睡眠和睡眠不足的代谢后果

摘要

1.社会中的睡眠模式

由于各种原因，无论是生活方式的选择，还是工作或家庭要求，还是生理或心理问题，慢性睡眠剥夺在我们繁忙的现代社会中越来越常见[1,2]. 社会的变化，如电视收看和互联网使用的增加，已经影响了睡眠模式，导致相当一部分人口长期睡眠不足[1]. 在过去的50年里，成年人和青少年每晚的睡眠时间减少了1.5-2小时，超过30%的30岁至64岁的美国人报告每晚睡眠时间少于6小时[三]. 除了社会影响外，西方国家人口老龄化还与平均睡眠时间缩短有关，因为老年人每晚平均睡眠时间比年轻人少2小时，这一不足与影响睡眠模式的年龄相关疾病的发病率增加无关[4,5]. 此外，随着年龄的增长，睡眠质量下降，慢波睡眠（SWS）持续时间大大缩短，睡眠碎片化程度增加[4].

2.激素释放受睡眠调节

SWS或深度睡眠发生在非快速眼动（REM）睡眠的第3和第4阶段，被认为是所有睡眠阶段中最具恢复力的。大多数慢波活动发生在头两个睡眠周期（大约是头三个小时的睡眠），每晚的SWS总量随着年龄的增长而急剧减少。只有在SWS期间才会发生一些重要的生理活动，包括心率、血压、交感神经活动的降低和迷走神经张力的增加[6]. SWS也与大脑葡萄糖代谢减少有关[7]. 此外，SWS对内分泌释放具有重要的调节作用。抑制下丘脑-垂体-肾上腺皮质（HPA）系统激素的释放[8]，而生长激素（GH）和催乳素的释放增加。GH和皮质醇在葡萄糖代谢中都有重要作用。实验室研究表明，这些代谢激素的水平受到急性完全睡眠剥夺的不利影响[9]. 对正常睡眠者的研究表明，完全剥夺睡眠的人夜间GH释放减少，但随后在白天恢复睡眠期间增加（皮质醇释放则相反）[2].

对一系列研究的数据进行了分析，以确定149名健康男性睡眠时间和睡眠质量的年龄相关性变化，以及睡眠变化是否与荷尔蒙变化有关[4]. 研究发现，SWS的平均百分比从成年早期（16–25岁）的18.9%下降到中年（36–50岁）的3.4%，但从中年到晚年（71–83岁）保持不变。此外，各年龄组的睡眠时间均显著减少：年龄每增加10年，睡眠时间就会减少28分钟(P（P）< 0.001). 随着年龄的增长，SWS的减少与GH分泌从早期到中期的显著下降有关(P（P）<0.001），从中年到晚年(P（P）<0.02），GH分泌减少与SWS减少显著相关，与年龄无关(P（P）< 0.001) [4].

虽然慢性睡眠剥夺对代谢激素释放的全面临床影响尚待确定，但证据表明，葡萄糖代谢障碍、肥胖和糖尿病风险增加都是可能的结果[9].

3.睡眠剥夺对碳水化合物代谢和糖尿病风险的影响

睡眠似乎在控制血糖水平方面发挥着重要作用，而反复的部分睡眠剥夺已被证明对碳水化合物代谢和内分泌功能有不利影响[9,10]. 一项睡眠负债研究比较了11名年轻男性的葡萄糖代谢情况，这些男性经历了强制部分睡眠剥夺（每晚4小时睡眠）、睡眠延长（每晚12小时睡眠）和“正常”睡眠（每晚8小时睡眠）。在睡眠限制期，患者的糖耐量显著受损(P（P）< 0.04; 使用静脉葡萄糖耐量试验（IVGTT）测定，并显著降低他们对葡萄糖的急性胰岛素反应(P（P）=0.05）和葡萄糖有效性(P（P）<0.0005），与完全休息时观察到的情况相比[10]. 胰岛素敏感性也降低（5.41对6.73×10⁴/min/μU/mL），但无统计学意义[10]. 处置指数是胰岛素对葡萄糖的急性反应和胰岛素敏感性的乘积[11]以及用于基因研究的糖尿病风险标志物[12]，在睡眠限制后显著低于完全休息时(P（P）= 0.0006) [10].

另一项针对年轻健康成年人的研究表明，在不减少总睡眠时间的情况下抑制SWS会导致胰岛素敏感性降低、糖耐量降低和2型糖尿病风险增加，这表明SWS降低（如老年人和许多肥胖者的SWS降低），与睡眠的总时间无关，对正常的糖代谢可能特别重要[13]. 睡眠剥夺影响糖耐量的机制被认为是多因素的，包括大脑葡萄糖利用率降低、交感神经-迷走神经平衡改变、夜间皮质醇增加、夜间GH分泌延长以及促炎过程[14].

