運動干預神經遞質分泌改善睡眠

熊文麗

(長江大學教育與體育學院 湖北荊州 434023)

睡眠不僅是人最基本的生理需求，也在人體維持免疫系統、新陳代謝、處理每日記憶等方面都起著非常重要的作用。我國經濟高速發展，長期的睡眠問題也隨之增加，超過3億中國人有睡眠障礙，成年人失眠發生率高達38.2%，六成以上青少年兒童睡眠時間不足8 h。研究表明，存在睡眠問題的人相應的神經遞質釋放水平是異常的。現階段，研究大多采用多導睡眠監測（PSG），根據各種電生理信號包括腦電圖（EEG）、眼電圖和肌電圖信號產生有關睡眠狀態，再通過用腦分析神經遞質、相關神經遞質受體、抗氧化酶水平對遞質水平進行評定［1］。影響睡眠的經遞質有許多，現階段關于γ-氨基丁酸（GABA）、5-羥色胺（5-HT）、褪黑素和多巴胺（DA）遞質對睡眠影響研究較多，關于運動能通過調節這些遞質分泌進而改善睡眠質量的研究甚少。因此，該文梳理了γ-氨基丁酸（GABA）、5-羥色胺（5-HT）、褪黑素、多巴胺（DA）等遞質與睡眠之間的關系，并總結不同運動形式對以上遞質影響以及運動在調節神經遞質對睡眠影響中的作用，以期為通過運動干預作用來調節神經遞質水平進而改善睡眠的質量。

1 資料和方法

1.1 資料的來源

在中國知網和PubMed數據庫進行檢索，中文檢索詞為神經遞質、γ-氨基丁酸、5-羥色胺、褪黑素、多巴胺、睡眠、失眠、鍛煉。英文檢索詞為Neurotransmitters、γ-aminobutyric acid（GABA）、5-Hydroxytryptamine（5-HT）、Melatonin、Dopamine（DA）、Sleep、Insomnia、Exercise。

1.2 研究方法

梳理GABA、5-HT、褪黑素、DA等遞質與睡眠、急/慢性運動之間的關系和運動、與睡眠相關的神經遞質和睡眠之間的關系，并進行陳述性總結。

2 結果

2.1 與睡眠相關神經遞質概述

2.1.1 γ-氨基丁酸（GABA）

GABA是一種重要的中樞神經系統抑制性神經遞質，約30%的中樞神經突觸部位以GABA為遞質，GABA通過與相應離子通道受體結合，引起氯離子通道開啟，使氯離子內流，細胞膜出現超極化，從而抑制動作電位的發生，進而抑制了神經傳導，減少大腦中興奮性神經元的活動，從而產生鎮靜和放松的效果。

2.1.2 5-羥色胺（5-HT）

5-HT最早是從血清中發現的，所以又名血清素，主要由大腦的中縫核釋放。作為中樞一種抑制性神經遞質，5-HT在大腦皮質及神經突觸內水平很高，參與實現系統的生理功能，包括情緒控制、睡眠節律、疼痛感受、食物攝取及性行為等［2］。

2.1.3 褪黑素

褪黑激素是一種胺類激素，其合成之后，由松果體儲存，再因交感神經興奮支配松果體細胞釋放，可促進睡眠的正常進程。褪黑素的分泌具有明顯的晝夜節律，當視網膜受到光線刺激時，褪黑色素合成就會被抑制，而在黑暗中就能夠自發地產生。

2.1.4 多巴胺（DA）

DA是一種腦內分泌物和大腦中含量最豐富的兒茶酚胺類神經遞質，在神經組織和體液中存在，可以用來幫助細胞傳送脈沖的化學物質。其能夠傳遞興奮及開心的信號，而且也能夠起到興奮的作用。

2.2 神經遞質與睡眠

2.2.1 GABA與睡眠

因為GABA具有顯著的抑制神經的作用，所以在興奮狀態下，大腦中腎上腺素被積極分泌，但GABA可以抑制其分泌，從而導致身體容易進入“放松的狀態”。或當人體感到壓力時，大腦會變得緊張，所以交感神經會活躍起來，自主神經的平衡就被打破，從而干擾身體機能正常運行，GABA此時就會通過激活副交感神經來舒緩身心，緩解壓力帶來的影響，并創造出良好的睡眠環境。

