摘要
睡眠的数量和时间以及睡眠结构(睡眠阶段)由几个因素决定，其中重要的是环境、昼夜节律和清醒时间。区分这些因素所起的作用需要特定的方案，包括固定的常规和改变的睡眠-觉醒时间表。这些方案的结果导致发现了决定慢波睡眠和快速眼动睡眠的数量和分布的因素，以及确定睡眠数量和时间的模型的发展。一个成功的模型假设了两个过程。第一个是进程S，这是由于睡眠压力(并随着清醒时间的增加而增加)，并归因于“睡眠稳态”。进程S在慢波睡眠期间反转(称为进程S’)。第二个是C进程，它显示出与核心温度的节奏平行的日常节奏。过程S和过程C近似相加组合以确定睡眠开始和醒来的时间。该模型已被证明在描述成年人的正常睡眠时有用。目前的工作旨在确定过程S和c的详细性质，该模型也可以应用于睡眠-觉醒周期在某些方面与正常情况不同的情况。 These circumstances include: those who are poor sleepers or short sleepers; the role an individual's chronotype (a measure of how the timing of the individual's preferred sleep-wake cycle compares with the average for a population); and changes in the sleep-wake cycle with age, particularly in adolescence and aging, since individuals tend to prefer to go to sleep later during adolescence and earlier in old age. In all circumstances, the evidence that sleep times and architecture are altered and the possible causes of these changes (including altered S, S' and C processes) are examined.
审查
成年人的睡眠
大多数成年人晚上只睡7小时。1］．晚上睡觉的部分原因是环境安静，而且在这个时候安排会议或见朋友是不符合常规的。此外，我们是昼夜活动的生物，在正常的一天之后，当我们清醒和活动一段时间后，我们在晚上感到疲倦，准备睡觉。从夜班工作者的生活方式可以明显看出，在其他时间睡觉是可能的，但即使在安静的环境中，白天的睡眠也往往比夜间睡眠更分散、更短。也就是说，入睡和长时间不间断睡眠的能力显示出每天的节奏。如果一个人错过了一晚的睡眠，这种容易入睡的节奏(睡眠倾向)就会很明显;他们在夜间感到疲倦，但尽管没有睡觉，但随着新的一天的到来，他们会感觉不那么疲倦，下午会感到出奇地清醒。然而，到了晚上，疲劳感明显增加，变得越来越难以抗拒。这一结果表明，随着清醒时间的持续增加，睡眠的动力也在增加，但它与24小时内变化的节奏成分混合在一起。
良好的睡眠可以恢复体力，消除疲劳感(也能提高认知能力);每个人都准备好面对新的一天的严峻考验。从直觉上看，随着清醒时间的增加而增加“睡眠压力”的概念并不难理解(即使不了解睡眠压力的详细性质)。然而，想要睡觉、保持睡眠和醒来的日常节奏可能不那么容易理解。事实上，在24小时内对生活正常(白天活动，晚上睡觉)的受试者进行重复测量时，所有生理和生化变量都显示出日常节律。这种节律性的一些性质需要考虑，它们将由核心温度的节律来说明(这是一般生物节律的代表)。
基本时间生物学
节奏的内源性和外源性成分
数字1显示一组正常生活的受试者24小时的核心温度节律。气温白天高，晚上低。先天的在美国，人们会认为这种节律是由与睡眠-活动周期相关的行为变化造成的。在白天，人们的身体和精神都很活跃，在忙碌和刺激的环境中吃喝;所有这些因素都会使核心温度升高。相比之下，在晚上，人们禁食，不活动，睡觉，选择一个安静、黑暗的环境。
一组八个年轻人的核心温度的日常节律．全线:正常情况下(睡眠时间12点到7点，用条表示)。虚线:从凌晨4点开始，24小时不变的日常工作(从[2])。
事实上，这种解释只是部分正确;证明这一点的标准方法是“常数例程”。在该方案中，受试者需要在恒温、恒湿和光照的环境中保持清醒、久坐(或躺下)和放松至少24小时;从事类似的活动，一般是阅读或听音乐;并且每隔一定时间吃相同的食物。这样的方案消除了由于个人生活方式或环境而引起的任何节奏变化。当这个协议被执行时，它是被遵守的(图1)，即使地核温度的振幅减小，但其节律并没有消失。下午4 ~ 6时为高峰，4 ~ 5时为最低。节奏相当对称，上午7点到10点是上升最快的时间，上午10点到1点是下降最快的时间。
通过考虑图中所示的两个温度分布1，可作出以下扣减[2，3.]:
- (我)
在固定的日常活动中观察到的节奏来自内部;它是温度节律的内源性成分，它的产生归因于“生物钟”。
- (2)
由于这两种节律并不相同，当参与者按常规生活时，环境和生活方式也会产生影响;这两种节奏的区别在于节奏的外生成分。核心温度的外源成分主要由睡眠-觉醒周期、活动升温和躺下和睡眠降温主导。
- (3)
这两个成分是相的。在白天，随着环境的变化和体力和脑力活动的增加，生物钟的作用会使体温升高;在晚上，时钟、更安静的环境和放松的生活方式都能降低核心温度。
这些推论是普遍的，因为在正常生活条件下和在固定的日常生活中进行比较时，所有的节律都表现出内源性和外源性成分的混合。然而，当研究不同的节奏时，差异确实存在，如下所述。
外生成分的来源
例如:外源成分是心率和血压情况下的睡眠-觉醒周期，就像核心温度的节奏一样;这是褪黑激素分泌的明暗循环;它是姿势和液体摄入的节奏，用于尿流;这是食物摄入的节奏对血浆胰岛素浓度的影响。
内源性和外源性成分的相对大小
如图1表示这两个组件的核心温度大小相似。而在心率、血压、尿流量、胰岛素分泌等情况下，外源性成分大于内源性成分。对于褪黑激素的分泌，如果光照水平较低(通常在国内发现)——外源性成分比内源性成分小。由于核心温度节律的内源性成分，特别是褪黑素的相对大小很小，这些节律通常被用作“时钟标记”。
生物钟和由授时因子调节的生物钟
生物钟由下丘脑底部成对的视交叉上核组成;关于它的遗传学和分子生物化学的许多细节现在已经为人所知[4- - - - - -6］．它的位置靠近对身体产生广泛影响的区域(例如，温度调节、激素分泌和进食周期)，并向这些区域输送血液，因此在整个身体产生节律性。
当人们在没有时间的环境中(如地下洞穴)进行研究时，由它产生的生物钟和节奏继续明显，但周期接近25小时而不是24小时。这样的节律被称为昼夜节律(拉丁语:大约一天)，计时系统被描述为“自由运行”。这段约25小时的时间并不能准确反映生物钟(tau)的内在周期，因为清醒时暴露在光线下会产生影响。目前的证据(来自清醒时使用非常昏暗的光线或来自盲人受试者的协议)表明，tau的真实值平均约为24.3小时[7］．
无论个人tau蛋白的确切值是多少，只有当生物钟及其驱动的节奏与太阳日(24小时)同步时，生物钟才有价值。这种调整是由于zeitgebers(德语:时间给予者)，环境的节奏和/或个人的行为显示了24小时的周期。对人类来说，最重要的授时因子是明暗循环和黑暗中松果体褪黑素的节律性分泌。身体活动的节奏、社会因素和食物摄入似乎起着相对较小的作用[8- - - - - -10］．然而，无论“授时因子包”的组成成分如何，所有潜在的授时因子通常都协调一致地将生物钟调整为24小时(太阳日)。
光照对生物钟的影响取决于相对于最低温度的光照时间(通常在凌晨4点至5点左右，见图)1)．在这个最小值之后的6小时内，光照会使生物钟提前，在最小值之前的6小时内，光照会推迟生物钟，而在其他时间，光照对生物钟没有影响。11］．在调节生物钟方面，室外光线比室内较暗的光线更有效(也就是说，它往往会产生更大的相移)，尽管家庭照明通常足以充当授时因子。授时因子出现的时间与产生的生物钟的移动之间的关系被称为相位响应曲线。
褪黑素的摄入也能调节生物钟;在下午和傍晚时分，褪黑素的摄入会使生物钟提前，而在睡眠的后半段和清晨，则会使生物钟推迟。明亮的光线会抑制内源性褪黑素的分泌，这两种授时因子的生物钟转移效应会相互加强;在最低温度之后的几个小时内，明亮的光线会直接通过相位响应曲线(见上文)和间接地(通过抑制褪黑素的分泌，从而防止褪黑素在此时发挥的相位延迟作用)使生物钟提前[12］．
睡眠节律
实验室结果
实验室环境的优势在于有利于睡眠的条件(安静、舒适等)可以标准化。这些因素的标准化相当于睡眠节奏的外生成分的标准化。睡眠实验室的研究系统地研究了白天时间和清醒时间对睡眠和睡眠结构(睡眠阶段的分布)的单独影响，它们共同构成了睡眠节奏的内源性成分。已经使用了几种协议，包括恒定的例行程序，多次睡眠延迟测试和修改睡眠-唤醒协议(通过改变一天中的时间，同时保持清醒时间不变或在一天的同一时间改变清醒时间)。Reilly和Waterhouse对这些协议进行了详细的讨论[13］．下面详细介绍了这些调查的一些主要发现。
首先，当核心温度降低或降低(晚上和晚上)时最容易入睡，而当核心温度升高或升高(早上和下午)时最困难。其次，自发醒来往往与入睡相反;当核心温度升高或升高时最容易，当核心温度下降或降低时最困难。这些最后的结果解释了为什么如果一个人比正常情况下早睡或晚睡，即使他们感到比正常情况下更少或更疲劳，他们的睡眠时间可能比正常情况下更长或更短。第三，上述两个结果强调了睡眠的启动和维持能力在24小时内呈现出有节奏的变化，这些变化与核心温度的节律有关。然而，叠加在这些影响之上的是(如果考虑到每天的时间影响)睡眠倾向——主观测量(疲劳、警觉性)或客观测量(多导睡眠描记术)——与清醒时间成比例增加。这一发现意味着睡眠节奏的内源性成分，就像警觉性、疲劳和认知一样，是两个主要因素的混合:一天中的时间和清醒的时间。最后，综合这些发现表明，如果在深夜开始，并在早上7点后的某个时间结束，则最可能出现不间断的睡眠，而该个体已经睡过了核心温度的低谷(见图)1)．当核心温度下降、褪黑素分泌开始、疲劳感增加、警觉性下降时进入睡眠，此时个体已清醒约16小时;当核心温度升高，褪黑素分泌减少时，睡眠就会结束。