几项流行病学研究表明，睡眠时间短对糖尿病风险的影响，难以维持睡眠或长期睡眠时间短的人的糖尿病发病率显著增加[15–17]. 其中最大的一项是针对70026名女性的未来10年护士健康研究[15]研究表明，与每晚睡8小时的人相比，每晚睡5小时或更少的人被诊断为糖尿病的风险明显更高（比值比[or]1.57,95%CI:1.28–1.92），尽管在校正肥胖和其他混杂因素后，这种关联并不显著（OR 1.18,95%CI:0.96–1.44）。然而，风险的增加有症状的即使调整后，每晚睡眠时间≤5小时的糖尿病与每晚睡眠8小时的糖尿病仍有显著差异（比值比1.34，95%可信区间：1.04–1.72），这表明尽管肥胖增加了糖尿病风险（肥胖似乎在短睡眠者中更为普遍，相反，可能导致睡眠质量不佳），睡眠不足可能是更严重糖尿病的危险因素[15].

实验室和流行病学研究的数据表明，除了葡萄糖/碳水化合物代谢的变化外，睡眠不足与糖尿病风险之间的关系还可能涉及食欲的上调和能量消耗的减少，这两者都可能导致肥胖，而肥胖本身就是糖尿病的主要风险因素[14].

4.睡眠时间和食欲调节

食物摄入由神经内分泌系统控制，神经内分泌系统本身由中枢神经系统控制[18]. 食物摄入量的长期调节因素包括胰岛素和瘦素，它们的释放与体内脂肪量成比例。这些激素对食物摄入产生持续的抑制作用，同时增加能量消耗[18]. 另一方面，Ghrelin是胃细胞释放的一种刺激食欲的激素。在非病理状态下，ghrelin水平在饭前迅速上升，在进食后迅速下降(图1). ghrelin和leptin都是食欲素系统的一部分，食欲素综合控制身体的进食、觉醒和能量消耗，它们通过大脑“食欲中心”的受体（下丘脑腹内侧核和弓状核）对中枢神经系统产生影响。虽然确切的机制尚不清楚，但瘦素和ghrelin被认为在体内平衡中起着相反的代谢作用[19].

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图1

食欲和饥饿的激素控制[18]. 净现值；神经肽Y；PYY；肽YY，AgRP：刺激相关蛋白。经麦克米伦出版有限公司许可重印：Nature，Schwartz MW等人，2002年8月8日；418(6898):595–7. 版权所有©2002。

睡眠时间在调节人类瘦素和ghrelin水平方面起着重要作用：几项研究表明，反复的部分睡眠剥夺和慢性短睡眠与瘦素水平显著下降和ghrelins水平增加有关(图2A) [20–23]. 在一项随机、交叉研究中，比较了2晚短睡眠（4小时）和2晚长睡眠（10小时）的代谢参数。结果表明，平均血液瘦素水平显著下降(P（P）=0.041），同时平均ghrelin水平显著增加(P（P）=0.038）与延长睡眠时间相比，尽管热量摄入条件相同[21]. 与延长睡眠时间相比，睡眠限制与饥饿感显著增加有关(P（P）<0.01）和全球食欲(P（P）= 0.01;图2B). 重要的是，报告的饥饿和食欲增加，尤其是富含碳水化合物的食物，与ghrelin:leptin比率增加相关(P（P）= 0.014) [21].

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图2

睡眠不足对（A）瘦素和胃饥饿素水平以及（B）饥饿和全球食欲评级的影响[21]. 内科年鉴。在线：Spiegel K、Tasali E、Penev P、Van Cauter E。版权所有©2004美国医师学会期刊。经美国医师学会许可，通过版权清除中心以期刊格式复制。

在另一项研究中，11名受试者在卧床6天4小时（睡眠限制）和卧床6天后12小时（睡眠延长）后，定期采集24小时荷尔蒙和葡萄糖状况，同时仔细控制热量摄入和活动水平。与延长睡眠时间相比，睡眠受限期间24小时内瘦素浓度的平均和峰值水平以及节律幅度均降低（分别为−19%、−26%和−20%）[20]. 睡眠限制期间观察到的峰值瘦素水平下降26%，与健康志愿者在饮食限制3天后报告的平均下降22%相似（能量需求的70%）[24].

