生理時鐘( Circadian rhythm)

生理時鐘( Circadian rhythm)
新竹縣立竹東高級中學生物科何淑媛老師/國立臺灣大學動物所陳俊宏教授責任編輯

人類的褪黑激素對黑色素細胞並無顯著作用，而是與人類活動的日週期性有關。(圖片來源：flickr用戶troy)

依照地球的公轉及自轉等的運行速度，我們計算出一天的長度有24小時；在這一天之內，環境中的日照、溫度等因子會有週期性的變化，奇妙的是在我們身體內的心跳、血壓、覓食、體溫、睡眠等，也有週期性的起伏！但是，我們體內的週期長短，與一天日昇日落的時間長短，是一致的嗎？

位於大腦左右半球之間，視丘上方的松果腺（pineal gland），被認為是影響生理時鐘最主要的構造。

松果腺分泌的褪黑激素（melatonin），告訴身體黑夜的降臨，降低體溫，啟動睡眠；當褪黑激素分泌較少時，身體就處於比較活躍的狀態，有助於我們維持白天的正常活動。1959年耶魯大學教授Aaran Lerner分離出青蛙松果腺分泌的一種激素，成分類似已知的血清素（serotonin，5-HT），可調節黑色素（melanin），使青蛙皮膚顏色變淡，故命名為褪黑激素，不過人類的褪黑激素對黑色素細胞並無顯著作用，而是與人類活動的日週期性有關。

褪黑激素分泌的多寡由誰決定？人類松果腺與眼睛之間有神經相連，可以接受來自眼睛的光照或黑暗的訊息，傳導途徑是由視神經傳入下視丘的上視交叉核（suprachiasmatic nuclei，SCN），再傳到脊髓交感神經鏈的上頸神經節（superior cervical ganglion），經節後神經纖維到達松果腺。

夜晚時，節後神經纖維分泌正腎上腺素，作用於β受體，增加cAMP，促使血清素轉為褪黑激素，之後在肝臟分解，由腎臟排出。白天的褪黑激素只有7pg/ml，夜晚時褪黑激素的濃度，1～3歲約有250pg/ml，8～15歲時是120pg/ml，50～70歲時會降至20pg/ml，也就是說，松果腺在青春期之前即開始逐漸退化，褪黑激素的分泌量逐漸減少，所以年紀大的人，較容易有睡眠障礙。

那如果是在沒有白天也沒有黑夜影響情況下的人，他的生理時鐘又會是如何？

1938年美國芝加哥大學教授納薩尼爾．克萊特曼（Nathaniel Kleitman）與助手理查森為了研究人類在沒有日照影響下的生理時鐘，親自下到位於地底120呎深的美國肯塔基州猛瑪洞窟，住了一個月後，理查森的生理時鐘已經轉變為一天28小時的週期！1994年科學家在老鼠身上找到9個調節生理時鐘的基因，估算出老鼠的「一天」是25小時；2000年謝克（Robert L. Sack）對7名全盲者做的研究發現，牠們的一天平均是24.5小時。

從這些研究中可以發現，人與老鼠在不受日光干擾下的「一天」，似乎都比已知的24小時為久；也就是說，日照每天「加快」了我們的腳步，讓我們日常生活的「一天」能趕得上太陽的「一天」。

參考資料：科學新天地。