华裔科学家丁健明介绍生物钟对生命的影响
华裔科学家丁健明介绍生物钟对生命的影响
为什么小鸟在清晨鸣叫，而青蛙在夜晚鼓噪？为什么心脏病多发作在凌晨，而哮喘病多发作于黄昏之后？答案是：无论动物还是植物体内都有生物钟，生理活动都受生物节律的控制。近日，在2004年度中科院“脑、心理与行为国际学术研讨会”上，来自美国东卡大学医学院神经生理学副教授丁健明向人们讲述了《时间生物学与时间医学》这一国际热门科研课题。
生物钟像第三只眼悬在额后
人们每天看着钟表安排日程时，恐怕不会想到自己体内也有个不舍昼夜的“钟”。丁健明说，人体结构不仅存在于空间，而且存在于时间中。早在世界上第一个单细胞生物出现以前，地球已经自转了大约20亿年。为了适应这种昼夜环境周期性的变化，生物界的各种功能都有明显的昼夜节律。经过长期进化，人类机体内发育分化出一个特殊的器官——生物钟，用来协调各种不同组织与器官的昼夜节律。机体内各种不同的生理活动按一定的时间顺序发生变化，这种变化的节律称为生物节律。生物钟像人的第三只眼睛一样，悬在额头后面下丘脑的视交叉上核处。即使是先天失明的人也因拥有这只“眼睛”，获得24小时的生物节律。
, 百拇医药
人们最熟悉的生物节律莫过于每天的睡眠与觉醒，而不被人们察觉的心动、呼吸、内分泌实际上也呈24小时的生物节律出现快慢、高峰与低谷。由于体内生物钟是在地球昼夜光照节律中进化形成，因此光照刺激可以影响生物钟的节律。在夜间一个短暂的光照刺激就可引起脑内生物钟的时相位移。在导师——美国时间生物学界的泰斗DeCoursey教授指导下，丁健明用了十几年的时间，在光照对生物节律的调节机制方面取得了突破性的进展，以第一作者分别在《科学》、《自然》等世界第一流的杂志上发表论文。这些研究成果阐明了倒时差过程中脑内生物钟细胞内的信息传递机理，为药物调节时差提供了可靠的细胞生物学依据。
生物钟“失灵”了人就会生病
近年，国际上对时间生物学研究十分重视，提出了时间病理学、时间药理学和时间治疗学等概念。昼夜节律是正常生理功能的一个重要组成部分，可以说健康人体的每一生理功能均表现出高度精密和稳定的昼夜节律。例如，在健康生理状态下，体温、心率和血压下午最高，而听觉和痛觉傍晚最敏感。某些激素如可的松和睾酮在早晨起床时最高，而胃泌素、胰岛素和肾素水平下午和傍晚最高，褪黑素、催乳素在睡眠时达到高峰。生长素的高峰也在熟睡时，因此，充足的睡眠是儿童生长的重要保障。
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生物钟“失灵”了，人体就会有病；而人体一旦有病，生物钟也会“失灵”，表现为节律波动幅度的增高或降低以及不同时相、不同参数比例的变化。例如，健康人血中的淋巴细胞计数上午最低，夜间达到高峰，而艾滋病病毒感染者这种节律则消失；血清IgE
是一种炎症标志，本应24小时处于恒定水平，但哮喘等过敏反应病人的IgE节律在下午达到高峰，夜间处于低谷，致使多数患者在黄昏后发病；心血管疾病发作亦表现为明显的昼夜节律，医学统计发现，午夜零点与清晨6点期间，心血管意外的风险性增加40%，脑卒中风险性增加49%。一些心源性猝死多发生于深夜，可能与后半夜动眼睡眠时程增加，血压和心率节律不稳有关；血压昼夜节律波动幅度加大会增加脑缺血性卒中的危险性。
什么时间吃药对疗效影响很大
目前，生物节律已成为研究临床、预防及基础医学的一个重要学科。正确的给药时间不但可以提高药效，而且可以减低副作用。近年，国际上利用生物节律治疗疾病和开发新药的研究十分活跃，也获得很多重要进展。
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例如，洋地黄是治疗充血性心衰的常用药，但其毒性与血钾水平密切相关。如果利用血钾水平明显的昼夜节律开发研制短半衰期的洋地黄类药物，使体内洋地黄浓度与血钾水平一致，就可取得更好的疗效，并可最大限度地降低毒性。再如系统性红斑狼疮和脑垂体功能低下等病需要长期的激素替代治疗，但可的松类药物对促肾上腺皮质激素(ACTH)的副反馈作用的敏感性有非常明显的昼夜节律。皮质激素在晚上用药时对ACTH的抑制作用是早晨用药的两倍。因此，对这些病人采用长期激素替代疗法时，考虑内分泌系统的昼夜节律是非常必要的。
