时间生物学的历史
我们大多数人对人体的内部时钟知之甚少。然而,在过去的 30 年里,一门来自欧洲的年轻科学–“时间生物学”(Chronobiology)越来越受到重视。时间生物学指的是地球自转时影响人类机体的昼夜周期。自人类诞生以来,人类的历史就被光明和黑暗所塑造。我们身体深处的基因计时器控制着这一基本节奏。我们越聪明地吸收它们的信息,这些信息就越有用。这种联系对于预防和治疗疾病以及愈合过程都非常重要。
时间生物学的起源可以追溯到 18 世纪。天文学家让-雅克-德奥图斯-德迈兰(Jean Jacques d’Ortous de Mairan)报告了含羞草叶片的日常运动。他通过实验证明,即使在长期黑暗的环境中,含羞草的叶子也会按照昼夜节律继续摆动。格奥尔格-克里斯托夫-利希滕贝格、克里斯托夫-威廉-胡夫兰、卡尔-冯-林内,以及最重要的人物–查理斯-达尔文等知名科学家也报告了类似的节律现象。然而,直到 20 世纪,时间生物学研究才真正开始。Wilhelm Pfeffer、Erwin Bünning、Karl von Frisch、Jürgen Aschoff、Colin Pittendrigh 和 Arthur Winfree 都是这一研究的先驱。
时间生物学的三个基本周期
无极节奏
(源自拉丁语 infra,意为 “低于”;拉丁语 diem,意为 “日”–细分词源,Infradian 表示这种节律的周期长于 24 小时,因此频率低于/低于一天的频率)。
这些节律持续时间超过 24 小时。这些节律每隔几天、几周、几个月,甚至每年才重复一次。
鸟类迁徙等季节性节律、月相节律(跟随月相,约 29.5 天)以及与潮汐周期相关的半月相节律(约 14 天)就是很好的例子。另一个例子是不可预测的节律(又称 “非昼夜节律”,与环境没有任何对应关系),如女性的月经周期。
超昼夜节律
(源自拉丁语 ultra,意为 “超越”,源自拉丁语 diem,意为 “一天”–细分该词的来源,Ultradian 意味着这种节律的周期短于 24 小时,因此频率超越/高于一天)。这些都是短于 24 小时的生物节律。人体的许多生理功能都体现了超昼夜节律。这些节律在一天内有多个周期。例如,一个成年人大约每两小时就有一次运动和休息的周期。
超昼夜节律调节身体、情绪和精神功能。它们通常持续数小时,包括食物摄入、血液循环、荷尔蒙排泄、不同阶段的睡眠和人体表现曲线。这些过程以数百万种方式融入我们的身体。有些过程仅持续几秒钟,如呼吸控制。有些只持续几毫秒,如细胞内微循环层面的大多数过程。潮汐节律(约 12.4 小时)经常在海洋生物中观察到,它跟随潮汐从高潮到低潮的转换,对许多生活在冲浪区的人来说具有特殊的功能。
昼夜节律
(源自拉丁语 “circa”,意为 “周围”,”diem “意为 “一天”)。
这些节律大约持续 24 小时,即人类的睡眠/觉醒周期或植物的叶片运动。昼夜节律的许多影响直接并立即影响到人类,因此,对昼夜节律的研究最为广泛。因此,所有进一步的解释都会提到昼夜节律。
今日时间生物学
时间生物学领域正在全球迅速扩展。从用药到确定一天中最有效的锻炼时间,医学专家、研究人员和普通民众都开始认识到利用时间生物学原理的益处。时间生物学正被用于遗传学、内分泌学、生态学、运动医学和心理学等领域的研究。
时间生物学的时间药理学分支尤其有利可图。数以千计的研究表明,准确把握药物或补充剂的服用时间可以减少副作用,对目标器官系统或疾病产生更强的效果,甚至完全破坏生理过程。