可能是睡眠-觉醒周期节律的原因
睡眠-觉醒周期(睡眠倾向、睡眠维持和醒来)与核心温度节律之间的联系已被解释为因果关系，包括温度引起的脑代谢变化(参见，例如，[14])。然而，这可能是一个过于简化的立场，因为有许多其他的节奏与睡眠-觉醒节奏[3.，15］．这些节律包括:自主神经系统交感神经和副交感神经分支的相互活动(交感神经活动与核心温度平行，副交感神经活动显示镜像的轮廓);血浆肾上腺素水平(与核心温度平行);血浆褪黑素的浓度在白天较低，在晚上9点左右开始上升，在黑暗中睡眠时达到峰值，在早上醒来时下降。褪黑素已知会引起皮肤血管舒张(从而促进核心温度下降)以及增加疲劳。很可能有许多因素促成了生理上的准备工作，这些准备工作需要在晚上做好睡觉的准备，能够在晚上保持不间断的睡眠，为早上醒来做准备，以及在白天保持身体和精神上的活跃。核心温度只是这些因素之一，应该被视为反映生物钟活动和整个身体节律性的因素之一。
核心温度的节律和褪黑激素的分泌作为生物钟时间的方便标记的价值已经被提到过。警觉性和疲劳度，分别是睡眠调节和睡眠需求的重要指标，也受到生物钟的影响。然而，同样，许多其他因素也会导致这些主观感觉(例如，手头有任务时的无聊和兴奋，特别是清醒的时候)。无聊和兴趣的影响意味着警觉性和疲劳在任何时候都可能成为睡眠生理需求(睡眠压力的积累)的误导性指标。即便如此，建模睡眠时间节奏所涉及的原则(见下文)也被用于建模警觉性、疲劳和心理活动的节奏(详情见[16- - - - - -20.])。
睡眠阶段
睡眠是不均匀的，这是通过使用脑电图(EEG)记录头皮表面电活动来研究的。在正常睡眠中，慢波睡眠(SWS)和快速眼动睡眠(REM)阶段之间有一个超节奏的循环，即REM-非REM周期。这个周期大约持续90分钟，在一个正常的夜间睡眠过程中大约发生5个周期。连续周期的组成不同，SWS的量减少，REM睡眠的量增加。
模拟睡眠节奏和睡眠阶段的分布
基本模型
一个简单而有效的睡眠节律模型是Borbély的睡眠稳态双过程模型[21)(图2)．在这个模型中，假设其中一个过程，睡眠压力(S)，在清醒时呈指数饱和函数增加，然后在睡眠时呈指数下降(现在称为S')。另一个过程C是有节奏的，周期约为24小时，由两个平行分量组成，一个是上分量，一个是下分量，两者都与核心温度大致相同。
睡觉和醒来的时间(上，由两条竖线分隔)．C分量由两条曲线(Upper C和Lower C)表示。睡眠压力在清醒阶段呈指数增长(Process S，虚线)，在睡眠阶段以更快的指数速度下降(S'，虚线)。要了解更多细节，请参见文本。(根据[21])。
当S的上升值拦截上C函数时，通常发生在快速下降阶段，在上C函数的最小值之前几个小时。在睡眠期间，S'的水平呈指数下降(但其半时间常数比S短)，直到它满足较低的C函数，此时醒来，循环再次开始。醒来通常发生在睡眠约7小时后，在低C函数的最低值后几个小时，这时它迅速上升。假设因素S和C是相加作用的(但请参见[22，23])。
在双组分模型的基础上，结合了“睡眠惯性”，提出了睡眠调节的三组分模型。睡眠惯性是指刚从睡眠中醒来，睡眠对认知能力和情绪的有益影响并没有立即显现的现象。24- - - - - -26］．
解释睡眠模型的生理生化关系
为了确定过程S和S’以及节律功能C的生理生化相关性，已经进行了许多研究，其他研究正在进行中。与对睡眠时间的调查一样，对过程S和S’的研究通常包括在以某种方式改变志愿者的睡眠-觉醒时间表后，对清醒或睡眠的各个方面进行测量(例如，对疲劳和警觉性的主观估计，或对清醒和睡眠期间的脑电图的客观测量)。
一般观点(总结于[22，27])是在清醒时间(过程S)中积累的睡眠压力量反映在接下来的睡眠中发生的SWS量上。一段时间以来，这种“深度睡眠”一直被认为是最能体现其恢复功能的睡眠类型。睡眠压力的实际耗散(过程S’)与慢波活动量(SWA)有关，由睡眠脑电图的低频带功率评估。白天受试者清醒时增加的睡眠压力可以通过评估睡眠倾向(与睡眠潜伏期相反)和清醒时脑电图的θ - α波段的能量来测量。睡眠压力也与增加主观疲劳和降低警觉性有关。SWS和SWA受芯温影响较小;相比之下，快速眼动睡眠的时间与核心温度成反比，几乎不受先前醒来时间的影响。正是与SWS和REM睡眠相关的因素之间的差异，导致在正常的夜间睡眠中，SWS的第一个REM-非REM周期更丰富(开始恢复过程)，而更接近温度低谷的后期，REM睡眠更丰富。
