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那些熬夜欠下的債

文 / 圖:高至輝東京大學醫學系研究所神經生理學教室博士生

過年守夜,不管是打麻將打電動還是嗑瓜子看電視,都是農曆年讓人難忘的經驗。但一直以來,「晚睡傷身體」的說法甚至不用專家提醒,家中長輩都可以有一套對於睡眠不足如何傷身的見解。但是在寧靜的夜晚遭受到各種現代科技入侵之後,熬夜有時候像是種難以避免的宿命。

圖:熬夜對研究者來說像是難以避免的宿命。

圖:熬夜對研究者來說像是難以避免的宿命。

儘管在熬夜之後,每個人所感受到的自覺症狀各自不同,但在代謝觀點的科學研究已經指出:睡眠剝奪(sleep deprivation)會使體重增重 [1,2],進而提昇肥胖 [3, 4]、代謝疾病 [5] 、甚至心血管疾病 [6]等風險。關於這些代謝異常成因的說法目前並不統一,但是確實也有研究指出在睡眠不足的人身上有找到醣類代謝以及內分泌系統的紊亂 [7]。

甚至在基因表現層面,與晝夜節律有關的生理時鐘(circadian clock)、睡眠恆定性(sleep homeostasis)、氧化壓力(oxidative stress)、以及代謝(metabolic)相關基因(註1)的正常表現都因睡眠剝奪受到了干擾 [8]。另一方面,近年來許多實驗也證實了各種代謝與生理時鐘的關聯性 [9-12],進一步增加了我們對睡眠如何導致代謝失衡的認識。

這樣一來,坊間普遍將睡眠不足的傷害歸咎於生理時鐘的紊亂的說法,倒也不算是空穴來風。此外,一項關於睡眠剝奪對於中樞神經影響的研究也顯示,睡眠對於移除代謝廢棄物有重大的影響 [13]。總和來看,要維持身體正常的代謝機能以及有效的移除代謝廢棄物都需要仰賴充足的睡眠。

 

一項賓州大學的研究基於先前的發現,分別以大鼠(rat)與人類當做對象,比對歷經5天的睡眠剝奪前後血液成分的差異 [14]。結果在大鼠身上找到了38種在睡眠剝奪後濃度提昇的代謝物,其中約一半是脂質類;同樣地,在人類身上所找到的特異代謝物中,脂質或脂肪酸類也是主要的成員,這些現象或許可以回應於先前研究指出:受生理時鐘影響的代謝基因當中,大部分與脂質代謝有關的見解 [10,11]。

另外這些在大鼠身上找到的脂質當中,更有7種磷脂質(phospholipid)屬於漿磷脂(plasmalogens),這類脂質的產生與氧化壓力(oxidative stress)的上升程度有關,顯示缺乏睡眠的個體可能暴露在氧化壓力上風的風險之中。除此之外他們還有發現一些神經傳導物質,以及腸道代謝產物的含量也有顯著的增加。

這項實驗的另一項主要貢獻,在於找到人類與大鼠歷經睡眠剝奪後,有兩種共通的代謝物質在血液當中含量都有顯著提昇,分別是草酸(oxalic acid)和二醯基甘油36:3(diacylglycerol 36:3)。草酸是食物消化後的產物,主要是來自於植物的維生素C或特定胺基酸的降解。二醯基甘油是三醯基甘油(triacylglycerol)的前軀物,人體的脂肪大多是以三醯基甘油的狀態儲存在細胞裡。本實驗的第一作者的Aalim M. Weljie認為,這兩種共通分子應可作為一種可定量的生物標記(biomarker),應用在往後與睡眠相關的各種研究。除此之外,既然睡眠剝奪的人和大鼠在代謝上有共通的結果,也顯示在大鼠身上有關睡眠剝奪相關機制的研究,未來也有可能應用在人類的臨床研究或治療方法開發上 [15]。

 

主導研究的Amita Sehgal更進一步表示,這項研究也回應了先前睡眠有助於身體修復的說法,因此睡眠可能和代謝廢棄物的排除或是重整周邊組織的抗氧化機制的平衡有關。而換個角度來說,睡眠不足也可能讓個體代謝偏向有害的氧化狀態(oxidative metabolic state)[15]。