许多知名学府都增设了以时间生物学研究为中心的院系、实验室和课程。这些机构提供了开创性的研究和见解,有助于现代医学的发展和对我们与生俱来的生物节律的理解。被称为 “时间生物学之母激素 “的褪黑激素、光对各种疾病的影响以及时间类型现象一直是人们特别关注的领域。
虽然时间生物学仍被认为是一门年轻的科学,但它所带来的可能性却是无穷无尽的。我们的研究方法正变得越来越先进,而这也带来了一个现实,那就是时间生物学终将成为领先的科学学科。
外部和内部时钟控制着我们的身体、精神和情绪功能,无需我们干预。我们的生活越是明智地适应这些节律,就越能从中受益。无论是口腔黏膜还是肝脏,每个生理系统都有自己的生物节律。这一知识对于疾病和治疗尤为重要。哮喘、关节炎、高血压、抑郁症、心脏病、胃溃疡、睡眠问题、脑代谢紊乱等疾病都有其自身的阶段性。用于预防或治疗疾病的活性成分的时间生物学因素至关重要。迄今为止,我们可能只知道这些物质背后的一小部分秘密。不过,一些重要的物质已经有了具有时间生物学意义的配方,并经过了科学测试和验证。起初,时间生物学家被人嗤之以鼻。如今,他们的科学已成为研究身体、精神和时间相互联系的公认分支。你可能会大吃一惊!
从时间生物学的角度得出的最重要结论是,我们拥有一整套由基因决定的内部 “时间调节器”。最重要的是,我们的身体遵循内部的 24 小时周期。激素的释放最终取决于我们体内时钟的脉冲。在大脑的控制下,血液中循环的 150 种信使物质向我们的器官通报当前的情况,并规定具体的后果。这些激素具有促进和抑制作用。睡眠时我们的体温会下降,醒来时我们的血压会升高,等等。这些节律每 24 小时重复一次,日复一日,夜复一夜。因此,科学家们称之为 “昼夜节律”。最短的上下周期是在脑电波中测量到的,仅持续几毫秒。最长的昼夜节律–如饥饿或睡眠需求–则持续数小时。每时每刻,时间生物学都在将我们器官内的活动转化为独特而鲜明的景象。一小时后,一切都不再是一小时前的样子。似乎随着年龄的增长,我们体内的一些时钟滴答作响的速度越来越慢,而另一些时钟则滴答作响的速度越来越快。随着年龄的增长,我们体内的一些时钟似乎滴答得更慢了,而另一些时钟则滴答得更快了。器官开始形成自己的节奏,出现紊乱。如果不及时治疗,就会引发疾病。科学界发现,约有 80 种疾病都与睡眠有关。这正是时间药理学所追求的目标: 在正确的时间配制正确的药物。目前的目标是在越来越多的疾病或身体机能障碍中找出昼夜节律的成分。这将为我们带来更有效、副作用更小的治疗方案。时间生物学药物或食品补充剂可以重新调整我们的内在时间调节器。
光暗因素不断调整我们的日常机能,使其保持 24 小时的节奏。在我们体内,这种信息被转化为一种叫做褪黑激素的信号荷尔蒙。褪黑激素已经在白天完成了许多任务。晚上 11 点左右,褪黑激素水平通常会突然飙升至正常值的 8 到 10 倍。这是许多器官放慢活动和自我再生的信号。然而,许多老年人在很大程度上失去了这种夜间褪黑激素激增的现象。许多节律–包括睡眠、血压、体温和荷尔蒙–仍然不受控制。在这种情况下,需要一种智能的时间生物学支持。最近令人兴奋的研究得出了宝贵的结论。研究人员开始了解肿瘤细胞倾向于分裂的时间。与健康细胞不同的时间调节器控制着肿瘤。因此,将治疗性细胞毒素引入靶器官的时间至关重要,因为此时细胞毒素对肿瘤生长的影响更大,对剩余细胞的危害更小。时间药理学(Chronopharmacology),即寻找与我们体内时钟相协调的治疗措施,是目前医学研究中最引人入胜的领域。我们逐渐开始认识到越来越多的疾病是节律失调。这是迈向时间生物学原理的第一步。
