การนอนหลับและการตื่น เป็นปรากฏการณ์ที่พบได้ในชีวิตประจำวันของสิ่งมีชีวิตทั้งมนุษย์และสัตว์ มนุษย์ใช้เวลาประมาณหนึ่งในสามของชีวิตในการนอนหลับ แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการนอนหลับต่อการดำรงชีวิต การนอนหลับมีบทบาทสำคัญต่อร่างกาย เช่น มีผลต่อการหลั่งฮอร์โมน ความตื่นตัว การตัดสินใจ ความจำและการทำงานอื่นๆของระบบประสาท การนอนหลับเป็นเป็นปรากฏการณ์ที่ต้องอาศัยการทำงานอย่างมีระบบของระบบประสาทที่ทำหน้าที่ควบคุมการนอนหลับและการตื่น มนุษย์ส่วนใหญ่มักเข้าใจว่าการนอนหลับคือร่างกายได้พักผ่อน เปรียบเสมือนปิดคอมพิวเตอร์ พอตื่นมาก็เหมือนเปิดคอมพิวเตอร์ร่างกายพร้อมลุย พร้อมประมวลผลต่อ แต่ในความเป็นจริง การนอนหลับของเราในชีวิตประจำวัน เป็นขบวนการที่มีระบบขั้นตอน และลำดับของกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อน ซึ่งต้องทำความเข้าใจเพิ่มมากขึ้น
ระยะของการนอนหลับ (Sleep stages)
แม้ว่าการนอนหลับจะดูเหมือนร่างกายหยุดนิ่งหรืออยู่ในสภาวะคงที่ แต่จากการศึกษาพบว่าในช่วงเวลาของการนอนหลับยังสามารถแบ่งได้เป็นระยะต่างๆ ซึ่งมีลักษณะการแสดงออกทางสรีรวิทยาที่แตกต่างกัน วิธีการที่นิยมใช้ในการแยกระยะต่างๆ ของการนอนหลับ คือ Polysomnography (PSG) ซึ่งประกอบด้วยการบันทึกหลักๆ 3 ชนิด คือ
- คลื่นไฟฟ้าสมอง (electroencephalogram; EEG) เพื่อบันทึกการทำงานของสมอง
- คลื่นไฟฟ้าจากลูกตา (electro-oculogram; EOG) แสดงถึงการกลอกตา
- คลื่นไฟฟ้ากล้ามเนื้อ (electromyogram; EMG) บันทึกการหดตัวและความตึงตัวของกล้ามเนื้อ (muscle tone)
ภาพ 1 Polysomnography แสดงการติดขั้วบันทึกที่ข้างตาซ้าย (E1) และตาขวา (E2) เพื่อบันทึก electro-oculogram (เส้นบันทึกสองเส้นบน) ขั้วบันทึกที่คางสำหรับบันทึก electromyogram (EMG) และขั้วบันทึกที่หนังศีรษะ (C4, C3) สำหรับบันทึก electroencephalogram (เส้นบันทึกเส้นล่าง) ขั้วบันทึกที่ใบหูทั้งสองข้าง (A1, A2) ใช้เป็นขั้วเปรียบเทียบ (reference electrode)
ทำให้สามารถแยกการช่วงของการนอนหลับได้เป็น Rapid Eye Movement Sleep (REM Sleep) และ Non rapid eye movement sleep (NREM Sleep) ยังแบ่งย่อยออกได้เป็น 4 ระยะ (NREM stage I – IV) ตามระดับความลึกของการนอนหลับ โดยสังเกตเห็นลักษณะคลื่นไฟฟ้าสมองที่มีขนาดใหญ่ขึ้นและความถี่ลดลงตามลำดับ
ภาพ 2 Polysomogram แสดงระยะต่างๆ ของการนอนหลับ และขณะตื่น [Ganong, 2013]
