1.1 夜與生物鐘
1.1.1 夜是如何產(chǎn)生的
我們生活的地球,自形成以來,就一直在自轉(zhuǎn)并圍著太陽公轉(zhuǎn)(圖1-1)。

圖1-1 地球自轉(zhuǎn)及公轉(zhuǎn)
地球公轉(zhuǎn)是地球繞太陽自西向東運(yùn)動。地球自轉(zhuǎn)是地球繞地軸自西向東轉(zhuǎn)動,其周期為1天,我們每天經(jīng)歷的晝夜更替,看到的太陽東升西落,主要是由地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。
地球本身是不發(fā)光、不透明的實(shí)心球體,但當(dāng)陽光照射到地球上的某一點(diǎn)時,這個地方就會出現(xiàn)白晝,也就是我們通常所說的白天;而當(dāng)這一點(diǎn)隨著地球自轉(zhuǎn)到背向太陽時,這個地方就會出現(xiàn)黑夜。如此日出日落,周而復(fù)始,便形成了晝夜交替現(xiàn)象。
1.1.2 生物鐘
地球上的一切生物體,包括最原始的單細(xì)胞生物,都隨著地球的晝夜更替(圖1-2)適時地發(fā)生變化,順應(yīng)晝夜更替進(jìn)化著,以日為單位計時,合理地安排著生命活動。

圖1-2 地球的晝夜更替
最終,每個生命體都有了自己獨(dú)特的生物鐘。
在植物中,比如含羞草,它的葉子會隨著晝夜更替進(jìn)行周期性的伸展和閉合。早上太陽升起后,含羞草的葉子感知到外界的光和熱,便會伸展開葉子;等到傍晚時,太陽落下,空氣中的濕度增加、溫度降低,它的葉子就會閉合。
在動物中,比如招潮蟹,它的體色會隨晝夜變化而變化。在夜晚時,招潮蟹體色較淺,呈現(xiàn)黃白色;而在黎明時,其體色開始變深,呈現(xiàn)深而鮮艷的體色,這種變化旨在更好地躲避天敵。
而人類,作為地球生物中的一員,為了應(yīng)對和適應(yīng)大自然,也有了自己的生物鐘,形成了“日出而作,日入而息”的生物節(jié)律,而睡眠作為“息”的重要組成部分,成為對人類生物鐘影響極大的環(huán)節(jié)。
1.1.3 睡眠對于人類的意義
人類一生中大約有三分之一的時間是在睡眠中度過的,但從科學(xué)的角度來看,人類為什么需要睡眠仍然是個謎。
科學(xué)家一直在尋找答案,并逐漸形成了四種常見的理論:不活動理論、能量守恒理論、恢復(fù)理論和大腦可塑性理論。
● 不活動理論
不活動理論也稱為適應(yīng)理論或進(jìn)化理論,是最早的睡眠理論之一。該理論認(rèn)為睡眠可以提高生物的存活率,尤其在生物體特別脆弱的時候能使其免受傷害,從而得以生存。比如某些動物,到了夜晚看不清周圍環(huán)境,貿(mào)然走動容易被捕獵者捕食,采用睡眠的模式可以讓自己在有危險的時間段內(nèi)處在較為安全的洞穴里。這種行為策略最終進(jìn)化成了我們現(xiàn)在所認(rèn)知的睡眠。
● 能量守恒理論
能量守恒理論認(rèn)為,睡眠的主要功能是在白天或夜晚的部分時間,特別是在尋找食物效率最低的時候,減少個人的能量需求和消耗。研究表明,睡眠時能量代謝顯著降低(人類的能量代謝降低了10%,其他物種則降低得更多),且與清醒時相比,睡眠時的體溫和熱量需求都顯著降低,即睡眠能幫助我們減少消耗,保持能量平衡。
● 恢復(fù)理論
恢復(fù)理論認(rèn)為,睡眠可以幫助人體自我修復(fù),還能幫助補(bǔ)充人體新陳代謝所需的能量和物質(zhì)。近年來,從人類和動物研究中收集到的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)能夠支持這個觀點(diǎn)。其中最令人震驚的是,動物在進(jìn)行完全剝奪睡眠的實(shí)驗(yàn)后,會失去所有的免疫功能,并在短短幾周內(nèi)死亡。而身體的許多主要恢復(fù)功能,如肌肉生長、組織修復(fù)、蛋白質(zhì)合成和生長激素釋放等,大多發(fā)生在睡眠期間。這也進(jìn)一步支持了這一理論。
● 大腦可塑性理論
大腦可塑性理論認(rèn)為,睡眠是神經(jīng)重組和大腦結(jié)構(gòu)與功能發(fā)育的必要條件。睡眠對嬰兒和兒童的大腦發(fā)育起著重要作用,這也解釋了為什么嬰兒每天必須睡14個小時以上,而且其中大約一半的時間為快速動眼期(這一睡眠階段有助于記憶形成和鞏固,促進(jìn)大腦的成熟發(fā)育)。在成年人中,睡眠和大腦可塑性之間的聯(lián)系也較為明顯,睡眠和睡眠剝奪對比實(shí)驗(yàn)展示出的對人們學(xué)習(xí)和執(zhí)行各種任務(wù)的能力的影響可以驗(yàn)證這一聯(lián)系。
當(dāng)然,這些理論或多或少都存在一些缺陷,無法解釋睡眠的所有問題,科學(xué)家們也普遍認(rèn)為目前仍沒有任何一個單一的理論可以解釋已知的關(guān)于睡眠的一切現(xiàn)象,但是從這些理論中我們可以知道,在千百萬年的進(jìn)化中,睡眠對人類具有不可替代的作用。
那么,睡眠到底是怎樣影響人類生活的呢?
? 幫助大腦清理代謝廢物
當(dāng)人類身體進(jìn)入睡眠狀態(tài)后,大腦便開始“洗澡”,血液會周期性地大量流入和流出大腦(圖1-3)。而每當(dāng)血液大量流出時,腦脊液就會趁機(jī)涌入,開始對大腦進(jìn)行“大掃除”,幫助排出毒素和代謝廢物,比如導(dǎo)致阿爾茨海默病的β-淀粉樣蛋白等。這樣,等我們睡醒后便能擁有一個感覺清爽的大腦。

