运动干预神经递质分泌改善睡眠

熊文丽

(长江大学教育与体育学院 湖北荆州 434023)

睡眠不仅是人最基本的生理需求，也在人体维持免疫系统、新陈代谢、处理每日记忆等方面都起着非常重要的作用。我国经济高速发展，长期的睡眠问题也随之增加，超过3亿中国人有睡眠障碍，成年人失眠发生率高达38.2%，六成以上青少年儿童睡眠时间不足8 h。研究表明，存在睡眠问题的人相应的神经递质释放水平是异常的。现阶段，研究大多采用多导睡眠监测（PSG），根据各种电生理信号包括脑电图（EEG）、眼电图和肌电图信号产生有关睡眠状态，再通过用脑分析神经递质、相关神经递质受体、抗氧化酶水平对递质水平进行评定［1］。影响睡眠的经递质有许多，现阶段关于γ-氨基丁酸（GABA）、5-羟色胺（5-HT）、褪黑素和多巴胺（DA）递质对睡眠影响研究较多，关于运动能通过调节这些递质分泌进而改善睡眠质量的研究甚少。因此，该文梳理了γ-氨基丁酸（GABA）、5-羟色胺（5-HT）、褪黑素、多巴胺（DA）等递质与睡眠之间的关系，并总结不同运动形式对以上递质影响以及运动在调节神经递质对睡眠影响中的作用，以期为通过运动干预作用来调节神经递质水平进而改善睡眠的质量。

1 资料和方法

1.1 资料的来源

在中国知网和PubMed数据库进行检索，中文检索词为神经递质、γ-氨基丁酸、5-羟色胺、褪黑素、多巴胺、睡眠、失眠、锻炼。英文检索词为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等递质与睡眠、急/慢性运动之间的关系和运动、与睡眠相关的神经递质和睡眠之间的关系，并进行陈述性总结。

2 结果

2.1 与睡眠相关神经递质概述

2.1.1 γ-氨基丁酸（GABA）

GABA是一种重要的中枢神经系统抑制性神经递质，约30%的中枢神经突触部位以GABA为递质，GABA通过与相应离子通道受体结合，引起氯离子通道开启，使氯离子内流，细胞膜出现超极化，从而抑制动作电位的发生，进而抑制了神经传导，减少大脑中兴奋性神经元的活动，从而产生镇静和放松的效果。

2.1.2 5-羟色胺（5-HT）

5-HT最早是从血清中发现的，所以又名血清素，主要由大脑的中缝核释放。作为中枢一种抑制性神经递质，5-HT在大脑皮质及神经突触内水平很高，参与实现系统的生理功能，包括情绪控制、睡眠节律、疼痛感受、食物摄取及性行为等［2］。

2.1.3 褪黑素

褪黑激素是一种胺类激素，其合成之后，由松果体储存，再因交感神经兴奋支配松果体细胞释放，可促进睡眠的正常进程。褪黑素的分泌具有明显的昼夜节律，当视网膜受到光线刺激时，褪黑色素合成就会被抑制，而在黑暗中就能够自发地产生。

2.1.4 多巴胺（DA）

DA是一种脑内分泌物和大脑中含量最丰富的儿茶酚胺类神经递质，在神经组织和体液中存在，可以用来帮助细胞传送脉冲的化学物质。其能够传递兴奋及开心的信号，而且也能够起到兴奋的作用。

2.2 神经递质与睡眠

2.2.1 GABA与睡眠

因为GABA具有显著的抑制神经的作用，所以在兴奋状态下，大脑中肾上腺素被积极分泌，但GABA可以抑制其分泌，从而导致身体容易进入“放松的状态”。或当人体感到压力时，大脑会变得紧张，所以交感神经会活跃起来，自主神经的平衡就被打破，从而干扰身体机能正常运行，GABA此时就会通过激活副交感神经来舒缓身心，缓解压力带来的影响，并创造出良好的睡眠环境。