然而，所涉联系的具体性质仍未得到解决。关于其他变量在时间上与核心温度(因此，C分量)有关的评论已经提出，所有这些变量都可能是一些更基本过程的反映，在这里也适用。清醒时间增加导致睡眠需求增加和睡眠结构改变的根本原因仍有待阐明。解决这个问题的一种方法是研究清醒时大脑中积累的物质，以及在这段时间内发生的神经生理变化[28］．然而，关于睡眠阶段与清醒时间和核心温度之间关系的详细解释仍有待研究。
用双组分模型来解释成年人睡眠模式的改变
睡眠模式差异的可能原因
至于授时因子对生物钟的调节，这个过程不需要在任何特定的日子精确。由于生物钟和授时因子在某一天的时间上的细微变化，生物节律的详细计时每天都会出现差异。此外，不同的个体会在其生物钟的确切内在周期(tau)、他们对授时因子的暴露程度以及他们对不同授时因子的相位响应曲线细节方面表现出生物学差异。也就是说，个体内部和个体之间都会有生物钟的时间和它所驱动的节律的变化。
当考虑睡眠双组分模型的睡眠稳态(S和S’)或节律性(C)成分时，这种变化也会适用2)，所有这些都被预测会导致睡眠-觉醒周期的详细时间发生变化。因此，如果上部或下部分量的时间被改变，这将改变入睡或醒来的时间(S和S'曲线与C曲线截距的时间);曲线阶段越早，睡眠开始和偏移的时间越早，反之亦然。如果C节奏的振幅减小，S和C曲线之间的角度就会减小，这将导致曲线的任何变化，从而导致交点的精确时间变化增加;这反过来又会导致睡眠开始和睡眠抵消时间的变异性增加。如果进程S随着清醒时间的增加而减少(它的半时间常数增加)，那么进入睡眠将被推迟。最后，如果进程S'不太明显(其半时间常数增加)，则可以认为睡眠的恢复能力较弱(SWS和SWA将下降)，并且会持续更长的时间。
这些预测的变化可以构成解释睡眠行为异常的基础，尽管在缺乏S、S’和C成分的确切相关性知识的情况下，这种理解是不完整的(见上文)。
睡眠质量差和睡眠时间短的成年人
因为，像任何生物变量一样，S、S’和C成分将表现出个体间和个体内的变化，这意味着睡眠-觉醒周期在个体之间和单个个体的天数之间会有所不同。人们在周末推迟他们的睡眠-觉醒周期是很常见的(通常是由于社交活动增加)，并且在周一很难重新调整到工作日的要求。也有证据表明，生活方式不规律的人有更多的睡眠问题。29］．这些都是外部因素，因此有助于睡眠节奏的外生成分，并且很容易通过生活方式的改变来改变。问题是，在某些睡眠改变的案例中，内部因素(S、S’和C)是否存在差异。
每个人习惯上的睡眠时间是不同的，因为每个人选择这样做(外部因素)，似乎需要更少的睡眠(“短睡眠者”)，或者睡眠比他们想要的少，所以在白天感到疲劳(“睡眠差者”)。使用卧床休息和剥夺睡眠的研究被用来调查睡眠质量差的人是否与“正常”睡眠者有系统性差异[30.]，但他们还没有可靠地表明，睡眠内稳态或核心温度的节奏是不同的。例如，睡眠质量差的人在改变作息时间后，体温节律和对多次睡眠潜伏期测试的反应是正常的。此外，当睡眠时间短的人(每晚< 6小时)和睡眠时间长的人(每晚9小时)进行比较时，两者在恢复睡眠期间醒来时间对SWS量的影响和SWS动力学方面的反应相同[31］．因此，有人认为睡眠时间短的人承受着更高的睡眠压力，而睡眠质量差的人并不特别容易受到睡眠压力的影响。
尽管这些与正常睡眠的差异通常只会带来一定程度的不便，但如果白天的疲劳很明显，认知功能受损，就会更麻烦。在这种情况下，有时会考虑治疗，通常包括尝试加强个人授时因子(特别是强光)的暴露，或在睡前几小时定期摄入褪黑素[32- - - - - -34］．在这方面，治疗与老年受试者非常相似(见下文)。
睡眠类型的影响
测量一个人的睡眠类型得分现在已经很普遍了，最初的调查问卷已经被翻译成几种语言(然后在当地人群中进行验证)，还适用于一些文化，比如习惯早起的文化。一个人群的睡眠类型得分分布正常，那些倾向于“早晨型”的人选择在早上做重要的活动，而那些倾向于“晚上型”的人选择在晚上做重要的活动。分布的尾部——极端早起型(百灵鸟)和极端晚睡型(猫头鹰)——很难充分有效地参与正常的生活方式。这种差异可能是由于习惯(因此影响接触授时因子的时间)和/或生物钟(tau值因人而异)和/或相位响应曲线(授时因子产生的生物钟提前和延迟的大小可能不同)，但关于这个问题的数据很少。可以说明的是，如果个人采用较早的生活方式(比平均水平早退休和早起床)，但他们的昼夜节律系统往往比平均水平晚(无论出于什么原因)，则很可能会出现问题，反之亦然。这种差异对于那些轮班制的人来说是很重要的。
观察结果[35]在固定的日常生活中，早晨型和晚上型的体温节律分别比平均水平早1小时或晚1小时，这意味着某种内源性因素(生物钟调整的差异?tau蛋白的差异是相关的，但它也可能部分是由相位差(由于不同的生活方式)引起的，这种相位差在固定的日常生活之前就存在了。
