生物节律是生物体的普遍特征人体的生物节律种类很多,如睡眠、血压变化与激素分泌等。节律周期的长短不一,最短者以毫秒计(如神经冲动和细胞膜电生理变化),最长者以年计。生物节律可发生于一个细胞、一种组织、一种器官、一个生物个体或一个生物群体。存在内源性起源点的生物节律称为内源性节律(endogenous rhythm),受环境因素变化而波动的节律称为外源性节律(exogenous rhythm)。例如,心脏搏动信号起源于心脏起搏点,LH的脉冲性分泌起源于GnRH细胞的周期性活动,故均属于内源性节律。直肠温度受外界环境的影响很明显,故属于外源性节律。
内源性生物节律是相关基因编码程序化适应环境的表现内源性生物节律(endogenous biologic rhythm)需要通过授时因子(timing factors)与每日24小时同步,才能与人体的生物钟保持一致。授时因子是一种调节计时系统的环境信号,其中最主要的授时因子是光照(illumination)。褪黑素(melatonin)为生物提供日计时(夜间升高,白天下降)和年计时(冬天高峰较长,夏天较短)的生物节律信息,故是人体生物节律的重要化学递质。有些生物节律的形成既有内源性因素又有外源性因素的参与,可称为异源性节律(heterogenous rhythm),如血清1,25-(OH)2D的季节性浓度变化是阳光照射和骨矿物质代谢调节激素共同作用的结果。
一、激素的昼夜节律分泌
所有可以测出的昼夜节律都是由脑组织的“生物钟”驱动的,生物钟位于下丘脑前部的视交叉上核(suprachiasmatic nucleus,SCN)。生物节律受其起搏点(pacemaker)和内源性/外源性授时因子的影响。个体的发育、生长、环境变化和神经-内分泌“生物钟”现象都与SCN活动有关,并受脑神经递质,如5-羟色胺、胆碱能神经递质、兴奋性氨基酸、神经肽Y、脑啡肽、褪黑素、精氨酸血管加压素及睡眠-觉醒肽(hypocretin)的影响,其中褪黑素在调节昼夜节律基因表达中起关键作用,而褪黑素分泌又是由光照和血清素能神经活动引起的。
哺乳动物的生物钟系统
注:经视觉末梢整合后的亮/暗(L/D)信息,一方面直接由神经通路,另一方面间接通过膝状核间区(intergeniculate leaflet,IGL)通路传递到视上核团SCN(suprachiasmatic nucleus)。此外,从中脑缝核(raphe nuclei,RN)来源的血清素能神经冲动也传递至SCN和IGL,这些非光感性神经信号参与昼夜节律的生物钟系统
血皮质醇昼夜节律是垂体ACTH分泌节律的反映,来源于CRH分泌节律。与下丘脑和垂体的其他激素相比,ACTH和皮质醇的昼夜血浓度变化依赖于睡眠的程度低,暂时改变睡眠习惯对ACTH和皮质醇的浓度变化影响较小或无影响,但是ACTH和皮质醇的昼夜浓度差最为明显。其他垂体激素,如PRL、GH、LH、FSH、TSH的昼夜节律变化受睡眠影响较明显。在病理情况下,激素节律性分泌可有显著改变。如Cushing综合征患者的皮质醇昼夜节律消失往往先于皮质醇浓度升高,测定皮质醇及ACTH昼夜节律具有早期诊断价值。研究发现,褪黑素昼夜分泌紊乱是导致血压昼夜节律异常和失眠的重要因素,也可能与Cushing病发生有关。
血浆垂体激素、皮质醇和睾酮的昼夜变化
注:浓度曲线为平均值,斜线部分代表睡眠时间
二、尿液激素和电解质的昼夜节律变化
尿液激素和电解质的昼夜变化是多因素(激素昼夜节律分泌、进食、活动和休息等)共同作用的结果。在相对恒定条件下,尿量、尿钙、钾、钠、儿茶酚胺及其代谢物的变化均有昼夜节律特点。白昼排出较多,夜间排出减少,差值可达1倍以上。
血浆肾素、促甲状腺素和胰岛素的昼夜变化
注:和代表不同资料来源,斜线部分表示睡眠时间
尿液电解质、儿茶酚胺及其代谢物浓度的昼夜变化
注:曲线所示为平均值;尿液收集时间为每4小时1次;斜线部分表示睡眠时间
类固醇类激素受体的Ⅱ型锌指结构
注:表示锌指(Zinc finger)结构的氨基酸骨架;Cys(cysteine):半胱氨酸残基;Zn (Zinc):锌(离子)
三、激素的脉冲节律分泌
激素的节律分泌周期自数分钟(如神经递质)、数小时(如LH、TRH、睾酮、皮质醇、生长激素、泌乳素、TSH、醛固酮等)、数天(如FSH峰)、数周(月经周期调节性激素)和数月[妊娠激素、季节性节律如T4、1,25-(OH)2D]不等。同样,在人的一生中,同一激素的节律性分泌也是变化的。一般来说,激素的半衰期越短,脉冲变化越明显。