1. Process S – Áp lực ngủ (Homeostatic Sleep)

Process S đại diện cho cơ chế điều hòa theo áp lực nội sinh (homeostasis), phản ánh nhu cầu ngủ tích lũy dần trong suốt thời gian thức. Càng thức lâu, áp lực này càng tăng, tạo ra cảm giác buồn ngủ mạnh mẽ.

• Về mặt sinh học, sự tích tụ adenosine, một chất chuyển hóa của ATP, đóng vai trò then chốt. Adenosine được tích lũy chủ yếu ở vỏ não và vùng dưới đồi trước (preoptic area), có khả năng ức chế hoạt động của các neuron thức tỉnh (arousal-promoting neurons), đặc biệt tại locus coeruleus và nucleus basalis.
• Khi áp lực ngủ đạt ngưỡng đủ cao, sẽ kích hoạt hệ thống khởi phát giấc ngủ, đặc biệt là hoạt hóa các neuron ức chế GABAergic tại VLPO (ventrolateral preoptic nucleus).
• Trong quá trình ngủ, đặc biệt là giai đoạn N3 (slow-wave sleep), mức adenosine giảm dần do được tái hấp thu và chuyển hóa, từ đó hạ thấp áp lực ngủ.
• Sau một giấc ngủ sâu và đủ chu kỳ, áp lực này trở về mức thấp ban đầu, tái thiết lập khả năng duy trì tỉnh táo vào ngày hôm sau.

2. Process C – Điều hòa theo nhịp sinh học (Circadian Regulation)

Process C là quá trình định thời giấc ngủ (timing mechanism), chịu sự điều phối của đồng hồ sinh học nội tại. Cấu trúc trung tâm của hệ thống này là nhân trên giao thoa (Suprachiasmatic Nucleus – SCN) nằm ở vùng dưới đồi (hypothalamus).

SCN nhận tín hiệu ánh sáng từ võng mạc thông qua đường dẫn thị giác phụ (retinohypothalamic tract) và truyền tín hiệu để điều phối hàng loạt quá trình sinh lý liên quan đến chu kỳ ngủ – thức:

• Tiết hormone melatonin: SCN ức chế tuyến tùng khi có ánh sáng, và giải phóng ức chế vào ban đêm, từ đó melatonin được tiết ra. Melatonin gây cảm giác buồn ngủ và đồng bộ hóa nhịp ngủ với chu kỳ môi trường.
• Tiết cortisol: cortisol tăng dần vào rạng sáng, đạt đỉnh khoảng 6–8 giờ sáng, hỗ trợ tỉnh táo và thức dậy.
• Điều hòa nhiệt độ cơ thể: thân nhiệt thấp nhất vào khoảng 3–4 giờ sáng, thuận lợi cho giấc ngủ sâu, và tăng dần khi gần thức dậy.

Chu kỳ hoạt động nội tại của SCN có khoảng thời gian trung bình 24,2 giờ ở người, vì vậy nó cần được đồng bộ hóa hàng ngày bởi ánh sáng ban ngày để duy trì sự chính xác theo chu kỳ 24 giờ của môi trường.

3. Sự tương tác giữa Process S và Process C

Giấc ngủ không khởi phát đơn thuần do một trong hai quá trình trên, mà là kết quả của sự phối hợp chặt chẽ giữa cả hai hệ thống. Giấc ngủ dễ dàng khởi phát khi:

• Process S đạt đỉnh: tức là khi cơ thể đã thức lâu và áp lực ngủ cao.
• Process C rơi vào giai đoạn tạo điều kiện thuận lợi cho giấc ngủ: melatonin cao, nhiệt độ thấp, cortisol giảm – thường xảy ra vào đầu đêm.

Ngược lại, nếu Process C đang thúc đẩy tỉnh táo (ví dụ do tiếp xúc ánh sáng mạnh vào buổi tối, nhịp sinh học bị lệch do lệch múi giờ hoặc làm ca đêm), thì dù áp lực ngủ cao (do thiếu ngủ), giấc ngủ vẫn có thể khó khởi phát hoặc chất lượng thấp.

4. Ý nghĩa lâm sàng của mô hình hai quá trình

Mô hình Borbély cung cấp khung lý thuyết vững chắc để hiểu nhiều rối loạn giấc ngủ thường gặp, đặc biệt là:

• Rối loạn pha ngủ (circadian rhythm sleep-wake disorders): như hội chứng ngủ muộn (DSWPD), ngủ sớm (ASWPD), lệch múi giờ, làm việc ca đêm.
• Mất ngủ mạn tính (chronic insomnia): có thể do xung đột giữa áp lực ngủ và tín hiệu tỉnh táo sinh học.
• Rối loạn giấc ngủ thứ phát do hành vi: ví dụ, sử dụng thiết bị phát sáng trước ngủ làm trễ nhịp SCN dù đã có áp lực ngủ cao.

Mô hình này cũng là cơ sở để hướng dẫn các biện pháp điều trị phi dược lý như:

• Liệu pháp ánh sáng (light therapy).
• Liệu pháp vệ sinh giấc ngủ và kiểm soát kích thích.
• Can thiệp vào hành vi ngủ – thức để tái đồng bộ hóa Process S và C.

Tài liệu tham khảo

1. Borbély AA. A two-process model of sleep regulation. Hum Neurobiol. 1982;1(3):195–204.

2. Dijk DJ, Czeisler CA. Contribution of the circadian pacemaker and the sleep homeostat to sleep propensity, sleep structure, EEG power density, and subjective alertness. J Sleep Res. 1995;4(S2):112–117.

3. Mistlberger RE, Skene DJ. Nonphotic entrainment in humans? J Biol Rhythms. 2004;19(3):193–205.

4. Saper CB, Scammell TE, Lu J. Hypothalamic regulation of sleep and circadian rhythms. Nature. 2005;437(7063):1257–63.