两过程睡眠模型的S和C成分在早晨和晚上类型进行了比较，使用核心温度节律(C成分的反映)和白天主观嗜睡和α - θ活动的测量(S成分的反映)。核心温度分阶段提前，睡意和α - θ活动的形成在早晨类型中更为迅速;也就是说，双组分模型的两个组分都是不同的[36］．在其他研究中，“早起鸟”在一夜睡眠中断后的恢复性睡眠开始时，SWA含量更高，而且SWA的衰减速度也更快。37，38］．这些结果表明，除了生物钟调整得更早(见上文)外，晨型人的S进程和S’进程都可能更快，所有因素都可能导致早睡早起。
有证据表明，S、S’和C过程中某些时间类型之间的差异有遗传基础。来自一项针对成年人的大型研究的证据，该研究比较了嗜睡、睡眠类型、生活质量和睡眠时间[39]表明存在不能用共同的生活方式来解释的联系(例如，共享同一个家庭);这意味着遗传成分。其中一个时钟基因，PERIOD3，显示出多态性和个体纯合的一个变体，五重复等位基因，PER3(5/5)，不仅更有可能是早起型，而且更容易受到睡眠不足的影响。相比之下，另一种变体PER3(4/4)纯合的个体更有可能是晚型。PER3纯合子(5/5)的受试者也表现出更多清醒时的α - θ活动，睡眠时的SWA更多，睡眠剥夺时认知功能下降更大[40］．先前的研究[41研究还表明，根据睡眠不足后大脑功能的恶化程度，个体可以分为“抗失眠”和“非抗失眠”;由于这种划分与核心温度的任何阶段差异无关，它似乎与睡眠内稳态有关，而不是与过程C有关。
两种比较罕见的综合征已被描述:睡眠期延迟综合征和睡眠期提前综合征。在前者中，日常节律与睡眠-觉醒周期之间的内在关系是正常的，只是整个系统在外部时间方面有所延迟;例如，核心温度节律在早上8点左右显示出最小值，褪黑素分泌在午夜左右开始(这两种节律都比正常情况延迟了大约4个小时)。研究对象往往希望在凌晨4点左右退休，在中午左右起床，这种生活方式可能非常不方便。42］．相反的日常节律时间和所选择的睡眠-觉醒周期的变化适用于早睡期综合征。在行为上，这些个体可以被认为是晚上或早上类型的病理极端例子。这些综合征是否由tau的极端值、异常的相位响应曲线和/或与睡眠稳态有关的异常引起尚不清楚。
总之，越来越多的证据表明，个体的时间类型在一定程度上反映了他们的生物钟和睡眠稳态时间的某些方面，遗传因素导致了这些差异。
睡眠模式随年龄的不同而不同
新生儿和婴儿直到青春期
出生后，足月婴儿和早产儿都没有明确的睡眠-觉醒周期昼夜节律或任何其他变量。43- - - - - -45］．相反，睡眠和清醒在24小时内交替出现几次。因此，睡眠压力的概念，积累了大量的清醒时间，不能以同样的方式应用。此外，脑电图结果表明，睡眠的性质是不同的，有两种类型的睡眠，“安静”和“活跃”。46- - - - - -48］．也就是说，基本的双组分睡眠模型不能应用于新生儿的个体。
即使睡眠-觉醒节奏和其他昼夜节律是在婴儿出生后的头几年逐渐形成的，到孩子五岁时才会牢固确立[49- - - - - -52]，目前还没有研究在这个年龄段的儿童中调查双组分模型的组成部分。原因很容易理解——要求婴儿参加这样的研究是不道德的。
青少年
因此，在实践中，收集大量数据的最早年龄是在孩子进入青春期时，尽管这里也没有进行实验性睡眠剥夺实验，也没有恒定的常规数据可用。这一年龄组(10至17岁)的可用数据主要是观察到他们晚上睡得相当晚(特别是如果他们可以看电视或生活在夏夜可能很长的纬度地区)，因此在上学期间往往睡眠不足[53- - - - - -64］．在周末，他们会通过长时间躺在床上(睡懒觉)来弥补失去的睡眠。同样，在周末，褪黑素的节律也比工作日延迟。因此，青少年倾向于夜猫子，尽管这种变化在某些人身上更为明显，而且在女孩身上发生的时间稍早，这可能是由于她们的青春期开始得更早[65］．在工作日经历的睡眠限制会引起对学校表现的关注，特别是当学校早上很早开学时，一个人的夜间活动程度被标记为[66- - - - - -71］．
我们的一些未发表的数据说明了其中一些观点，这些数据显示了日本中小学生(7至18岁;404名男生，411名女生)。研究采用了Horne和Ostberg的日版“早-晚问卷”(MEQ)和匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)。数字3.显示MEQ分数。虽然大多数学生既不是“早起型”，也不是“晚睡型”，即“中间型”，但随着年龄的增长，分数显著下降，表明向“晚睡型”转变(男孩:r = -0.99，P< 0.001;女生:r = -0.83，P= 0.041, Pearson相关系数)。10岁以上的女生比男生更倾向于夜猫子，但这种差异随着年龄的增长而减少，在18岁的学生身上则相反。男学生的MEQ分数与年龄之间存在明显的线性关系，而女学生的这种关系不太明显，而且似乎受到其他因素的影响，特别是在10岁左右。女性MEQ分数在10岁左右的变化可能与初潮有关。