2.2.2 5-HT与睡眠

5-HT被认为在维持正常睡眠中至关重要。（1）人体内色氨酸经色氨酸羟化酶会受到压力的影响催化，首先生成5-羟基色氨酸（5-HTP），再经5-羟色氨酸脱羧酶催化成5-HT，之后经单胺氧化酶催化成5-羟色醛以及5-羟基吲哚乙酸而随尿液排出体外或转化为褪黑素，从而对睡眠产生作用。（2）5-HT通过增加快速眼动睡眠时间来影响睡眠质量。血清素口服不能进入血液之中，而补充5-HTP可提高大脑中的血清素含量。相关人体研究［3］显示，睡前服用200 mg的5-HTP能将快速眼动睡眠（REM）的持续时间从5%增加到53%，并减少非快速眼动睡眠（NREM）的时间。给大鼠中缝背核微量注射对氯苯丙氨酸，减少5-HT的合成，能够使动物出现失眠症状，这也是目前睡眠剥夺研究中常用的失眠模型［4］。

2.2.3 褪黑素与睡眠

褪黑素的睡眠调节作用与下丘脑的GABA合成酶的含量有关。而人和其他哺乳动物的褪黑素受体共有MT1、MT2、MT3 3种亚型，褪黑素（MT）是通过与其受体MT1和MT2结合后，激活GABA合成酶，促进下丘脑GABA的释放，并通过GABA受体发挥缩短睡眠潜伏期和延长睡眠时间作用。光刺激产生电信号通过视网膜、视神经传递到视交叉上核，抑制松果体分泌褪黑素，进而抑制下丘脑GABA的释放［5］。因此，褪黑素改善睡眠的主要的途径有：（1）调节人体的体内时钟和睡眠—觉醒节律；（2）有助于减少清醒周期的持续时间；（3）缩短入睡时间，减少清醒时间和中途醒来次数，从而增加整晚的睡眠时间，提高睡眠质量。

2.2.4 DA与睡眠

最近采用纤维光度法和DA VTA（中脑腹侧被盖区）神经元表达Ca指标的研究证实，DA神经元在行为觉醒和PS（矛盾睡眠）的W（清醒）期间显示出明显的群体细胞活性。DA VTA神经元的光遗传学激活通过行为唤醒唤起W，并阻止睡眠以及睡眠准备行为。相反，也有研究发现，其可抑制促进睡眠准备行为和增强睡眠。事实上，这些结果证实了DA神经元在唤醒和W中的关键作用［3］。正如药理学研究所预期，实际上多巴胺并不是提高睡眠质量的重要机制，相反，多巴胺的过度分泌可能会妨碍黑色素正常分泌，使人难以入睡。值得注意的是，多巴胺与睡眠之间确实有一定的关系。多巴胺能够调节人体的奖励和愉悦感，在睡眠前的愉悦体验可以释放多巴胺，使人放松身心更容易入睡。此外，多巴胺还与肝脏解毒有关，多巴胺可以刺激肝脏中的胆红素生成，促进胆红素的代谢和排出，这对改善睡眠质量也有一定的作用。

2.3 运动与神经递质

运动被认为是增强大脑健康和可塑性的行为干预。有关运动对与睡眠相关的神经递质影响的研究仍处于起步阶段，并表明不同形式的运动对神经递质有不同的影响。

2.3.1 急性运动与有关睡眠神经递质

急性运动是指一次性、短期、高强度的体育运动，通常持续时间较短。其特点是会引起短期的生理反应，如心率、呼吸率、体温、血压等变化，并可导致体内神经递质的突然释放或变化，从而产生短期的生理和心理效应，如放松、愉悦等。

