乳酸堆积 ≠ 骨骼肌酸痛、疲劳 如何抗疲劳一直是体力劳动、运动训练研究中的热点问题。人们常常把肌肉酸痛、肌肉疲劳等现象的原因归结为机体乳酸的堆积。自1929年以来，“乳酸堆积学说”作为肌肉疲劳的重要原因被部分人认可，即传统观念认为乳酸堆积会造成肌肉疲劳。但人们对 “乳酸堆积说”一直存在质疑。 随着运动生理学的发展，科学家发现机体疲劳是一些因素综合交错的结果，例如氢离子的堆积、细胞外钾离子的累积等等。乳酸堆积不但不是肌肉疲劳的原因，相反，乳酸甚至有助于延缓疲劳的发生。 一，乳酸堆积不是产生骨骼肌疲劳的重要原因 血乳酸在血液中分解为“氢离子”和“乳酸根离子”，其对肌肉的影响主要是通过氢离子改变血液和肌肉中的酸碱值，抑制肌肉收缩，也就是说，乳酸不会直接作用于肌肉，对肌肉有影响作用的不是乳酸，而是氢离子。乳酸一直被视作骨骼肌疲劳的关键诱导因素，主要是因为氢离子堆积，会降低机体内pH值，导致机体对钙离子不敏感，干扰肌肉收缩过程，引起肌肉收缩功能下降，而且氢离子堆积会抑制糖酵解过程中关键酶及ATP酶的活性，导致能量供应减少。所以，众多学者把乳酸堆积视作诱发骨骼肌运动性疲劳现象产生的最主要原因 。 但是从后续的研究中发现，通过运动产生的乳酸并不能使机体内pH值降低到预期水平，肌肉酸化情况会被身体内其他物质缓冲。之前实验认为在乳酸分解过程中产生的氢离子，降低了细胞内pH值，但是从Robergs等的实验中发现，体内乳酸根离子会对细胞内氢离子进行中和，减轻了骨骼肌细胞中pH值显著降低的情况，所以肌肉中pH值没有血液中pH下降的明显 ，肌肉酸化情况并不如预期中严重。 骨骼肌细胞内pH值降低并不会导致骨骼肌对钙离子敏感度大量下降，对肌肉收缩功能只能产生很小的影响。细胞内pH值降低有助于细胞内钙离子释放,有利于肌肉的收缩功能的完成，这是由于肌细胞中钙泵（存储钙离子）在pH值下降时，回收的钙离子减少，有一定的钙离子留在了肌细胞中，再加上释放的钙离子增多，抵消了钙离子受体由于pH降低导致的敏感性的轻微的降低，保证了肌肉收缩功能的正常运行 。 骨骼肌中pH值降低对糖酵解的影响也较小，实验发现在37℃左右（人体温度）时，通过增加动物体内乳酸的方式，ATP生成速率并没有大幅度降低。pH值对糖酵解酶的影响可能被机体内其他物质所缓冲。 血乳酸的浓度在运动后一至两小时就可恢复正常，因此运动过后的肌肉酸痛更是与乳酸无关。运动过后的肌肉酸痛称为迟发性肌肉酸痛，通常的原因为训练强度过高导致的肌肉纤维的断裂，这是运动过后肌肉酸痛的主要原因。 二，乳酸堆积有利于骨骼肌的收缩 乳酸堆积不但不是造成骨骼肌疲劳的重要原因，还有利于骨骼肌的收缩。有研究表明 ，乳酸增加会抑制骨骼肌细胞外钾离子浓度增加（钾离子浓度增加会抑制细胞内钙离子的释放，从而导致骨骼肌收缩能力减弱），让细胞外堆积的钾离子回到细胞内，从而保护了肌肉的收缩功能。乳酸还可以恢复神经系统的功能，使疲劳感减弱。 乳酸堆积除了可以延缓疲劳外，还可以作为能量进行再利用。乳酸是小分子物质，可以自由在肌肉细胞里穿梭，肌肉细胞将乳酸氧化成丙酮酸，重新进入三羧酸循环产生能量，或是再异生成葡萄糖或肝糖原。 骨骼肌疲劳是由多种因素诱发的复杂性生理过程，已有的离体实验结果充分表明，乳酸堆积并不是造成骨骼肌疲劳的主要因素，而且在运动初期，乳酸的产生可以抵消由细胞外钾离子升高引起的肌力下降，以及恢复神经系统的功能，对肌肉疲劳有一定的抑制作用。同时乳酸可以作为一种能量来源物质，产生能量。现有的研究表明，疲劳的产生可能是由于 氢离子的堆积、细胞外钾离子浓度升高、钙的流失以及中枢神经系统的自我保护机制等原因造成。 （文 冯钰 史仍飞） Kraut J A, Madias N E. Lactic Acidosis . New England Journal of Medicine, 2014, 371(24): 2309-2319. Böning D, Strobel G, Beneke R, et al. Lactic acid still remains the real cause of exercise-induced metabolic acidosis . American Journal of Physiology Regulatory Integrative Comparative Physiology, 2005, 289(3): 904-910. Robergs R A, Ghiasvand F, Parker D. Biochemistry of exercise-induced metabolic acidosis . American Journal of Physiology Regulatory Integrative Comparative Physiology, 2004, 287(3): R502-R516. Bangsbo J, Madsen K, Kiens B, et al. Effect of muscle acidity on muscle metabolism and fatigue during intense exercise in man . Journal of Physiology, 1996, 495 ( Pt 2)(2): 587–596. Zhang S J, Bruton J D, Katz A, et al. Limited oxygen diffusion accelerates fatigue development in mouse skeletal muscle . Journal of Physiology, 2006, 572(Pt 2): 551–559. Overgaard K. Protective effects of lactic acid on force production in rat skeletal muscle . Journal of Physiology, 2001, 536(Pt 1): 161-6.
