。

     人类咖啡因在肝内受酶的作用而代谢清除,根据酶代谢的速度不同,可分两种类型,这是由基因控制的。

    一种是快代谢型,这种人体内咖啡因代谢酶功能较强,能迅速代谢咖啡因。在晚饭时喝一杯咖啡,在晚上能毫无障碍地进入睡眠。还有一种是慢代谢型,体内咖啡因代谢酶功能较弱,可以在早晨喝一杯咖啡而到夜间体内咖啡因仍保持较高的浓度,以致久久不能入睡。这在我们的日常生活中是经常遇见的。

另外年龄也是一个重要因素,一般来讲,年龄越大,代谢越慢。这是为什么呢一些人在年轻时对咖啡因不敏感,而年龄大了以后对咖啡因就越来越敏感了,常导致失眠

如果你希望依靠应用咖啡因来保持夜间清醒,那就要准备面对一种被称为“咖啡因崩溃”的后果。到时会出现加倍的疲劳,如一个电池即将耗尽的机器人,反应迟钝、精神难以集中,只想睡觉。原因在于,当你因饮用咖啡因而保持清醒时,腺苷(睡眠压力素)并没有消除,而是在进一步积累,越来越多,只是由于受体被咖啡因占据了,腺苷不能起作用。这时机体在肝酶的作用下,慢慢分解咖啡因,一旦占据受体的咖啡因被分解掉,原先就有的腺苷和后来合成腺苷就组成了高浓度的腺苷,一下子占领了所有的受体,形成双倍睡眠压力,“咖啡因危机”就爆发了,你再要保持清醒就非常困难了。

 为了加深咖啡因作用的印象,这里提供了美国NASA做过的一个没有发表过的研究。给蜘蛛喂食不同的药物,观察这些蜘蛛的结网功能。

这些药物分别是:LSDD-麦角酸二乙胺);简称“LSD”,是一种强烈的半人工致幻剂。

           安非他命(amphetamine);安非他命原先是用来治疗气喘,睡眠失常多动症状的。有兴奋中枢神经,具有欣快、警觉及抑制食欲之作用。

           大麻(marijuana);

           咖啡因。

结果如下图:

                图3.jpg

   第1张是蜘蛛在正常情况下结出的网,以后4张是蜘蛛在受到不同药物作用后结出的网。可以看出,未受药品影响时,蜘蛛的网织的又细又密,但用了药品以后, 蜘蛛的结网功能就被严重损害,结不出一张完整的蛛网,尤以右下角的咖啡因为甚,甚于大麻及安非他命。

由此可见,多食咖啡因对身体的损害,尽管只是动物实验,但对人体也可见一斑。




本文是吴小庆医生版权所有,未经授权请勿转载。

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发表于:2020-06-23 22:16

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