儘管這項實驗並沒有對睡眠影響代謝的機制提出更確切的解釋,但根據血液樣本中代謝物含量的改變,指出睡眠不足在短期之內即可造成體內脂質代謝失調、氧化壓力上升、以及神經傳導物質代謝改變的諸多不良影響。這些結果不僅呼應了先前的研究,也再次提醒人們疲勞感只是表面上的一項警訊,不僅是睡眠不足所造成的唯一結果。

我們在熬夜之後,透過一杯咖啡或是一罐營養飲料或許可以提神醒腦,卻顯然無法挽回因為熬夜造成的種種代謝紊亂的事實。或許我們可以期待有一天能夠將這些代謝上的失調一網打盡的「免睏」問世,然而睡眠不足所造成的影響牽連甚廣,成功率只能說是未知數。當前最中肯建議大概是:好好睡上一覺吧!

 

註1. 該論文提出睡眠不足時表現受到影響的代謝相關基因分別為:編碼葡萄糖載體蛋白(glucose transporter gene)的SLC2A3 以及SLC2A5基因,編碼調節食慾與相關身理現象的荷爾蒙ghrelin與obestatin的GHRL基因,以及編碼負責調節膽固醇及磷脂質載體蛋白的ABCA1基因。

 

參考資料:

  1. Spaeth AM, Dinges DF, Goel N (2013) Effects of experimental sleep restriction on weight gain, caloric intake, and meal timing in healthy adults. Sleep 36(7):981–990.
  2. Markwald RR, et al. (2013) Impact of insufficient sleep on total daily energy expenditure, food intake, and weight gain. Proc Natl Acad Sci USA 110(14):5695–5700.
  3. Singh M, Drake CL, Roehrs T, Hudgel DW, Roth T (2005) The association between obesity and short sleep duration: A population-based study. J Clin Sleep Med 1(4):357–363.
  4. Di Milia L, Vandelanotte C, Duncan MJ (2013) The association between short sleep and obesity after controlling for demographic, lifestyle, work and health related factors. Sleep Med 14(4):319–323.
  5. Schmid SM, Hallschmid M, Schultes B (2014) The metabolic burden of sleep loss. Lancet Diabetes Endocrinol 3(1):52–62.
  6. Ayas NT, et al. (2003) A prospective study of sleep duration and coronary heart disease in women. Arch Intern Med 163(2):205–209.
  7. Spiegel K, Leproult R, Van Cauter E (1999) Impact of sleep debt on metabolic and endocrine function. Lancet 354(9188):1435–1439.
  8. Möller-Levet CS, et al. (2013) Effects of insufficient sleep on circadian rhythmicity and expression amplitude of the human blood transcriptome. Proc Natl Acad Sci USA 110(12):E1132–E1141.
  9. Kasukawa T, et al. (2012) Human blood metabolite timetable indicates internal body time. Proc Natl Acad Sci USA 109(37):15036–15041.
  10. Chua EC-P, et al. (2013) Extensive diversity in circadian regulation of plasma lipids and evidence for different circadian metabolic phenotypes in humans. Proc Natl Acad Sci USA 110(35):14468–14473.
  11. Dallmann R, Viola AU, Tarokh L, Cajochen C, Brown SA (2012) The human circadian metabolome. Proc Natl Acad Sci USA 109(7):2625–2629.
  12. Xie L, et al. (2013) Sleep drives metabolite clearance from the adult brain. Science 342(6156):373–377.
  13. Ang JE, et al. (2012) Identification of human plasma metabolites exhibiting time-ofday variation using an untargeted liquid chromatography-mass spectrometry metabolomics approach. Chronobiol Int 29(7):868–881.
  14. Weljie, et al.(2015) Oxalic acid and diacylglycerol 36:3 are cross-species markers of sleep debt. Proc Natl Acad Sci USA S .Published online February 9 2015 doi:10.1073/pnas.1417432112
  15. Common Biomarkers of Sleep Debt Found in Humans and Rats. NeuroscienceNews [February 12, 2015]

 

關於作者

高 至輝

至輝

東京大學醫學系研究科特任研究員。大學主修化學,從碩士轉攻結蛋白質構生物學,其後飛往日本攻讀神經生理學,畢業後留在日本繼續探索有關神經迴路形成的機制。私底下屬有跡可循的雜食性,對於理解各種人文或科學概念的發展進程充滿興趣。