最新上线的 《中国科 学：物理学 力学 天文学》 英文版（ SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy ）2014年第1期发表了一个“ 大飞机安全与疲劳 ”专题，内容如下： Special Topic: Airworthiness and Fatigue SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy 2014, Volume 57, Issue 1 http://phys.scichina.com:8083/sciGe/EN/volumn/volumn_6444.shtml http://link.springer.com/journal/11433/57/1/page/1 Cover The 21st century marks the era where ultra-high strength and light weight alloys and composites will be used more sparingly for fabricating jet transports to enhance fuel efficiency. Thus, fatigue crack initiation and propagation may become comparably significant with respect to airworthiness. For this, the crack initiation behavior of high-cycle and very-high-cycle fatigue is essentially vital to the control of the fatigue life, for which the cracking origination is from the interior of material instead of from surface and presents a specific pattern of “fish-eye” and “fine granular area (FGA)” which takes a predominant part of total fatigue life. The background of this cover is an image of fatigue crack origination from the interior of material for a high strength steel showing “fish-eye” and FGA originated from an inclusion. Aviation safety is the theme given to the International Conference on Airworthiness and Fatigue: 7 th ICSAELS Series Conference, Beijing, China, held on 25–27 March, 2013. This event was initiated by the International Center of Sustainability, Accountability, and Eco-Affordability for Large and Small (ICSAELS) and the Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences. Energy efficiency of aviation transport is vital to the conservation of natural resource that requires for a common understanding to address the mechanical, electrical and chemical effects, as well as the multiscale material constituents. The Industrial Revolution has already paved the way from the large scale systems to the very small. Miniaturization and nanotechnology have been the new challenge. Cutting edge scientific and technological endeavors will not mature without paying dues to learning. The interaction of technology and financial measure is an acute challenge of the 21st century. The outsourcing of core technology and to use financial measure as a gauge of net profits should be constrained by technical performance. In this respect, what was established for mechanical effects can be scaled to balance with chemical effects, though the