在两项大型流行病学研究中观察到瘦素和/或ghrelin的类似变化[22,23]. 在威斯康星州睡眠队列1024名志愿者的研究中，瘦素水平显著降低(P（P）=0.01）和ghrelin水平升高(P（P）=0.008）在5小时和8小时的睡眠时间内观察到[22]. 考虑到瘦素和ghrelin的变化可能会增加食欲，这可以解释慢性睡眠时间短导致体重指数（BMI）增加的原因[22]. 在对魁北克家庭研究的740名男性和女性参与者进行的第二项研究中，发现睡眠时间短（每晚5-6小时）与瘦素水平显著低于仅由体脂质量预测的瘦素水平有关(P（P）< 0.01) [23].

5.睡眠时间与肥胖

在过去50年中，肥胖的流行率迅速上升，大多数专家同意，体力活动的减少和食品营销做法的改变（即份量）并不能完全解释这一流行病。在同一时间段内，据报道，自我报告的睡眠时间相应减少(图3)表明两者可能有联系[2]. 事实上，许多基于人群的研究涉及50多万成年人[22,23,25–38]和28000名儿童[39–45]他们发现睡眠时间短是肥胖的一个重要但可改变的危险因素。此外，这些发现在欧洲和美国成年人的前瞻性纵向研究中得到了证实[31,46,47]和儿童[42,44]. 横截面和纵向研究的最新系统综述[48]结论是“睡眠时间短似乎与体重增加独立相关，尤其是在年轻人群中”。

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图3

美国肥胖和自我报告睡眠的患病率[2]. 经允许转载2005年Medscape神经病学和神经外科。7(1) http://www.medscape.com/viewarticle/502825©2005 Medscape。

魁北克家庭研究[23]在评估肥胖和瘦素水平方面也是独一无二的，并表明与5-6小时相比，睡眠7-8小时可以减少肥胖和肥胖。5-6小时睡眠和9-10小时睡眠的超重/肥胖（以7-8小时睡眠为参考）调整后OR分别为1.69（95%CI:1.15-2.39）和1.38（95%CI:0.89-2.10）。控制肥胖程度后（如上所述），短睡眠时间也与瘦素水平降低有关。调整血浆瘦素水平后，短睡眠者和正常睡眠者之间的肥胖和肥胖差异并不显著，这意味着瘦素是睡眠时间和肥胖之间的潜在中介[23]. 最近对全球30项横断面研究（12项儿童研究[n=30002]和18项成人研究[n=604509]）的荟萃分析调查了睡眠时间与成人和儿童肥胖或BMI之间的关系[49]. 儿童睡眠时间越短，肥胖风险越高（OR 1.89，95%CI:1.46–2.43；P（P）<0.0001）和成人（OR 1.55，95%CI:1.43-1.68；P（P）< 0.0001) [49]. 短睡眠时间的定义在各研究中有所不同，但在大多数研究中，儿童每晚睡眠时间<10小时或≤10小时，成人平均每24小时睡眠时间<5小时或≤5小时。使用国家或国际生长图表（BMI≥30 kg/m）定义肥胖²成年人）。研究对年龄、性别、社会经济地位、能量摄入和消耗、共病（尤其是精神疾病）等混杂因素的控制程度各不相同。与其他研究睡眠时间和肥胖之间关系的横断面研究一样，这项荟萃分析的结果显示两者之间存在关联，但没有因果关系。

虽然实验室研究和前瞻性流行病学研究表明，睡眠时间短可能是肥胖的一个原因，但因果关系的相反方向，即肥胖可能导致睡眠中断，也可能导致睡眠不足/睡眠不足与肥胖风险之间的恶性循环。需要进一步研究来阐明这种关系的机制。

6.结论

充足的睡眠时间和质量对日常代谢和激素过程的正常功能以及食欲调节至关重要。很明显，长期睡眠不足对碳水化合物代谢有有害影响，并与糖尿病风险增加有关。对食欲调节至关重要的荷尔蒙水平发生改变，如瘦素和ghrelin，发生在睡眠过多的人身上，与这种饥饿和食欲的神经内分泌失调相一致，大量流行病学研究已确定睡眠时间短是导致体重增加和肥胖的一个新的潜在风险因素。过去50年来，西方国家的睡眠模式似乎发生了显著变化，平均睡眠时间明显减少，远远超出了人口老龄化的预测，因此可能有越来越多的人患有慢性睡眠剥夺。这对个人的身心健康具有重要影响，并对整个社会产生严重后果。通过对睡眠障碍的认识、教育和有效管理，避免慢性睡眠负债的积累，对于限制近年来出现的心脏代谢功能障碍、糖尿病和肥胖的增加可能很重要。

致谢

脚注

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