Sharing Chemistry with the Community

Hóa học của việc buồn ngủ

Bạn có bao giờ ngáp ngắn, ngáp dài vào mỗi buổi sáng không? Tại sao càng lớn tuổi thì chúng ta càng dậy sớm, trong khi bọn trẻ lại khó khăn trong việc này? Đây là những câu hỏi hết sức thú vị đúng không nào! Trong bài viết hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu phần nào về hóa học của việc buồn ngủ nhé.

Cơ thể chúng ta giải phóng hóa chất trong một chu kỳ 24 giờ, thúc đẩy chúng ta làm những hoạt động nhất định vào những thời điểm nhất định. Mỗi chu kỳ này được gọi là nhịp sinh học. Điều này không phải là duy nhất đối với con người – chúng cũng được tìm thấy trong thực vật, động vật, nấm và thậm chí cả vi khuẩn. Các tín hiệu bên ngoài, chẳng hạn như ánh sáng, kích hoạt việc giải phóng theo chu kỳ các hóa chất báo hiệu thời điểm bắt đầu và dừng các hành động khác nhau.

Nhịp sinh học thống trị tất cả các loại hoạt động thí dụ như thời gian cho ăn trong ong, lá chuyển động trong thực vật, và sao chép DNA trong nấm, trong số những loài khác. Ở người, nhịp sinh học được biết đến nhiều nhất để điều chỉnh lịch trình giấc ngủ của chúng ta.

Hợp chất ảnh hưởng đến việc buồn ngủ

Một trong những hóa chất quan trọng nhất liên quan đến quá trình này là melatonin, một loại hormon khiến chúng ta cảm thấy buồn ngủ. Lượng melatonin trong cơ thể chúng ta bắt đầu tăng vào buổi tối và cao điểm vào giữa đêm, cho chúng tôi biết đã đến lúc ngủ. Nó sau đó giảm vào buổi sáng, cho phép chúng ta thức dậy để bắt đầu một ngày mới.

Để duy trì lịch trình ngủ 24 giờ, cơ thể chúng ta giải mã thông tin về thời gian trong ngày thành sản xuất melatonin. Quá trình này bắt đầu từ võng mạc của mắt. Khi võng mạc tiếp xúc với ánh sáng, một tín hiệu được chuyển từ võng mạc đến một vùng não, được gọi là nhân trên chéo – suprachiasmatic nucleus (gọi tắt là SCN), có vai trò trong việc khiến chúng ta cảm thấy buồn ngủ hoặc tỉnh táo.

Các SCN gửi tín hiệu đến các bộ phận khác của não kiểm soát kích thích tố và nhiệt độ cơ thể. Sau đó, các tín hiệu đi từ não xuống tủy sống và trở lại tuyến tùng (hay thể tùng – pineal gland), một cơ quan có hình nón nhỏ trong não nơi diễn ra quá trình sản xuất melatonin. Trong ngày, các tín hiệu như vậy ngăn chặn tuyến tùng sản xuất melatonin.

Nhưng khi trời tối, các tín hiệu này không được kích hoạt, và tuyến tùng có thể tạo ra melatonin. Nói cách khác, việc tiếp xúc với ánh sáng ngăn chặn việc phát hành melatonin, khiến chúng ta thức giấc và thiếu sự tiếp xúc với ánh sáng gây ra sự giải phóng melatonin, cho chúng ta biết “đi ngủ!”

Cách tổng hợp melatonin

Những tín hiệu não này giải thích cách cơ thể chúng ta biết khi nào tạo ra melatonin, nhưng melatonin được tổng hợp như thế nào? Melatonin thực sự có nguồn gốc từ một axit amin gọi là tryptophan, được hấp thu từ máu đến tuyến tùng. Một axit amin là một axit hữu cơ được sử dụng để tạo ra protein.

Sự tổng hợp melatonin từ tryptophan xảy ra thông qua quá trình gồm nhiều bước. Đầu tiên, tryptophan được chuyển thành một amino acid khác, 5-hydroxytryptophan, thông qua hoạt động của enzyme tryptophan hydroxylase và sau đó đến một hóa chất não gọi là serotonin bởi một enzyme gọi là amino acid decarboxylase thơm. Một loại enzyme là chất xúc tác sinh học giúp tăng tốc độ phản ứng hóa học.

Chuyển đổi serotonin thành melatonin liên quan đến hai enzym: serotonin-N-acetyltransferase (SNAT), chuyển đổi serotonin thành N-acetylserotonin bằng cách thêm nhóm acetyl (COCH3) và hydroxyindole-O-methyltransferase (HIOMT), chuyển methyl nhóm (CH3) đến N-acetylserotonin. Các hoạt động của cả hai enzyme tăng lên ngay sau khi bắt đầu bóng tối.