sustainability and stability of the systems can vary. Spatial-temporal scaling of the mechanical, material structural and chemical entities is necessary in design. This area of research is known as “Multiscaling and Mesomechanics”. More specifically, the three familiar quantities of specific energy density, volumetric energy density and specific power density have been used commercially for specifying the performance of the lithium-ion battery. In other words, the power dissipation behavior of the lithium-ion battery is, in principle, the same as that for the fatigue of metals, except for the difference in space-time scale range. “Power Dissipation Scaling” cannot be over emphasized in order to link the chemical to the mechanical effects that are less distanced from the sensory perception. Hopefully, the aforementioned spirit will be reflected by the theme of “Airworthiness and Fatigue” of this conference. Again, safety, defect, strength and fatigue cannot be separated from overall technical considerations. The original concept and idea to hold this conference was materialized by the members of the Scientific Advisory Committee. Their contributions can be clearly evidenced from the technical presentations and have laid the foundation to carry the torch to the destination of aviation safety. This is only the first leg of the relay. This special issue of Science China Physics, Mechanics Astronomy contains twelve papers selected from the Proceedings of International Conference on Airworthiness Fatigue , with authors from Australia, Russia, Greece, Italy, United States and China. The original conference manuscripts have been extended to the journal style papers by the authors and have been subjected to normal peer review processing. We hope that this collection of the papers with the current progresses in Airworthiness and Fatigue is of benefit to the relevant research and application community. SIH George C. Lehigh University HONG YouShi Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences Foreword PDF (249KB) Cite | SIH George C., HONG YouShi. Foreword. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57 (1): 1-1. Adhesive bonding of composite aircraft structures ： Challenges and recent developments PDF (1080KB) Cite | PANTELAKIS Sp., TSERPES K. I.. Adhesive bonding of composite aircraft structures ： Challenges and recent developments. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57 (1): 2-11. Application of supersonic particle deposition to enhance the structural integrity of aircraft structures PDF (946KB) Cite | Matthews N., Jones R., Sih G.C. Application of supersonic particle deposition to enhance the structural integrity of aircraft structures. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57 (1): 12-18. Very-High-Cycle-Fatigue of in-service air-engine blades, compressor and turbine PDF (1100KB) Cite | SHANYAVSKIY A A. Very-High-Cycle-Fatigue of in-service air-engine blades, compressor and turbine. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57 (1): 19-29. Fatigue strength of Al7075 notched plates based on the local SED averaged over a control volume PDF (902KB) Cite | BERTO Filippo, LAZZARIN Paolo. Fatigue strength of Al7075 notched plates based on the local SED averaged over a control volume. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57 (1): 30-38. From monoscale to multiscale modeling of fatigue crack growth ： Stress and energy density factor PDF (1340KB) Cite | SIH G.C. From monoscale to multiscale modeling of fatigue crack growth ： Stress and energy density factor. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57 (1): 39-50. Multiscale approach to micro/macro fatigue crack growth in 2024-T3 aluminum panel PDF (732KB) Cite | SIH G.C. Multiscale approach to micro/macro fatigue crack growth in 2024-T3 aluminum panel. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57 (1): 51-58. Application of aluminum foil for “strain sensing” at fatigue damage evaluation of carbon fiber composite PDF (722KB) Cite | PANIN Sergey, BURKOV Mikhail, LYUBUTIN Pavel, ALTUKHOV Yurii. Application of aluminum foil for “strain sensing” at fatigue damage evaluation of carbon fiber composite. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57 (1): 59-64. Study of methods for evaluating the probability of multiple site damage occurrences PDF (836KB) Cite | ZHANG JianPing, ZHANG JianYu, BAO Rui, ZHENG XiaoLing. Study of methods for evaluating the probability of multiple site damage occurrences. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57 (1): 65-73. Effects of loading condition on very-high-cycle fatigue behaviour and dominant variable analysis PDF (923KB) Cite | LEI ZhengQiang, XIE JiJia, SUN ChengQi, HONG YouShi. Effects of loading condition on very-high-cycle fatigue behaviour and dominant variable analysis. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57 (1): 74-82. Fatigue crack growth in fiber-metal laminates PDF (827KB) Cite | MA YuE, XIA ZhongChun, XIONG XiaoFeng. Fatigue crack growth in fiber-metal laminates. