漫步時間：生物鐘學(xué)

邢鴻飛/編譯

日落之后的燈光，讓人體以為仍然身處白天，延緩了“生物學(xué)”夜晚的開始

●人類該如何更好地適應(yīng)人工照明和鬧鐘帶來的“非自然”世界？

伊麗莎白·克勒曼（Elizabeth Klerman）登上火車準(zhǔn)備去波士頓布萊漢姆婦科醫(yī)院上班，火車上的乘務(wù)員好幾個小時前，四點鐘天還沒亮就起床，趕第一班火車工作。這樣的時間安排有些過分，但和很多人的晝夜節(jié)律相比，其生理的和新陳代謝的活動模式和太陽的升起落下基本一致。

研究人類睡眠模式的克勒曼說：“有些人一直生活工作在個人晝夜節(jié)律和生物時鐘的非正常關(guān)系中。”我們很多人都經(jīng)歷過時差，與個人生物鐘不協(xié)調(diào)的狀態(tài)。但對那些經(jīng)常輪班的工人和其他“非正?！惫ぷ鲬T例的人來說，這種不同步每天都在發(fā)生，會導(dǎo)致長期的睡眠不足。研究者們目前正著力研究此類問題的廣泛性和嚴(yán)重性，并希望能找到一些辦法重置人體時鐘。

時間機器

很多人體組織都有它們自己的時間表，由體內(nèi)無數(shù)的“生物鐘基因”構(gòu)成龐大的網(wǎng)絡(luò)，周而復(fù)始地循環(huán)。英國薩里大學(xué)睡眠研究中心的主任德克-簡·狄克（Derk-Jan Dijk）表示：“整個人體就是一個時鐘。人體的這個房子里，每個房間每個角落都有時鐘，只是不同的時鐘以各自的方式有序地運行。”這些多方位的“外圍鐘擺”的用時可以深入地影響新陳代謝、免疫細(xì)胞增殖，以及其他眾多的重要功能。有一核心的神經(jīng)調(diào)節(jié)器使身體有白天的概念，這就是：視交叉上核，位于下丘腦的一組神經(jīng)細(xì)胞。

當(dāng)眼部的黑視素受體察覺到光，視交叉上核被激活，開始一系列有節(jié)奏的生理反應(yīng)，包括抑制松果腺產(chǎn)生褪黑激素。進行體育活動或者改變進食時間能夠改變外圍鐘擺，但大多數(shù)的研究表明，置身光線中是目前視交叉上核產(chǎn)生生理節(jié)奏的最重要的決定因素。英國薩里大學(xué)研究時間生物學(xué)的黛布拉·斯基恩（Debra Skene）說：“如果你查看人類的數(shù)據(jù)，每次他們提出鍛煉或食品會改變生物鐘，他們同時也提出光線可能也與此有關(guān)聯(lián)?！?/p>

光線對于晝夜節(jié)律產(chǎn)生顯性影響，但其他的因素也發(fā)揮著作用。一小組缺乏黑視素受體的盲人仍然能夠通過外在的線索和個人的生活風(fēng)格保持個人的晝夜節(jié)奏的周期轉(zhuǎn)換。然而，人體的時間表會被經(jīng)歷幾個時區(qū)的行程所破壞，因為人們需要較長的一段時間在沒有光線的輔助下來重新適應(yīng)環(huán)境。但也有一些盲人沒法轉(zhuǎn)換晝夜節(jié)奏。斯基恩說：“他們晚間睡覺因為有人讓他們那個時候去睡覺，因此他們的睡眠時間短、質(zhì)量差；到午飯的時間他們的生物鐘系統(tǒng)開始提醒他們該去睡覺。然后我們就發(fā)現(xiàn)他們非常疲倦，他們打瞌睡，狀態(tài)不佳。”

本能

人類是晝行性動物，所以白天表現(xiàn)活躍，晚上休息。但睡眠時間的選擇個體差異極大，即使是在一個人一生中的不同階段也存在差異，差異在于是早起，還是晚睡。

研究者們?nèi)栽谠噲D找到一個最佳方法，來測量一個人內(nèi)部生物鐘其固有的時機。作為“生物夜晚”的指標(biāo)，各種體液中的褪黑激素水平能夠向研究者提供信息，監(jiān)控某個個體的視交叉上核周期。但這需要在不同階段重復(fù)獲取體液樣本，因此不適用對規(guī)模人口的研究。相反，大多數(shù)研究睡眠的工作者主要還是依賴對人們自述睡眠習(xí)慣的調(diào)查。

