【重力医学】抗重力肌肉与睡眠调节机制

【摘  要】人类在数万年的进化过程中，有相当长的时间内都处于食物不足只能维持很低的生命活动的状态。为了延续生命和生存发展，人类进化出了低消耗的睡眠机能。同时人类祖先必须牺牲一定睡眠时间去获取食物，使生命和种群得以延续。而为了在复杂的环境中获取食物，特别是在容易获取食物的白天更要保持清醒的状态。另一方面人类是地球上唯一基于直立劳作生活的哺乳类生物。由此人体进化出能抵抗地球引力的含有特殊的热应力蛋白的抗重力肌肉系统，以对应人体活动中躯体所受的应力变化。同时，抗重力肌肉在抵抗重力活动中分泌出脑源性神经营养因子(BDNF)和多巴胺等神经性激素，保持人体神经的兴奋性，维持人体的清醒水平，支撑着人体站立的活动姿势以获取更多的食物。与此同时，日间时抗重力肌肉负重而产生的应力和肌肉代谢而产生的乳酸，积累到一定程度会使人感觉疲倦引起睡意。抗重力肌肉既能使人清醒又可产生睡意的机制，起着调节人睡眠的重要作用。

【关键词】睡眠，抗重力肌肉; 清醒，睡意。

 一，睡眠的机制

       与地球上绝大多数哺乳类生物一样，人类持有睡眠的功能。

       人的睡眠功能与人类的进化过程紧密相关。在数万年的进化过程中，人类相当长的时间内都处于食物不足只能维持很低的生命活动的状态。为了延续生命和生存发展，人类进化出了低消耗的睡眠机能。同时人类又处于随时被其他物种伤害威胁的食物链一端，又进化出即使在睡眠中也可以随时唤醒的机能，即深度睡眠和浅度睡眠以及深浅交替的睡眠等机能，这种睡眠机制有利于实施规避风险。可以想象，人类的祖先在夜间会多次醒来，巡查周围状况，防止自己在睡梦中成为野兽的腹中之食。

       另一方面，人类的祖先即使通过睡眠维持低消耗的生命方式，但也必须牺牲一定睡眠时间去获取食物，使生命和种群得以延续。而为了在复杂的环境中获取食物，也必须保持意识的清醒，特别是在容易获取食物的白天更要保持清醒的状态。所以伴随每天太阳升起的早上人体大脑会分泌一种血清素提升人的清醒水平，血清素又称5-羟色胺（Serotonin，5-HT）是种神经递质，与觉醒水平，睡眠-觉醒周期相关(图-1)。同时伴随清醒水平提高后人体活动增加人体体温也会比睡眠时上升(图-1)。

       人体的褪黑激素也是控制清醒与睡意，由脑部的松果体的器官所分泌的一种激素。褪黑素的分泌量分是以光线来调节的，具有明亮时受到抑制，变暗后开始增加的特征。在早晨接受光线刺激的14个小时后开始增加，大约在16小时后达到高峰期。大脑的松果体通过褪黑素的这种昼夜分泌周期，向中枢神经系统发放“时间信号”，让大脑和身体感知白天还是黑夜，保持清醒还是睡意。但随着年龄的增长，褪黑激素的数量会减少，导致身体对昼与夜环境反应的效率下降。根据研究，通过强化运动来增加对褪黑激素敏感的有氧运动的慢肌，会改善褪黑激素对昼夜环境的反应效率。

(图-1  清醒与睡眠)

       因此，血清素和褪黑激素的适时分泌以及体温的即时调节等，维系着低消耗生命方式的睡眠与获取食物的意识清醒的平衡，这些人类进化的成果构成了现代人类的睡眠机能，也形成了人类日作夜息的作息式生存规律。

 二，抗重力肌肉和改善睡眠

       人类是地球上唯一基于直立劳作生活的哺乳类生物。为了能抵抗重力，人体的骨骼肌肉系统进化出能抵抗地球引力的抗重力肌肉，抗重力肌肉中含有特殊的热应力蛋白，以对应人体活动中肌肉所受的应力变化。抗重力肌肉在抵抗重力活动中会分泌脑源性神经营养因子(BDNF)和多巴胺等神经性激素，保持人体神经的兴奋性，维持人体的清醒水平。长时间为抵抗重力支撑人体会使肌肉和骨骼积累应力，应力积累到一定程度需要释放，需要一定的时间保持人体卧躺姿势以减缓抗重力肌肉的负荷，以释放抗重力肌肉骨骼积累的应力。抗重力肌肉属于慢肌，也是人体进行有氧运动转换能量的肌肉。抗重力肌肉在随时抵抗重力的活动中，将葡萄糖和肌肉蛋白转换成ATP，在该过程中会产生称为疲劳物质的乳酸(图-1)，乳酸的积累也增加了人的疲劳感，会降低人的清醒水平并增加了睡意(图-2)。另外，在晚间睡眠中人体处于平躺姿势，抗重力肌肉较松弛乳酸较容易随水分从肾脏排出。经过一昼夜的代谢，人体中的乳酸水平大大降低，清晨起床后疲劳感会消失(图-1)。

(图-2 抗重力肌肉与乳酸)

       因此，①日间时抗重力肌肉的应力积累与夜间应力的释放之间的平衡关系；②日间抗重力肌肉负重时代谢时产生的乳酸与夜间抗重力肌肉松弛促使乳酸的排出间的平衡关系；起到了调节人清醒和睡意作用，说明了抗重力肌肉也是调节人睡眠的重要因素。

       综合上述，人的睡眠是一个从早上起床清醒开始，经过白天抗重力肌肉系统积累应力和乳酸逐渐产生疲劳和睡意，再进入睡眠的过程性产物。在该过程中人体的抗重力肌肉系统起着举足轻重的重要作用。所以，改善人睡眠不仅仅着眼于晚上的睡眠，更要注重强化改善人体抗重力肌肉系统，保持日间抗重力肌肉的兴奋性以维持人的清醒水平，以顺应人类在长期进化过程中形成的睡眠规律。

 参考文献：オレキシン機構は体温と活動量の超日生体リズムの増加に関与する

    宫田弘平、大塚曜一郎、桑木共之（鹿児島大学大学院）

    杨金宇@三国智库  

    初稿 2021年3月29日 二稿 2021年12月28日

    原载公众号 2021-12-28 杨金宇 大健康微论坛

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