ทำไมเราจึงง่วงนอน?
โดยปกติ เราจะง่วงนอนเวลากลางคืน และยิ่งเราตื่นนานเท่าไหร่ ความง่วงก็จะยิ่งเพิ่มมากขึ้น ทำไมถึงเป็นเช่นนี้? ในบทความนี้มีคำตอบครับ
การนอนหลับถูกควบคุมโดย 2 ปัจจัยคือ
- Circadian Rhythm
- Sleep pressure
1. Circadian Rhythm คืออะไร
Circadian Rhythm (จังหวะวงจรเซอคาเดียน) คือ วงจรของการทำงานและกระบวนการต่างๆในร่างกายของสิ่งมีชีวิต ที่มีการเปลี่ยนแปลงต่างๆไปตามรอบเวลา 24 ชั่วโมง (หรือ กลางวัน/กลางคืนนั่นเอง)
[Circadian = Circa(Around) + Diam (Day)]
สิ่งมีชีวิตเกือบทุกชนิด ที่มีอายุขัย 2-3 วันขึ้นไปไม่ว่าจะเป็นพืช สัตว์ เชื้อรา แบคทีเรีย ต่างก็มี Circadian rhythm นี้
วงจรเซอร์คาเดียนภายในร่างกาย ไม่เพียงแต่หมายถึงวงจรการตื่นหลับ(Sleep Wake Cycle) เท่านั้น แต่ยังหมายถึงวงจรต่างๆที่เปลี่ยนไปตามเวลาในวันนั้นๆด้วย ตัวอย่างเช่น เวลาที่คุณเริ่มหิว ความตื่นตัว การผลิตฮอโมนต์ต่างๆ ระดับน้ำตาลในเลือด อัตราการผลิตปัสสาวะ เป็นต้น
Note : หากลอง Google คำว่า Circadian Rhythm จะเห็นว่ามีคนคำนี้หมายถึง “นาฬิกาชีวิต” ซึ่งอาจไม่ถูกนัก เท่าที่ค้นข้อมูลยังไม่เจอคำแปลไทยของ Circadian Rhythm ครับ จึงขอใช้ทับศัพท์ไปก่อน
Circadian Rhythm เกิดจากอะไร
ในเกือบทุกๆเซลล์และเนื้อเยื่อต่างๆในร่างกายเราจะมี Biological Clock ประจำอยู่กับมัน ดังนั้นแต่ละเซลล์ จึงมีเครื่องมือบอกเวลาของมันเอง (Innate timing device) โดย “นาฬิกา” ที่ว่านี้คือกลุ่มของ Protein ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนแปลงกระบวนการต่างๆในเซลล์ ให้เปลี่ยนไปตามวงจรรอบวันอีกที
แต่นาฬิกาชีวภาพที่พบตามเซลต่างๆนี้ก็เป็นเพียงแค่ Subordinate clock ที่คอยรับสัญญาณจาก นาฬิกาส่วนกลาง (Master Clock) อีกที , Master Clock นี้เองที่ทำให้เซลล์ในร่างกายต่างๆ Sync กัน แม้แต่ละเซลล์จะมีนาฬิกาของมัน
ซึ่งในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ตัว Master Clock ที่ว่า ก็คือกลุ่มของเซลล์ประสาทประมาณ 20,000 เซลล์ ที่มีชื่อเรียกว่า Suprachiasmatic Nucleus (SCN) ซึ่งตั้งอยู่ในสมองส่วนที่เรียกว่าของ Hypothalamus
Suprachiasmatic Nucleus ทำให้เกิด Circadian Rhythm นั่นเอง
Master Biological Clock ทำงานอย่างไร
ตัว SCN ซึ่งทำงานเป็น Master Biological Clock จะคอยทำหน้าที่เป็นตัวให้สัญญาณ (Pacemaker) แก่ Subordiante Biological Clocks ของเซลล์ต่างๆในร่างกาย เพื่อให้แต่ละเซลล์นั้นมี Circadian Rhythm ที่ตรงกัน
แต่ SCN ที่อยู่บริเวณสมอง สามารถควบคุมเซลล์ที่อยู่ห่างไกลได้อย่างไร?