每个细胞都会产生高度特定的物质,例如氨基酸的组成成分。一旦达到理想浓度,生产就会停止。酶会在数小时内分解这些物质。新的周期开始。某些基因(也称为 “时钟基因”)充当这些过程的开关。它们几乎存在于任何类型的人体组织中,其影响是多方面的、复杂的和智能的。人体的各个部位都有接收信使物质和神经元刺激信息的受体。时钟基因 “控制着它们的敏感性。这也适用于维生素、微量元素和其他生物有效物质(包括药物)的作用。主开关位于大脑的中央部分–由两个结构组成的间脑。大脑从视网膜上的特殊光电管接收信息。这些传感器直到最近才被解码,它们不能识别物体或颜色,只能识别一天中的时间、环境气氛和季节。它们是作用机制的起点,整个作用机制可以说是一个控制室,所有的内部时钟都在这里设定。这个控制室将白天和黑夜之间的变化从外部世界传递到我们体内的无数节律,并使它们相互适应。光是一个强大的脉冲发生器。一个人能否从心脏病发作中存活下来,可能取决于透过重症监护室窗户照射进来的太阳光。医院北翼的病床与较高的死亡率有着神秘的联系。
时间生物学实践
为了完成各种任务,我们的身体需要在一天中的特定时间摄入有价值的物质。即使是饮食健康的人也可能会出现营养缺乏的情况,尤其是在日常压力、环境毒素或代谢紊乱的情况下。科学研究为我们提供了准确的信息,让我们了解人体在什么时候需要哪些营养素,以及什么剂量的营养素能为食物消化提供最佳支持。虽然有些营养素具有相互促进的作用,但有些营养素可能会妨碍预期效果。时间生物学实践提高了我们的器官吸收重要生物物质的能力。维生素、矿物质、微量元素和植物药在适当的时间点以巧妙的组合提供。例如,早晨的胶囊有助于人体保持能量平衡。晚间胶囊则有助于在夜间燃烧脂肪并清除体内毒素。针对不同性别的配方考虑到了女性和男性器官新陈代谢的不同。
大多数人都把维生素视为健康的赐予者,随时吞服,认为这样做不会有错。事实远非如此!当你想弥补维生素或矿物质的不足时,时间生物学的严格规则同样适用。维生素?先看时钟!时间点至关重要: 首先,某些维生素在早晨和晚上的作用是完全不同的。其次,它们对新陈代谢的影响可能会扰乱人体器官的 24 小时节律。因此,服用符合时间生物学原理的多成分配方是必不可少的。为男性和女性选择不同的保健方法效果会更好。
在没有明确概念的情况下盲目摄入维生素和矿物质会带来风险
维生素和微量元素的生物效应每天都有很大的波动,并影响着人体活动的变化。与食物一起摄入或以食物补充剂形式摄入的维生素需要脂肪或水才能运送到目标部位。让我们先看看脂溶性维生素: 一旦溶解在脂肪分子中,这些维生素就会到达组织液的主要血管系统–淋巴管。淋巴管只与少数器官直接相连。相关维生素主要积聚在脂肪组织和肝脏中。一旦进入体内,它们就不容易被排出体外。由于脂肪的贮存量巨大,因此只有在极其小心的情况下才能摄入这类维生素。只有四种脂溶性维生素: 最好在早晨吃过丰盛的早餐后服用,晚些时候服用效果较差。水分布在全身各处:细胞内、血液中和组织间隙中。溶于水的维生素物质普遍有效,但也更不稳定。它们会定期随尿液排出体外。每天坚持服用有助于避免维生素缺乏或代谢紊乱。B 组中有七种水溶性维生素:叶酸(B9)、泛酸(B5)、硫胺素(B1)、氰钴胺(B12)、核黄素(B2)、烟酸(B3)和吡哆醇(B6)。其他水溶性维生素包括维生素 C(抗坏血酸)、生物素(维生素 H)、胆碱和肌醇。大多数维生素没有直接作用,只对某些功能起辅助作用。因此,它们通常被归类为辅助酶或辅助因子。其余的任务则由其他物质来完成,而这只有在这些物质同时具有活性的情况下才会起作用。研究人员对这一问题的参与越多,需要满足的标准就越多。我们面临的挑战是如何使用两种严格分开但同样智能的多种维生素和矿物质产品:一种在早晨,另一种在睡前。
