Bài 2. Cơ chế giấc ngủ

Khi hoạt động tốt, quá trình ngủ có vẻ giống như một dàn nhạc, với các phần khác nhau gửi tín hiệu đến não một cách đúng thời điểm. Làm thế nào là dàn nhạc này hoạt động? Cái gì gữi các tín hiệu khác nhau hoạt động đồng bộ? 
Câu trả lời gồm hai yếu tố: Homeostatic và Nhịp Ngủ Thức.

1. Homeostatic
   Cơ thể của bạn đã được xây dựng trong một xu hướng để duy trì sự cân bằng nội bộ bằng cách điều chỉnh các quá trình sinh lý của nó-một khái niệm quan trọng được biết đến là homeostasis. Homeostasis ảnh hưởng rất nhiều chức năng cơ thể. Ví dụ, nếu bạn chưa uống gì và bị đổ mồ hôi trong khi tập thể dục, bạn sẽ khát. Đáp lại, bạn uống nước, thay thế chất lỏng bị mất, và bạn sẽ không còn khát. Homeostatic cũng ảnh hưởng đến thời gian của giấc ngủ. Có hai khía cạnh: thời gian trôi qua kể từ giấc ngủ lần cuối(TGC) và nợ ngủ tích lũy(NTL).
   
   
   
   
   • Thời gian trôi qua kể từ giấc ngủ lần cuối (TGC) từ kinh nghiệm bản thân, bạn càng thức lâu, bạn càng cảm thấy mệt mỏi. Một người thường ngủ từ 11:00 giờ tối đến 07:00 sáng mà không ngủ trưa tốn 16 giờ cho khoảng thời gian thức. Khi TGC nhiều hơn con số này, sự buồn ngủ tăng dần lên. Xem hình trên ta thấy sự buồn ngủ tăng dần lên trong lúc thức (từ 7:00 sáng đến 11:00 tối) và sau đó giảm dần trong giấc ngủ (11:00 tối đến 7:00 sáng).
   • Nợ ngũ tích lũy (NTL) 
     Cơ thể bạn cần một số lượng ngủ nhất định để hoạt động tốt nhất. Lấy trường hợp đơn giản nhất là 8 giờ. Khi bạn không nhận được tám giờ, bạn bắt đầu bị NTL. Tương tự như những gì xảy ra trong tài khoản ngân hàng khi bạn thường xuyên rút tiền nhiều hơn gửi tiền. Nếu bạn ngủ năm giờ ngày thứ Hai, sáu giờ ngày Thứ ba, và bảy giờ ngày thứ tư, NTL của bạn sẽ là 6 giờ (3+2+1= 6). NTL càng lớn, bạn càng buồn ngủ. Việc buồn ngủ ngày càng tăng tự nhiên buộc bạn phải ngủ nhiều hơn để có được trung bình 8 giờ ngủ một ngày.
     
2. Nhịp Ngủ Thức
   Tháng đầu tiên của đời người, Đồng Hồ Sinh Học từ từ được định hình. Nó điều khiển sự lên xuống của các quá trình sinh lý như nhiệt độ cơ thể, huyết áp, tạo các hormone (như melatonin và cortisol)... và thời gian của ngủ và thức. Tất cả quá trình này đều có Nhịp Hàng Ngày.
   Nhịp Hàng Ngày của quá trình ngủ/thức, gọi tắt là Nhịp Ngủ Thức làm cho bạn ham muốn ngủ mạnh mẽ nhất vào giữa đêm, lúc bình minh, và 2-3 giờ chiều.
   Xem hình dưới bạn sẽ thấy, đỉnh cao nhất của Nhịp Ngủ Thức xảy ra vào khoảng 4 giờ sáng. Một cao điểm nhỏ thứ hai xảy ra mười hai giờ sau đó, ở giữa buổi chiều. Đây là cơ sở sinh lý cho các buổi nghỉ trưa truyền thống, hoặc buổi chiều ngủ trưa. Trong một nghiên cứu, một nhóm người được hướng dẫn để cố gắng giữ tỉnh táo cho 24 giờ. Không ngạc nhiên, nhiều người bị ngủ gật dù đã nỗ lực thức hết sức. Khi các nhà điều tra những lần ngủ trưa, họ thấy đa phần rơi vào 2-3 giờ chiều, không xa hơn so với đỉnh cao thứ hai của Nhịp Ngủ Thức khoảng 4 giờ chiều (xem hình).
   
   
   
   
   • Các yếu tố điều chỉnh Đồng Hồ Sinh Học, Nhịp Hàng Ngày và Nhịp Ngủ Thức 
     Làm sao Đồng Hồ Sinh Học chỉnh cho đúng giờ? Mặc dù phần lớn là tự điều chỉnh, Đồng Hồ Sinh Học trong cơ thể ta cũng dựa trên một vài yếu tố bên ngoài để giữ cho nó chỉnh theo 24 giờ. Các yếu tố này gồm Ánh Sáng, các Gợi Ý Thời Gian, và Melatonin.
     