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57 (1): 83-89. Scatter of fatigue data owing to material microscopic effects PDF (814KB) Cite | TANG XueSong. Scatter of fatigue data owing to material microscopic effects. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57 (1): 90-97. Fatigue damage rule of LY12CZ aluminium alloy under sequential biaxial loading PDF (585KB) Cite | WANG YingYu, ZHANG DaChuan, YAO WeiXing. Fatigue damage rule of LY12CZ aluminium alloy under sequential biaxial loading. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy, 2014, 57 (1): 98-103.
今天是第１０个 “ 世界睡眠日 ” 。 睡眠是人体的一种主动过程，可以恢复精神和解除疲劳。当年在农村插队常说“没钱打肉吃，睡觉养精神”。现在改职业，研究生命科学了，睡眠机理也成了经常思考的问题之一。 睡眠不足可导致人体机能发生紊乱。科学家们研究发现，健康人能忍受饥饿长达３个星期之久，但只要缺觉３昼夜，人就会变得坐立不安、情绪波动、记忆力减退、判断力下降，甚至出现错觉和幻觉，以致难以坚持日常生活中的活动。医学研究表明，偶尔失眠会造成第二天疲倦和动作不协调，长期失眠则会带来注意力不能集中、记忆出现障碍和工作力不从心等后果。 记得十年前把衰老和睡眠生化作了一个大胆的链接，在大化学家鲍林创办主编的《 Medical Hypothesis 》发表了一篇‘天方夜谭’文章 : “去羰基应激是否就是睡眠过程重要的抗衰老生化 ? （ Is carbonyl detoxification an important anti-aging process during sleep?（原文附在本文末尾） ）”。一晃十年过去了，衰老之谜已成过去，睡眠之谜应该走上前台。 下面先附上一篇相关的论文，供科学家伙（陈安专利词汇）们一起来烤烤火，做做白日梦如何？ 睡眠生化机制初探 何志恒，印大中 （湖南师范大学生命科学学院衰老生化实验室， 中国湖南长沙 410081 ） 摘要： 关于睡眠机制的研究是一门历史悠久的学科。在过去的几十年中，运用细胞电生理学来研究睡眠取得了可喜的成果。由于种种技术上的困难，近年来该领域的研究多集中于临床和医学范围，例如嗜睡症、抑郁症等。虽说睡眠的节律性较易理解，但作为其本质——睡眠的基因和分子水平的自动平衡调节仍是一个迷。细胞因子（ IL － 1 和 TNF α ）对睡眠的诱导作用已显示从分子水平上了解睡眠的可能性。到目前为止，关于睡眠的功能已有不少理论和假说，但人类对睡眠的生化机制的认识尚处于起步阶段。 关键词： 觉醒；快波睡眠；睡眠机制；慢波睡眠 The Elementary Studies of Biochemical Mechanisms of Sleep HE Zhi-Heng, YIN Da-Zhong （ Laboratory of Aging Biochemistry ， College of Life Sciences ， Hunan Normal University ， Changsha 410081 ， Hunan ， China ） Abstract: Sleep research is an old discipline. Over the past century, much progress in the field has been achieved, e.g., through the cellular electro － physiology. Due to some unsolvable technical difficulties, sleep researchers are more focused on clinical aspects of sleep problems, such as narcolepsy, depression and so on. Although the circadian component of sleeping comparatively has been well understood, the homeostatic component - the true essence of sleep - remains a mystery. The induction of cell factors ( IL － 1 and TNF α ) to sleep has shown the possibility to understand sleep in molecular level. So far, there have been a number of theories and hypotheses, but humans ’ knowledge about the molecular mechanism of sleep are still in the primary stage. Key words ： awakening; rapid eye-movement sleep (REM); sleep mechanisms; slow wave sleep (SWS) 自古以来，睡眠占据了生活在地球上的人类生命 1/3 左右的时间，是生命过程的一大奥秘。