时间生理学是时间生物学的一个分支,研究生理过程的及时组织。该研究包括自然生物过程的时间安排。时序生理学研究时序现象,即晨鸟和夜猫子。此外,它还解释了生物系统和生物过程在时间上的相互关系。人体有 24 小时的节律。我们有一个内在时钟(昼夜节律表),它使我们能够预测每天重复发生的事件,并以生理上最佳的方式适应不同的环境。我们的生活受昼夜节律的支配。光照、黑暗和温度等指标会影响我们的生物节律,而这种节律已经在我们的基因深处设定好了。几乎所有被研究过的人体生命过程都受到各种节律的影响。激素、神经递质、消耗的糖分子和血细胞中的抗体在血液中的浓度在一天中交替变化。几种变化也是器官内不同反应的重要起搏器。甚至疾病的发生及其症状的严重程度也会受到内在时钟的影响。哮喘、抑郁和癫痫发作尤其如此。当昼夜节律受到干扰时,一般的健康和福祉都会受到严重影响。例如,时间变化会产生与时差相同的影响,包括睡眠和注意力不集中,甚至抑郁。对于有证据表明长期受到干扰的轮班工作者来说,问题可能会变得更加严重和长期。只有调整我们的生活方式,使之符合我们的内在节奏,我们才能获得保持健康所需的能量。
时间病理学研究的是重要生物过程中的时间紊乱问题。它描述了时间顺序异常的各种现象及其特点、原因、预后和诊断意义以及治疗影响。特定生物体的疾病在特定的时间表现出来。年节律和周节律对疾病的易感性和发病频率、事故频率和死亡率都有影响。生物节律的偏差很常见。例如,血压就受多种因素影响。在某些日常条件下,以及在活动和休息阶段,都会出现异常。时间病理学研究的就是这些变化现象在器官功能紊乱和疾病中与昼夜节律作用的关系。最需要这门科学的领域是倒班工人和时差,这两种情况都以时间变换为特征。时间病理学有助于识别偏离正常状态的不同阶段。识别与时间相关的特征对于诊断和治疗疾病非常重要。智能解剖学是拥有治疗时限的药物的基础。
时间药理学是时间生物学的一个分支,研究我们的内在时钟对药物治疗的影响。它探讨药物在人体内的行为以及器官时间结构的影响。人体以 24 小时为一个周期,我们的内在时钟调节着人体的功能。生物节律是决定正确用药的关键。用药时间不同,药物的效果和副作用也会不同。这些知识对于治疗各种疾病都非常重要。不仅用药量很重要,用药时间也很重要。通过时间药理学回答的重要问题包括:
- 哪种物质在早晨最有效?
- 哪种物质最适合晚上使用?
- 哪些物质可以一起服用,哪些物质需要结合起来才能发挥作用?生物物质能否通过某些物质而受到阻碍?
- 某些药物的疗效与每天用药的时间有什么关系?
- 如何优化药物疗效?
在正确的时间用药可以提高疗效,将副作用降到最低。在确定服药时间时,需要特别注意降压药和可的松制剂。例如,某些降压药在晚上而不是早上服用能更好地降低血压。患者将受益于时序药理学的应用,因为它提供了关于用药时间的重要信息,从而提高了各种制剂的耐受性和有效性。时间药理学科学家正在研究有关用药时间的新发现,以提高效率和减少副作用。许多药物已经有了已知的最佳用药时间。一些现代制剂几乎可以被称为智能制剂。这些制剂含有某些生物微量物质,一天只需服用一次。由于这些制剂具有时间锁定功能,或含有以不同速度释放的物质,因此从服用开始到晚上都有效。


