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人类究竟需要多少睡眠

发布日期:2017-07-12  来源:
知识分子


►图片来源:pixabay

    撰文 | 祝叶华(清华大学环境科学与工程博士)

    责编 | 李    娟

    春困秋乏夏打盹,睡不醒的冬三月。困,貌似充斥在现代人生活的每一天,睡少了困,睡多困,不睡更困,越来越多的人觉得自己睡了假觉,一大波特“困”生涌现出来,睡眠问题逐渐上升为全球的公共卫生问题。

    2017年3月21日是第17个世界睡眠日,“健康睡眠,远离慢病”是此次睡眠日主题。睡眠不足会加大多种慢性疾病的患病风险,心血管病、抑郁症、代谢性疾病、精神疾病、肥胖和癌症等都可能由长期睡眠不足而引发(图1)。《2015年中国睡眠指数报告》中显示,中国有近1/3的人存在严重睡眠不足的问题;中国睡眠研究会发布的《2017中国青年睡眠现状报告》也指出,中国青年人的睡眠状况更引人堪忧,在受访的6万人中(调查范围涵盖10岁~45岁人群):整体看来,76%表示入睡困难,24%表示整体睡眠状况不错,而在这24%自认为睡眠还可以的受访者中,一觉睡到大天亮的受访者仅有11%;而睡醒后精神饱满的调查者仅占5.6%,感觉睡了假觉的则高达91%。


►图1 睡眠不足对健康生活的威胁。图片来源:Home Remedies

    不规律的作息会成为隐藏在人体的“定时炸弹”,而睡个好觉已然成为年轻人的奢望。但人类究竟需要多少睡眠?越来越多的科学研究表明,个体每天所需的睡眠时间或许因人而异。

    01

    睡眠定律是否靠谱?

    日出而作,日落而息的生活规律,从古至今从未改变。但“息”的时长是多少,有无规律可循?近年来,关于人类每天究竟需要多少睡眠的“金科玉律”层出不穷。

    新生儿、婴幼儿、青少年和成年人的睡眠时间显然不同。你永远不可能要求一个成年人拥有新生儿的睡眠时长。不同年龄段人群的睡眠时长有所不同,而对于同一年龄段人群,每日所需的睡眠时长也并不完全相同。有人一天睡8个小时仍感觉睡不醒,但有人每天睡6个小时,就可以活力一整天。

    2002年,美国加州大学圣地亚哥分校Daniel F. Kripke开展了一项110万人参与、历时6年的癌症研究项目,据统计数据表明,人类每天的睡眠时长以6.5~7.4小时为宜,睡眠时长在这一范畴的参与者的死亡率最低,高于或者低于这个数值范畴,死亡率都有所增加,这一研究结果发表在《Archives of General Psychiatry》上[1]。2007年,英国伦敦大学学院流行病学和公共卫生系的Jane Ferrie对10308名英国政府职员(年龄介于35~55岁之间)长达17年的研究结果也证实了7小时睡眠机制[2]。2014年,美国亚利桑那州立大学菲尼克斯分校护理及医疗创新学院教授Shawn Youngstedt再次提出7小时睡眠机制,他认为,7小时睡眠是最好的,8小时甚至更长时间的睡眠是有害的,但低于6小时的睡眠也是有害的[3]。

    究竟人类每天的睡眠时长是固定不变还是随着人类的进化而有所变更?美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)神经科学家Jerome Siegel的一项研究揭开了这一谜题。2015年,Siegel在《Current Biology》发文称,生活在非洲和南美的狩猎采集族群平均每天的睡眠时间为6.9~8.5小时,且白天几乎不会小憩,他们并不比生活在现代化国家的人群睡得更多。他们同时调查了居住在玻利维亚、坦桑尼亚和南非偏远地区的族群,结果发现,这些种群的睡眠习惯和睡眠时长极其相似。在这一研究中,Siegel也通过研究南美和非洲前工业化社会中族群的睡眠机制,从侧面推翻了“人类的祖先比我们睡眠时间要长”的民间说法。文章同时也反驳了每天8小时睡眠机制:即除了那些需要增加睡眠来促进大脑生长的青少年外,成年人每天的睡眠时间未必要达到8小时[4]。

    越来越多的研究数据似乎都倾向于7小时睡眠机制,它的提出,对8小时睡眠机制和4~5小时睡眠机制提出了挑战,这在学术界引起了巨大的争议。

    2017年,美国全国睡眠基金会(National Sleep Foundations,NSF)对各年龄阶段的人群提出了新的睡眠建议[5](图2):


►图2 NSF对各年龄阶段人群提出新的睡眠建议(图片来源:NSF)

    新生儿(0~3个月)睡眠时间由12~18 h/d更新为14~17 h/d;

    婴儿(4~11个月)睡眠时间由14~15 h/d更新为12~15 h/d;

