生命在地球特定的环境特征中发展壮大，其中阳光和夜间的循环尤为普遍。所以，自然地，所有的生物都是 受到这个周期的严重影响 .人类也不例外。
在我们的生活中，暗光周期的影响最明显的例子是 睡觉 .但还有许多其他行为和生物学功能遵循类似的节奏，例如 食物摄入 , 新陈代谢 和 血压 例如
事实上，大多数（如果不是全部的话）身体机能都有一定程度的昼夜节律。这24小时的生物学和行为周期被称为 昼夜节律 （来自拉丁语“circa”=大约，而“dies”=天）。
在这篇文章中，我们将学习产生昼夜节律并与我们的环境光暗周期同步的生理系统：昼夜节律计时系统。
什么是昼夜节律计时系统？
昼夜节律计时系统 是我们身体固有的 计时机制 这就是我们通常所说的生物钟：控制依赖时间的生物过程节奏的生物钟。研究这些过程的科学称为时间生物学。
正如我们有白天（清醒、活动、进食）和夜间（睡眠、休息、禁食）的行为一样，我们体内的细胞和系统也有同样的行为 “生物日”和“生物夜” .”
昼夜节律计时系统是调节生物节律的生物起搏器 内分泌的 和 代谢节律 建立连贯的细胞活动模式。生物钟协调相互依赖的路径和功能，在时间上分离不兼容的路径和功能，并使我们的生物学和行为与环境同步。
在生物日期间，为了促进清醒、支持体力活动和进食，昼夜节律计时系统将新陈代谢转变为能量生产和能量储存状态。它通过支持激素信号（例如，增加胰岛素信号，减少 瘦素 )以及促进利用营养素（葡萄糖、脂肪酸）产生细胞能量（以ATP的形式）和补充能量储备（糖原、甘油三酯）的代谢途径。
相反，在生物夜晚，昼夜节律计时系统通过有利于激素信号（如胰岛素信号减少、瘦素增加）和代谢途径分解储存的能量储备并维持血糖水平，从而促进睡眠并将新陈代谢转变为储存能量的动员状态。
昼夜节律计时系统发出的时间信号允许所有细胞和所有系统（神经、心血管、消化等）预测环境中的周期性变化，预测即将到来的环境、行为或生物模式，并预先适应它们。
例如，当太阳落山时，我们的组织“知道”我们将很快入睡并禁食，因此需要消耗能量 从仓库中取出 ; 同样地，当太阳升起时，我们的组织“知道”我们很快就会醒来并进食，因此可以储存一些能量让我们熬过黑夜。
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生物钟是如何工作的？
我们身体中的每个细胞都有某种类型的自主时钟，可以为它们的活动计时。在大多数细胞中，它是一组被称为 时钟基因 时钟基因控制其他基因的节律活动，以确定组织特定功能的时间，并在细胞代谢和功能中产生每日振荡。
但这些特定于组织的生物钟需要协调工作，以维持我们身体的平衡。这种连贯性是由我们大脑中的一个主时钟产生的，它组织了所有的昼夜节律过程。这个中央时钟位于下丘脑的一个区域，叫做大脑皮层 视交叉上核（SCN） .
SCN中的时钟基因决定了我们生物钟的自然周期。虽然是 惊人地接近24小时 环境周期（平均24.2小时左右），仍然有足够的差异，允许与环境的同步。因此，它需要每天重置。这是由光来完成的，光是将我们的主时钟带入环境的“时间给予者”。
SCN接收来自视网膜神经元的输入，这些神经元含有一种称为 黑素蛋白 这些神经元被称为内在光敏视网膜神经节细胞（ipRGCs），检测环境光的水平，并重置SCN时钟，使其与明暗周期同步。
然后，SCN可以将所有细胞时钟带入光周期。整个生物钟同步的主要机制之一是通过一天中的时间依赖性激素信号。激素可以通过血液远距离传递信息，因此是生物钟中的一个关键通讯系统。有两种激素在这一信号中起关键作用：褪黑素和皮质醇。
褪黑素是黑暗的信号
这个 黑激素 是昼夜节律计时系统的主要信号分子。褪黑素是 由松果体产生 在昼夜节律中：日落后不久即上升（昏暗的褪黑激素开始），在午夜的高峰（上午2点到4点），此后逐渐降低，白天下降到非常低的水平。
松果体产生的褪黑素由SCN通过 神经元信号通路 只有在晚上才活跃。白天，来自视网膜的光输入会抑制SCN向松果体发出的信号，并停止褪黑素的合成。通过这种机制，褪黑素的产生被光抑制，而被黑暗增强。
松果体褪黑素被释放到血液中，并到达我们身体的所有组织，在那里它调节时钟基因的活动，并作为一种激素 时间给予者 暗号 .褪黑素通过其在大脑和周围组织中的作用，促进睡眠，并将我们的生理过程转变为生物夜，以预测禁食期。
其中一个 褪黑素的靶点 是SCN本身，它作为一个反馈信号，调整中央时钟的节奏，并保持整个系统同步运行。
因此，褪黑素是一种时间生物分子——一种能够调节（预测或延迟）生物钟相位的分子。褪黑素 时间生物学效应 对于我们适应环境所必需的生理和行为过程的充分日常节奏至关重要。
皮质醇是觉醒的信号
皮质醇主要是一种应激激素，但它也是昼夜节律计时系统中的一种重要信号分子。皮质醇是由 线粒体 肾上腺的昼夜节律是 由SCN控制 .