不同年龄男女学龄儿童早晚性问卷(时型)得分．满酒吧，孩子们;免费酒吧，姑娘们。得分表明:16 - 30分，绝对是夜猫子;31 ~ 41岁，中度夜间型;42 ~ 58，非中型或中型;59岁至69岁，属于中度早起型;70到86岁，绝对是早起型。
数字4显示他们的PSQI分数随着年龄的增长而显著增加，表明睡眠质量恶化(男孩:r = 0.96，P< 0.01;女生:r = 0.95，P< 0.01, Pearson相关系数)，女生往往比男生差。考虑到所有学生都必须在早上同一时间起床上学，在年龄较大的孩子中观察到的睡眠较差与年龄较大的孩子的睡眠类型逐渐倾向于晚睡的趋势是一致的。
匹兹堡睡眠质量指数对不同年龄的男女学童进行评分．满酒吧，孩子们;免费酒吧，姑娘们。> - 5表示有睡眠问题。
人们试图将青少年的生活方式和睡眠类型的研究结果纳入睡眠调节的双组分模型[72- - - - - -74］．人们相信这两个组成部分都会发生变化。C成分变化的证据是核心温度和褪黑素节律的推迟;睡眠内稳态(S和S’分量)改变的证据是睡眠潜伏期增加和delta功率密度下降。从昼夜节律的角度来看，延迟的节律意味着早上学时间离核心温度节律的低谷和褪黑素分泌高的时间(导致认知表现较差)太近，而晚上晚些时候核心温度的下降和褪黑素分泌的开始将推迟睡眠的开始。观察到的睡眠稳态的变化似乎使这些晚睡时间发生。
为什么这些变化会在青春期和青春期后出现尚不清楚;将其归因于大脑和垂体-性腺轴中明显的成熟变化是一种明显的可能性，但所涉及的机制细节尚不清楚[75，76］．还有一种可能是，这个年龄段的人越来越独立，这意味着个人兴趣可能会推迟就寝时间，这将导致昼夜节律系统的延迟。如果这种外生因素很重要，那么减少晚间活动和早点退休将是一个合适的补救措施;但如果这种变化背后的驱动力是神经或激素(以及内部因素)，那么建议提前退休时间将是无效的。不管是什么原因，推迟上课时间和考试时间的建议是很常见的。66，68，70，71］．
老年人
有大量关于老年人睡眠-觉醒周期和相关节律的研究，通常是55岁或55岁以上(最近的综述，见[77- - - - - -79］．这类调查的志愿者主要来自两个方面;那些来实验室的人，那些住在养老院的人。在这两种情况下研究的人的类型可能不一样。自愿参加实验室研究的受试者可能是健康、积极和独立的;在家接受研究的人更有可能缺乏活力和独立性，也更有可能遭受一些与老年有关的问题——例如各种形式的痴呆症。“幸存者”和“弱者”这两个概念有时分别被用来描述这两种类型的志愿者[80]，而他们给出的结果之间的差异是可以预料的。
不过，研究结果大致如下[58，81- - - - - -88]:白天小睡次数较多，而夜间睡眠潜伏期较大，睡眠更分散(睡眠效率下降);醒的频率增加与排空膀胱的需要有关;而且退休和起床的时间会稍微提前一些，人们变得更喜欢早起。这些睡眠和睡眠-觉醒周期的变化是纵向观察到的。89，90以及横向研究，并使用了来自自我报告日记、回答问卷、照顾者的报告或活动(通过活动测量法)或睡眠(脑电图和多导睡眠描记术)的测量方法。
其他可能与睡眠-觉醒周期变化有关的因素也在老年人中发现。体温调节能力较差[91]和认知功能[92，但就像年轻人一样，午睡可以提高认知能力。93］．夜间较差的睡眠和白天小睡的增加会降低白天活动和夜间休息之间的正常程度。与这种下降相关的可能是生活方式的规律性下降和昼夜节律的外源成分减少。然而，与这种情况相反的是，研究结果显示，生活方式的规律性有所增加[94- - - - - -96］．此外，在模拟时区转换后，老年人和年轻人一样，也会出现睡眠不足和认知能力下降的情况——但老年人似乎更能调整自己的节奏，并在睡眠不足和核心温度低的情况下保持认知能力[97，98］．还有其他证据表明，与年轻人相比，老年人的警觉性似乎不太依赖于核心温度。99］．换句话说，在老年受试者中观察到的一些行为变化符合这样一种观点，即个人试图采取与衰老带来的困难相对抗的生活方式。
昼夜节律随着年龄的增长而改变;研究最多的是核心温度和褪黑素分泌。在过着正常生活方式的老年人中测量这些节律的振幅时，与年轻的对照组相比，通常显示出较低的值，并且相位提前约1小时[85，One hundred.］．也有证据表明，晚上睡眠不好的老年人在这个时候的核心温度会升高。101]，但这与早期的一项研究结果相反，该研究发现，睡眠的改变不能由核心温度节律的改变来解释[102］．昼夜节律的这种恶化并非在所有老年受试者中都能同样观察到[103，104，但当其他问题(如疼痛、认知能力下降或老年痴呆)也出现时，症状会更明显，而如果有伴侣或同伴在场，症状就不那么明显了。
确定观察到的变化的原因是困难的，因为昼夜节律和睡眠-觉醒周期之间存在的联系是复杂的。例如，如果在白天，一个人的身体和精神不太活跃并小睡一会儿，那么在夜间睡眠期间休养生息的需要可能会减少。此外，即使视交叉上核活动减少(产生振幅较低的节律性输出)也可以解释许多观察到的变化，例如，对授时因子的接触或感知减少，白天活动和对自然光-暗循环的接触因流动性下降(不能冒险户外活动)和/或视力下降而受到损害。
