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生物节律—人体何谐乐章的指挥家

发布日期:2015-12-31  浏览次数:1831

    第二军医大学长征医院神经内科 赵 菲 赵忠新
    
    当今世界我们的日常生活基本上受着时间的支配。不过,即使没有闹钟、日程表、月历的存在,我们仍然能够在一定程度上自己感受和调整自己的生活,那是因为我们体内的一种无形的“时钟”仍然在发挥作用。这个无形的“时钟”我们称之为生物钟,也叫生物节律、生物韵律。实际上,更为完整的生物钟概念包括了生物体随时间作周期变化的众多现象,例如生理、行为及形态结构等等。
    
    生物钟的功能有哪些?
    地球上的所有动物都有这种叫做“生物钟”的生理机制,也就是从白天到黑夜的一个24小时循环节律。科学家发现,生物钟是多种多样的。就人体而言,已发现有百余种生理指标,如体温、血压、脉搏、白细胞数、血糖含量等因昼夜变化而呈节律性变动。比如,在每一个24小时周期,我们都经历着生理和心理周期性的变化,而这些变化使我们的身体能够应付我们日常生活中的各项任务。
    
    最常见的生物节律便是昼夜节律和睡眠-觉醒周期。昼夜节律影响着我们的方方面面,比如我们如何应付各个生理心理的任务,再比如何时药物能够获得最佳疗效等。“在正午和午夜我们是完全不同的生物体。”这一结论来自于牛津大学研究昼夜节律的科学家Russell foster。但是还有诸多其他的周期,使得我们的生理和精神状态在一天不同时刻千差万别。比如凌晨4:30我们的核心体温降到最低,随后渐渐上升并在晚上7:00达到最高。肾上腺素等激素水平在一天中也是同样逐渐上升。
    
    这些改变将影响到我们的日常生活。英国利物浦约翰穆尔思大学研究者Jim Waterhouse说“充分证据显示昼夜节律极大地影响着人们在各个方面的表现,包括体育竞技。”当午后体温和肾上腺素水平上升的时候,生理功能也会随之增强。同时,觉醒时间的长短却与我们大脑功能诸如决断能力成反比。
    
    生物钟在哪里?
    驱动这一切变化发生的生物钟,来自于我们大脑组织的一小块部位,位于视神经上方,被称为视交叉上核。这个核团是掌管一切的计时器,机体的生物钟就是受它的调控。它搜集了所有来自视网膜的光信息,并将其通过神经冲动和激素传递到身体有关部位,促进睡眠的褪黑激素和与其功能相反的的食欲素是这些激素中的两种。来自视交叉上核的节律还调控着免疫反应、消化、细胞分化、体温等等。其自身的节律每天在受到光刺激的时候重置,而这些也影响着一部分“时钟基因”的活动,使得它们的行为也遵循24小时的周期性。
    不过,视交叉上核并不是生物钟的唯一掌控者。许多体细胞自身也具有节律性,在一天之中的活动有高峰也有低谷。比如致炎反应的肥大细胞在清晨的时候非常活跃,这也许解释了为什么一些免疫异常病症诸如哮喘常常在这个时候发作。皮肤细胞也有类似的节律性,夜间增殖而日间分泌更多油脂,胃里能够产生饥饿激素的细胞也受到昼夜节律的影响。
    这些各个部位的局部生物钟并不完全独立于视交叉上核这个节律中枢。视交叉上核的重要性在于能够从整体上调节其他各个部位的控制信号。视交叉上核好比是交响乐团的指挥,能够将规则的信号发送给众多演奏者。Foster这样描述道:“如果你射杀了总指挥,乐团成员仍将继续演奏,但他们的演奏在时间上多少会有些差别,从而各声部分裂不能合韵”。视交叉上核受损的患者便失去了所谓的24小时周期节律。
    
    生物钟对于人类的学习、生活和工作的影响
    许多学者的研究指出,按照人的心理、智力和体力活动的生物节律,来安排一天、一周、一月、一年的作息制度,能提高工作效率、学习成绩,减轻疲劳、预防疾病和防止意外事故的发生。反之,假如突然不按体内的生物钟的节律安排作息,人就会在身体上感到疲劳、在精神上感到不舒适。
    
    在英国泰恩河畔的Monkseaton高中学生在过去一年中进步显著。缺勤率下降,正点率和考试成绩屡创新高。校长Paul Kelly并没有将这些进步归结于教学质量的提升或者是更加严格的校规,相反,他采取的措施仅仅是将早上开课时间从九点推迟到十点。学校课程时间的改变是为了与学生的生物钟同步。十几岁的学生往往有夜猫子的习惯,晚上熬夜然后白天睡懒觉。但这一切并不能完全归咎于学生,而是由于青少年的睡眠激素-褪黑素(melatonin)分泌存在生理性的推后现象,因此导致了他们体内的生物钟也自然而然地向后推了几个小时。因此,学校将开课时间推迟从而与学生的生物钟同步,以避免上课的时候学生们的大脑还处于半睡半醒之间。
    
    相反,生物钟紊乱的时候,人类甚至所有生物就容易患病、衰老或死亡。据说,欧洲名酒威士忌的商标是一位长寿老人的头像,这位老人活了152岁。当时,英国国王想见这位长寿老人,就请他到皇宫作客、吃喝玩乐款待老人,谁知,由于生活规律的改变,一周后老人不治而亡。
    
    当然并不是所有人都遵循这一同样的规律。有些人像百灵鸟一般,喜欢早起早睡;相反,猫头鹰型的人则早上困乏晚上清醒。这些不同的作息习惯主要由基因决定。大多数人的作息习惯介于两者之间。而处于极端状态的人往往患有一种少见的、但是可治愈的一种疾病,称为睡眠时限提前综合征 (FASPS)。症状表现为在傍晚即想入睡,而在凌晨即觉醒。现在已经知道这种疾病是由一种叫做PER2的基因突变所致,而这种PER2基因正是之前提到的能够控制视交叉上核节律调定的几种基因之一。
    
    瑞士苏黎世大学的研究者Steven Brown认为如果在清晨的时候接受强光线刺激,生物钟可以提前;但部分人群的生物钟非常“顽固”,不能够轻易被改变。这也许就解释了为什么会有一些人对于时差变化更为敏感,特别难以适应轮班制的工作。
    
    年龄也会对生物钟产生很大影响。老年人通常睡得少、醒得早。Brown的研究室最近发现一种存在于老年人血液中的因子,它可以调定皮肤细胞的昼夜节律性,使之形成倾向于百灵鸟类早起早睡的生物钟。这个发现暗示着可能通过药物方法调节不同的昼夜节律习惯,使睡眠习惯由夜猫子类型变成为百灵鸟类型,反之亦然。Brown说“这不仅对老年人有用,对于轮班工作的人,以及有睡眠障碍的人也有利。”
    
    人的生命过程复杂而又奇妙,它无时无刻不在演奏着迷人的“生物节律交响乐”。
    


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