    幼儿(1~2岁)睡眠时间由12~14 h/d更新为11~14 h/d;

    学龄前儿童(3~5岁)睡眠时间由11~13 h/d更新为10~13 h/d;

    学龄儿童(6~13岁)睡眠时间由10~11 h/d更新为9~11 h/d;

    青少年(14~17岁)睡眠时间由8.5~9.5 h/d更新为8~10 h/d;

    年轻人(18~25岁)睡眠时间为7~9 h/d(新的年龄分层);

    成年人(26~64岁)睡眠时间维持不变,7~9 h/d;

    老年人(65岁以上)睡眠时间为7~8 h/d(新的年龄分层)。

    不过,事无绝对,任何一种金科玉律都无法涵盖所有人群,有部分人的睡眠时长确实低于各方给出的参考值,据说铁娘子撒切尔夫人和达芬奇每天均只睡4小时,也有人宣称自己每天只睡6小时,就可精神饱满一整天。所以睡眠时长因人而异,而“异”从何来,正是目前科学家研究的焦点。

    02

    谁在掌控睡眠机制“开关”

    睡觉是动物的普遍特征,大样品的统计数据主要是基于参与者的表观反应来推出“睡眠X小时,精神一整天”的结论。但究竟是谁在操控动物的睡眠,现在还存在许多未知。科学家们希望能够从分子层面找出掌控睡眠机制的“开关”,揭开睡眠机制之谜。

    科学家们在多年研究中发现,人的睡眠和觉醒过程受两套机制的调控:一是昼夜节律;另一种是体内状态平衡机制。这两套系统共同作用,来决定应该何时入睡,睡时多长,以及睡眠质量。

    2009年,加州大学旧金山分校研究人员发现,在这两套机制中,有一个名为hDEC2的基因在睡眠调控方面发挥着重要作用。如果DEC2蛋白上的一个氨基酸替换发生突变,那么就会导致人出现“睡得少但是睡得好”的表现,通过与同家族中不携带这个突变的人员进行对比,发现携带突变基因的人平均每天的睡眠时长是6.25小时,而不携带人员则是8.06小时[6]。

    2016年2月,日本筑波大学研究人员在《Nature》上发文称发现了2种影响睡眠时间和睡眠类型的基因突变(图3)。文章作者在考察了8000多只具有随机基因突变的小鼠的睡眠模式后,确定了2种他们称之为“困倦”和“无梦”的小鼠系列,并分别从其中发现了2种基因突变,即Sik3和Nalcn基因突变,Sik3基因使内在睡眠需求增加,这导致总的觉醒时间缩短;Nalcn基因则会导致眼动睡眠的总量和片段长度缩短[7]。


►图3 使用正向遗传筛选对小鼠睡眠行为进行遗传学分析步骤。注:利用化学诱变方法,在小鼠体内引入随机突变,来观察小鼠的睡眠反应,筛选出“困倦”(Sleepy)和“无梦”( Dreamless)小鼠系列,进而发现Sik3和Nalcn基因突变。(图片来源:Nature)

    2017年4月5日,一篇发表在《Science Advances》上的研究论文中,揭示了FABP7基因如何参与和影响人类在内的3种不同动物(人类、小鼠和果蝇)睡眠质量。小鼠作为研究对象的原因自不必多说,至于为何选取果蝇作为参考物,科学家也给出了合理的解释,他们认为人类大脑的复杂性使筛选影响睡眠的重要神经元的工作困难重重,因此可以将研究切入点放在与人类作息规律相似且大脑系统相对简单的果蝇身上。

    3种不同动物的样本观测和实验发现,FABP7基因是哺乳动物正常睡眠所必需的,如果人体内的FABP7基因发生变异,这些人往往在睡觉的时候更容易醒;同样,将小鼠的FABP7基因敲除后,小鼠的睡眠就会变的断断续续,睡眠质量有所下降。这种基因在果蝇身上也得到了验证,研究人员将发生突变和正常人的FABP7基因插入到果蝇的星形胶质细胞(图4)中,同时使用“果蝇活动监视器”来监测果蝇的睡眠,监测器通过红外光束来判断果蝇清醒或者睡着的睡眠状态,如果红外光束连续发出超过5分钟,那么仪器就默认果蝇进入睡眠状态。监测结果表明,FABP7基因的变化会改变果蝇的睡眠质量,携带FABP7突变基因的果蝇睡眠时间不连续。虽然这项研究结果探测到了FABP7这种影响睡眠质量的基因,不过文章通讯作者华盛顿州立大学埃尔森-弗洛伊德医学院助理教授Jason R. Gerstner也明确表示,除了FABP7基因以外还存在其他基因来参与睡眠质量的调控[8]。


►图4 星形胶质细胞(图片来源:axolbio)