视力下降可能尤其重要，这会导致人们缺乏自信，进一步限制他们白天的活动，包括室内(例如阅读)和室外(散步)。随着年龄的增长，角膜和晶状体变得越来越不透明，光的透射率，特别是波长较短(蓝色)的光的透射率下降[105］．这种获得性三色异常可以通过去饱和度15色相测试进行客观评估，在该测试中，患者被要求区分非常相似的蓝色深浅。这种对蓝色感知的部分丧失也可以在一些绘画中看到，随着画家年龄的增长，他们对红色和黄色的兴趣超过了绿色和蓝色。这些对蓝色色调的感知变化可以在白内障患者身上表现出来。
波长较短的光在控制体温、褪黑素分泌和睡眠-觉醒节奏方面也很重要。褪黑素在深夜和夜间分泌有助于睡眠，部分原因是它产生的核心温度下降。这种分泌被光抑制，尤其是可见光谱的蓝色端[106- - - - - -108］．因此，老年人，尤其是白内障患者，通过晶状体蓝光传输的改变，可能会改变褪黑素分泌的模式和睡眠时间。例如，晚上蓝色波长的透射量减少可能导致褪黑素分泌提前增加，从而导致老年人更早入睡。此外，还观察到[109年轻人白天暴露在明亮的光线下会增加夜间褪黑激素的分泌，导致此时核心温度下降得更厉害，从而改善睡眠;如果眼睛的晶状体传输部分或全部可见波长的光的能力下降，这种影响可能就不那么明显了。
因此，白内障手术不仅能改善个人的视力，还可能改变他们的睡眠质量。阿斯普朗德和林德布拉德[110，111他们发现，相当一部分接受白内障手术的患者在术后主观反映他们的睡眠有所改善。这一点最近得到了重新审视[112］．15例患者在白内障手术前和术后1个月进行了研究，这些患者都植入了紫外线切割眼内晶体。视觉和颜色感知都有所改善。手术恢复后，他们也表现出夜间睡眠的变化，尽管这种改善在患者之间有所不同。术后患者晚起或晚退时间与睡眠效率呈负相关;即早起晚睡患者的睡眠效率高于晚起晚睡患者。手术后，患者的视网膜似乎接受了更多波长较短的光，这影响了睡眠效率。
虽然这些结果关于光线感知和睡眠之间联系的详细含义尚不清楚，但它们确实证实了光线、褪黑素分泌和睡眠之间的联系。同样值得注意的是，在没有视力问题的老年人中，暴露在强光下产生的相移与年轻对照组相同[113］．此外，在正常睡眠时间开始前进行3小时的锻炼，对年轻人和老年人的褪黑素节律的延迟程度相同。114］．也就是说，没有证据表明，老年人早起的增加可以归因于授时因子对生物钟的调整改变。
试图用睡眠的双组分模型来解释老年人睡眠模式改变的原因，提供了一些C和S组分都被改变的证据，但对这种结果的解释并非没有问题。例如，虽然许多昼夜节律显示振幅下降，但这种下降可能是由于节律的内源性或外源性成分的下降，或两者兼而有之。也就是说，观察到的核心温度节律振幅的下降(这意味着C成分的变化)可能反映了视交叉上核(节律的内源性成分)的输出减少，褪黑素分泌减少(由于皮肤扩张导致核心温度下降)，或者白天活动和夜间不活动之间的两分法减少(外源性成分)。此外，老年人更倾向于早起可能是由于生物钟的改变和/或个人生活方式的时间安排(这些因素可能特别反映了双组分模型的C组分)，或者睡眠压力的快速积累(S组分)。另一个解释上的困难是，老年人可能会睡得更早，因为他们的生物钟跑得更快，视力较差限制了他们能做的事情(阅读或看电视)，智力下降意味着他们更容易感到无聊，睡眠压力建立得更快，或者他们害怕晚上睡不好觉，所以想早点尝试。
只有核心温度节律的内源性成分与c成分直接相关。由于昼夜节律的内源性和外源性成分通常共同作用以产生可测量的节律，因此有必要将它们区分开来。恒定的常规方案被认为能够更直接地评估生物钟的昼夜节律输出。然而，必须记住，该方案假定在正常日子(当外源成分存在时)，睡眠-觉醒周期对核心温度节律的振幅和相位的任何影响不会持续到恒定的例行程序中，而是立即消失。有一些证据支持这一假设，至少在振幅方面[115］．然而，当老年参与者进行恒定的日常活动，并在昏暗的光线下研究他们的核心温度节律或褪黑素分泌(生物钟的两个常见标志)时，有证据表明，只要这些节律的振幅降低，生物钟的输出就会减少;此外，温度剖面已被发现推进[116，117］．这些结果表明存在一个输出下降和提前计时的生物钟。然而，当对失明的老年个体(每个人两次，研究时间间隔10年)进行生物钟自由运行期检查时，如果光对tau没有影响，则周期延长[118］．其他研究也未能发现视力正常的人在使用恒定常规方案时核心温度节律的一致相位提前。只有核心温度节律相位的提前，可能是由于tau的减少，才能表明随着年龄的增长，早起倾向增加的内源性原因(而不是外源性原因，如喜欢早起和早睡)。因此，关于老年人体温节律内源性成分变化的一般情况尚不清楚。同样，幸存者和体弱多病者之间的差异可能很重要。
