睡眠是腦部重要的功能之一，許多會影響腦部功能的疾病，也會造成睡眠與覺醒的問題。以構造而言，腦幹、視丘與下視丘的疾病最容易引起睡眠與覺醒的障礙。睡眠是許多神經核互相協調的生理功能，如果這些神經核產生了退化自然會造成睡眠結構的改變及各種睡眠障礙。
神經科疾病與睡眠障礙
．失智症（阿滋海默症）：失智症患者的睡眠障礙常造成家人照顧上的困難，甚至比心智退化的問題更讓家屬困擾。失智症患者在早期其下視丘就會退化，患者的睡眠週期會紊亂，所以常有白天睡覺，晚上不睡覺的情形，這種紊亂的現象可能有許多因素造成，包括神經機能的退化，對於光的接觸太少以致生理時鐘的混亂，藥物的影響，以及並存的心理疾病（如憂鬱症）。
隨著疾病的惡化，視丘及腦幹的退化會更明顯，睡眠的障礙會更嚴重，睡眠記錄顯示失智症患者有睡眠效率下降，慢波期睡眠縮短，快速動眼期比例縮短等現象。患者較容易醒來，且停在第一期睡眠的時間會變長。
失智症患者的晝夜節律的變化會比正常老化更誇張，一般而言當年紀較大時，一般人會睡的更早且起的更早，但阿滋海默症的患者會更明顯，最後其晝夜節律會整個亂掉，另外三分之一的患者會有失眠的現象，一般用來治療失眠的藥可能會惡化心智功能，不可不慎。而當阿滋海默症末期時，患者白天常會嗜睡。
．多發性硬化症：這是一種腦部及脊髓的發炎性脫髓鞘疾病，可以在腦部的許多地方造成病變。有研究指出多發性硬化症的病患會出現白天嗜睡，睡眠中斷，週期性肢體動作及睡眠中呼吸異常。有少數患者曾被報告出現猝睡症。多發性硬化症患者出現睡眠障礙可能是多重原因所造成的。
．巴金森症：巴金森症是一種退化性的神經疾病，其臨床的表現包括動作緩慢、肢體僵硬、顫抖及姿勢反射差等症狀。腦幹的神經退化是巴金森症的病理特徵。在睡眠方面出現的問題主要是患者常常出現嗜睡，但睡眠中又很常醒來，而不易再入睡。失眠造成疲倦，白天嗜睡，注意力不集中，沮喪以及照顧者之壓力。巴金森症的睡眠問題成因也是多種原因所造成的，其動作方面的障礙如在較不能活動的“關機期”（Off period）的疼痛、抽筋及顫抖都可能影響睡眠，所以使用多巴胺製劑可以改善一些症狀，但這類藥物本身也可能造成失眠、白天嗜睡或是引起幻覺而影響睡眠，其中selegiline特別容易引起失眠，因為它會增加一些安非他命類的代謝產物。
在巴金森症的患者，出現「不寧腿症侯群」的比例較高，也可能影響睡眠。另外焦慮及憂鬱症也可能影響睡眠，所以巴金森症患者的睡眠問題要考慮多重的原因。
巴金森患者約有30％~40％有白天嗜睡的問題，在評估嗜睡的嚴重度時，最常使用的問卷是Epworth Sleeping Scale。這是一種主觀的問卷，其問題問了生活中八種狀況中患者易打瞌睡的程度，但患者常不自覺白天打瞌睡，所以也要問問家屬的觀察。
若使用較詳細的檢查如Multiple Sleep Latency Test 或Maintenance of Wakefulness Test 則可發現20％~35％的巴金森症患者其進入睡眠時間（sleep latency）會小於5分鐘。
其實巴金森症患者不管吃什麼藥或甚至不吃藥，都可能出現一下子就睡著的情形，其中以多巴胺促動劑更容易造成此狀況。巴金森患者如有嗜睡的狀況就不要開車，若開車中途有一點想睡，也要趕快停到路邊休息一下。患者在快速動眼期出現大叫，亂踢或是揮打的狀況，通常是融入夢境中的一些舉動。這種情形稱為快速動眼期的行為異常（REM- sleep behavior disorder，RBD）。估計約有三分之一的巴金森患者有RBD。
另一種，多重系統退化症（Multiple System Atrophy）的病人，RBD出現機率更高。出現RBD時要考慮的是枕邊人的安全，若情況嚴重時，可考慮分房而睡，加上圍欄，或是床邊鋪床墊。在藥物治療方面，clonazepam是最常被使用的藥物，褪黑激素也可嘗試。有些抗憂鬱劑會引起RBD，若RBD嚴重時可考慮停藥。
