昼夜节律是一种普遍存在的内源性计时系统（生物钟），大约以24小时为一个周期。人体内几乎每个细胞都有自己的生物钟，控制机体一系列的生物过程，对我们的健康发挥着至关重要的作用。心脏也会受到生物钟的影响，就好比变频空调一样，它会根据环境条件切换成不同的速率（心率）。在正常情况下（受到惊喜或惊吓等情绪影响除外），我们的心率在早晨会升高；而在晚上睡觉的时候心率则会低得多。近日，发表在美国生理学杂志《Heart and Circulatory Physiology》上的一项研究显示，长期睡眠不足的健康成年人心率模式异常。该研究已被选为10月份的美国生理学会精选文章。
当我们睡觉时，大脑会周期性地出现称为自发性皮层唤醒 (CA) 的活动高峰。研究人员研究了正常睡眠和短睡眠（睡眠时间少于7小时）参与者的心率对这些事件的反应。虽然两组的人的自发性皮层唤醒数量相似，但短睡眠组在这些事件发生后心率更高，并且与正常睡眠者相比，他们的心率恢复正常所需的时间更长。
那么，心脏是如何在一天中做到这些变化的？
近日，发表在《Nature Communications》上的一项研究中，来自英国剑桥大学MRC分子生物学实验室的研究团队发现了一种新的细胞机制，解释了心脏如何在细胞水平上自主（独立）变速，以保持与昼夜节律同步。该研究证实，即使在自主神经完全阻断的情况下，心率也会在一天中的不同时间发生变化。这一发现具有重要的临床意义。此前的普遍观点认为，心率的昼夜变化在很大程度上是由交感神经和副交感神经系统调节的。在这项研究中，研究人员发现了一个在心脏细胞中发挥作用的离子转运机制。该机制使细胞在白天和夜晚之间显著改变其钾、钠和氯离子的浓度，以应对蛋白质水平的变化。细胞离子水平的波动是在动态补偿蛋白质大分子拥挤的日常变化。白天，细胞溶质渗透势增加，离子从细胞中泵出，为它们 '腾出空间'。在整个白天，钾、钠和氯离子的浓度随着蛋白质水平的增加而下降超过30%；而到了夜晚，这一过程发生逆转，此时蛋白质水平下降，离子水平上升，从而完成一个循环。这种稳态控制机制可以防止细胞体积发生变化。细胞内离子的增加发生在休息阶段（对人类来说是夜晚）结束时，让心脏加速跳动，为日常活动增加的心血管负荷做准备。因此，白天是适合工作的时间；而晚上就该老老实实地睡觉，睡足觉。该睡不睡，或者睡眠不足，就是在与正常的心脏功能“对着干”。研究人员是通过研究从小鼠心脏中分离出来的细胞和组织证实了上述发现：细胞内外不同水平的钠和钾是导致心脏细胞收缩并驱动心跳的原因。由于钠和钾水平在一天中不断变化以适应蛋白质的变化，心脏细胞的内在活动也随之发生变化，从而使心脏能够更好地维持人类白天增加的心率（小鼠夜间增加心率）。在清醒状态下，心脏持续增加心率的能力要比睡觉时大得多。因此，这项研究指出了心脏细胞内的生物钟如何帮助调节每天的心率波动；同时也意味着，即使是与身体其他部位分离，心脏中的昼夜节律依然独立存在。这表明生物钟已牢牢掌控了一切。研究人员表示，这项研究具有重要的临床价值，因为生活方式因素（如熬夜或倒班工作）导致的昼夜节律钟紊乱与许多疾病的发病率增加有关，包括心律失常和其他心脏疾病。在老年人中，心脏钠和钾节律的振幅降低意味着心脏无法适应每日需求的变化，即无法在早晨维持增加的心脏功能。该研究通讯作者、分子生物学家John O'Neill说：“心脏功能昼夜变化的方式比我们之前认为的要复杂得多。当心脏的生物钟与大脑生物钟不同步时，比如在熬夜期间，我们的心血管系统可能无法处理日常的工作生活压力，这可能会使心脏更容易出现功能障碍。我们这项发现也为更有效治疗心血管疾病开辟了令人兴奋的可能性，比如选择在一天的正确时间给药。”现代社会对我们的健康和幸福带来了很多挑战，那些被认为是司空见惯的事情，如上夜班、熬夜不睡和倒时差，已经扰乱了我们的生物钟。现在越来越明确的是，生物钟紊乱正在增加包括心血管疾病、肥胖和2型糖尿病在内的许多疾病的发病率和严重性。要知道心血管疾病可是全球的“头号杀手”！因此，我们真的必须把睡眠看成是我们整体健康的一个重要支柱，就像我们看待运动和营养一样。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-25942-4
https://journals.physiology.org/doi/full/10.1152/ajpheart.00329.2021
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