    不仅如此,大脑中的神经细胞有时也会充当“闹钟”,来实现“喊醒”和“喊睡”的睡眠开关功能。

    英国牛津大学教授Gero Miesenbock有近50年的睡眠机制开关研究经验,2014年他与合作者Jeffrey Donlea在《Neuron》上撰文宣称发现了果蝇大脑中控制睡觉的“开关”。他们认为,这种睡眠“开关”是经由大脑的神经细胞进行睡眠调控的,当身体处于疲劳时,该“开关”就会向大脑喊话,提醒你该去休息了[9]。2016年8月,Gero Miesenbock又在《Nature》上发文揭示了影响果蝇睡眠开关的分子机理。在他们看来,睡眠开关不开即闭,只有这两种状态。研究人员利用光遗传技术来刺激多巴胺的产生,当多巴胺系统被激活时,果蝇大脑中的睡眠控制神经元就“沉默”了,果蝇就会醒过来;而当多巴胺的运输受阻时,睡眠控制神经元就会回归到电活性状态,这样果蝇就会睡过去。乍一看,这与自动调节温度的“温控器”有点类似[10]。

    北京大学教授饶毅课题组在睡眠的分子遗传学机制方面也有10多年积累,2016年9月22日,他在清华大学的“水木清华生命科学讲座系列”中介绍了其课题组目前尚未正式发表的用遗传学和分子生物学来研果蝇、小鼠和人类睡眠机制的研究情况。饶毅课题组利用近11年的时间,发展了化学连接组方法(CCT),这种方法是基于分子生物学标记突触神经递质及其受体相关蛋白,结合遗传操作手段,利用逻辑门的推理,发现和阐明结构和功能环路,提供研究行为和认知环的新途径[11]。

    外界温度、亮光以及人为因素也同样影响着人类的睡眠。而在特“困”人群中,除去那些有睡眠障碍而睡不着的,仍有相当一部分舍不得睡人群。

    03

    特“困”生的众生相:睡不着和不想睡

    人类到底需要多少睡眠是个复杂的科学问题,问题的答案因人而异。通过研究睡眠机制,科学家们试图从中找出影响睡眠时长和质量的关键因子,进而可以睡眠障碍人群的睡眠问题。但对于那些没有睡眠问题,单纯不想睡的人而言,科学家所有的工作可能都是徒劳。

    现代人睡眠问题出现了两种极端:睡不着和不舍得睡。睡不着暂且不说,但智能手机的普及,让许多年轻人不舍得睡。手机偷走了睡眠,其实也偷走了健康,因睡眠问题而引发的多种慢性疾病,逐渐从年轻人身上体现出来。不仅如此,有研究表明,本来“健康”的睡眠系统,如果长期“违规运行”,也会出现从不想睡转变成睡不着的惨淡局面,届时再去咨询医生,寻求科学家的帮助,就真的是作茧自缚了。

    参考文献:

    [1] Study Links Longer Night""""s Sleep to Increased Death Rate[N]. https://www.scientificamerican.com/article/study-links-longer-nights/.

    [2] Jane E. Ferrie, Martin J. Shipley, Francesco P. Cappuccio, et al. A Prospective Study of Change in Sleep Duration: Associations with Mortality in the Whitehall II Cohort[J]. Sleep, 2007, 30(12):1659-1666.

    [3] You might be getting too much sleep, not too little[N]. http://www.marketwatch.com/story/you-might-be-getting-too-much-sleep-not-too-little-2014-07-22.

    [4] Gandhi Yetish, Hillard Kaplan, Michael Gurven, et al. Natural sleep and its seasonal variations in three pre-industrial societies[J]. Current Biology, 2015, 25(21):2862-2868.

    [5] HOW much sleep do we really need? https://sleepfoundation.org/how-sleep-works/how-much-sleep-do-we-really-need/page/0/1.

    [6] Ying He, Christopher R. Jones, Nobuhiro Fujiki, et al. The transcriptional repressor DEC2 regulates sleep length in mammals[J]. Science, 2009, 325(5942):866-870.

    [7] Funato H, Miyoshi C, Fujiyama T, et al. Forward-genetics analysis of sleep in randomly mutagenized mice[J]. Nature, 2016, 539(7629): 378-383.

    [8] Jason R. Gerstner, Isaac J. Perron, Samantha M. Riedy, et al. Normal sleep requires the astrocyte brain-type fatty acid binding protein FABP7[J]. Science Advances, 2017, 3(4): e1602663.

    [9] Donlea J M, Pimentel D, Miesenböck G. Neuronal machinery of sleep homeostasis in Drosophila[J]. Neuron, 2014, 81(4):860-872.

    [10] Diogo Pimentel, Jeffrey M. Donlea, Clifford B. Talbot, et al. Operation of a homeostatic sleep switch[J]. Nature, 2016, 536:333–337.

    [11]http://news.tsinghua.edu.cn/publish/thunews/9945/2016/20160928115408734553922/20160928115408734553922_.html.

    制版编辑:董锵丨

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