第 四 届 科 普 文 章 大 赛 征 稿 开 始 了 ！
第四届科普文章大赛征稿正在火热进行中，我们将陆续发布一些往届优秀作品，供大家学习参考。
想要参赛的同学可以点击下方链接查看详情，也可以关注公众号了解往届更多优秀作品。期待大家的佳作！
第四届科普文章大赛征稿正式启动！
往届优秀作品
——生命与健康
睡眠背后的‘化学魔法’揭秘
——浅谈多种内源与外源化学物质对睡眠的调节作用
清华大学 谢宇健
一、引 言
在一个普通的夜晚，你卷了一天，安静地躺在床上，准备进入梦乡好好睡上一觉，迎接明天的早八，但却一直翻来覆去，难以入眠。与你相反，你的舍友上床后说了句“晚安”，然后倒头就睡，帘子中隐约传来他稳定的呼吸声。貌似你的舍友午睡也是这样，爬上床一躺就睡着了。这不禁让本就睡不着的你思考为何你累了一天了，现在躺在床上却翻来覆去，难以入眠？而你的舍友却倒头就睡？是基因的先天差异，还是大脑的物质变化？这其中是否存在某种化学变化呢？让我们一起解答这个化学之问。
图1
二、人体内源化学物质对睡眠的调节作用
人们常说，一个美好的夜晚是从一个舒适的睡眠环境开始的。但事实上，进入梦乡并不仅仅取决于舒适的床铺和安静的环境这些外在客观因素，还有一个重要的内部因素：大脑中的化学信号传递物质。
在我们的大脑中，有一种叫做“γ-氨基丁酸”（GABA）的神经递质，它是一种可以抑制大脑神经活动的神经递质。当我们感到放松、平静甚至昏昏欲睡时，GABA的活动会增加。GABA通过与神经元上的受体结合，像一个开关一样，抑制神经元的活动，减少大脑的兴奋性，帮助我们进入睡眠状态。
图2，图源：https://mejorconsalud.as.com/gaba-acido-gamma-aminobutirico/
那么，GABA是如何影响我们的睡眠的呢？
从理论方面入手探讨的话，“GABA参与调节睡眠—觉醒过程，神经兴奋和抑制功能失衡导致睡眠障碍（失眠），GABA能系统（GABAergic）功能下降与失眠的发生关系密切。GABA被认为是促睡眠的神经递质，大多数促睡眠核团都是GABA能神经元，下丘脑的结节核（TMN）中觉醒活跃的组胺能神经元产生一种旁分泌的GABAergic信号，组胺能神经元神经末梢释放GA⁃BA，抑制组胺过度激活，调节皮层活跃程度和觉醒水平。较低的GABA水平与较短睡眠时间组的较低空间工作记忆表现相关，但与较长睡眠时间组无关。”1
这么讲会有些枯燥难懂，不如让我们从晚上准备入睡的时刻开始说起。
晚上，当我们准备睡觉时，我们的身体便开始分泌一种叫做“褪黑激素”的荷尔蒙，也就是我们经常在科普中听到的褪黑素。褪黑激素是由松果体产生的，能帮助我们更容易入睡。它在昏暗环境中分泌，促进睡眠的到来。褪黑激素的分泌受到光线的控制，当天黑下来后，光线减少，褪黑激素的分泌增加。
图3，图源：上：https://www.cloud-clone.cn/topic/202008071511159673.html
下：https://taylored.health/stressed-out-about-sleep/
而GABA与褪黑激素之间存在着密切的关联。研究表明，褪黑激素能够促进GABA的释放，并增加GABA受体的敏感性，从而加强GABA的抑制效果。2 所以，当褪黑激素增加时，我们就会更容易入睡，并且睡得更香。
在睡眠的调节过程中，除了褪黑激素和GABA这些内源性化学物质，还有许多其他的化学物质也在默默地发挥作用。其中，腺苷这个神经递质就是其中的一位“幕后英雄”。白天里，腺苷在我们的身体中悄悄积累，而到了夜晚，它又会逐渐降低。这个神奇的物质能够抑制大脑中的兴奋性神经递质，让大脑逐渐进入休息状态。所以，你会发现，每到晚上某个特定的时间点，你就像被魔法击中一样，感到无比的困倦，这就是腺苷在起作用。
三、部分外源化学物质对睡眠的影响
如果你是一个咖啡爱好者，那么咖啡可能会与腺苷“携手”影响你的睡眠。这是因为咖啡中的咖啡因等物质能够阻断腺苷受体的物质，使大脑继续保持兴奋状态，从而抑制睡眠。3《狂飙》中高启强正是通过干嚼咖啡粉，通过口腔黏膜快速吸收其中的咖啡因，从而在短时间内提高大脑兴奋性，缓解自己的紧张和压力。所以，当你喝下一杯咖啡时，你在短时间内会感觉很活力，但到了晚上，你的困倦感可能会被提早触发，这就是咖啡因与腺苷之间的“化学反应”。但咖啡因有其利也有其弊，虽然咖啡因能够刺激大脑，提高注意力和警觉性，但同时也会抑制体内褪黑激素的分泌，从而影响我们的睡眠-觉醒周期，干扰我们的睡眠调节过程。因此，对于那些习惯于在晚上喝咖啡的人来说，他们可能会发现自己的睡眠质量下降，或者难以入眠。
图4
除了内源性的化学物质，外界环境中的化学物质也会对我们的睡眠产生影响。有些药物或食物中的化学成分可能会刺激我们的身体，导致睡眠质量下降。例如，酒精、辛辣食物等都是睡眠的“天敌”。这些食物和药物会干扰我们的睡眠调节过程，让我们难以入眠或者保持深度睡眠。想象一下，你晚上跟朋友们欢快地共享了一顿火辣辣的麻辣火锅，满怀愉悦地回到家，躺在床上准备进入甜美的梦乡。然而，你翻来覆去，却怎么也睡不着。无奈的你只能百度搜索为什么睡不着，这时你就会发现是麻辣火锅里的辣椒素在作怪！是它们刺激了你的消化系统，让你的胃闹起了别扭，而且甚至可能引发腹泻。同时，这些辣椒素还会直捣大脑，让你的身体温度节节攀升，搅得你无法安眠。看来，下次晚上想要睡个好觉，可得留意一下这些“热情似火”的美食啦！
所以，想要拥有一个良好的睡眠质量，除了要注意内源性的化学物质调节外，还要尽量避免摄入大量可能影响睡眠的外源性化学物质。记住，美食虽好，但不要贪多哦！