規(guī)模最大的一次睡眠習(xí)慣的調(diào)查是由德國慕尼黑大學(xué)蒂爾·倫納伯格（Till Roenneberg）組織的睡眠類型問卷調(diào)查(MCTQ)，全球的參與者超過15萬人。他的團隊設(shè)計了網(wǎng)上在線調(diào)查，請人們描述一天下來睡眠行為的時間，包括正常的工作日、學(xué)習(xí)日、周末或者節(jié)假日。通過描述個人睡眠模式的特征，即倫納伯格稱之的“睡眠類型”，有可能將先前只在軼事水平觀察到的行為量化，例如早起的孩子和睡懶覺的青少年的傾向性?！拔覀円呀?jīng)能夠說明從童年向青春期的過程中生物鐘的明顯推遲，女性在19歲半，男性在21歲的時候達到生物鐘最晚的高峰，在這個年齡之后人們又會早起，直到他們老去?！?/p>

鬧鐘休克

MCTQ問卷的數(shù)據(jù)讓人們更深入地了解，在人工照明、工業(yè)化世界的生活和工作中，人體的生物學(xué)發(fā)生了變化。倫納伯格和其他研究者評測了農(nóng)村和城市的人口，結(jié)果表明，現(xiàn)代生活改變了人們晝夜的睡眠模式。倫納伯格解釋說：“如果我們都是農(nóng)民，一整天在外勞作，睡眠類型只會改變?nèi)剿膫€小時。但自從很多人主要從事室內(nèi)工作，日落后使用人工照明，我們的生物鐘接收不到強烈的同步信號，所以現(xiàn)在的睡眠類型也就延長到了12個小時。”

晝夜節(jié)奏不同步的情況在那些因工作安排導(dǎo)致長期夜生活的人群中非常嚴(yán)重。狄克說：“他們置身于非常復(fù)雜的光－暗周期，夜間用人工照明，但在回家或上班途中還能看到一些自然光亮。大多數(shù)從事白天晚上輪班工作的人，他們的核心生物鐘并不適應(yīng)?！?/p>

倫納伯格的小組發(fā)現(xiàn)，晝夜節(jié)律不同步的現(xiàn)象無處不在。很多現(xiàn)代人能很好地適應(yīng)兩種不同的時間表：工作日靠鬧鐘，周末參加社交活動，“睡到自然醒”，這種擾亂用他的話叫做“社交時差”。倫納伯格說：“對很多人來說，好像是周五的晚上他們從歐洲飛到美國，周一早上又回來，因為他們的移位太大?！边@種脫節(jié)開始于青春期，那時候我們的生物鐘達到最晚的蘇醒時間，然后接著一直延續(xù)到退休年齡。

有些人因為輪班工作或者因為社交時差，時間表與自身內(nèi)在的生物節(jié)奏不一致，他們往往表現(xiàn)出慢性的睡眠受限的信號，亦或危害到工作表現(xiàn)和整個健康狀況。狄克說：“醒著的時候，你會出現(xiàn)無法保持注意力集中的問題。你會感覺更困，出現(xiàn)工作記憶的中斷，在整個認(rèn)知領(lǐng)域你都會看到所造成的影響?！?/p>

從長遠(yuǎn)來看，如此的不同步會惡化心血管疾病、肥胖癥以及其他健康問題的風(fēng)險。得克薩斯大學(xué)達拉斯西南醫(yī)學(xué)中心研究晝夜節(jié)律的約瑟夫·高橋（Joseph Takahashi）說：“在我們‘時鐘基因’突變的動物模式中，我們發(fā)現(xiàn)了糖尿病以及肥胖和新陳代謝紊亂的傾向?！焙脦醉椦芯慷及l(fā)現(xiàn)，輪班工人和其他從事與自身內(nèi)在晝夜節(jié)律不吻合工作的個體之間存在相似的聯(lián)系。這些發(fā)現(xiàn)“并不一定意味著會有直接的健康隱患”，用狄克的話說，“但是我們很快能看到在你晝夜節(jié)律周期的不合適時間段里，你熟睡或者蘇醒的后果?！?/p>