由于睡眠研究涉及面宽，难度大，诸多领域的科学家都在不断进行探索。 1949 年Moruzzi和Magoun揭示了觉醒状态的维持与脑干网状结构上行激动系统作用有关，该发现标志着关于睡眠的神经科学研究的兴起 。随着 1953 年电生理研究对快动眼睡眠（ REM ）的发现，睡眠神经科学研究进入了一个崭新的时期 。 1 细胞电生理学研究与快波及慢波睡眠 电生理学从细胞水平上把睡眠和觉醒成功地联系在了一起。在过去的几十年中，运用离子通道和基电流（ elementary currents ）假说成功解释了睡眠脑电图（ EEG ）的形成机制。加拿大学者 Steriade 的研究表明：小于 1Hz 的低频振动协调着各种睡眠节率，如：慢波（ 1-4Hz ）、纺锤波（ 8-13Hz ），和高频波（ 40Hz ） 。 REM 是由Jouvet 40 年前发现的 ，它由脑干中心引发，并与边缘区域（如：杏仁核，扣带回前部）的显著激活作用有关。Maquet 提供的一组数据显示，处于工作状态下活跃的大脑区域在 REM 状态下又被激活。该结果与Wilson和McNaughton 对大鼠的 SWS 研究结果有类似之处。然而睡眠过程中再激活的特征有待进一步解释，因为被训练过的大鼠在觉醒的安静状态下也能出现再激活现象 。关于代表深睡状态的慢波睡眠和睡眠中的异相期和梦境等已有许多专门论述，由于篇幅所限，本文不作赘叙。 美国学者McCormick 详细研究了在以上振动频率下的离子电导率和它们受上行网状激动系统的调节情况。通过研究去甲肾上腺素、乙酰胆碱、组胺和谷氨酸代谢亲和受体（ metabotropic glutamate receptors ）的作用，尤其是 1,4,5- 三磷酸肌醇的生成而实现了睡眠的细胞电生理研究。很可能谷氨酸代谢受体也具有激活管理大脑皮层Ⅳ的肾皮质神经元的功能，这样就构成了“下行激动系统” 。 对于产生 REM 的脑干神经中枢群的研究也很成功。该研究还在下丘脑和前脑基底部进行了成功的重复，该区域是控制和协调慢波睡眠（ SWS ）和 REM 的神经元集中部位。美国学者McCarley提供了令人信服的证据证明在长期的觉醒状态下，腺苷在前脑基底部积累，并通过其受体将腺苷定位于神经元中 。日本的Osamu Hayaishi 的研究同样指出腺苷在调节睡眠和觉醒中起关键作用，虽说该作用对于前列腺 D2 来说是下游的。但必须指出还有许多矛盾的地方，希望能从所涉及的各类细胞来解释，包括它们的（神经）输入与输出以及调节其活动的化学物质。 本人利用 KT88 － AV2000 数字视频脑电地形图监测了人在正常状态下由觉醒致深度睡眠的不同阶段，枕部的 EEG 呈现特征性改变。随着睡眠的加深， EEG 表现为频率逐渐变慢、振幅加大， δ波所在比例逐渐增多。（ Figure1 - 5. ） 2 睡眠的昼夜节律和自动平衡 在不同的研究水平，对于区分组成睡眠的两个基本要素：平衡和节律的理论和实验是认识睡眠要素的重要进步 。睡醒平衡，或称之为睡醒稳态，是指处于觉醒的时间越长，所需睡眠的时间就越长；节律则与每日睡眠的习惯性时间的改变有关。这两个要素在人类身上可运用强加的去同步化实验来分离。 睡眠的节律性要素较易理解，其功能就是根据日夜交替来调整人体处于一系列的行为状态中，其作用机制最终将通过基因和分子水平的研究了解清楚。例如：运用双光子显微技术，美国的Gillette 研究表明谷氨酸和乙酰胆碱通过作用于细胞的 Ca2+ 库，引起 Ca2+ 在时间和空间上的释放而引起明显的上交叉核节律钟（ suprachiasmatic nucleus circadian clock ）的变化。 作为睡眠的自动平衡调节至今仍然是一个迷。许多研究表明该要素可从 EEG 的慢波睡眠的时间长短和总量上得以表现（Borbély ）。例如：慢波睡眠在睡眠剥夺之后的增加。在处于冬眠，甚至是一般麻痹状态下也可出现 SWS 增强的现象，这非常有趣并且暗示睡眠能进行活跃的身体修复过程，而此过程在低温代谢状态下是不能进行的。然而，由于对影响睡眠的局部调节因素──生长因子、细胞素和其它分子正在研究之中，所以该修复过程的本质还不清楚 。尽管如此，可自动平衡这个因素似乎是一个相当普遍的现象，它存在于被研究过的所有哺乳类和鸟类中。有证据表明果蝇也同样具有类似的睡眠状态，在长期的睡眠中其感知阈增大；若被剥夺睡眠达 12h 之久，则显示出睡眠反弹，即受试对象长期被剥夺 REM 的情况下，一旦得以宁静地睡眠，就使 REM 增加而得到补偿。现在对大鼠和果蝇在睡眠周期中基因表达的变化的分析正在一步步揭示与行为状态有关的许多体内分子的作用。 3 睡眠和细胞因子 已报道的睡眠因子包括单胺类和多肽类因子等。细胞因子诱导睡眠的研究目前主要在生化和神经元水平上进行。例如白细胞介素（ IL ）、干扰素（ IFN ）、集落刺激因子（ CSF ）、肿瘤坏死因子 (TNF) 、转化生长因子（ TGF －β）、羰基毒素等，他们在免疫系统中起着非常重要的调控作用。同时，也发现细胞因子与睡眠之间有着十分密切的联系。 在动物实验中， IL － 1 注射后数分钟，即可引起 SWS 的增加； IL － 1 β无论是直接注射到脑还是静脉注射，均可引起 SWS 持续时间和幅度的增加。有研究发现 IL － 1 的效应依赖于其运用的剂量和时间的长短，小剂量 IL － 1 β促进 SWS ，而大剂量 IL － 1 β则抑制 SWS 。 同样发现 TNF α无论是脑室注射还是静脉注射，均使 SWS 增加；因此， TNF α对睡眠也有一定的调节作用。 