Lượng melatonin được tạo ra phụ thuộc vào hoạt động của SNAT, mà đỉnh cao khi nó ở ngoài trời tối. Tiếp xúc với ánh sáng gây ra các tín hiệu, như đã giải thích trước đó, di chuyển từ võng mạc đến SCN và sau đó đến tuyến tùng, dẫn đến sự giảm cấp của SNAT. Tuy nhiên, vào ban đêm, SNAT bị phosphoryl hóa. Đây chỉ đơn giản là việc bổ sung một nhóm phosphate (PO43−) vào một protein hoặc phân tử hữu cơ khác, ngăn ngừa SNAT khỏi bị giảm cấp và do đó làm tăng sản xuất melatonin.

Ngược lại, khi thời gian là buổi sáng, SNAT lại bị giảm cấp, lượng melatonin giảm và bạn cảm thấy sẵn sàng bắt đầu một ngày mới.

Tại sao người trẻ khó để thức dậy sớm?

Như chúng ta đã học được nhiều hơn về hóa học của giấc ngủ trong vài thập kỷ qua, chúng ta đã nhận ra rằng nó thực sự là khó khăn hơn cho thanh thiếu niên, để thức dậy sớm. Ở tuổi thiếu niên, melatonin được sản xuất khoảng ba giờ sau đó trong chu kỳ ngủ 24 giờ so với trẻ em hoặc người lớn. Điều này giúp họ dậy muộn, và khi họ dậy sớm, SNAT vẫn hoạt động và họ vẫn sản xuất melatonin, khiến họ cảm thấy buồn ngủ vào buổi sáng.

Thanh thiếu niên thường cần chín giờ ngủ mỗi đêm. Nhưng vì thời gian ngủ muộn và thời gian bắt đầu sớm của trường, họ chỉ ngủ trung bình 7 tiếng mỗi đêm. Bởi vì không ngủ đủ lâu, họ cảm thấy buồn ngủ vĩnh viễn, ảnh hưởng đến khả năng chú ý trong các lớp học và học hỏi.

Vậy bạn có thể làm gì nếu bạn ở trong nhóm này? Đầu tiên, giảm thiểu tiếp xúc với ánh sáng nhân tạo vào ban đêm. Điều này bao gồm ánh sáng từ TV, máy tính và điện thoại. Bằng cách báo hiệu cho cơ thể của bạn rằng đó là ban ngày, các nguồn ánh sáng này tạo điều kiện cho sự xuống cấp của SNAT và can thiệp vào việc sản xuất melatonin. Điều này có nghĩa là bạn sẽ không cảm thấy buồn ngủ, khiến bạn khó ngủ vào một thời điểm hợp lý.

Một cách khác để ngủ nhiều hơn là tránh ngủ quá muộn vào cuối tuần. Nó có vẻ phản trực giác vì nếu bạn không ngủ đủ giấc trong tuần, cơ thể bạn sẽ thúc giục bạn ngủ trên giường vào những buổi sáng cuối tuần để bù đắp cho giấc ngủ bị mất của bạn. Nhưng thực tế là việc ngủ vào cuối tuần có thể gây nhầm lẫn cho đồng hồ sinh học của cơ thể, khiến cho việc thức dậy vào các ngày trong tuần càng khó khăn hơn.

Vậy uống cafe có giúp tỉnh táo?

Melatonin không phải là hóa chất duy nhất xác định lịch ngủ của chúng ta. Adenosine cũng đóng một vai trò quan trọng: nó làm chậm hoạt động của các tế bào thần kinh. Nó dần dần tích tụ trong cơ thể chúng ta khi chúng ta tỉnh táo và làm cho chúng ta cảm thấy buồn ngủ vào cuối ngày.

Sau đó, khi chúng ta ngủ, phân tử adenosine phân hủy, vì vậy chu trình có thể bắt đầu lại từ đầu. Tế bào thần kinh của chúng ta, hoặc các tế bào thần kinh, được gắn với các thụ thể adenosine. Khi adenosine liên kết với các thụ thể này, một loạt các protein ức chế các tế bào thần kinh được giải phóng. Sự đàn áp này của hoạt động tế bào thần kinh là nguyên nhân gây ra cảm giác buồn ngủ.

Caffeine có cấu trúc hóa học tương tự như của adenosine. Cả hai phân tử đều có cấu trúc vòng kép, cho phép caffeine liên kết với các thụ thể adenosine. Tuy nhiên, không giống như adenosine, caffeine không kích hoạt các thụ thể này hoặc ức chế hoạt động của tế bào thần kinh. Bằng cách giảm nồng độ các thụ thể adenosine có sẵn, caffein làm chậm tốc độ phản ứng: Adenosine ít ràng buộc có nghĩa là chúng ta cảm thấy ít buồn ngủ hơn.

Đây quả là những điều thú vị về hóa học của việc buồn ngủ đúng không? Bài viết đến đây là hết rồi. Hi cọng sẽ giúp ích cho các bạn trong tương lai. Lần sau có ai hỏi về chủ đề này thì mạnh dạn trả lời và hãy nhớ về hóa học của chúng nữa.

Tham khảo ACSChemistryislife, QuoraMattressesforless.

Leave a Reply