人为什么需要睡觉？人睡觉的时候身体都在做什么？

作者 / 瞻云

是啊，人类为什么要睡觉？

如果你怀着这个疑问，去查其它动物是怎么睡觉的，你会越查越气。

你发现，很多动物的睡眠机制都很牛：

长颈鹿每天只需要 20-30 分钟的睡眠，而且每次只需要睡 5 分钟，就可以续航 6 小时。

如果你拥有长颈鹿的睡眠机制……那简直是先天 996 圣体。

海豚和雨燕可以使用半脑睡眠^[1]，当一个大脑半球睡觉时，另一个大脑半球可以继续工作，从而可以在睡觉时保持清醒。

如果你拥有海豚的睡眠机制……那你可以在 996 的时候，睡觉摸鱼。

不过，你也发现，再牛的睡眠机制，那也是需要睡眠的。

睡眠这个东西进化出来，似乎天生就充满了 BUG。

首先睡觉的时候，整个身体处于挂机状态，很容易遭到掠食动物的攻击。其次，在自然资源匮乏的年月，过多的睡眠也会降低觅食效率。

看起来，睡眠机制似乎在拉低生存优势。

很多时候事实也的确如此，其实圈养状态下的长颈鹿，一天的总睡眠可以达到 4 个小时以上^[2]。野生长颈鹿为了生存，不得不减少了睡眠时间。

人类睡眠周期，其实和早期演化压力有关。我们的睡眠呈现周期波动，且每个周期都有一个容易清醒的浅睡阶段，这更有利于警觉危险和清醒。

可以推测，相比起可以在家放心睡觉的现代人，在山洞里睡觉的原始人类可能睡眠更短，也更容易惊醒^[3]。

既然，睡眠真的会影响生存，那睡眠机制，又是怎么进化出来的呢？

无论动物、植物，还是部分真菌和细菌，绝大多数的生命都具有昼夜节律。

昼夜节律正是睡眠产生的前提条件。

23 亿年前，单细胞生物中便产生了决定昼夜节律的关键蛋白质分子^[4]。

这个时间点，正好对应地质年代的大氧化事件。

氧气在生物体内产生大量的活性氧，使得大量单细胞生物被毒死，迫使活下来的演化出了有氧呼吸能力。但付出的代价，就是必须演化出专门的机制来抵消身体内活性氧。

从此以后，生物的身体与氧气展开了长达 20 多亿年的斗智斗勇。

太阳东升西落，蓝藻在白天光合作用，积累有机质。消费者也跟随蓝藻的生长周期，在白天增加活动量，这也在体内积累了更多活性氧和损伤。晚上活动量减少，机体通过超氧化物歧化酶（SOD）等多种生化机制来清除活性氧，同时修复损伤，代谢和排出有害物质，使得胞体恢复如初。

随着多细胞动物的产生，整体新陈代谢加快，原始的昼夜节律已经无法解决体内积累的活性氧。因此演化出，昼夜节律的更高级形态——睡眠。

有人说，呼吸是慢性自杀。

那我想说的是，睡眠就是这场慢性自杀的唯一解药。

其实，早在 6.5 亿年前，最开始出现原始网状神经系统的水母等刺胞动物，就已经有了睡眠。

虽然水母没有大脑，但研究人员发现水母同样存在睡眠周期，且神经机制与高等动物同源^[5][6]。对水母进行睡眠剥夺实验，也即强制它们不睡觉，发现有害物质会在它们体内积累，并对细胞造成损害，同时影响神经功能^[7]。

这意味着，为了应对氧化损伤，在动物进化出大脑之前，就已经有了睡眠机制。

5.4 亿年前，进化军备竞赛促使寒武纪物种大爆发，动物进化出了大脑和眼睛，它们同时和睡眠绑定在了一起。

早期脊椎动物不仅头颅两侧有一双眼睛，额头上还有一个特殊的器官——顶眼，也即俗称的第三眼^[8]。

顶眼并不能分辨实物，不过却可以通过光信号来分泌褪黑素，与眼睛里的黑视蛋白一起调节昼夜节律。

顶眼通过三叉神经、交感神经、副交感神经与中枢神经发生联系。随着早期爬行动物进化成鸟类和哺乳动物，顶眼内陷演化成了松果体，失去了感光能力。不过下丘脑发展出了视交叉上核，向其传递感光信息，保证了睡眠调节机制。.

• 这个神经机制，也是部分人群强光导致偏头痛的生理基础。

至少从鱼类开始，哺乳动物的睡眠节律就基本上定型，在后来漫长的演化过程中，不同物种的睡眠机制，都为了适应自己所处的环境，而发生适应性的变化。

高等动物的大脑，发展出了专门的开关来控制睡眠：

清醒和睡眠之间存在一个内稳态（homeostasis），调节这个内稳态的内源性物质多达数十种。

其中最为重要的，便是遍布人体的细胞的内源性核苷——腺苷^[9][10]。

它是合成 ATP、腺嘌呤等重要物质的中间体，但它本身也对心血管系统、睡眠发挥着重要作用，是所有生命不可缺少的物质。

当人处在清醒状态时，神经元种含有较少的腺苷，但随着清醒状态的持续，腺苷会在神经元突触中不断积累。腺苷与腺苷受体的结合，会产生相应的细胞反应，从而作用于中枢神经系统，增加睡意。在睡眠过程中，大脑会不断清除腺苷，睡意便会逐渐减少。当恢复至清醒状态的水平，便会引发觉醒^[11]。