2.2.2 5-HT與睡眠

5-HT被認為在維持正常睡眠中至關重要。（1）人體內色氨酸經色氨酸羥化酶會受到壓力的影響催化，首先生成5-羥基色氨酸（5-HTP），再經5-羥色氨酸脫羧酶催化成5-HT，之后經單胺氧化酶催化成5-羥色醛以及5-羥基吲哚乙酸而隨尿液排出體外或轉化為褪黑素，從而對睡眠產生作用。（2）5-HT通過增加快速眼動睡眠時間來影響睡眠質量。血清素口服不能進入血液之中，而補充5-HTP可提高大腦中的血清素含量。相關人體研究［3］顯示，睡前服用200 mg的5-HTP能將快速眼動睡眠（REM）的持續時間從5%增加到53%，并減少非快速眼動睡眠（NREM）的時間。給大鼠中縫背核微量注射對氯苯丙氨酸，減少5-HT的合成，能夠使動物出現失眠癥狀，這也是目前睡眠剝奪研究中常用的失眠模型［4］。

2.2.3 褪黑素與睡眠

褪黑素的睡眠調節作用與下丘腦的GABA合成酶的含量有關。而人和其他哺乳動物的褪黑素受體共有MT1、MT2、MT3 3種亞型，褪黑素（MT）是通過與其受體MT1和MT2結合后，激活GABA合成酶，促進下丘腦GABA的釋放，并通過GABA受體發揮縮短睡眠潛伏期和延長睡眠時間作用。光刺激產生電信號通過視網膜、視神經傳遞到視交叉上核，抑制松果體分泌褪黑素，進而抑制下丘腦GABA的釋放［5］。因此，褪黑素改善睡眠的主要的途徑有：（1）調節人體的體內時鐘和睡眠—覺醒節律；（2）有助于減少清醒周期的持續時間；（3）縮短入睡時間，減少清醒時間和中途醒來次數，從而增加整晚的睡眠時間，提高睡眠質量。

2.2.4 DA與睡眠

最近采用纖維光度法和DA VTA（中腦腹側被蓋區）神經元表達Ca指標的研究證實，DA神經元在行為覺醒和PS（矛盾睡眠）的W（清醒）期間顯示出明顯的群體細胞活性。DA VTA神經元的光遺傳學激活通過行為喚醒喚起W，并阻止睡眠以及睡眠準備行為。相反，也有研究發現，其可抑制促進睡眠準備行為和增強睡眠。事實上，這些結果證實了DA神經元在喚醒和W中的關鍵作用［3］。正如藥理學研究所預期，實際上多巴胺并不是提高睡眠質量的重要機制，相反，多巴胺的過度分泌可能會妨礙黑色素正常分泌，使人難以入睡。值得注意的是，多巴胺與睡眠之間確實有一定的關系。多巴胺能夠調節人體的獎勵和愉悅感，在睡眠前的愉悅體驗可以釋放多巴胺，使人放松身心更容易入睡。此外，多巴胺還與肝臟解毒有關，多巴胺可以刺激肝臟中的膽紅素生成，促進膽紅素的代謝和排出，這對改善睡眠質量也有一定的作用。

2.3 運動與神經遞質

運動被認為是增強大腦健康和可塑性的行為干預。有關運動對與睡眠相關的神經遞質影響的研究仍處于起步階段，并表明不同形式的運動對神經遞質有不同的影響。

2.3.1 急性運動與有關睡眠神經遞質

急性運動是指一次性、短期、高強度的體育運動，通常持續時間較短。其特點是會引起短期的生理反應，如心率、呼吸率、體溫、血壓等變化，并可導致體內神經遞質的突然釋放或變化，從而產生短期的生理和心理效應，如放松、愉悅等。