藍(lán)色為道

夜晚，人工照明繼續(xù)激活視交叉上核，干擾褪黑激素的自然釋放，褪黑激素能夠預(yù)示生物夜晚的開始。但不是所有的光都同等刺激視交叉上核。斯基恩和一些研究者認(rèn)為，特定的波長是特別重要的“覺醒”信號。她說：“我們觀察了460-480毫微米之間波長的最高感光度，呈現(xiàn)一種美麗的深藍(lán)。”相比之下，紅光對黑視素受體的影響微弱，也不太會刺激覺醒。因此，調(diào)整人們所處環(huán)境中的藍(lán)色和紅色光線的相對水平，即使是更長時間置身于人工照明下，也可以保持正常的晝夜周期時間。

克勒曼與他在波士頓布萊漢姆婦女醫(yī)院的同事史蒂文·洛克利（Steven Lockley），以及賓夕法尼亞州托馬斯杰斐遜大學(xué)的喬治·布雷納德（George Brainard）合作，在另一極端環(huán)境下檢測這一方法：國際空間站。長期獨居在狹小空間里給宇航員們帶來很多問題，他們也經(jīng)歷了空間站90分鐘的軌道時間導(dǎo)致的混亂的光－暗周期。洛克利說：“時間太短，我們的晝夜周期系統(tǒng)無法同步。身體時鐘開始自由進行運轉(zhuǎn)，就像盲人那樣?！边@更無法有效地與那些遵照各種各樣地球時間的人相互協(xié)作，比如在美國的太空航行地面指揮中心，或者剛從俄羅斯回來的機組成員。

洛克利和同事們之前表示，藍(lán)光有助于同步鳳凰號火星探測器執(zhí)行任務(wù)的人員在火星上的時間。研究者們目前在探索可編程的LED（發(fā)光二極管）系統(tǒng)，可以動態(tài)地在24小時周期里，將多藍(lán)光的白光轉(zhuǎn)換成多紅光的白光。洛克利說：“我們正在研究更快地改變?nèi)藗兊墓?jié)奏，將他們的機警保持在更佳的水平?！?/p>

這一技術(shù)可能在宇宙飛船、潛水艇或者南極研究基地等極端環(huán)境的地區(qū)最有價值，但更廣泛的潛力也顯而易見。電子企業(yè)菲利普公司是其中之一，他們?yōu)榧彝ァW(xué)校、辦公室開發(fā)研制可控的動態(tài)光源，這些地方天亮和午后需要藍(lán)色波長，傍晚開始要轉(zhuǎn)換成紅色波長。

節(jié)奏劑量

這些照明系統(tǒng)是否對那些睡眠類型多變的人有用，這點尚無所知，但調(diào)節(jié)晝夜節(jié)奏的藥物可以提供更個性化的方法。褪黑激素自身可能不足以讓人睡覺，但它能幫助身體做好睡眠的準(zhǔn)備，已有證據(jù)表明它能夠影響睡眠的時機?？死章J(rèn)為：“目前普遍達成的共識是，如果應(yīng)用恰當(dāng)，褪黑激素能夠移相晝夜節(jié)律。”事實上，研究工作的進展表明，適當(dāng)?shù)耐屎诩に貏┝亢秃侠淼墓饩€照射結(jié)合起來，可以解決與時差和輪班相關(guān)的晝夜節(jié)奏問題。

在歐洲，褪黑激素需要處方，但在美國一般的保健食品商店里可以隨意購買。然而，美國食品和藥品管理局對于所謂的“天然膳食補充劑”的質(zhì)量和成份監(jiān)管有限，因此對美國消費者來說很難獲得正確的劑量。要更可靠一點的話，幾家藥品公司正研發(fā)與褪黑激素療效相似的合成試劑，他司美瓊就是其中之一，由華盛頓特區(qū)的范達醫(yī)藥公司研制開發(fā)?？死章退膱F隊發(fā)現(xiàn)，他司美瓊能改善常規(guī)時間產(chǎn)生了變化的研究對象的睡眠質(zhì)量，目前已經(jīng)進入III期臨床試驗，針對一些缺乏黑視素受體的盲人。用克勒曼的話說，這些人“反復(fù)出現(xiàn)時差反應(yīng)，因此他們是理想的研究對象，你就想用褪黑激素激動劑來調(diào)節(jié)其周期。”

