晝夜節律是一種普遍存在的內源性計時系統(生物鐘)，大約以24小時為一個周期。人體內幾乎每個細胞都有自己的生物鐘，控制機體一系列的生物過程，對我們的健康發揮著至關重要的作用。
心臟也會受到生物鐘的影響，就好比變頻空調一樣，它會根據環境條件切換成不同的速率(心率)。在正常情況下(受到驚喜或驚嚇等情緒影響除外)，我們的心率在早晨會升高;而在晚上睡覺的時候心率則會低得多。
近日，發表在美國生理學雜志《Heart and Circulatory Physiology》上的一項研究顯示，長期睡眠不足的健康成年人心率模式異常。該研究已被選為10月份的美國生理學會精選文章。
當我們睡覺時，大腦會周期性地出現稱為自發性皮層喚醒 (CA) 的活動高峰。研究人員研究了正常睡眠和短睡眠(睡眠時間少于7小時)參與者的心率對這些事件的反應。雖然兩組的人的自發性皮層喚醒數量相似，但短睡眠組在這些事件發生后心率更高，并且與正常睡眠者相比，他們的心率恢復正常所需的時間更長。
那么，心臟是如何在一天中做到這些變化的?
近日，發表在《Nature Communications》上的一項研究中，來自英國劍橋大學MRC分子生物學實驗室的研究團隊發現了一種新的細胞機制，解釋了心臟如何在細胞水平上自主(獨立)變速，以保持與晝夜節律同步。該研究證實，即使在自主神經完全阻斷的情況下，心率也會在一天中的不同時間發生變化。這一發現具有重要的臨床意義。
此前的普遍觀點認為，心率的晝夜變化在很大程度上是由交感神經和副交感神經系統調節的。
在這項研究中，研究人員發現了一個在心臟細胞中發揮作用的離子轉運機制。該機制使細胞在白天和夜晚之間顯著改變其鉀、鈉和氯離子的濃度，以應對蛋白質水平的變化。
細胞離子水平的波動是在動態補償蛋白質大分子擁擠的日常變化。白天，細胞溶質滲透勢增加，離子從細胞中泵出，為它們 "騰出空間"。在整個白天，鉀、鈉和氯離子的濃度隨著蛋白質水平的增加而下降超過30%;而到了夜晚，這一過程發生逆轉，此時蛋白質水平下降，離子水平上升，從而完成一個循環。
這種穩態控制機制可以防止細胞體積發生變化。細胞內離子的增加發生在休息階段(對人類來說是夜晚)結束時，讓心臟加速跳動，為日常活動增加的心血管負荷做準備。因此，白天是適合工作的時間;而晚上就該老老實實地睡覺，睡足覺。該睡不睡，或者睡眠不足，就是在與正常的心臟功能“對著干”。
研究人員是通過研究從小鼠心臟中分離出來的細胞和組織證實了上述發現：細胞內外不同水平的鈉和鉀是導致心臟細胞收縮并驅動心跳的原因。由于鈉和鉀水平在一天中不斷變化以適應蛋白質的變化，心臟細胞的內在活動也隨之發生變化，從而使心臟能夠更好地維持人類白天增加的心率(小鼠夜間增加心率)。在清醒狀態下，心臟持續增加心率的能力要比睡覺時大得多。
因此，這項研究指出了心臟細胞內的生物鐘如何幫助調節每天的心率波動;同時也意味著，即使是與身體其他部位分離，心臟中的晝夜節律依然獨立存在。這表明生物鐘已牢牢掌控了一切。
研究人員表示，這項研究具有重要的臨床價值，因為生活方式因素(如熬夜或倒班工作)導致的晝夜節律鐘紊亂與許多疾病的發病率增加有關，包括心律失常和其他心臟疾病。在老年人中，心臟鈉和鉀節律的振幅降低意味著心臟無法適應每日需求的變化，即無法在早晨維持增加的心臟功能。
該研究通訊作者、分子生物學家John O'Neill說：“心臟功能晝夜變化的方式比我們之前認為的要復雜得多。當心臟的生物鐘與大腦生物鐘不同步時，比如在熬夜期間，我們的心血管系統可能無法處理日常的工作生活壓力，這可能會使心臟更容易出現功能障礙。我們這項發現也為更有效治療心血管疾病開辟了令人興奮的可能性，比如選擇在一天的正確時間給藥。”
現代社會對我們的健康和幸福帶來了很多挑戰，那些被認為是司空見慣的事情，如上夜班、熬夜不睡和倒時差，已經擾亂了我們的生物鐘。現在越來越明確的是，生物鐘紊亂正在增加包括心血管疾病、肥胖和2型糖尿病在內的許多疾病的發病率和嚴重性。要知道心血管疾病可是全球的“頭號殺手”!
因此，我們真的必須把睡眠看成是我們整體健康的一個重要支柱，就像我們看待運動和營養一樣。
參考資料：
1.Compensatory ion transport buffers daily protein rhythms to regulate osmotic balance and cellular physiology
2.Blunted heart rate recovery to spontaneous nocturnal arousals in short-sleeping adults
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