生物节律还可用于指导肿瘤化疗。研究发现，真核细胞的分裂周期非常接近24小时周期，然而不同类型的细胞其有丝分裂活动的高峰期于一天的不同时间。例如，直肠癌细胞的有丝分裂活动高峰期在夜间，此时正常的胃肠细胞大多处于静止期。化疗药物如果在夜间给药，可以加强疗效而同时降低副作用。
抗高血压药的用药时机如与血压节律一致也会取得较好的降压效果。德国医学会推荐，原发性高血压宜早晨用药，而肾源性高血压宜傍晚用药。当然利用一些药物改变生物节律也可以达到治疗目的。临床调查显示，钙阻滞剂nifedipine可降低收缩压和舒张压的昼夜节律波动幅度，改善心血管病人的预后。
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生物钟受到科技进步的挑战
人们在享受现代科技带来的便利时，生物钟受到空前的挑战。电灯的发明有效地延长了人类的工作时间，喷气式飞机的发明大大缩短了世界的距离，但这些新技术的非正确使用可以引起生物节律的紊乱，导致敏捷性、注意力等心理和神经肌肉反射、内分泌等生理功能明显降低。如果了解了这一点，能合理调换工时，不仅可提高工作效率，还可防止因此造成的差错或事故。
我国越来越多的家庭拥有了私人汽车，交通安全问题将非常突出。据美国交通部的统计，疲劳驾驶与酒后驾驶一样危险，多数严重的交通事故发生在驾驶员最瞌睡和疲劳的午夜到清晨6点。因此，根据生物钟原理发明出对驾驶员打瞌睡作出有效警示的装置非常必要。我国已进入载人航天时代，在航天过程中，任何差错均可能导致灾难。宇航中心必须考虑宇航员的实际生物节律，不能只按照地球上的时间向宇航员发布指令，让他们在最困倦的状况下去执行最复杂的任务是有危险的。这是很多航天灾难带来的教训。
时间生物学是本世纪最重要学科研究之一，我国在这一领域的研究远远落后于西方发达国家。丁健明等学者近年多次返回中国介绍该领域新进展，为我国科学家和临床医生推开了一扇展示时间与生命奥秘的窗户。他表示，在中国科学院和中国医学科学院支持下，他们计划在我国建立一个具有国际水平的时间生物学研究基地，促进我国时间生物学研究与国际接轨，推广时间生物学在我国医学临床的应用。
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为什么小鸟在清晨鸣叫，而青蛙在夜晚鼓噪？为什么心脏病多发作在凌晨，而哮喘病多发作于黄昏之后？答案是：无论动物还是植物体内都有生物钟，生理活动都受生物节律的控制。近日，在2004年度中科院“脑、心理与行为国际学术研讨会”上，来自美国东卡大学医学院神经生理学副教授丁健明向人们讲述了《时间生物学与时间医学》这一国际热门科研课题。
生物钟像第三只眼悬在额后
人们每天看着钟表安排日程时，恐怕不会想到自己体内也有个不舍昼夜的“钟”。丁健明说，人体结构不仅存在于空间，而且存在于时间中。早在世界上第一个单细胞生物出现以前，地球已经自转了大约20亿年。为了适应这种昼夜环境周期性的变化，生物界的各种功能都有明显的昼夜节律。经过长期进化，人类机体内发育分化出一个特殊的器官——生物钟，用来协调各种不同组织与器官的昼夜节律。机体内各种不同的生理活动按一定的时间顺序发生变化，这种变化的节律称为生物节律。生物钟像人的第三只眼睛一样，悬在额头后面下丘脑的视交叉上核处。即使是先天失明的人也因拥有这只“眼睛”，获得24小时的生物节律。
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人们最熟悉的生物节律莫过于每天的睡眠与觉醒，而不被人们察觉的心动、呼吸、内分泌实际上也呈24小时的生物节律出现快慢、高峰与低谷。由于体内生物钟是在地球昼夜光照节律中进化形成，因此光照刺激可以影响生物钟的节律。在夜间一个短暂的光照刺激就可引起脑内生物钟的时相位移。在导师——美国时间生物学界的泰斗DeCoursey教授指导下，丁健明用了十几年的时间，在光照对生物节律的调节机制方面取得了突破性的进展，以第一作者分别在《科学》、《自然》等世界第一流的杂志上发表论文。这些研究成果阐明了倒时差过程中脑内生物钟细胞内的信息传递机理，为药物调节时差提供了可靠的细胞生物学依据。
生物钟“失灵”了人就会生病
