晝夜節(jié)律是一種普遍存在的內(nèi)源性計(jì)時(shí)系統(tǒng)（生物鐘），大約以24小時(shí)為一個(gè)周期。人體內(nèi)幾乎每個(gè)細(xì)胞都有自己的生物鐘，控制機(jī)體一系列的生物過(guò)程，對(duì)我們的健康發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。心臟也會(huì)受到生物鐘的影響，就好比變頻空調(diào)一樣，它會(huì)根據(jù)環(huán)境條件切換成不同的速率（心率）。在正常情況下（受到驚喜或驚嚇等情緒影響除外），我們的心率在早晨會(huì)升高；而在晚上睡覺(jué)的時(shí)候心率則會(huì)低得多。近日，發(fā)表在美國(guó)生理學(xué)雜志《Heart and Circulatory Physiology》上的一項(xiàng)研究顯示，長(zhǎng)期睡眠不足的健康成年人心率模式異常。該研究已被選為10月份的美國(guó)生理學(xué)會(huì)精選文章。當(dāng)我們睡覺(jué)時(shí)，大腦會(huì)周期性地出現(xiàn)稱(chēng)為自發(fā)性皮層喚醒 (CA) 的活動(dòng)高峰。研究人員研究了正常睡眠和短睡眠（睡眠時(shí)間少于7小時(shí)）參與者的心率對(duì)這些事件的反應(yīng)。雖然兩組的人的自發(fā)性皮層喚醒數(shù)量相似，但短睡眠組在這些事件發(fā)生后心率更高，并且與正常睡眠者相比，他們的心率恢復(fù)正常所需的時(shí)間更長(zhǎng)。
那么，心臟是如何在一天中做到這些變化的？
近日，發(fā)表在《Nature Communications》上的一項(xiàng)研究中，來(lái)自英國(guó)劍橋大學(xué)MRC分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新的細(xì)胞機(jī)制，解釋了心臟如何在細(xì)胞水平上自主（獨(dú)立）變速，以保持與晝夜節(jié)律同步。該研究證實(shí)，即使在自主神經(jīng)完全阻斷的情況下，心率也會(huì)在一天中的不同時(shí)間發(fā)生變化。這一發(fā)現(xiàn)具有重要的臨床意義。此前的普遍觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，心率的晝夜變化在很大程度上是由交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的。在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)在心臟細(xì)胞中發(fā)揮作用的離子轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。該機(jī)制使細(xì)胞在白天和夜晚之間顯著改變其鉀、鈉和氯離子的濃度，以應(yīng)對(duì)蛋白質(zhì)水平的變化。細(xì)胞離子水平的波動(dòng)是在動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)鞍踪|(zhì)大分子擁擠的日常變化。白天，細(xì)胞溶質(zhì)滲透勢(shì)增加，離子從細(xì)胞中泵出，為它們 '騰出空間'。在整個(gè)白天，鉀、鈉和氯離子的濃度隨著蛋白質(zhì)水平的增加而下降超過(guò)30%；而到了夜晚，這一過(guò)程發(fā)生逆轉(zhuǎn)，此時(shí)蛋白質(zhì)水平下降，離子水平上升，從而完成一個(gè)循環(huán)。
這種穩(wěn)態(tài)控制機(jī)制可以防止細(xì)胞體積發(fā)生變化。細(xì)胞內(nèi)離子的增加發(fā)生在休息階段（對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)是夜晚）結(jié)束時(shí)，讓心臟加速跳動(dòng)，為日常活動(dòng)增加的心血管負(fù)荷做準(zhǔn)備。因此，白天是適合工作的時(shí)間；而晚上就該老老實(shí)實(shí)地睡覺(jué)，睡足覺(jué)。該睡不睡，或者睡眠不足，就是在與正常的心臟功能“對(duì)著干”。研究人員是通過(guò)研究從小鼠心臟中分離出來(lái)的細(xì)胞和組織證實(shí)了上述發(fā)現(xiàn)：細(xì)胞內(nèi)外不同水平的鈉和鉀是導(dǎo)致心臟細(xì)胞收縮并驅(qū)動(dòng)心跳的原因。由于鈉和鉀水平在一天中不斷變化以適應(yīng)蛋白質(zhì)的變化，心臟細(xì)胞的內(nèi)在活動(dòng)也隨之發(fā)生變化，從而使心臟能夠更好地維持人類(lèi)白天增加的心率（小鼠夜間增加心率）。在清醒狀態(tài)下，心臟持續(xù)增加心率的能力要比睡覺(jué)時(shí)大得多。因此，這項(xiàng)研究指出了心臟細(xì)胞內(nèi)的生物鐘如何幫助調(diào)節(jié)每天的心率波動(dòng)；同時(shí)也意味著，即使是與身體其他部位分離，心臟中的晝夜節(jié)律依然獨(dú)立存在。這表明生物鐘已牢牢掌控了一切。
研究人員表示，這項(xiàng)研究具有重要的臨床價(jià)值，因?yàn)樯罘绞揭蛩兀ㄈ绨疽够虻拱喙ぷ鳎?dǎo)致的晝夜節(jié)律鐘紊亂與許多疾病的發(fā)病率增加有關(guān)，包括心律失常和其他心臟疾病。在老年人中，心臟鈉和鉀節(jié)律的振幅降低意味著心臟無(wú)法適應(yīng)每日需求的變化，即無(wú)法在早晨維持增加的心臟功能。該研究通訊作者、分子生物學(xué)家John O'Neill說(shuō)：“心臟功能晝夜變化的方式比我們之前認(rèn)為的要復(fù)雜得多。當(dāng)心臟的生物鐘與大腦生物鐘不同步時(shí)，比如在熬夜期間，我們的心血管系統(tǒng)可能無(wú)法處理日常的工作生活壓力，這可能會(huì)使心臟更容易出現(xiàn)功能障礙。我們這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)也為更有效治療心血管疾病開(kāi)辟了令人興奮的可能性，比如選擇在一天的正確時(shí)間給藥。”現(xiàn)代社會(huì)對(duì)我們的健康和幸福帶來(lái)了很多挑戰(zhàn)，那些被認(rèn)為是司空見(jiàn)慣的事情，如上夜班、熬夜不睡和倒時(shí)差，已經(jīng)擾亂了我們的生物鐘。現(xiàn)在越來(lái)越明確的是，生物鐘紊亂正在增加包括心血管疾病、肥胖和2型糖尿病在內(nèi)的許多疾病的發(fā)病率和嚴(yán)重性。要知道心血管疾病可是全球的“頭號(hào)殺手”！因此，我們真的必須把睡眠看成是我們整體健康的一個(gè)重要支柱，就像我們看待運(yùn)動(dòng)和營(yíng)養(yǎng)一樣。論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-25942-4
https://journals.physiology.org/doi/full/10.1152/ajpheart.00329.2021
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