腺苷往往作用在多个脑区，但主要作用在前脑基底部。

在前脑基底部中，腺苷通过腺苷 A1 受体抑制胆碱能神经元，来抑制觉醒状态。

腹外侧视前区(VLPO)的腺苷 A2 受体，则能激活其γ- 氨基丁酸（GABA）能，从而抑制多个脑区的促眠活动^[12]。尤其是对下丘脑乳头体核组胺释放的抑制，对入睡发挥着重要贡献。

除了腺苷外，其它的睡眠稳态调节物质还有前列腺素 D2(PGD2)、生长激素等等。

总的来说，腺苷这样的睡眠调节子因子，其实相当于身体内活性氧的指标，活性氧超标了，意味着该睡觉休息了。

咖啡之所以有提神作用，便是因为其所含的咖啡因，能够阻断结合位置来阻止腺苷受体的激活^[13]。

喝咖啡抑制腺苷熬夜，本质上相当于对身体的透支。

那睡觉的时候，我们的身体在做什么？

首先经过一天的能量消耗，肝脏、骨骼肌会在夜晚合成糖原，给身体“充能”，当然，心脏和大脑也会合成少量的糖原。充能的同时，身体也在积极排出一天所产生的废物。

我们以大脑来举例。

大脑内充盈着流动的脑脊液，睡觉时会发生周期性的震荡。

大脑细胞缩水 60%，大大增加细胞间隙，来帮助脑脊髓液更自由地通过大脑组织间隙，最终通过淋巴管流出，排出活性氧、β- 淀粉样蛋白等有害废物^[14][15][16]。

这个过程，血液（红色标记）流出，脑脊液（蓝色标记）流入。

当处于清醒状态时，这种有规律的清除活动会随之消失。

主要原因在于，清醒状态下，大脑需要足够的血液来给大脑供氧、供能，血液充盈着大脑，脑脊液只能活动在大脑的表面，很难有进入大脑内部的机会。

人体废物清除和损伤修复，肝脏和心脏功不可没。一个是关键功能的执行者，一个提供源源不断的动力。

废物清除了，从细胞到组织，再到器官的自然损伤，才能得到修复和维护。不仅我们的免疫系统、消化系统、内分泌系统等多个系统的功能可以得到正常维持，还能保证机体健康，促进身体的生长发育。

大脑也会在睡觉的时候，整理信息，强化并巩固记忆，有利于认知功能的发展。

如果我们通过长期熬夜对身体透支，又会发生什么？

人类经过长达 300 万年的进化，面对恶劣的环境时，总是有熬夜的需求，人体早就对熬夜有了适应性的改变。当你第一天进行熬夜后，第二天你睡觉时，机体会进行代偿，通过更深度的睡眠来废物清理、修复损伤。

1964 年，美国人对 17 岁高中生兰迪·加德纳（Randy Gardner）进行了一场著名的睡眠剥夺实验^[17]。他连续 11 天 24 分钟（264.4 小时）没有睡觉，打破了当时的世界纪录。

虽然加德纳熬夜到第 10 天后，出现了认知和记忆障碍、幻觉和偏执行为。但经过 14 小时 46 分钟的代偿睡眠后，他们的健康状态得到了完全的恢复。

可见人类睡眠的代偿能力是很强大的。

不过，这种弹性适应能力也是有上限的。长期熬夜，会摧毁这种代偿能力。

活性氧不断积累会进一步产生氧化应激，损伤的不断积累则会产生炎症作用。这两种作用可能触发细胞因子风暴，诱导多器官损伤。

首当其冲的便是大脑、心脏、肝脏，以及肾脏、胰脏等等。

作用于大脑，会导致情绪和功能障碍，作用于肝脏，会破坏肝细胞，作用于心脏对导致心肌受损、节律失调。严重时，甚至会导致死亡。

《Cell》上的一篇论文显示，对小鼠进行为期 4 天的长期睡眠剥夺，80%的小鼠会因为产生细胞因子风暴，多器官损伤而死亡^[18]。

针对人类的统计学研究也表明，每天睡眠不足 6 小时会使得心肌梗死风险增加 20%，熬夜是心源性猝死越来越年轻化的原因之一！^[19]

熬夜除了会对大脑、心脏、肝脏进行直接损伤外，还可能因为附带的不良生活习惯所带来的更多损害。

熬夜时抱着奶茶、咖啡、零食、外卖是大多数人的常态，再加之部分人烟酒不断，都可能对机体和脏器带来长期的负面影响。

人类的肝脏可以说是名符其实的六边形战士，拥有消化、营养转化、储能、代谢、解毒、造血等多种多样的功能，它无怨无悔地进行着超级 996（绝对无休）的工作……

但如果六种工作，都超过肝脏的极限。那么，大量的代谢损伤、毒理损害，便会很快破坏身体和器官。肝脏自然是损害最严重的器官之一，统计表明，熬夜等不良习惯带来的非酒精性肝损伤是我国最大慢性肝病！

其次受损的便是心脏，抽烟、体重过重、运动不足、高胆固醇血症，使得心血管疾病成为全球最常见的死因，大约占了 30%的死亡人数。

当今时代，睡眠不足是一个公认的健康问题，平均每 10 个成年人中就有 3 个睡眠不足 7 小时。

如何保证正常睡眠，避免诸多相关慢性疾病的发生，是当代人类所共同面临的世界难题之一。

来源：知乎日报