近年，国际上对时间生物学研究十分重视，提出了时间病理学、时间药理学和时间治疗学等概念。昼夜节律是正常生理功能的一个重要组成部分，可以说健康人体的每一生理功能均表现出高度精密和稳定的昼夜节律。例如，在健康生理状态下，体温、心率和血压下午最高，而听觉和痛觉傍晚最敏感。某些激素如可的松和睾酮在早晨起床时最高，而胃泌素、胰岛素和肾素水平下午和傍晚最高，褪黑素、催乳素在睡眠时达到高峰。生长素的高峰也在熟睡时，因此，充足的睡眠是儿童生长的重要保障。
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生物钟“失灵”了，人体就会有病；而人体一旦有病，生物钟也会“失灵”，表现为节律波动幅度的增高或降低以及不同时相、不同参数比例的变化。例如，健康人血中的淋巴细胞计数上午最低，夜间达到高峰，而艾滋病病毒感染者这种节律则消失；血清IgE
是一种炎症标志，本应24小时处于恒定水平，但哮喘等过敏反应病人的IgE节律在下午达到高峰，夜间处于低谷，致使多数患者在黄昏后发病；心血管疾病发作亦表现为明显的昼夜节律，医学统计发现，午夜零点与清晨6点期间，心血管意外的风险性增加40%，脑卒中风险性增加49%。一些心源性猝死多发生于深夜，可能与后半夜动眼睡眠时程增加，血压和心率节律不稳有关；血压昼夜节律波动幅度加大会增加脑缺血性卒中的危险性。
什么时间吃药对疗效影响很大
目前，生物节律已成为研究临床、预防及基础医学的一个重要学科。正确的给药时间不但可以提高药效，而且可以减低副作用。近年，国际上利用生物节律治疗疾病和开发新药的研究十分活跃，也获得很多重要进展。
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例如，洋地黄是治疗充血性心衰的常用药，但其毒性与血钾水平密切相关。如果利用血钾水平明显的昼夜节律开发研制短半衰期的洋地黄类药物，使体内洋地黄浓度与血钾水平一致，就可取得更好的疗效，并可最大限度地降低毒性。再如系统性红斑狼疮和脑垂体功能低下等病需要长期的激素替代治疗，但可的松类药物对促肾上腺皮质激素(ACTH)的副反馈作用的敏感性有非常明显的昼夜节律。皮质激素在晚上用药时对ACTH的抑制作用是早晨用药的两倍。因此，对这些病人采用长期激素替代疗法时，考虑内分泌系统的昼夜节律是非常必要的。
生物节律还可用于指导肿瘤化疗。研究发现，真核细胞的分裂周期非常接近24小时周期，然而不同类型的细胞其有丝分裂活动的高峰期于一天的不同时间。例如，直肠癌细胞的有丝分裂活动高峰期在夜间，此时正常的胃肠细胞大多处于静止期。化疗药物如果在夜间给药，可以加强疗效而同时降低副作用。
抗高血压药的用药时机如与血压节律一致也会取得较好的降压效果。德国医学会推荐，原发性高血压宜早晨用药，而肾源性高血压宜傍晚用药。当然利用一些药物改变生物节律也可以达到治疗目的。临床调查显示，钙阻滞剂nifedipine可降低收缩压和舒张压的昼夜节律波动幅度，改善心血管病人的预后。
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人们在享受现代科技带来的便利时，生物钟受到空前的挑战。电灯的发明有效地延长了人类的工作时间，喷气式飞机的发明大大缩短了世界的距离，但这些新技术的非正确使用可以引起生物节律的紊乱，导致敏捷性、注意力等心理和神经肌肉反射、内分泌等生理功能明显降低。如果了解了这一点，能合理调换工时，不仅可提高工作效率，还可防止因此造成的差错或事故。
我国越来越多的家庭拥有了私人汽车，交通安全问题将非常突出。据美国交通部的统计，疲劳驾驶与酒后驾驶一样危险，多数严重的交通事故发生在驾驶员最瞌睡和疲劳的午夜到清晨6点。因此，根据生物钟原理发明出对驾驶员打瞌睡作出有效警示的装置非常必要。我国已进入载人航天时代，在航天过程中，任何差错均可能导致灾难。宇航中心必须考虑宇航员的实际生物节律，不能只按照地球上的时间向宇航员发布指令，让他们在最困倦的状况下去执行最复杂的任务是有危险的。这是很多航天灾难带来的教训。
时间生物学是本世纪最重要学科研究之一，我国在这一领域的研究远远落后于西方发达国家。丁健明等学者近年多次返回中国介绍该领域新进展，为我国科学家和临床医生推开了一扇展示时间与生命奥秘的窗户。他表示，在中国科学院和中国医学科学院支持下，他们计划在我国建立一个具有国际水平的时间生物学研究基地，促进我国时间生物学研究与国际接轨，推广时间生物学在我国医学临床的应用。
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