王启荣等人提到一次性力竭运动改善了纹状体中DA合成所需酶的活性，使DA合成增加，以适应运动时机体代谢的需要［6］。王斌等人通过大鼠力竭性跑台运动实验，发现运动后即刻大鼠5-HT水平有高于安静状态的趋势，运动后24 h，5-HT水平有低于运动后即刻及高于安静组的趋势［7］。王永梅等人表示，在极限负荷训练后，身体极度疲劳，大脑中的GABA的浓度会上升，从而降低神经细胞的活动，对中枢神经产生抑制，这种效应可以维持数小时，从而改善睡眠［8］。黄浩洁等人通过前期大鼠在负重游泳的实验，发现经过褪黑素处理的血清乳酸脱氢酶的活性显著高于对照组，这就让褪黑素成了神经保护剂［9］。Sarkar S研究发现，在机体发生运动疲劳后，褪黑素将会进行运作导致GABA含量升高，从而导致中枢抑制产生作用，进而对运动疲劳起到很好的调节作用［10］。

2.3.2 慢性运动与有关睡眠神经递质

慢性运动则是指长期、逐渐的低至中等强度的体育运动，通常持续时间较长。慢性运动的特点是能够在较长的时间内使身体产生适应性变化，如增强心肺功能，提高心肌耐受力，增加肌肉质量和密度等，这些改变对长期的身体健康和睡眠质量有积极的影响。

长时间运动导致血液中游离的脂肪酸升高，使得血液中以结合形式存在的色氨酸释放出来，从而使得通过血脑屏障进入中枢的色氨酸增多，最终导致5-HT合成增多［11］。Castro F研究发现，进行8周慢性运动干预后，褪黑素的分泌量会显著增加［12］。长期慢性运动可以使得褪黑素分泌更加稳定，而超量恢复原则下其分泌也会适当增加。研究发现，定期进行一次30 min运动，下丘脑—垂体—肾上腺轴（HPA轴）的激活和脑内DA含量同步增加，可帮助消化身体多余能量，减轻压力，从而使进入深度睡眠的时间缩短［13］。慢性运动对GABA含量的影响较为复杂，杜远等人通过对患者进行为期6周，每周3～5次，每次35 min左右的跑步机上慢跑运动实验，发现干预前后对比，GABA含量增加［14］。

2.4 运动调节神经递质的分泌水平改善睡眠的潜在影响

2.4.1 调节睡眠—觉醒节律

在睡眠—觉醒节律中有几种主要的神经递质发挥关键作用，即5-HT、DA和褪黑素。运动可以通过增加5-HT合成和释放降低焦虑和抑郁症状，改善睡眠质量。DA是与奖赏、快感和注意力密切相关的神经递质，同时也参与调节睡眠—觉醒周期。研究发现，晚上入睡前体温慢慢升高，再结合阳光减弱，会促使人体分泌褪黑素促进睡眠。而运动能主动控制提高人体温度，所以晚上进行定量运动可促进褪黑素分泌。此外，运动可以促进增加肌肉细胞的ATP消耗，分解成AMP再经过脱酸酶作用生成腺苷，其作用于特定受体改变其他神经递质释放和兴奋，帮助人们更好地适应昼夜节律变化。

2.4.2 增加深度睡眠时间

研究发现，运动通过增加慢波稳定性来改善NREM睡眠的质量。在运动时，GABA和L-茶氨酸混合物可降低睡眠潜伏期并改善NREM睡眠［15］，而大强度急性运动时，机体处于对自身的保护，会主动增加对GABA的分泌［16］，因此，运动可以通过改变GABA的水平从而改善NREM睡眠。与此同时，运动锻炼消耗了一天所积累的能量从而感到疲惫，而NREM睡眠时身体会十分放松，大脑对外界的刺激反应减弱，这个阶段身体会开始进行自我修复，GABA、5-HT在进入睡眠后分泌量也会增加，抑制中枢神经活性，产生催眠作用，对睡眠过程进行调节，而褪黑素随着睡眠过程慢慢达到分泌高峰，直到机体进入深度睡眠。