NREM stage I เป็นระยะเริ่มหลับ คลื่นไฟฟ้าสมองจะมีขนาดเล็ก มีความถี่หลายๆ ความถี่ สังเกตเห็น Theta wave ซึ่งมีความถี่ประมาณ 4-7 Hz แทรกขึ้นมา คลื่นสมองชนิดนี้ พบในภาวะที่จะเลื่อนไหลจากการรู้สึกตัว ไปสู่การง่วงเหงาหาวนอน และจะพบได้ในขณะที่คนคนนั้นทำสมาธิอยู่ในระดับสูงๆ ระยะนี้สามารถปลุกให้ตื่นได้ง่าย
NREM stage III และ NREM stage IV เป็นระยะที่หลับลึก ปลุกให้ตื่นได้ยาก คลื่นไฟฟ้าสมองที่เด่นในช่วงนี้คือ delta wave ซึ่งเป็นคลื่นขนาดใหญ่มีความถี่ประมาณ 0.5-4 Hz โดยจะมีมากที่สุดใน NREM stage IV ด้วยเหตุนี้จึงเรียกระยะนี้ของการนอนหลับว่า slow wave sleep (SWS) ในบางตำราจะรวม ทั้งสองระยะนี้ของการนอนหลับเป็น NREM stage III ของการนอนหลับ
ตลอดช่วง NREM sleep การหดตัวของกล้ามเนื้อและความตึงตัวของกล้ามเนื้อจะลดลงตามลำดับ และไม่พบการกลอกตาเป็นจังหวะในระยะนี้
REM Sleep เป็นระยะที่ยังคงหลับอยู่ ระยะของการนอนชนิดนี้ กินระยะเวลาประมาณ 20-25 % ของเวลาการนอนทั้งหมด แต่คลื่นไฟฟ้าฟ้าสมองมีขนาดเล็กและความถี่สูงคล้าย beta wave ที่พบในขณะตื่น ระยะนี้จึงอาจเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า paradoxical sleep ระยะนี้จะมีการกลอกตาเป็นจังหวะอย่างรวดเร็วให้ตรวจพบได้ ความตึงตัวของกล้ามเนื้อ (muscle tone) จะหายไป sympathetic activity จะสูงขึ้น ในระยะนี้การตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอกเช่น เสียงดัง หรือสิ่งเร้าภายใน เช่น ภาวะการขาดออกซิเจน จะน้อยมากเมื่อเทียบกับระยะ NREM นอกจากนี้ยังพบการแข็งตัวของอวัยวะเพศเกิดขึ้นในช่วง REM sleep ด้วย
ภาพ 3 คลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG) แสดงลักษณะของคลื่นไฟฟ้าสมองที่ช่วงความถี่ต่างๆ ที่พบได้ในภาวะปกติและผิดปกติ (A) และคลื่นไฟฟ้าสมองที่บันทึกได้ที่ระยะต่างๆ ของการนอนหลับ สังเกตว่าขณะตื่นคลื่นไฟฟ้าสมองจะขนาดเล็กและความถี่สูง (beta wave) และคลื่นไฟฟ้าสมองจะมีขนาดใหญ่ขึ้นและความถี่ลดลงตามลำดับใน NREM stage I-IV
อ้างอิง
วัฏจักรของระยะของการหลับ
ในแต่ละคืนของการนอนหลับปกติ จะประกอบด้วยวงจรของ NREM – REM ประมาณ 3 – 6 รอบ (cycle) ต่อเนื่องกันไป เรียกวงจรของ NREM – REM นี้ว่า ultradian rhythm ซึ่งแต่ละรอบจะใช้เวลาประมาณ 90 – 110 นาที
หลังเริ่มเข้านอน คนปกติจะใช้เวลาประมาณ 15 – 20 นาที ในการเข้าสู่ NREM stage I ระยะเวลาตั้งแต่เข้านอนจนถึงเริ่มหลับนี้เรียกว่า sleep latency ซึ่งเปลี่ยนแปลงได้จากหลายปัจจัย เช่น หากอดนอนจะทำให้ sleep latency สั้นลง หรืออายุน้อยจะมี sleep latency สั้นกว่าเมื่ออายุเพิ่มขึ้น เป็นต้น จากนั้นการหลับจะดำเนินต่อไปเข้าสู่ระยะของการหลับลึกมากขึ้น (NREM stage II – IV) และ REM sleep ตามลำดับ โดย REM sleep ครั้งแรกจะปรากฏประมาณ 90 นาทีหลังเริ่มหลับ วงจรของ NREM – REM ดังกล่าวข้างต้นเกิดซ้ำทุก 90-110 นาที โดยในแต่ละคืนของการนอนหลับจะเป็นการนอนหลับใน NREM stage I, II ประมาณ 50 – 60% และ REM sleep ประมาณ 20 – 25% ของระยะเวลาการนอนทั้งหมด (total sleep time) โดยระยะเวลาของ REM sleep จะยาวขึ้นตามลำดับในรอบหลังๆ ของการนอนหลับ ซึ่งตรงข้ามกับ NREM stage III, IV ซึ่งจะพบได้ในรอบต้นๆ ของการนอนหลับและปรากฏน้อยลงในช่วงท้าย ระยะเวลาของการนอนหลับ และสัดส่วนของการนอนหลับในช่วง NREM stage III, IV และ REM sleep จะลดลงตามอายุ
ภาพ 4 โครงสร้างของการนอนหลับ (ซ้าย) และระยะเวลาการนอนหลับ (total sleep time) และสัดส่วนของการนอนหลับในระยะต่างๆ เทียบกับอายุ (ขวา) [Ganong, 2010]
กลไกการเกิด NREM และ REM sleep
การนอนหลับในช่วง REM มีลักษณะพิเศษที่แตกต่างจากการนอนหลับในระยะ NREM ที่สำคัญคือ ลักษณะคลื่นไฟฟ้าสมองที่คล้ายตอนตื่น การกลอกตาเป็นจังหวะอย่างรวดเร็ว และการหายไปของ muscle tone สาเหตุเกิดจากการทำงานของสมองที่แตกต่างกันในระยะ NREM และ REM โดยพบว่าในการนอนหลับระยะ REM กลุ่มเซลล์ประสาทที่หลั่งสารสื่อประสาท noradrenaline และ serotonin ยังคงทำงานลดลง ขณะที่เซลล์ประสาทประสาทที่หลั่งสารสื่อประสาท acetylcholine ในก้านสมองทำงานเพิ่มขึ้น เซลล์ประสาทกลุ่มนี้จะส่งปลายประสาทไปยัง thalamus และ basal forebrain ทำให้เกิดคลื่นไฟฟ้าสมองที่เป็นลักษณะ desynchronized ปลายประสาทที่ส่งไปยัง paramedian pontine reticular formation (PPRF) ซึ่งไปมีผลต่อเซลล์ประสาทสั่งการของกล้ามเนื้อลูกตา ทำให้เกิดการกลอกตา นอกจาพำกนี้เซลล์ประสาท cholinergic ในก้านสมองยังส่งปลายประสาทไปกระตุ้น medullary reticular formation ซึ่งมีบทบาทยับยั้งการทำงานของกล้ามเนื้อทรงตัวของร่างกายผ่านทาง medulary reticulospinal tract ทำให้ muscle tone ลดลง
ภาพ 7 กลไกการเกิด REM sleep: REM on (cholinergic neuron ใน LDT/PPT) ทำงานเพิ่มขึ้นในช่วง REM sleep ไปกระตุ้น thalamus ทำให้เกิด cortical activation กระตุ้น pontine paramedian reticular formation (PPRF) ซึ่งควบคุม ocular motor nucleus (OMN) ทำให้เกิดการกลอกตาเป็นจังหวะ และยังไปกระตุ้น ventromedial medullary reticular formation ส่งผลยับยั้ง α-motoneuron ทำให้เกิด muscle atonia ขณะที่ REM-off (monoaminergic neuron ใน locus ceruleus และ raphe nucleus) ทำงานลดลงในช่วง REM sleep [ดัดแปลงจาก Benarroch, 2006]