คำตอบคือ มันควบคุมได้ โดยมีวิธีหลักคือ ผ่านการหลั่งของ Melatonin
ตัว SCN จะส่งสัญญาณไปยังต่อมไพเนียล (Pineal Gland) ซึ่งอยู่ใกล้ๆกันกับมัน ตัว Pineal Gland นี้เองจะทำหน้าที่หลั่ง ฮอโมน Melatonin ออกมาในร่างกาย , ซึ่งระดับ Melatonin ในร่างกาย ก็จะทำหน้าที่เป็นตัวบอกเวลา แก่ Subordinate clock ต่างๆในร่างกายอีกที โดยในสัตว์ที่นอนหลับกลางคืน (Diurnal animal) Melatonin ที่สูงจะทำให้เซลล์เข้าใจว่าเป็นช่วงเวลากลางคืนนั่นเอง
SCN -ส่งสัญญาณ-> Pineal Gland -หลั่ง-> Melatonin -> ให้สัญญาณ Biological clock ตามเนื้อเยื่อต่างๆ
ความพิเศษของ SCN คือมันจะผลิตสัญญาณที่ใช้ในการควบคุมการหลั่ง Melatonin นี้ ออกมาได้เอง (Self-Generated) โดยไม่ต้องอาศัยปัจจัยใดๆช่วย โดยจากการทดลองในมนุษย์ พบว่าตัว SCN จะทำหน้าที่ครบรอบ ในทุกๆ 24.2 ชั่วโมง
แสงอาทิตย์ เกี่ยวยังไงกับการตื่นหลับ?
จากการที่ SCN มีการทำงานครบรอบทุก 24.2 ชั่วโมง แปลว่า Circadian Rhythm ของคนๆนั้นก็ค่อยๆ เคลื่อนให้ครบรอบเป็ฯเวลาที่ช้าลงเรื่อยๆ
ตัวอย่างเช่น ถ้าเอาคนไปอยู่ในถ้ำมืดๆไม่เห็นแสงใดๆ เขาก็จะมีช่วงตื่น และง่วงนอน และการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ ขึ้นๆลงๆ ตามวงจรใน 24.2 ชั่วโมงนี้ ซึ่งถ้าปล่อยไป เวลาที่แท้จริงของวงจรก็จะเลื่อนไปเรื่อยๆ เช่น จากปกติเขาเข้านอนสี่ทุ่ม ตื่นหกโมงเช้า, เมื่อเขาไปอยู่ในถ้ำมืด เขาจะค่อยๆเข้านอนสายกว่าสี่ทุ่ม , ตื่นสายกว่าหกโมงเช้า เช่นนี้ไปเรื่อยๆ โดยที่ตัวเขาเองก็ไม่ได้รู้สึกผิดปกติอะไร
จึงจะเห็นได้ว่า เวลาที่Built in มาในสิ่งมีชิวิต กับ เวลาแต่ละวันของโลกนั้น ไม่ตรงกัน ซึ่งย่อมไม่เป็นผลดีต่อการเอาตัวรอดแน่ๆ ดังนั้นเพื่อให้การใช้ชีวิตเป็นไปตามกลางวันกลางคืนที่แน่นอน ตัว Master Biological Clock นี้จึงถูก “reset” ทุกๆวัน ด้วยปัจจัยต่างๆ โดยปัจจัยที่สำคัญที่สุดก็คือ “แสงอาทิตย์”
นักวิทยาศาสตร์เรียกปัจจัยภายนอกที่คอยให้สัญญาณ (External Cue) ต่อ Master Biological Clock ของสิ่งมีชีวิต ให้เป็นไปตามกลางวันกลางคืนของโลก ด้วยชื่อเท่ๆ ว่า “Zeitgeber”
Zeitgeber นั้นไม่ได้มีเพียงแสงอาทิตย์เท่านั้น แต่รวมถึงแสงไฟสังเคราะห์ อุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม Exercise Eating/drinking patterns อีกด้วย
กลไกที่แสงอาทิตย์ช่วยในการ Reset Master Biological Clock
เพื่อพิจารณาตำแหน่งของ Suprachiasmatic nucleus ก็จะพบว่ามันอยู่เหนือต่อเส้นประสาทที่ทำหน้าที่รับสัญญาณภาพ (Optic Nerve) พอดี ซึ่งก็สมเหตุสมผล เพราะ แสงอาทิตย์จะเข้าไปยังจอรับภาพ (Retina) และกระทบกับเซลล์รับแสง (Photoreceptor) ซึ่งจะส่งสัญญาณไปที่ SCN อีกที
เมื่อ SCN ได้รับสัญญาณว่าขณะนี้มีแสงแล้ว (= กลางวันแล้ว) มันก็จะลดการทำงานลง จึงลดการหลั่ง Melatonin ลด ในขณะที่แสงที่น้อยลง ก็ทำให้ SCN รู้ว่ามันถึงกลางคืนแล้ว , การหลั่ง Melatonin ก็จะเพิ่มขึ้น
