失明会影响褪黑素的分泌吗?

这个不是据说和光照有关嘛,那么看不到光还能产生昼夜有规律的分泌么?

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3个答案
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Circa生物化学与分子生物学博士生

2013-10-25 03:36

嗯..很有趣的问题。
要回答这个问题首先要了解昼夜节律和授时因子这两个概念。
在长期演化过程中,地球上的大部分生物形成了生物钟系统,对生物体的生理、生化、代谢反应和行为进行调节,以适应因地球自转而导致的光线、温度等环境因子的周期性变化。在生物钟的调控下,生物的许多生理过程和行为会表现出内源性的、可被导引的、周期约等于24小时的节律,也就是昼夜节律(circadian rhythm)。
其中,内源性(endogenous)是指在不受外界环境因素影响时(e.g.在持续黑暗环境下),生物体仍然能保持大约24小时的生物节律。 可导引性(entrainable)是指当生物受到外界环境因子的刺激时,生物周能够发生重调(e.g.跨时区旅行之后能够适应目的地时间)。此外,生物的昼夜节律还能也在一定的温度波动范围中保持稳定。
如果能够理解这些性质,接下来很有主角范儿的配角——光,就要出场了。
上面 提到生物钟能够被一些环境因子导引并发生重调,这些环境因子被称为授时因子(Zeitgeber)。光线、温度、社交活动、饮食习惯、体育锻炼等都是能对生物钟造成影响的授时因子,而其中最突出的授时因子,就是光线了。哺乳动物生物钟的核心结构位于视交叉上核(SCN),这个米粒大小的结构能够接受来自视网膜的信息。视网膜上含有光色素黑视素(melanopsin)的自主感光神经节细胞会经由视网膜-下丘脑束将信息传至SCN,而SCN腹外侧区的神经元能够调节由光线诱导的基因表达。譬如在本该漆黑一片的凌晨亮起灯(图1),这些光线刺激就会经由SCN的整合对生物钟进行导引。SCN将信息经室旁核和颈上神经节传达到松果体(pineal gland) ,调节松果体的激素,诸如皮质醇(cortisol)、褪黑素(melatonin)等的分泌情况。而褪黑素则作为睡眠-觉醒循环调节系统的一部分发挥作用。

中枢生物钟结构示意图。在通常的明-暗周期中,松果体褪黑素的表达在黑暗中达到高峰(右上),但若在深夜接受光线刺激,褪黑素的分泌量会马上受到抑制(右中),直到恢复黑暗条件,对于四肢瘫痪的病人来说,光刺激信号时无法从SCN到达松果体的,因此松果体的分泌并不呈现昼夜节律(右下)。(Steven W. Lockley et al.2007)

至此,主要角色光线、黑视素、SCN、褪黑素登场完毕。
现在的问题是,如果看不见光会怎样。失明的情况当然也包括在内。

只有在能够被稳定导引重调时,生物钟才能可靠地行使功能(Till Roenneberg et al.2013 )。如果授时因子的影响被屏蔽,无从知道外界环境的时间时,生物钟就只能依赖内源性进行自由运行(free-running) 。自由运行状态会带来什么后果,又如何一直是时间生物学家所关注的。

早在1974年,就有文章指出在完全隔绝的环境下,人类在生物钟自由运行状态下呈现出长于24小时的昼夜节律。一名受试者在洞穴中生活了127天之久,休息-活动节律的平均周期变成了25.1小时(Mills et al. 1973)。 1977年,有科学家检测了一个(对,只是一个)心理正常、在普通社会工作并生活的男性失明者的昼夜节律,发现这位盲人 患有严重的睡眠-觉醒障碍,他的体温、警觉性、皮质醇分泌情况等呈现出约24.9个小时的节律性。但这个研究并没有监测褪黑素的分泌节律(Miles et al. 1977)。

而这并不只是个特例。随后的研究也表明,尽管除了光线之外还有其他授时因子,但缺乏了光-暗循环的导引,几乎所有盲人的生物钟都进入自由运行状态,盲人的睡眠等节律都会会因无法感知光线而受到影响。2000年一项对7位盲人进行的研究表明,盲人们平均的昼夜节律周期为24.5个小时。 Jonathan Emens等人对16位盲人进行监测,发现他们当中中15人的休息-活动周期以及平均的褪黑素分泌周期都显著偏离了24小时 ,而且这两个周期是密切相关的(Emens et la.2010)。

在随后的研究中,研究者对不同种类的视障进行更加具体的区分,2008年发表的一项对52位视障者进行的昼夜节律研究指出,在22位至少单眼尚有感光能力的盲人与30位完全没有感光能力的盲人受试者中,有17人的aMT6(褪黑素代谢物)节律与24小时的正常周期长度存在显著差异,这17个人全是完全没有感光能力的受试者(Lockley et al. 2007) 。2011年,有科学家针对156位弱感光能力者(RLP)、156位感光能力未受损的视障者(LP)以及156位正常视力者进行研究,发现与正常视力者相比,RLP和LP状态的受试者罹患睡眠障碍、白日嗜睡、失眠以及睡眠时间问题的几率明显更高(Warman et al.2011) 。

因此,问题的答案也已经出来了。
在没有光线刺激的环境下,由于生物钟的内源性,人类依然可以在一段时间内保持昼夜节律。但由于生物钟自由运行时所呈现的节律周期并不是24小时,因此包括睡眠-觉醒节律在内的昼夜节律 会逐渐偏离能被光等授时因子正常导引的情况。而盲人的昼夜节律与其尚存的感光能力有关。如果已经无法感光,昼夜节律将很可能受到影响,呈现自由运行状态。

2007年Lockley等人的研究中,其中两位盲人受试者的睡眠节律和尿液中的aMT6节律情况。图A是一名视力系统严重损坏,但与昼夜节律相关的感光系统并未受到影响的女性盲者。她的睡眠-觉醒循环与褪黑素代谢节律能够被正常导引,周期维持在24小时。图B是一名只有一只眼睛的66岁男性盲者,已经丧失全部光线感知能力。他的褪黑素代谢周期长达24.68小时,并出现周期性的睡眠障碍。

所以,如果我们有健全的生物钟系统,在持续的情况下我们仍能在一定的时间内保持昼夜节律,但生物钟时间会越来越偏离自然时间,并可能引发包括睡眠障碍在内的一系列问题。为了改善这些状况,失去感光能力的盲人和睡眠障碍患者可以通过适当服用外源性的褪黑素等方法对生物钟进行导引,将昼夜节律的周期保持在24小时。

如有知识性错误,敬请斧正。

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还没瞎呢我的生物钟本身就是乱的。

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