睡眠压力素与咖啡因

《睡眠的故事》读书笔记：

4、睡眠压力素与咖啡因：

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)有A1R、A2AR、A2BR和A3R四种亚型，其中A1R和A2AR与诱导睡眠相关。激活A1R、A2AR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ADP，AMP，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：

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A1R和A2AR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：LSD（D-麦角酸二乙胺）；简称为“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，睡眠失常与多动症状的。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：

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。