在醒来后的第一个小时内，皮质醇的生成量急剧增加，皮质醇是一种 皮质醇觉醒反应 （汽车）。在这个早上的高峰之后，皮质醇的分泌在一天中持续下降。皮质醇的产生在睡眠的前半段非常低，然后在后半段稳步上升。
人口激增 皮质醇水平 黎明时分，身体可以：1）预料到我们在一夜禁食后很快就会醒来；2）为体力活动和进食做好准备。细胞的反应是准备好处理营养物质，对能量需求做出反应，并补充能量储备。
皮质醇分泌的早晨高峰可以看作是一种应激反应 醒来 这一跳开启了我们的一天。皮质醇的激增增加了觉醒，开启了我们的生理一天，激活了我们的日常行为。
昼夜节律时间的中断
昼夜节律是由光的水平和类型非常优雅地调节的。例如，褪黑素的产生最为显著 被明亮的蓝光抑制 ，使晨光更加明亮。因此，皮质醇的觉醒反应是 受影响 觉醒的时间和 更大 当有暴露 蓝色灯光 明确地 在早上 .
我们的身体经过了优化，可以遵循24小时不间断的环境模式，但科技和现代生活方式打破了这种模式。明亮的蓝光也是一种由人工光源（包括屏幕和节能灯泡）大量发射的光。夜间暴露在这些光源下，即使在 相对较低的光强度 ，如正常情况 房间灯光 ，可以快速抑制褪黑素的产生。
生物钟计时系统中的这些人为变化并非没有后果。虽然SCN可以 很快重置 作为对昼夜节律紊乱的反应，外周器官速度较慢，如果光-暗周期重复变化，可能会导致与环境不同步。
昼夜节律的破坏会对所有类型的生物过程产生负面影响：它会导致 睡眠障碍 , 代谢的 和 心血管的 机能失调， 情绪障碍 以及其他影响幸福的干扰。
轮班工人是一个常见的例子，说明昼夜节律失调的严重程度：他们表现出昼夜节律失调 褪黑素 和 皮质醇 节奏，而且它们的发展风险增加 心脏代谢疾病 , 巨蟹座 和 胃肠道疾病 在…之间 其他疾病 .
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最后的想法
随着对时间生物学的理解的增长，正义的意识也在增长 昼夜节律有多重要 是为了健康。昼夜节律紊乱的主要原因是我们主要周期的变化：光-暗、睡眠-觉醒和进食-禁食周期。
因此，在生活允许的范围内，尽量养成简单的习惯来支持你的昼夜节律： 优化你的睡眠 ，远离 睡前屏幕 或 使用 蓝光阻挡 玻璃杯 在晚上， 当看电视或使用电脑时，在家吃饭 正常时间和更早 白天，早上出门 得到一些明亮的阳光 .
萨拉·阿达斯博士是一名神经科学家和生物化学家，在华盛顿大学担任研究科学家 神经黑客集体 萨拉在葡萄牙波尔图大学理学院生物化学系毕业。她的第一次研究经历是在神经药理学领域。然后她研究了波尔图大学医学院疼痛的神经生物学，在那里她获得了神经科学博士学位。与此同时，她开始对科学传播和让科学知识为非专业社会所接受感兴趣。Sara希望利用她的科学训练和技能来提高公众对科学的理解。