圖1-3 睡眠時血液會周期性地流入和流出大腦
? 提高免疫力
當(dāng)身體進(jìn)入睡眠狀態(tài)時,人體的免疫系統(tǒng)會加速運(yùn)轉(zhuǎn),免疫細(xì)胞的活性會顯著增強(qiáng),并促進(jìn)細(xì)菌素的分泌,以此來保護(hù)身體不受外來物的干擾。
研究發(fā)現(xiàn),對存在睡眠障礙的人施行催眠干預(yù)后,受試者血液中免疫細(xì)胞的水平明顯升高。進(jìn)一步研究表明,血液中的T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞和CD8T細(xì)胞的水平存在周期性的規(guī)律(圖1-4)。

圖1-4 血液中CD8T細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞的水平隨時間變化的曲線
引用:ACKERMANN K, REVELL V L, LAO O, et al. Diurnal rhythms in blood cell populations and the effect of acute sleep deprivation in healthy young men[J]. Sleep, 2012, 35(7): 933-940.
? 調(diào)控新陳代謝
睡眠期,人體體內(nèi)幫助控制食欲的瘦素分泌量會升高(圖1-5),而瘦素分泌增加,人體就不會有饑餓感。因此,睡眠可以很好地調(diào)控人體的新陳代謝。
此外,睡眠還會對心臟、循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)甚至生殖系統(tǒng)等產(chǎn)生影響。可以說,只有擁有良好的睡眠,才能擁有健康長壽的人生。
然而,隨著時代的發(fā)展,睡眠的“天敵”——熬夜出現(xiàn)了。

圖1-5 睡眠時人體內(nèi)瘦素水平的變化(睡眠時長9小時3分人體內(nèi)的瘦素水平比睡眠時長3小時48分的要高)
引用:SPIEGEL K, LEPROULT R, L’HERMITE-BALéRIAUX M, et al. Leptin levels are dependent on sleep duration: relationships with sympathovagal balance, carbohydrate regulation, cortisol, and thyrotropin[J]. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 2004, 89(11): 5762-5771.