ซึ่ง Melatonin ทำหน้าที่เป็นตัวให้สัญญาณเท่านั้น ไม่ได้เป็นสารที่ทำให้เกิดความง่วงนอน การนอนเป็นหน้าที่ของส่วนอื่นในสมอง ที่ได้melatonin มาบอกว่า ให้เริ่มนอนได้แล้ว
2. Sleep Pressure คืออะไร
นอกจาก Circadian Rhythm ที่ควบคุมการนอนหลับ ความง่วงนอน ผ่านกลางวัน/กลางคืนแล้ว อีกสิ่งหนึ่งที่ทำให้เราง่วง ก็คือ Sleep Pressure
Sleep Pressure คือแรงกดดันให้เราเข้านอน ซึ่งก็แปรผันตรงกับเวลาที่ตื่นนอน ยิ่งตื่นนานเท่าไหร่ ก็ยิ่งมีแรงกดดันให้ง่วงมากยิ่งขึ้น
Sleep Pressure เกิดจากอะไร
สารสำคัญที่ทำให้เกิด Pressure นี้ คือ Adenosine ที่อยู่ในสมอง
ทุกๆนาทีที่คุณตื่น Adenosine จะถูกสร้างและสะสมในสมองมากขึ้นเรื่อยๆ ยิ่งมันสะสมมากขึ้น คุณจะง่วงนอนมากขึ้น
(สมองจะใช้พลังงานโดยการใช้โมเลกุล ATP , Adenosine คือของเสียจากการใช้ ATP ไปนั่นเอง)
เมื่อ Adenosine สะสมถึงมากถึงจุกหนึ่ง (ตื่นนอน12-16 ชม) ก็จะทำให้เกิดความง่วงมากขึ้น
เมื่อคุณหลับ Adenosine ก็จะถูกกำจัดออกไป โดยพบว่าใช้เวลาประมาณ 8 ชม จึงจะกำจัด adenosine ออกได้หมด
อย่างไรก็ตาม มีสิ่งหนึ่งที่ช่วยในการลด Sleep pressure นี้ ก็คือ Caffeine นั่นเอง
Circadian Rhythm และ Sleep pressure :
ทั้งสองปัจจัยนี้ จะทำงานไปด้วยกัน
ช่วงตื่นนอน Sleep pressure จะลดลงต่ำที่สุด เริ่มกับ Melatonin ที่ต่ำลง จนเมื่อเวลาผ่านไป Sleep pressure ก็จะค่อยๆสูงขึ้น พร้อมกับ Melatonin ที่เริ่มสูงขึ้นเมื่อแสงอาทิตย์หมดไป ทั้งสองอย่างนี้ก็จะขึ้นสูงสุด ทำให้คุณง่วง เมื่อถึงเวลานอนหลับตามปกติของคุณ
แต่ถ้าอดนอนข้ามคืน สิ่งที่จะเกิดก็คือ Sleep pressure จะเพิ่มสะสมขึ้นเรื่อยๆ แน่นอนว่าคุณก็จะง่วงสะสมเพิ่มมากขึ้นๆ แต่หากทนได้ถึงเช้า ก็จะมีช่วงที่ความง่วงมันลดลง เนื่องจาก Circadian rhythm ช่วงเช้าที่มี Melatonin ลดลง ตัว wake drive จึงเพิ่มมากขึ้น แต่เมื่อเวลาผ่านไป Melatonin ก็จะเริ่มสูงขึ้น ร่วมกัน Sleep Pressure ที่ยังคงสูงอยู่ ที่นี่คุณก็จะง่วงนอนมากยิ่งขึ้นไปอีก
References :
- Hastings, Michael H. , Maywood, Elizabeth ,Brancaccio, Marco. Generation of circadian rhythms in the suprachiasmatic nucleus, Nature Reviews Neuroscience, Volume 19, 2018 Pages 453–469,
https://www.nature.com/articles/s41583-018-0026 - Thomson, Mark.2018. Learn About How Circadian Rhythms Works. HowSleepWorks.
https://www.howsleepworks.com/how_circadian.html (Accessed 2019-19-05) - Robert Y. Moore, Suprachiasmatic nucleus in sleep–wake regulation, Sleep Medicine, Volume 8, Supplement 3, 2007, Pages 27-33, ISSN 1389-9457, https://doi.org/10.1016/j.sleep.2007.10.003.
- Norihiko Takeda, Koji Maemura, Cardiovascular disease, chronopharmacotherapy, and the molecular clock, Advanced Drug Delivery Reviews, Volume 62, Issues 9–10, 2010, Pages 956-966, ISSN 0169-409X,
https://doi.org/10.1016/j.addr.2010.04.011.