     
     • Ánh Sáng
       Yếu tố ảnh hưởng trực tiếp vào mắt có ảnh hưởng nhiều nhất đối với Đồng Hồ Sinh Học. Bởi vì kết nối giữa mắt và các tế bào chứa Đồng Hồ Sinh Học, ánh sáng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến Nhịp Ngủ Thức. Trong một nghiên cứu, các tình nguyện viên vào ở trong một phòng thí nghiệm chứa nhiều ánh sáng hơn môi trường ngoài, Đồng Hồ Sinh Học của họ được thiết lập lại trong vô thức để phù hợp với đầu vào ánh sáng mới. Trong một thí nghiệm khác, gần 90 phần trăm người mù có dấu rối loạn Nhịp Hàng Ngày và Nhịp Ngủ Thức. Điều này chứng tỏ tầm quan trọng của ánh sáng trong quá trình ngủ/thức. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng bằng cách tăng cường ánh sáng vào các thời điểm cụ thể có thể làm thay đổi Nhịp Hàng Ngày theo hướng có thể dự đoán được, đó là điểm quan trọng trong việc điều trị rối loạn Nhịp Hàng Ngày, qua đó điều chỉnh Nhịp Ngủ Thức.
     • Gợi Ý Thời Gian
       Nếu bạn là một người hay đọc đồng hồ, làm những công việc giao thông vận tải và có nhiệm vụ bám sát vào giờ giấc, Nhịp Hàng Ngày của bạn sẽ tuân theo 24 giờ một cách chính xác. 
     • Metalonin
       Đây là một hócmôn có tác dụng điều hòa giấc ngủ. Nếu không có ánh sáng, các chất melatonin được sản xuất nhiều vào giấc khuya và mất dần đi khi bình minh. Việc sản xuất melatonin có thể bị ảnh hưởng lớn, thậm chí ở giữa đêm nếu tiếp xúc với ánh sáng. Các nhà khoa học tin rằng lượng melatonin hàng ngày có tác dụng duy trì Nhịp Ngủ Thức. Một lượng lớn liều Melatonin có thể gây buồn ngủ ở một số người. Melatonin đã được chứng minh có tác dụng trong việc thiết lập lại Nhịp Ngủ Thức, đặc biệt hữu ích cho những người lệch múi giờ vì di chuyển từ nước này đến nước khác.

Cơ chế của giấc ngủ
Chúng ta đã nói đến Homeostatic và Nhịp Ngủ Thức, hai thứ kiểm soát giấc ngủ. Giờ chúng ta xem chúng hoạt động cùng nhau thế nào.

Trong bất kỳ thời điểm nào, bạn có thể ngủ được hay không được xác định bởi sự tương tác của hai yếu tố: Homeostatic (TGC và NTL) và Nhịp Ngủ Thức. Trong một số thời điểm, Homeostatic và Nhịp Ngủ Thức hợp tác với nhau để làm cho bạn ngủ hoặc tỉnh táo (xem hình dưới). 

Trong một số thời điểm khác, homeostatic và Nhịp hàng ngày lại đối chọi với nhau làm cho bạn gặp khó ngủ trên giường hoặc không thể tỉnh táo trong ngày (xem hình dưới).

Chúng ta cùng xem xét một số ví dụ khi hai yếu tố này hợp tác với nhau. 

• Giả sử bạn đang ở cuối một tuần bận rộn, phải dậy lúc 6:00 và đi ngủ lúc nửa đêm 12:00. Lúc 12:00 ngày thứ Sáu, giờ bạn đã thức mười tám giờ (TGC = 18 từ 6 giờ sáng đến 12 giờ khuya), bạn thiếu ngủ vài đêm nên NTL>0. Kết quả là Homeostatic ủng hộ bạn ngủ lúc 12:00. Giờ này cũng là thời điểm ngủ lý tưởng theo Nhịp Ngủ Thức. Bạn sẽ dễ dàng ngủ được. 
• Tương tự, lúc 08:30 tối cuối tuần sau khi bạn đã ngủ tốt cho một vài ngày, bạn không gặp khó khăn gì để tỉnh táo vì cả Homeostatic (TGC chưa nhiều và không có NTL) và Nhịp Hàng Ngày đều đang trong giai đoạn tỉnh táo.

Giờ ta hãy xem một số ví dụ khi homeostatic và NTL đối chọi nhau.  

• Hãy tưởng tượng rằng bạn dậy lúc bình thường 6:00 giờ sáng ngày hôm qua, hôm nay cả đêm bạn không ngủ. Giờ là 6:00 sáng. Vậy bạn đã thức 24 giờ (TGC=24 từ 6:00 sáng đến 6:00 sáng). Homeostatic ủng hộ bạn ngủ, trong khi Nhịp Hàng Ngày ủng hộ bạn dậy lúc 6:00 giờ sáng. Bởi vậy, bạn sẽ gặp khó khăn để ngủ hoặc thức trong tình trạng tỉnh táo. 

Vì vậy, bạn có thể ngủ tốt nhất khi bạn ít thay đổi giờ giấc nhất. Nói cách khác, điều bạn có thể làm để có được giấc ngủ dễ dàng là ngủ/thức cùng một khung thời gian mỗi ngày. Bạn càng coi rẻ cơ thể của mình - bằng cách thức khuya trong thời gian dài, xây dựng Nợ Ngủ Tích Luỹ, và cố gắng ngủ ngược lại với Nhịp Hàng Ngày - bạn càng cảm thấy khó ngủ và khó tỉnh táo khi bạn muốn.

Main Reference:  Alexander A. Borbély, Peter Achermann, Beat Geering, and Irene Tobler, Processes Underlying Sleep Regulation