飲酒后，酒精（乙醇）很快通過胃和小腸的毛細血管進入血液，攝入體內的乙醇除少量未被代謝而通過呼吸和尿液直接排出外，大部分乙醇需要被氧化分解。人體對乙醇的吸收速度很快，而乙醇在人體內氧化和排泄的速度很慢，所以被吸收的乙醇大部分積聚在血液和各組織中，其中腦組織中的酒精濃度是血液酒精濃度的10倍，這就為宿醉后頭痛埋下了后患。
目前認為造成宿醉后頭痛的原因，主要有以下幾個方面：
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第一，酒精可抑制抗利尿激素的分泌和釋放，大量利尿，腦細胞脫水，導致頭痛。抗利尿激素，是由下丘腦分泌、由垂體釋放的一種肽類激素，其主要作用是提高遠曲小管和集合管對水的通透性，促進水的吸收，是尿液濃縮和稀釋的關鍵性調節激素，即減少尿量。此外，該激素還能收縮血管，使血壓升高，又名加壓素。進入血液的酒精，一方面使循環血量增加，另一方面，可引起外周血管擴張,體溫散發增加,心率加速,血壓上升，從而抑制抗利尿激素的釋放，同時,酒精會干擾鈉代謝抑制抗利尿激素的調節作用，從而阻斷抗利尿激素的分泌,導致大量利尿。研究表明，人體在攝入250毫升的酒精飲料后會排出800到1000毫升的水；也就是說，損失水分相當于攝入水分的四倍。人體水分大量丟失，身體的各個器官會從腦組織中爭取水分來彌補自己的水分損失，導致腦組織收縮，進而牽動連接腦與顱骨之間的腦膜及痛敏結構，產生頭痛；同時，頻繁小便還會排出神經和肌肉維持機能所需的鈉鉀，當體內的鈉鹽和鉀鹽含量過低時，頭痛、疲倦和惡心便會接踵而至。
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第二、酒精可致谷氨酸鹽代謝紊亂，引起神經興奮性中毒，導致頭痛。中樞神經系統內谷氨酸鹽是重要的興奮性神經遞質, 在突觸活動中具有重要作用,能使突觸循環對環境刺激的反應更加協調,然而過多的谷氨酸鹽會引起興奮毒性。谷氨酸鹽能激活三類主要的親離子型受體,即NMDA、AMPA、海人藻酸受體。研究結果表明，在攝入酒精過程中，酒精有聯合NMDA受體抑制谷氨酸鹽的陽離子通道開放功能，從而改變谷氨酸鹽的運輸，抑制神經細胞的活性，造成大量神經細胞損傷；當停止飲酒時，酒精對谷氨酸鹽的抑制作用逐漸降低，谷氨酸鹽大量釋放，過多的細胞外谷氨酸鹽通過激活NMDA等受體,引發細胞內鈣的大量積聚,觸發各種蛋白酶、核酸酶的級聯反應,進一步加重細胞的損傷，從而引起頭痛。
第三、酒精的主要代謝產物乙醛，可引起血管擴張，導致搏動性頭痛。酒精主要在肝臟中代謝，乙醇通過血液流到肝臟后，首先被乙醇脫氫酶氧化為乙醛，然后，乙醛在乙醛脫氫酶的作用下被氧化成對人體無害的乙酸，乙酸再分解為二氧化碳和水。所以，乙醇代謝的速率主要取決于體內酶的含量，若是具備這兩種酶，就能較快地分解酒精，中樞神經就較少受到酒精的作用。在人體中，都存在乙醇脫氫酶，但有些人缺少乙醛脫氫酶，乙醛脫氫酶的缺少，使酒精不能被完全分解為水和二氧化碳，而是以乙醛繼續留在體內，乙醛積聚刺激肥大細胞釋放血管活性物質，刺激交感神經，使血管擴張，從而引起頭痛。
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第四、飲酒會引起血糖降低，使腦細胞缺乏能量供應而出現頭痛。酒精抑制肝糖原分解及糖異生作用，從而引起低血糖性頭痛。乙醇在肝細胞中氧化為乙酸，乙酸使輔酶1（NAD）還原為還原輔酶1（NADH），而乳酸脫氫經丙酮酸，谷氨酸經a一酮戊二酸進人糖異生的過程必需NAD，所以酒精抑制了糖異生的過程而使血糖降低；酒精可引起下丘腦一垂體一腎上腺功能異常，低血糖刺激ACTH分泌的反應減弱，使肝糖原儲存減少，酒精還會分解貯存在肝臟中的肝糖原，將其轉化為葡萄糖，然后通過尿液將其排出體外，進一步加重低血糖情況。血糖是腦緊急能源需求的唯一來源，腦不能儲存或產生糖，只能即時的獲得糖供給來維持功能和存活，所以，腦對低血糖極其敏感。當血糖較正常水平的輕微下降20 mg/L，就可以引起腦的糖攝取減少、胰島素的分泌抑制和促發反向調節激素分泌的反應，使交感一腎上腺系統處于興奮狀態，腎上腺素大量釋放入血，使顱腦血管過度收縮，因此誘發頭痛。
第五、許多酒含有高濃度組織胺，會造成頭痛，還有一些酒類（如啤酒、果酒、米酒等）富含一種被稱為酪胺的物質，也會誘發頭痛。組織胺進入體液或血液循環，使腦血管的平滑肌痙攣，從而引發頭痛。而酪胺屬兒茶酚胺類物質，能夠刺激交感神經末梢釋放去甲腎上腺素，它具有收縮血管和升高血壓的作用，從而導致頭痛。
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從導致宿醉后頭痛的原因中，我們可以總結出以下幾個方面去預防宿醉后頭痛：
首先，不要空腹喝酒。因為酒精會抑制糖異生和肝糖原分解,如果機體沒有充足的葡萄糖儲備，就會引起低血糖性頭痛，所以，飲酒前吃點食物，尤其是吃一些碳水化合物能較快提高血糖，將會降低因飲酒引起的低血糖事件，緩解部分頭疼，
其次，喝酒過程中適當補水，可以減輕因脫水引起的頭痛。酒后出現尿頻口渴頭痛等脫水癥狀后補充一些含鉀鈉的淡鹽水，可以止吐，防止電解質紊亂。也可以喝點蜂蜜水，研究表明，蜂蜜含有一種特殊的果糖，緩急止痛，可以促進酒精的分解吸收，減輕頭痛癥狀。
最后，盡量不要飲酒，更不要醉酒，縱有千般方法都不如最直接的辦法：不喝。實在無法避免，請小口分次飲酒，延長飲酒時間，喝酒前可以提前吃一些促進胃動力的藥物，避免酒精大量在胃部被吸收入血，酒后不要飲用濃茶來醒酒，茶堿只會增加頭痛。