過去兩年中，還有其他幾種生理調(diào)節(jié)劑被發(fā)現(xiàn)。佛羅里達州斯克里普斯研究所的藥物學(xué)研究專家托馬斯·貝爾雷斯（Thomas Burris）和他的同事們確認(rèn)了兩種合成物，作為時鐘基因活動的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑來改變睡眠周期。這兩種合成物SR9009和SR9011也影響到實驗鼠的體重增加和新陳代謝。高橋說：“能重置生物鐘的小分子可以更快地讓人從時差中恢復(fù)過來?！备邩蚺c貝爾雷斯團隊合作，在加利福尼亞州伯林蓋姆運營一家名為Reset Therapeutics的生理節(jié)奏藥物研發(fā)公司。他補充說道，生理藥物可以治療與失衡生物鐘有關(guān)的各類新陳代謝疾病，也能幫助老年人減輕睡眠問題帶來的折磨。

然而，這些藥物是否是解決習(xí)慣性的、與生活方式有關(guān)的時差的合適方案，這點并不清楚。倫納伯格表示：“生病的時候要吃藥的。但使用藥物來調(diào)節(jié)人類與社會生活之間的關(guān)系，我覺得不合適?！背酥猓ㄗh工作計劃的設(shè)計要滿足個體的員工和他們獨特的睡眠類型，這可以通過像MCTQ這樣的問卷來確定。

人性化時間安排

好幾個行業(yè)已經(jīng)開始使用更智能的時間安排，并培訓(xùn)使用一些方法能夠最大限度地保證員工的身體健康、工作表現(xiàn)和工作績效。像寶潔和高盛這樣的大公司基于生理周期的研究結(jié)果，已啟用“睡眠衛(wèi)生”項目，旨在使自己的員工反應(yīng)更敏銳，比如他們訓(xùn)練員工優(yōu)化個人的睡眠時間安排，睡覺時間之前關(guān)閉筆記本電腦和電子書等等。這樣的舉措對那些全天候運作的企業(yè)尤為重要，尤其在像礦業(yè)和制造業(yè)這種疲勞工作會致命的工作崗位。在航空業(yè)，美國聯(lián)邦航空管理局最近采用了“疲勞風(fēng)險管理系統(tǒng)”，用于改善航空出行的安全性，該系統(tǒng)對工作時間的安排做出細(xì)致的管理規(guī)定，設(shè)定強制休息時間，將機組人員的疲勞降到最低限度。

但是，勒克曼提出質(zhì)疑，認(rèn)為訓(xùn)練公眾讓他們調(diào)整自身以適應(yīng)與生物鐘不一致的作息安排的做法并不明智。他說：“需要我們有一周7天，一天24小時的環(huán)境，比如提供健康和安全的服務(wù)部門，我們應(yīng)該去做。但需要認(rèn)真思考，我們真的需要24小時營業(yè)的超市或電視節(jié)目嗎？”

為了幫助人們既能最好地睡眠，又生活得幸福富足，我們需要知道自然的人類睡眠模式究竟如何，我們的生活方式該如何與之相容。但這需要更多的數(shù)據(jù)信息。有幾個研究小組目前正在亞利桑那州的前工業(yè)化社區(qū)，希望更好地理解在非電的世界里人類自然的生物鐘是怎樣的。與此同時，倫納伯格希望能夠在MCTQ的基礎(chǔ)上啟動更廣泛的人類睡眠項目，將前沿的睡眠研究人員召集起來，在人口規(guī)模下研究生理周期節(jié)律和睡眠模式的特征。

早晨四點起床工作對于像勒克曼這樣的火車乘務(wù)員來說可能終不會是自然規(guī)律，但更深入地理解睡眠管理可以改進類似的工作安排，并使人們從周末到工作日的生活方式轉(zhuǎn)換更協(xié)調(diào)。倫納伯格表示：“我們需要巨大的數(shù)據(jù)庫，數(shù)百萬的人提供他們?nèi)粘Ｉ畹臄?shù)據(jù)。一旦有一天我們理解了它，我們就能夠改變身處的社會和科技，這樣人們可以在他們合適的、個人的睡眠世界里安心睡覺?！?/p>