生物節(jié)律又稱生理鐘,它是生物體內(nèi)的一種無形的時鐘,實際上是生物體生命
活動的內(nèi)在節(jié)律性,由生物體內(nèi)的時間結構序所決定。通過研究生物鐘,如今已產(chǎn)生
了時間生物學、時間藥理學和時間治療學等新興學科。包括人類在內(nèi)的所有生物體為
適應于伴隨著地球自轉和公轉的晝夜更替,均要表現(xiàn)出可持續(xù)運行的生物節(jié)律,哺乳
動物等高等生物體的生物鐘系統(tǒng)就演化地十分復雜,主生物鐘位于大腦下丘腦視交叉
上核,外周生物鐘則位于肝臟、腎臟和腸道等器官。主鐘通過控制機體的行為、內(nèi)分
泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)調控著外周生物鐘。哺乳動物生物鐘的主要刺激信號是光照和食物,
視網(wǎng)膜感光細胞接收到光信號并投射到視交叉上核,營養(yǎng)信號通過食物中的化合物和
體內(nèi)激素信號直接參與外周生物鐘的調控。研究表明,人體正常的生理功能與生物節(jié)
律密切相關,如睡眠、免疫、行為、生長、發(fā)育、生殖等都依靠生物節(jié)律的平衡穩(wěn)定
才能保證正常和健康生命活動,倘若生物節(jié)律發(fā)生紊亂,則會導致人體各種生理及心
理功能出現(xiàn)異常。
人類對生物鐘的認識萌芽于18世紀初,隨著科學技術的發(fā)展,科學家們逐漸認識
到生物體的激素水平、新陳代謝和睡眠都由生物鐘精準調控,發(fā)現(xiàn)了生物鐘基因及其
編碼的相關蛋白質,闡明了人類和很多動植物調整生物節(jié)律適應由地球自轉造成晝夜
變換的方式,德國生物學家本林、德國生理學家阿紹夫和美國生物學家皮登覺等多名
科學家的卓越研究成就被世人廣泛接受,先后獲得了諾貝爾獎。
進入21世紀以來,生物節(jié)律及生物節(jié)律紊亂調節(jié)的研究重點聚焦于認知功能的影
響和疾病發(fā)生的方向,生物鐘對人體的感知覺、學習和記憶、認知能力、操作能力、
定向能力等密切相關、而生物鐘紊亂可導致內(nèi)臟多器官生理節(jié)律紊亂、疾病發(fā)生,同
時也可引起情感性疾病,F(xiàn)代社會科學技術發(fā)展迅猛,就業(yè)和競爭壓力日趨激烈,許
多特殊作業(yè)環(huán)境,如空間站、南極北極、深潛遠航,一些特殊作業(yè)規(guī)范,如連續(xù)數(shù)日
不能睡眠等均可引起人員的生物節(jié)律紊亂,影響他們的作業(yè)能力和效率。因此,探討
生物節(jié)律與認知的關系是生命科學不可回避的課題。
我們組織海軍軍醫(yī)大學多學科專家編寫此書,全書共七章,論述了生物節(jié)律及其
調節(jié)機制,闡述了生物節(jié)律紊亂對睡眠障礙、神經(jīng)認知與神經(jīng)內(nèi)分泌、心理狀態(tài)及消
化系統(tǒng)的影響機制,并提出干預措施,特別介紹了密閉空間環(huán)境作業(yè)人員生物節(jié)律紊
亂的研究進展和防治策略,為生命科學特別是從事特殊環(huán)境人群作業(yè)效能維護和提升
相關研究人員提供了指南。
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FOREWORD
前 言
第一章 生物節(jié)律及其調節(jié)機制1
第一節(jié) 生物節(jié)律的研究歷史1
一、節(jié)律1
二、生物節(jié)律概念2
三、生物節(jié)律的研究歷史3
第二節(jié) 生物節(jié)律的基本特征7
一、生物節(jié)律簡介7
二、生物節(jié)律的分子特征8
三、人體生物節(jié)律的特征11
四、中醫(yī)理論中人體生物節(jié)律的基本特征11
第三節(jié) 生物鐘的生理基礎14
一、生物鐘的概念14
二、生物鐘的生理基礎15
三、生物節(jié)律對健康的影響 18