．癲癇：癲癇是因腦部異常放電導致不正常舉止或感覺的現象。睡眠本身可讓癲癇較易發生，睡眠不足也是容易誘發癲癇的原因之一。大部分的情況下，非快速動眼期（NREM）睡眠較易發生癲癇發作，而在快速動眼期（REM）睡眠較不易發生。癲癇發作常發生在夜間，約有10％的癲癇患者只有在睡眠中或主要在睡眠中發作，所以可能被當作睡眠疾患。有很多種的睡眠障礙與癲癇發作相似，有些前額及顳葉的癲癇發作會有一些怪異的行為，會和異睡症（夢遊，說夢話，惡夢驚醒）類似，如奔跑，亂叫，罵人或鞭打的動作，也有人的癲癇表現的像夢遊一般，所以可能被當作快速動眼期的行為異常，異睡症或心因性疾患。
嗜睡，失眠，夜尿，規律性的肢體動作，反覆惡夢，異睡症都可能由夜間癲癇引起。相反的睡眠障礙也容易加重癲癇發作。如：阻塞性睡眠呼吸中止症會因為造成睡眠中斷及睡眠不足而讓癲癇更難控制。有研究顯示癲癇患者若能治療阻塞性睡眠呼吸中止症，癲癎控制也會變好。異睡症如夜驚也可與癲癇症並存。這些鑑別診斷需要睡眠記錄及有經驗的醫師來判讀及治療。
相反的，癲癇也可影響睡眠週期，造成夜間睡眠週期片段化及快速動眼期（REM）睡眠的減少。癲癇發作後隔天白天常會有嗜睡的情形。癲癇患者就算晚上沒發作，腦部異常的電生理變化就可能造成睡眠週期的紊亂。癲癇患者常覺得白天嗜睡，也常抱怨失眠。
神經科疾病與睡眠中呼吸障礙（sleep- disordered breathing, SDB）
．中風與阻塞性睡眠呼吸中止（obstructive sleep apnea，OSA）：研究顯示中風與OSA有很強的關聯性，AHI≧20的患者產生中風機率是AHI＜5的人的4.48倍。（呼吸中止—淺呼吸指數Apnea Hypopnea Index,AHI：指睡眠中每小時發生呼吸中止及淺呼吸總和的次數。）有呼吸中止症的患者中風出現在睡眠中的機率較一般人高。
為何OSA較容易產生中風呢？在快速動眼期肌張力的下降會讓氣道更塌陷，使OSA惡化。快速動眼期的交感神經活性會上升，而使OSA原來交感神經活性上升的現象更嚴重。快速動眼期會使OSA造成的腦壓上升及腦部灌注壓力減少的現象更嚴重。在血液方面，早晨的纖維素原（fibrinogen）的溶解力是較低的，加上兒茶酚胺（catecholamine）上升及血液濃稠度上升，在早晨是較容易產生中風的。OSA會增加血小板的凝集，使得血栓更容易形成。既然OSA會讓人更容易中風，積極的治療可減少一個危險因子。相反的，腦部中風或是損傷也可能造成SDB。腦幹的中風可能造成OSA或中樞神經性呼吸中止。另外腦部中的間腦，前額葉，扣帶（cingulate），前顳葉等處也都會影嚮呼吸的控制。所以除了中風外，其它造成腦傷的原因如發炎、缺氧都可能造成SDB。
．睡眠中呼吸障礙與神經肌肉疾病（Sleep- disordered breathing and Neuromuscular Diseases）：肌肉失養症、肌肉疾病、運動神經元疾病及高位脊髓病變都會造成SDB。這些肌病會造成四肢及呼吸肌肉的無力，而呼吸的功能障礙在睡眠時會更明顯。在睡眠中肌肉張力會下降，呼吸的趨動力也會較差，上呼吸道的阻力也會增加。也有些神經肌肉疾病的患者也可能有中樞神經的問題而導致呼吸的趨動力較差（如：強直性肌肉失養症myotonic dystrophy）。這些病人在清醒時未必有症狀，但若出現下列症狀時就要想到SDB:
1.白天嗜睡（通常是因晚上睡眠斷斷續續所引起）。
2.紅血球數目過多，肺高壓，右側心衰竭（因血紅素氧氣飽和度下降）。
3.睡眠中頭痛或清晨頭痛（因REM期的換氣不足引起血二氧化碳濃度上升）。
4.失眠（換氣不足引起睡眠中斷）。
5.夜間癲癇（因為睡眠中的氧氣濃度降低）。
定期監測肺功能
若能早期發現睡眠中呼吸障礙而開始治療，常可改善病患的生活品質及預後。對於這類患者，定期的肺功能的監測是必要的。而實行睡眠多項記錄時加上特別的監測像氧氣飽和度、二氧化碳濃度及肌電圖將更有助於評估SDB的性質及後果。在治療上，「經鼻正壓治療」是很有效的方法。
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