王啟榮等人提到一次性力竭運動改善了紋狀體中DA合成所需酶的活性，使DA合成增加，以適應運動時機體代謝的需要［6］。王斌等人通過大鼠力竭性跑臺運動實驗，發現運動后即刻大鼠5-HT水平有高于安靜狀態的趨勢，運動后24 h，5-HT水平有低于運動后即刻及高于安靜組的趨勢［7］。王永梅等人表示，在極限負荷訓練后，身體極度疲勞，大腦中的GABA的濃度會上升，從而降低神經細胞的活動，對中樞神經產生抑制，這種效應可以維持數小時，從而改善睡眠［8］。黃浩潔等人通過前期大鼠在負重游泳的實驗，發現經過褪黑素處理的血清乳酸脫氫酶的活性顯著高于對照組，這就讓褪黑素成了神經保護劑［9］。Sarkar S研究發現，在機體發生運動疲勞后，褪黑素將會進行運作導致GABA含量升高，從而導致中樞抑制產生作用，進而對運動疲勞起到很好的調節作用［10］。

2.3.2 慢性運動與有關睡眠神經遞質

慢性運動則是指長期、逐漸的低至中等強度的體育運動，通常持續時間較長。慢性運動的特點是能夠在較長的時間內使身體產生適應性變化，如增強心肺功能，提高心肌耐受力，增加肌肉質量和密度等，這些改變對長期的身體健康和睡眠質量有積極的影響。

長時間運動導致血液中游離的脂肪酸升高，使得血液中以結合形式存在的色氨酸釋放出來，從而使得通過血腦屏障進入中樞的色氨酸增多，最終導致5-HT合成增多［11］。Castro F研究發現，進行8周慢性運動干預后，褪黑素的分泌量會顯著增加［12］。長期慢性運動可以使得褪黑素分泌更加穩定，而超量恢復原則下其分泌也會適當增加。研究發現，定期進行一次30 min運動，下丘腦—垂體—腎上腺軸（HPA軸）的激活和腦內DA含量同步增加，可幫助消化身體多余能量，減輕壓力，從而使進入深度睡眠的時間縮短［13］。慢性運動對GABA含量的影響較為復雜，杜遠等人通過對患者進行為期6周，每周3～5次，每次35 min左右的跑步機上慢跑運動實驗，發現干預前后對比，GABA含量增加［14］。

2.4 運動調節神經遞質的分泌水平改善睡眠的潛在影響

2.4.1 調節睡眠—覺醒節律

在睡眠—覺醒節律中有幾種主要的神經遞質發揮關鍵作用，即5-HT、DA和褪黑素。運動可以通過增加5-HT合成和釋放降低焦慮和抑郁癥狀，改善睡眠質量。DA是與獎賞、快感和注意力密切相關的神經遞質，同時也參與調節睡眠—覺醒周期。研究發現，晚上入睡前體溫慢慢升高，再結合陽光減弱，會促使人體分泌褪黑素促進睡眠。而運動能主動控制提高人體溫度，所以晚上進行定量運動可促進褪黑素分泌。此外，運動可以促進增加肌肉細胞的ATP消耗，分解成AMP再經過脫酸酶作用生成腺苷，其作用于特定受體改變其他神經遞質釋放和興奮，幫助人們更好地適應晝夜節律變化。

2.4.2 增加深度睡眠時間

研究發現，運動通過增加慢波穩定性來改善NREM睡眠的質量。在運動時，GABA和L-茶氨酸混合物可降低睡眠潛伏期并改善NREM睡眠［15］，而大強度急性運動時，機體處于對自身的保護，會主動增加對GABA的分泌［16］，因此，運動可以通過改變GABA的水平從而改善NREM睡眠。與此同時，運動鍛煉消耗了一天所積累的能量從而感到疲憊，而NREM睡眠時身體會十分放松，大腦對外界的刺激反應減弱，這個階段身體會開始進行自我修復，GABA、5-HT在進入睡眠后分泌量也會增加，抑制中樞神經活性，產生催眠作用，對睡眠過程進行調節，而褪黑素隨著睡眠過程慢慢達到分泌高峰，直到機體進入深度睡眠。

