失眠对脑部神经危害的文献综述

夜空中最亮的星   |   2025-08-01

摘要：

失眠作为一种普遍存在的睡眠障碍，其影响远超短暂的疲劳感。大量神经科学研究揭示，失眠对大脑结构与功能产生广泛而深远的危害。本综述系统阐述失眠对神经解剖结构、神经递质平衡、认知功能及情绪调节的负面影响，并探讨其与神经退行性疾病的潜在关联。基于现有证据，充分认识失眠的神经危害对公共卫生干预具有重要意义。

一、引言

失眠以入睡困难、睡眠维持障碍或早醒为特征，并伴有日间功能受损（如疲劳、注意力下降、情绪不稳）。全球范围内成人失眠患病率约10%-30%，且呈上升趋势（Roth, 2007）。传统观点常将失眠视为“亚健康”状态，然而，现代神经影像学、分子生物学及认知神经科学的研究表明，慢性失眠对中枢神经系统可造成实质性损伤，显著增加认知衰退与精神疾病风险。

二、失眠与大脑结构改变：神经影像学证据

  1. 海马体积缩小： 海马是学习记忆的关键中枢，对睡眠剥夺极为敏感。多项研究采用高分辨率MRI发现，慢性失眠患者的海马体积显著小于健康对照者。例如，Noh等（2012）的研究报告显示，原发性失眠患者的海马体积平均缩小约8%-10%，且这种萎缩与患者自述的睡眠质量呈负相关。这种结构性改变可能是失眠患者陈述性记忆受损的重要神经基础。
  2. 前额叶皮层（PFC）异常： 前额叶皮层负责高级认知功能（如执行功能、决策、工作记忆）。失眠患者常表现出前额叶区域（尤其是背外侧前额叶，dlPFC）灰质体积减少或皮层厚度变薄（Joo et al., 2013）。功能磁共振成像（fMRI）研究进一步揭示，失眠患者在执行认知任务时，dlPFC的激活程度显著降低或激活模式异常，反映其神经效率下降（Drummond et al., 2013）。前额叶的结构与功能损伤直接关联到失眠患者常见的注意力涣散、计划能力减弱和冲动控制困难。
  3. 杏仁核过度活跃与连接异常： 杏仁核是情绪加工的核心节点，尤其是对负性情绪和威胁刺激的处理。研究一致发现，失眠患者的杏仁核在静息状态和面对负性刺激时，其激活水平显著增高（Yoo et al., 2007）。此外，失眠还导致杏仁核与前额叶皮层（尤其是负责情绪调节的腹内侧前额叶皮层，vmPFC）之间的功能连接减弱（Huang et al., 2012）。这种“杏仁核脱抑制”状态被认为是失眠患者情绪易波动、焦虑抑郁风险升高的重要神经机制。
  4. 默认模式网络（DMN）紊乱： DMN在静息状态下活跃，与自我参照思维、心智游移有关。失眠患者的DMN表现出异常的过度活跃（尤其在未能入睡时）及内部连接紊乱（如后扣带回皮层与内侧前额叶皮层连接减弱）（Chen et al., 2018）。DMN失调可能加剧失眠患者的反刍思维（反复思考负面事件），形成“难以关闭大脑”的恶性循环，并干扰任务相关网络的正常功能。

三、失眠与神经化学失衡

  1. 应激激素系统（HPA轴）过度激活： 失眠是强烈的生理心理应激源，长期失眠导致下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴持续亢进，皮质醇等应激激素水平异常升高，尤其在晚间本应下降时（Rodenbeck et al., 2002）。高水平的皮质醇具有神经毒性，可直接损伤海马神经元，抑制神经发生，并损害突触可塑性。
  2. 神经递质系统紊乱：
    • 促进觉醒系统亢进： 失眠与促觉醒神经递质（如去甲肾上腺素、多巴胺、组胺、食欲素）的过度释放或敏感性增高有关。特别是食欲素系统，在失眠动物模型和患者中被发现过度活跃，驱动觉醒状态难以抑制（Sakurai, 2007）。
    • 促进睡眠系统抑制： 同时，内源性促睡眠物质功能被削弱。γ-氨基丁酸（GABA）是主要的抑制性神经递质，对诱导和维持睡眠至关重要。研究表明，失眠患者的GABA能神经元活动可能降低，或GABA受体敏感性下降（Winkelman et al., 2008）。褪黑素分泌节律紊乱在失眠患者中也常见，尤其在昼夜节律失调型失眠中。此外，腺苷作为重要的“睡眠压力”分子，其在大脑（尤其是基底前脑和皮层）的积累是驱动睡眠需求的关键。失眠可能干扰腺苷的正常积累或信号传导（Porkka-Heiskanen et al., 2002）。
    • 谷氨酸能兴奋性毒性： 慢性睡眠剥夺和失眠模型显示，谷氨酸（主要兴奋性神经递质）水平升高，可能导致神经元过度兴奋甚至兴奋性毒性，尤其是在海马等易感区域（Novati et al., 2011）。