大多数实验均证实：睡眠剥夺后，其血浆 IL － 1 和 TNF α样物质升高，从而促进睡眠，达到维持机体平衡的目的；如表达量过高或持续时间过长，则会损伤机体免疫功能。 人体的睡眠研究表明，剥夺睡眠后尿液中氧化和糖基化代谢产物会大幅度增高，说明缺少睡眠造成的生物垃圾产物的蓄集和生理平衡的打破。关于这方面的研究目前正在兴起。 4 临床研究 由于多种原因，目前大量的工作集中在对于睡眠的临床研究。在对狗进行了长期地研究后，美国科学家 Mignot 正在进行与嗜睡症有关基因的筛选。该症状的特点是患者在觉醒状态下突然进入 REM 。法国巴黎的Adrien 和美国的 Gillin 报道了睡眠和抑郁症之间的有趣联系 。这是一个复杂的研究，似乎完全的睡眠或选择性的 REM 剥夺可减轻抑郁症，若患者再一次睡眠，则又可出现抑郁症。但相反的是，一些抗抑郁剂，特别是单胺氧化酶抑制剂，可消除 REM 达几个月，并且没有出现明显的不良后果。 我国临床部分的研究偏重失眠和睡眠呼吸障碍的诊治两方面。前者包括各种中西药物，推拿，按摩，针灸和生物反馈等 ，后者着重睡眠呼吸暂停综合症（ sleep apnea syndrome ， SAS ）的诊断和治疗 。 5 睡眠的意义 为什么睡眠对人类如此重要？现代科学一般认为，在睡眠过程中，大脑和神经系统得到了修复整理，营养补充，能量储存。因此有人用三个“ R ”（ Repairing, Restoration, Regeneration ）来描述这个过程。 19 世纪 20 年代的后半期曾有人进行过人的断眠实验，有三个青年人坚持断眠了 90 个小时，结果虽然他们的感觉、反应的敏捷度、运动速度、记忆力，以及计算能力都变得迟钝。其中一个人，在断睡第二个晚上出现了幻视，体温下降等异常状况。还有些科学家发现与发育密切相关的“生长激素”在夜间比白天分泌得多（哈达等， 1966 年）。最近又进一步确认了生长激素分泌旺盛的时期是在 SWS 阶段（高桥等， 1968 年） 。然而，睡眠过程到底如何驱除疲劳，恢复脑力和体力，从细胞水平和分子水平上，现代科学对于神经和大脑的睡眠生化过程了解得还很肤浅。 在诸多假说中，一些假说认为睡眠在某种程度上与学习和记忆有关。在睡眠的纺锤波和慢波阶段，伴随着突发性放电，该现象虽到目前为止还未得到直接证明，但由于大量 Ca2+ 流入神经元而造成电生理改变的可能性是有的。英国的Berridge 提出了他个人的观点，认为内质网是神经元内的神经元。内质网是一个延伸到细胞各个角落（包括神经元的树突和棘突）的连续的网状结构。该结构既可通过其上的电压和受体门控通道，使 Ca2+ 进入其中，成为 Ca2+ 库；又可作为瞬间 Ca2+ 流的源泉导致反馈现象，包括 Ca2+ 波。这种 Ca2+ 的释放是一种信号机制，能有效的调节神经的兴奋性和基因表达对环境的可塑性、适应性。因此，很容易想到在 SWS 期间， Ca2+ 流入能诱导基因表达，从而产生长期的适应性变化。 然而，虽然在睡眠中可能存在其他调控机制以保持体内平衡。但有证据表明，正常的与睡醒平衡（睡醒可塑性）有关的基因表达是在觉醒期间被诱导的，并非睡眠期间。例如：在觉醒期间， CREB 的磷酸化，以及其它转录因子和一些早期表达基因的水平都很高，而睡眠期间则很低。近年来，一种早期表达基因， Arc （ activity-regulated cytoskeletal ），得到了广泛的关注，因为 Arc 选择性的出现于被激活的突触中，而且这种现象仅出现在觉醒期间而非睡眠期间（Tononi）。事实上，不论睡眠是否对于可塑性重要，但运用觉醒和睡眠之间的比较可了解可塑性变化与细胞和分子水平上的调控相关。对于在睡眠期间各种与可塑性标示物水平低的原因目前认为是在睡眠期间特定的神经调节系统处于休止状态，如：去甲肾上腺素系统（而不是血清素激活系统） 。目前一些实验室（Borbély，Krueger，Tononi ）正在进行相关地研究 。最近Siegel 用一种原始的单孔类动物 ── 针鼹所作实验的结果还显示了一种复合的睡眠前兆现象 。 刘同想等人的研究表明 ：长期睡眠较差的老年人老年环、老年斑、脱牙数得分、冠心病、高血压病、脑血管病、慢性胃炎、糖尿病患病率及血清过氧化脂质（ LPO ）明显偏高，红细胞超氧化物歧化酶（ SOD ）活性明显偏底，提示睡眠质量差对老人健康有害，并可加速衰老。最近美国芝家哥大学的研究人员在他们的研究中发现，人如果一段时间睡眠不足，身体会出现衰老症状，严重者会患上心脏病、糖尿病等疾病，提示衰老过程与睡眠有密切的相关性。 印大中 教授最近（ 2000 年） 根据衰老生化的最新研究成果提出睡眠过程的神经元膜的去毒化假说，认为觉醒过程中种种生化副反应（如氧化和糖基化）造成的垃圾堆积造成了神经系统的“疲劳”。指出睡眠过程的单胺复原（去羰基毒化）可能是重要的睡眠生化机理或者就是日复一日的“返老还童”过程。 睡眠到底是生物体的局部现象还是总体的现象？单个神经元能睡眠吗？神经元会感到累吗？其原因是什么？睡眠到底能提供什么益处，致使大脑如此地依赖于睡眠？睡眠能否促进突触生长或重塑？ SWS 和 REM 具有相同作用 ? 或者互补作用 ? 或者根本毫无相互作用？ 这些都是当前睡眠研究的疑点和兴趣点。 6 展望未来 总而言之，“人为什么要睡觉？”从分子水平上来讲，现代科学对于这样一个似乎简单的问题不是“不甚清楚”，而是“甚不清楚”。 目前，与睡眠科学相关的大脑神经生物学研究已成为世界各国都很重视的生命科学的前沿领域。睡眠的奥秘正在被现代科学的不断发展逐步解开。 7 致谢： 衷心感谢在完成毕业论文的过程中给予指导和帮助的湖南师大衰老生化室的印大中教授，李国林、李莉、刘希彬等研究生以及本科生李莉、张志坚等同学。 参考文献 （ References ） ： Moruzzi G, Magoun H W. 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