第四節(jié) 生物鐘基因的調控網(wǎng)絡20
一、生物鐘基因20
二、生物節(jié)律基因的調節(jié)24
三、生物鐘基因網(wǎng)絡26
第五節(jié) 生物節(jié)律紊亂和疾病30
一、健康新定義30
二、生物節(jié)律與疾病32
三、生物節(jié)律對生理功能的影響32
四、生物鐘紊亂如何導致疾病33
第六節(jié) 生物節(jié)律的影響因素38
一、褪黑素:調節(jié)生物鐘的分子38
二、褪黑素的分泌特點39
三、生物鐘的精細調節(jié)機制40
四、深入剖析生物鐘的深遠作用41
第二章 生物節(jié)律紊亂與睡眠障礙44
第一節(jié) 睡眠障礙概述47
一、發(fā)病原因及機制48
二、睡眠障礙的臨床分類49
第二節(jié) 睡眠障礙的評價標準和方法50
一、失眠51
二、睡眠過多51
三、夜驚51
四、夜游52
五、夢魘52
六、發(fā)作性嗜睡病52
七、皮克威克綜合征53
第三節(jié) 睡眠障礙與作業(yè)能力53
一、輪班工作睡眠障礙53
二、軍事人員睡眠障礙56
第四節(jié) 生物節(jié)律基因和睡眠與覺醒節(jié)律75
一、晝夜節(jié)律研究的發(fā)展76
二、晝夜節(jié)律睡眠-覺醒障礙77
三、非24小時睡眠-覺醒障礙79
四、不規(guī)則睡眠-覺醒節(jié)律障礙81
五、未另行說明的晝夜節(jié)律紊亂82
第五節(jié) 空間環(huán)境對睡眠障礙的影響82
一、種族(民族)對睡眠的影響82
二、用睡眠換工作時間83
三、職業(yè)環(huán)境中的睡眠剝奪和睡眠障礙84
四、睡眠、貧困和鄰里因素85
五、家庭和學校環(huán)境的影響85
六、臥室內(nèi)外的科技85
七、全球化和24/7全天候社會86
八、公共安全和公共政策86
第三章 生物節(jié)律紊亂與神經(jīng)認知102
第一節(jié) 神經(jīng)認知概述102
一、科學起源102
二、神經(jīng)認知的細胞學機制105
三、功能神經(jīng)解剖學105
四、認知產(chǎn)生的結構模式107
五、認知神經(jīng)科學有待解決的問題109
六、認知神經(jīng)科學的未來109
第二節(jié) 用于評估人類認知過程晝夜節(jié)律的方法110
一、評估人類神經(jīng)認知的方法110
二、評估人類認知晝夜節(jié)律的方法115
第三節(jié) 節(jié)律紊亂與注意力、工作記憶和執(zhí)行功能117
一、注意力概述117
二、注意力的晝夜節(jié)律123
第四節(jié) 生物節(jié)律與學習記憶功能127
一、學習和記憶的概述128
二、記憶功能的晝夜節(jié)律調節(jié)130
三、生物鐘調節(jié)學習記憶的機制135
第五節(jié) 生物節(jié)律與其他神經(jīng)認知功能137
一、生物節(jié)律對感知覺的調控137
二、生物節(jié)律對物體識別、運功控制、語言功能的調控145
三、生物節(jié)律對社交行為的調控147
第六節(jié) 節(jié)律紊亂導致認知障礙及其干預措施147
一、晝夜節(jié)律紊亂對認知功能的影響147
二、晝夜節(jié)律紊亂與認知障礙149
三、晝夜節(jié)律紊亂影響認知功能的干預措施155
第四章 生物節(jié)律紊亂與心理狀態(tài)162
第一節(jié) 心理狀態(tài)概述162
一、研究歷史162
二、心理狀態(tài)的性質164
三、分類標準165
四、判斷標準166
第二節(jié) 心理狀態(tài)評估的方法169
一、心理評估簡介169
二、訪談評估171
三、行為評估173
四、測驗評估175
五、生理評估179
第三節(jié) 生物節(jié)律與心理功能180
一、生物節(jié)律影響心理功能的主要表現(xiàn)180
二、生物節(jié)律影響心理功能的重要因素183