四、总结建议
为了改善人们的睡眠质量，现在科学家们已经做了一些较为创新的研究。一些科技公司比如飞利浦、华为，现在正在研发基于脑电波、心率等与睡眠状态相关的身体信号的智能设备，通过这些涉笔监测大脑活动和身体信号，帮助人们更好地了解自己的睡眠状况，并根据相关专业睡眠知识提供相应的建议和干预措施。
图5，图源：https://consumer.huawei.com/cn/support/content/zh-cn15963854/
无论是这些基本的化学机制还是现在正在进行的睡眠研究，我们都可以看出人的睡眠其实是一个非常复杂的过程，受到很多内源和外源化学物质的调控。通过去了解这些化学机制的具体过程和影响因素，再结合自己的睡眠现状，我们就可以找到适合自己的方法去规划自己的作息时间，优化睡眠环境，慢慢提高自己的睡眠质量，让我们在每一个夜晚都能够享受到宁静的睡眠，迎接美好的明天。
注释：
1 王淑豪,赵京涛 王彬.(2023).γ-氨基丁酸的生物学功能.廊坊师范学院学报(自然科学版)(03),32-36+53.
2 徐峰,王芳,李经才.褪黑素睡眠调节作用的GABA通路[C]//中国中西医结合学会时间生物医学专业委员会筹委会.2004全国时间生物医学学术会议论文集.沈阳药科大学时间药理研究室;沈阳药科大学时间药理研究室;沈阳药科大学时间药理研究室;,2004:1.
3 Astrid Nehlig, Jean-Luc Daval, Gérard Debry,（1992）Caffeine and the central nervous system: mechanisms of action, biochemical, metabolic and psychostimulant effects,Brain Research Reviews,Volume 17, Issue 2,Pages 139-170,
参考文献
[1].王淑豪,赵京涛 王彬.(2023).γ-氨基丁酸的生物学功能.廊坊师范学院学报(自然科学版)(03),32-36+53.
[2].徐峰,王芳,李经才.褪黑素睡眠调节作用的GABA通路[C]//中国中西医结合学会时间生物医学专业委员会筹委会.2004全国时间生物医学学术会议论文集.沈阳药科大学时间药理研究室;沈阳药科大学时间药理研究室;沈阳药科大学时间药理研究室;,2004:1.
[3].Benloucif, S., et al. (2005). "Stability of melatonin and temperature as circadian phase markers and their relation to sleep times in humans." J Biol Rhythms 20(2): 178-188.
[4].Brown, R. E., et al. (2012). "Control of sleep and wakefulness." Physiol Rev 92(3): 1087-1187.
[5].Cajochen, C., et al. (2000). "Dose-response relationship for light intensity and ocular and electroencephalographic correlates of human alertness." Behavioural Brain Research 115(1): 75-83.
[6].Dubocovich, M. L. (2007). "Melatonin receptors: role on sleep and circadian rhythm regulation." Sleep Med 8 Suppl 3: 34-42.
[7].Peng, W., et al. (2020). "Regulation of sleep homeostasis mediator adenosine by basal forebrain glutamatergic neurons." Science 369(6508).
[8].Astrid Nehlig, Jean-Luc Daval, Gérard Debry,（1992）. "Caffeine and the central nervous system: mechanisms of action, biochemical, metabolic and psychostimulant effects." Brain Research Reviews,Volume 17, Issue 2,Pages 139-170,
[9].Stephen J. Edwards, Iain M. Montgomery, Eric Q. Colquhoun, Jo E. Jordan, Michael G. Clark, (1992) “Spicy meal disturbs sleep: an effect of thermoregulation?” International Journal of Psychophysiology,Volume 13, Issue 2,Pages 97-100,
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海报 | 昂奕 、 朱良旺
文案 | 谢宇健
排版 | 张瑞杰