2.4.3 提高睡眠质量

改善睡眠，可以从入睡时间、睡眠中断次数、睡眠的时长和增加深度睡眠时间等方面进行阐述。有研究表明，有睡眠问题的患者难以入睡和/或保持睡眠，更频繁地在夜间醒来，睡眠时间变短。接受运动训练计划人的睡眠质量有所改善，而定期的体育锻炼可改善其整体健康状况和生活满意度［17］。研究发现，脊髓损伤（SCI）患者个体的身体活动强度越高，睡眠效果越高，觉醒发作次数越少，潜伏期更短，睡眠障碍（PSQI）更少，这表明参与强化康复计划可能会改善睡眠质量［18］。适当的运动可在一定的程度增加DA释放的水平，降低应激反应及焦虑情绪，也可使患者更容易缓解因伤病带来的不适，从而进入放松状态，提高入睡速度和睡眠质量。此外，运动能够促进褪黑素的分泌，使入睡时间大大减少和降低觉醒的次数，使人在睡眠中得到充分休息和恢复。

2.4.4 减轻失眠症状

失眠通常与职业和社会心理障碍有关，例如白天疲劳、心境障碍、认知缺陷和生活质量差，长期失眠患者会对睡不着产生一定的畏惧，会把这一现象放在心中导致更加睡不着。Hartescu等人通过6个月每周≥150 min的中等至高强度体育活动的监测计划，发现国际推荐的最低身体活动水平可改善慢性失眠的白天和夜间症状［19］。也有研究显示，经过3个月运动训练总睡眠时间、睡眠效率和入睡潜伏期显著增加；训练4个月后，入睡后的觉醒时间和REM睡眠潜伏期与训练前相比显著降低，同时还可对抑郁症状和皮质醇水平产生影响［20］。下丘脑—垂体—肾上腺轴（HPA轴）分泌紊乱引起皮质醇增加从而导致失眠，而DA、5-HTP和去甲肾上腺素等在对HPA轴的调控中起着重要的作用。综上所述，定期进行有氧运动等锻炼方式可以明显改善失眠症状，并降低失眠发作的频率。

3 总结与展望

3.1 总结

近年来，针对睡眠的研究越来越多，但更多的是，集中于神经递质对睡眠、运动对睡眠的影响的研究。随着对睡眠的研究逐渐深入，研究者发现通过运动改善递质的分泌来改善睡眠是具有可行性的。现阶段，两个数据库对于运动干预神经递质的分泌改善睡眠的机制研究仍需要进一步探索。

该文通过阅读文献得出以下结论：（1）GABA和褪黑素在运动时并不会增加，更多的是，在运动达到了一定的强度或身体疲劳时而逐渐增多，抑制神经元的活性提醒身体已疲惫需要休息，而睡眠是最能促进自身进行修复的手段，二者相互结合改善睡眠；（2）运动能够通过增加脑内血流量改善递质流动的路径来促进5-HT合成，增加5-HTP的浓度，并且运动使大脑皮层和海马区5-HT的受体数量和敏感性增加，进而更好地影响机体的睡眠过程；（3）适量运动能够增加DA的浓度，进而减少机体的紧张、焦虑等情绪，以更好地进入睡眠状态。

3.2 展望

该文综述了运动干预神经递质的分泌改善睡眠的可能作用与路径，但结果显示，在研究对象差异性和运动干预类型多样性上是有一定局限的，并不能做到普适。现阶段对于此方面的研究还需要更多地进行深入研究与实验。（1）加强对特定人群的研究：针对不同年龄、性别、职业和健康状况的人群开展专项研究，以提高运动干预神经递质改善睡眠效果的实际应用价值。（2）完善实验设计：借鉴高质量研究的设计方法，如采用随机对照实验、多中心研究设计，提高研究结果的可信度和稳定性。（3）探索新的神经递质检测方法：研究更精确、便捷的神经递质检测方法，提高研究结果的准确性。（4）统一运动干预类型和强度的大小。未来随着运动—神经递质—睡眠的逐步深入研究，将来相关研究一定会在解决睡眠问题中发挥重要作用。