第四節(jié) 節(jié)律紊亂導致心理疾病及干預措施188
一、節(jié)律紊亂導致心理疾病188
二、節(jié)律紊亂導致心理疾病的干預措施190
第五章 生物節(jié)律紊亂與神經(jīng)內(nèi)分泌204
第一節(jié) 神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的組成及調控204
一、下丘腦204
二、下丘腦-腺垂體-外周靶腺軸206
三、下丘腦-神經(jīng)垂體與外周靶組織209
四、松果體、視交叉上核210
五、腦脊髓與其他神經(jīng)內(nèi)分泌有關區(qū)域211
六、神經(jīng)類固醇激素 212
七、周圍器官內(nèi)分泌激素對中樞神經(jīng)系統(tǒng)結構和機能的影響213
第二節(jié) 內(nèi)分泌與神經(jīng)認知215
一、下丘腦-垂體-性腺軸激素與認知功能215
二、下丘腦-垂體-腎上腺軸激素與認知功能220
三、下丘腦-垂體-甲狀腺激素與認知功能222
四、其他與認知功能相關的激素223
第三節(jié) 神經(jīng)內(nèi)分泌和睡眠障礙224
一、睡眠與內(nèi)分泌224
二、睡眠周期與內(nèi)分泌225
三、睡眠障礙對神經(jīng)內(nèi)分泌的影響225
四、神經(jīng)內(nèi)分泌對睡眠的調節(jié)229
第四節(jié) 生物節(jié)律與神經(jīng)內(nèi)分泌231
一、神經(jīng)內(nèi)分泌的生物節(jié)律231
二、不同內(nèi)分泌激素的晝夜節(jié)律調節(jié)232
三、生物鐘調節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌晝夜節(jié)律的機制 235
第五節(jié) 節(jié)律紊亂導致神經(jīng)內(nèi)分泌疾病及其干預措施237
一、內(nèi)分泌軸的節(jié)律紊亂237
二、節(jié)律紊亂導致的神經(jīng)內(nèi)分泌疾病240
三、干預措施243
第六章 生物節(jié)律紊亂與消化系統(tǒng)249
第一節(jié) 消化系統(tǒng)結構與生理249
一、消化系統(tǒng)結構249
二、消化系統(tǒng)生理功能254
第二節(jié) 腦腸軸概述263
一、大腦到腸道的信號通路264
二、腸道到大腦的信號通路265
三、腸神經(jīng)系統(tǒng)267
四、腦-腸-微生物群軸269
第三節(jié) 生物節(jié)律與消化系統(tǒng)276
一、生物節(jié)律與消化道276
二、生物節(jié)律與消化腺279
三、生物節(jié)律與腸道菌群281
第四節(jié) 生物節(jié)律紊亂與消化系統(tǒng)疾病及干預措施283
一、胃食管反流病284
二、消化性潰瘍285
三、腸易激綜合征287
四、炎癥性腸病289
五、脂肪肝291
六、消化系統(tǒng)腫瘤293
第七章 密閉空間環(huán)境作業(yè)人員生物節(jié)律紊亂300
第一節(jié) 密閉空間環(huán)境特點300
一、航空密閉空間環(huán)境300
二、航天密閉空間環(huán)境301
三、深海密閉空間環(huán)境302
第二節(jié) 密閉空間環(huán)境對作業(yè)人員生物節(jié)律的影響302
一、航空作業(yè)人員302
二、航天作業(yè)人員305
三、深海作業(yè)人員307
第三節(jié) 密閉空間作業(yè)人員生物節(jié)律紊亂的調控干預309
一、遠程飛行航空衛(wèi)生保障309
二、跨多時區(qū)航線飛行員生物節(jié)律紊亂風險控制311
三、航天艙室中作業(yè)人員生物節(jié)律的穩(wěn)定控制313
四、潛艇作業(yè)人員睡眠障礙治療315
五、密閉空間作業(yè)生物節(jié)律紊亂改善的光策略317