随着年龄的增长，睡眠的变化可以用S和S'过程的改变来解释。对改变睡眠-觉醒时间表(例如，提前或推迟就寝时间)的反应的调查表明，许多睡眠变量的变化与年轻人在相同环境下的变化相似，包括睡眠效率和入睡后的清醒时间。119］．随着年龄的增长，睡眠潜伏期的增加被认为意味着睡眠压力的降低，但又得到了相互矛盾的结果。老年人在夜间第一部分睡眠中的SWS通常会降低[120，121］．S的耗散率(根据SWA评估的S’)与年轻人的耗散率没有差异，在他们中，睡眠剥夺后SWS的数量增加[122]以及白天小睡后夜间睡眠时间减少[123］．另一方面，另一项研究声称，老年参与者和年轻对照组之间的SWS和先前清醒之间的关系是不同的[116白天小睡会导致睡眠效率下降，醒得更早[124］．老年人与年轻人相比，脑电图中不同频段的功率存在一些差异[120，尽管它们的具体含义尚不清楚。
前面已经提到，那些睡眠困难较少的人似乎也有更规律的生活方式。需要强调的是，这种增加的规律性可能反映了生物钟(过程C)的相对更强的输出或睡眠稳态(过程S和S’)的更强的活动——或者可能是增加昼夜节律的外源性成分，试图活跃起来，从而在清醒时促进睡眠压力的积累，并定期接触时间因子，都可以被认为是对抗内源性成分影响下降的方法。无论某些老年人的日常变化减少的确切原因是什么，它都可以转化为改善老年人生活质量的几种方法，至少对那些住在养老院的人来说是这样[125］．
这些程序的一般目的是增加白天活动在光明和夜间睡眠在黑暗之间的二分法[1，126- - - - - -137］．可能性包括增加白天的体力活动，在户外自然光下，如果可能的话，增加白天的脑力活动，通过提供兴趣或让人们讨论他们感兴趣的话题(例如他们的童年，最喜欢的食物或电影)。增加人工照明水平也被使用，这不仅是为了创造适合参加活动的条件，也是为了抑制打盹。与这些行动相结合，可以鼓励个人在晚上呆在床上，即使他们无法入睡，也要限制使用灯光(只要满足安全和护理的要求)。此外，一些研究表明，定期使用温和的安眠药是有效的(例如褪黑素)，尽管长期使用任何药物都需要医生的建议[135，138，139］．
许多治疗方法已经被发现是有效的;人们经常强调，应该鼓励个人把某种形式的有规律的白天活动作为提高生活质量的简单方法。上面已经考虑了可能导致治疗有效的可能机制;它们可能通过促进睡眠压力的积累作用于昼夜节律的外源性或内源性成分，也可能直接促进睡眠压力。哪些机制是重要的尚不清楚。
改善老年人睡眠问题的另一种截然不同的方法是基于体温调节效率随着年龄的增长而下降。91］．部分原因是由于皮肤的热敏感性受损，老年人对周围环境温度的感知能力下降，因此不能通过适当的行为来预防体温的下降或上升。此外，手脚冰凉会抑制睡眠，这在所有年龄组中都能观察到。研究发现，穿袜子暖脚可以减少老年人的睡眠潜伏期。140］．
结论
睡眠的双过程模型使得决定睡眠时间的过程和睡眠结构的某些方面得以描述。同样，恒定的常规方案仍然是区分昼夜节律的内源性和外源性成分的标准方法。综上所述，睡眠稳态和昼夜节律的内源性和外源性成分的概念使人们能够更好地理解睡眠的数量、时间和质量。这种理解已经成功地应用于了解健康个体的睡眠时间以及青春期和老年环境的变化。然而，睡眠模型中S、S’和C成分的本质细节，以及这些成分与昼夜节律之间的相互作用，仍然是需要的。获得这些细节将提高我们对健康个体在生命不同阶段和遭受某些睡眠障碍时的差异的认识。这种更深层次的理解将为建议和治疗提供更坚实的理论基础，希望它们会变得更成功。
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作者信息
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相互竞争的利益
作者宣称他们之间没有利益冲突。
作者的贡献
关于青少年部分的初稿由YF撰写，关于老年人部分的初稿由TM撰写，其余的审查部分由JW撰写。此后，所有作者都平等地参与了所进行的几次修订。所有作者都阅读并批准了最终的手稿。
权利和权限
本文由BioMed Central Ltd授权发布。这是一篇开放获取文章，根据创作共用属性许可协议(http://creativecommons.org/licenses/by/2.0)，允许在任何媒介上不受限制地使用、传播和复制，前提是正确地引用原始作品。
关于本文
引用本文
沃特豪斯，J.，福田，Y. &森田，T.睡眠-觉醒周期的日常节律。人类物理学31， 5(2012)。https://doi.org/10.1186/1880-6805-31-5
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DOI：https://doi.org/10.1186/1880-6805-31-5
关键字
- 青春期
- 时间类型
- 昼夜节律
- 内源性成分
- 外生组件
- 年老的时候
- 睡眠同态调节器
- 醒着的时间