2.4.3 提高睡眠質量

改善睡眠，可以從入睡時間、睡眠中斷次數、睡眠的時長和增加深度睡眠時間等方面進行闡述。有研究表明，有睡眠問題的患者難以入睡和/或保持睡眠，更頻繁地在夜間醒來，睡眠時間變短。接受運動訓練計劃人的睡眠質量有所改善，而定期的體育鍛煉可改善其整體健康狀況和生活滿意度［17］。研究發現，脊髓損傷（SCI）患者個體的身體活動強度越高，睡眠效果越高，覺醒發作次數越少，潛伏期更短，睡眠障礙（PSQI）更少，這表明參與強化康復計劃可能會改善睡眠質量［18］。適當的運動可在一定的程度增加DA釋放的水平，降低應激反應及焦慮情緒，也可使患者更容易緩解因傷病帶來的不適，從而進入放松狀態，提高入睡速度和睡眠質量。此外，運動能夠促進褪黑素的分泌，使入睡時間大大減少和降低覺醒的次數，使人在睡眠中得到充分休息和恢復。

2.4.4 減輕失眠癥狀

失眠通常與職業和社會心理障礙有關，例如白天疲勞、心境障礙、認知缺陷和生活質量差，長期失眠患者會對睡不著產生一定的畏懼，會把這一現象放在心中導致更加睡不著。Hartescu等人通過6個月每周≥150 min的中等至高強度體育活動的監測計劃，發現國際推薦的最低身體活動水平可改善慢性失眠的白天和夜間癥狀［19］。也有研究顯示，經過3個月運動訓練總睡眠時間、睡眠效率和入睡潛伏期顯著增加；訓練4個月后，入睡后的覺醒時間和REM睡眠潛伏期與訓練前相比顯著降低，同時還可對抑郁癥狀和皮質醇水平產生影響［20］。下丘腦—垂體—腎上腺軸（HPA軸）分泌紊亂引起皮質醇增加從而導致失眠，而DA、5-HTP和去甲腎上腺素等在對HPA軸的調控中起著重要的作用。綜上所述，定期進行有氧運動等鍛煉方式可以明顯改善失眠癥狀，并降低失眠發作的頻率。

3 總結與展望

3.1 總結

近年來，針對睡眠的研究越來越多，但更多的是，集中于神經遞質對睡眠、運動對睡眠的影響的研究。隨著對睡眠的研究逐漸深入，研究者發現通過運動改善遞質的分泌來改善睡眠是具有可行性的。現階段，兩個數據庫對于運動干預神經遞質的分泌改善睡眠的機制研究仍需要進一步探索。

該文通過閱讀文獻得出以下結論：（1）GABA和褪黑素在運動時并不會增加，更多的是，在運動達到了一定的強度或身體疲勞時而逐漸增多，抑制神經元的活性提醒身體已疲憊需要休息，而睡眠是最能促進自身進行修復的手段，二者相互結合改善睡眠；（2）運動能夠通過增加腦內血流量改善遞質流動的路徑來促進5-HT合成，增加5-HTP的濃度，并且運動使大腦皮層和海馬區5-HT的受體數量和敏感性增加，進而更好地影響機體的睡眠過程；（3）適量運動能夠增加DA的濃度，進而減少機體的緊張、焦慮等情緒，以更好地進入睡眠狀態。

3.2 展望

該文綜述了運動干預神經遞質的分泌改善睡眠的可能作用與路徑，但結果顯示，在研究對象差異性和運動干預類型多樣性上是有一定局限的，并不能做到普適。現階段對于此方面的研究還需要更多地進行深入研究與實驗。（1）加強對特定人群的研究：針對不同年齡、性別、職業和健康狀況的人群開展專項研究，以提高運動干預神經遞質改善睡眠效果的實際應用價值。（2）完善實驗設計：借鑒高質量研究的設計方法，如采用隨機對照實驗、多中心研究設計，提高研究結果的可信度和穩定性。（3）探索新的神經遞質檢測方法：研究更精確、便捷的神經遞質檢測方法，提高研究結果的準確性。（4）統一運動干預類型和強度的大小。未來隨著運動—神經遞質—睡眠的逐步深入研究，將來相關研究一定會在解決睡眠問題中發揮重要作用。