四、失眠与认知功能损害

  1. 注意力和警觉性下降： 失眠显著损害持续性注意力和警觉性，表现为反应时延长、遗漏错误增加。这主要与前额叶皮层功能受损和觉醒系统不稳定有关。即使是轻度或短期的睡眠限制，也足以导致显著的注意力下降（Lim & Dinges, 2010）。
  2. 工作记忆与执行功能受损： 工作记忆（临时存储和处理信息）和执行功能（计划、组织、任务切换、抑制控制）高度依赖前额叶皮层。失眠患者在这些领域表现出明显困难，任务表现波动性大，尤其在需要复杂认知操作或抑制干扰时（Fortier-Brochu et al., 2012）。
  3. 陈述性记忆巩固障碍： 睡眠，尤其是慢波睡眠（SWS），对将海马中的新记忆转移到新皮层进行长期储存（记忆巩固）至关重要。失眠患者的SWS时间常减少且质量下降，导致其对新学习信息的记忆巩固显著受损，表现为次日回忆率降低（Diekelmann & Born, 2010）。
  4. 决策与风险行为： 失眠损害个体的风险评估能力和冲动控制，倾向于做出更冒险的决策（Killgore, 2010）。这与前额叶功能受损和边缘系统（如杏仁核、伏隔核）调节失衡有关。

五、失眠与情绪及精神障碍风险

  1. 情绪调节障碍： 如前所述，杏仁核过度活跃和前额叶调控减弱导致失眠患者对负性情绪刺激反应过度，而对正性刺激反应钝化，情绪波动性增大，易怒。
  2. 抑郁症和焦虑症风险显著增加： 失眠与抑郁症、焦虑症存在高度共病和双向因果关系。长期失眠是诱发抑郁和焦虑的最强风险因素之一。前述的HPA轴过度激活、神经递质失衡（如5-羟色胺功能异常）、前额叶-边缘系统环路功能失调，构成了共同的神经生物学基础（Baglioni et al., 2011）。有效治疗失眠常能显著改善共病抑郁焦虑症状。

六、失眠与神经退行性疾病风险

最令人担忧的是，越来越多的证据表明，长期慢性失眠可能是阿尔茨海默病（AD）等神经退行性疾病的重要可修饰风险因素。

  1. β-淀粉样蛋白（Aβ）清除障碍： 睡眠，尤其是SWS期间，大脑类淋巴系统（Glymphatic System）的活动显著增强，加速清除包括Aβ在内的神经毒性代谢废物。失眠导致SWS减少，显著损害类淋巴系统的清除效率，导致Aβ在大脑（尤其是前额叶和内侧颞叶）异常沉积（Xie et al., 2013; Ju et al., 2017）。
  2. Tau蛋白病理： 睡眠剥夺的动物模型和人类研究中均观察到脑脊液中磷酸化Tau蛋白水平升高（Holth et al., 2019）。Tau蛋白过度磷酸化和聚集是AD的另一核心病理特征。
  3. 神经炎症： 长期失眠可激活小胶质细胞，导致促炎细胞因子（如IL-6, TNF-α）水平升高，诱发慢性神经炎症，进一步损害神经元和突触功能，加速神经退行性变（Irwin, 2019）。
  4. 大型流行病学研究支持： 如Spira等（2019）在JAMA Neurology上发表的研究，通过对社区老年人的长期随访发现，自我报告的睡眠时间短（≤6小时/晚）和睡眠质量差，与更高的Aβ PET成像阳性率显著相关，提示AD病理负担增加。

七、结论与展望

综合神经影像学、神经化学、认知神经科学及流行病学证据，慢性失眠对大脑的危害是多层次且深远的：

  • 结构层面： 导致关键脑区（海马、前额叶）萎缩。
  • 功能层面： 破坏神经网络（如前额叶-边缘系统环路、DMN）的协调性。
  • 化学层面： 引发HPA轴亢进、神经递质（GABA/谷氨酸等）失衡、促觉醒系统过度活跃。
  • 认知层面： 显著损害注意力、工作记忆、执行功能及长期记忆巩固。
  • 情绪层面： 增加情绪不稳及抑郁焦虑风险。
  • 长期风险： 促进Aβ和Tau蛋白病理积累，诱发神经炎症，显著增加罹患阿尔茨海默病等神经退行性疾病的风险。

这些发现强调了失眠绝非小事，而是一种需要积极识别和干预的、对大脑健康构成严重威胁的状态。将睡眠健康（Sleep Health）提升到与饮食、运动同等重要的地位，是维护脑健康、预防认知衰退和神经退行性疾病的必要策略。未来的研究需进一步阐明不同失眠亚型、病程长短与特定神经损害模式的关联，深入探索睡眠干预（如CBT-I认知行为疗法、优化睡眠卫生）逆转或减轻这些神经损害、降低神经退行性疾病风险的具体效果和机制，为精准防治提供依据。提升公众和医疗专业人员对失眠神经危害的认识，推动将睡眠评估纳入常规健康管理，是当前亟待加强的工作方向。

参考文献：

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