晝夜節律

晝夜節律
人類晝夜生物時鐘的特徵
發音
頻率	大約每24小時重複一次

晝夜節律（ ）或晝夜節律循環，是一種自然振盪，大約每24小時重複一次。晝夜節律可以指起生物體內部（即內源性）中的任何過程並響應環境（環境所圍欄）。晝夜節律受到晝夜節律的調節，其主要功能是有節奏的協調生物學過程，因此它們在正確的時間發生以最大程度地提高個體的適應性。在動物，植物，真菌和藍細菌中廣泛觀察到晝夜節律，有證據表明它們在生活的每個王國中都獨立發展。

晝夜節日一詞來自拉丁語，意思是“周圍”，死亡，意思是“天”。 24小時周期的過程通常稱為晝夜節奏。晝夜節奏不應稱為晝夜節律，除非可以證實它們為內源性，而不是環境。

儘管晝夜節律是內源性的，但它們被稱為Zeitgebers的外部提示（來自德國Zeitgeber）（來自德國Zeitgeber） （德語： [ˈTSAɪTˌMeːbɐ] ;點燃 “時間給予者”）），其中包括光，溫度和氧化還原週期。在臨床環境中，人類的晝夜節律異常被稱為晝夜節律睡眠障礙。

歷史

儘管在美國東部和美洲原住民文化中有多次提及“自然人體週期”，但最早記錄的西方關於晝夜節律過程的記錄歸功於公元前4世紀的Theophrastus ，這可能是由公元前4世紀的，可能是由Androsthenes的報告提供給了他的。亞歷山大大帝的船長。 Theophrastus在他的書《περὶφυτῶν》或《植物詢問》中描述了一棵“有很多葉子的樹，像玫瑰這樣的葉子，這在夜間關閉，但在森林中開放，而中午則完全展開；傍晚，它逐漸關閉，並在晚上保持關閉，而當地人說它睡覺了。”他提到的樹被植物學家H Bretzl在他的亞歷山大運動的植物發現中被植物學家H Bretzl確定為Tamarind樹。

在13世紀左右的中國醫學文本中提到了人類中晝夜節律或晝夜過程的觀察，包括中午和午夜手冊以及助記符韻律，以幫助根據日期的晝夜循環選擇ACU點。本月和一年的季節。

1729年，法國科學家讓·雅克（Jean-Jacques d'Ortous de Mairan）進行了第一個實驗，旨在將內源性時鐘與對日常刺激的反應區分開。他指出，即使將植物保持在恆定的黑暗狀態，植物含羞草pudica的葉子運動中的24小時模式仍然存在。

1896年，帕特里克（Patrick）和吉爾伯特（Gilbert）觀察到，在長時間的睡眠剝奪期間，嗜睡增加和減少，大約24小時。 1918年，JS Szymanski表明，在沒有外部線索（如光和溫度變化）的情況下，動物能夠維持24小時的活動模式。

在20世紀初期，在蜜蜂的節奏餵養時間中註意到了晝夜節律。 Auguste Forel ， Ingeborg Beling和Oskar Wahl進行了許多實驗，以確定這種節奏是否歸因於內源性時鐘。 1935年，兩位德國動物學家漢斯·卡爾默斯（Hans Kalmus）和埃文·伯寧（ErwinBünning）在果蠅中獨立發現了晝夜節律的存在。

1954年， Colin Pittendrigh報導的一項重要實驗表明，果蠅中的Eclosion （ Pupa變成成年的過程）是Pseudoobscura的晝夜行為。他證明，雖然溫度在ECOLOSION節奏中起著至關重要的作用，但ECLOSION的周期延遲，但在溫度降低時不會停止。

弗朗茲·霍爾伯格（Franz Halberg）於1959年創造了晝夜節律。根據霍爾伯格的最初定義：

“晝夜節律”一詞源自大約（大約）和死亡（Day）；它可能意味著某些生理週期接近24小時，即使不是完全如此。在此，“晝夜節律”可以應用於所有“ 24小時”節奏，無論其單獨或平均時間是否與24小時，更長或更短的時間不同，幾分鐘或幾個小時都不同。

1977年，國際年代生物學學會國際術語委員會正式採用了以下定義：

晝夜節律：與生物學變異或節奏有關，其頻率為1個週期，在24±4 h中；大約（大約，大約）和死亡（天或24小時）。注意：術語描述了約24小時周期長度的節奏，無論它們是頻率同步的（可接受），還是從局部環境時間尺度上進行了同步或自由運行，其周期與24小時略有不同。

羅恩·科諾普卡（Ron Konopka）和西摩·本澤爾（Seymour Benzer）在1971年確定了果蠅中的第一個時鐘突變，命名了基因“週期”（ per ）基因，這是最早發現的行為節奏遺傳決定因素。每個基因在1984年由兩支研究人員隔離。 Konopka，Jeffrey Hall，Michael Roshbash及其團隊表明，每個基因座是晝夜節律的中心，並且每停下的晝夜活動損失。同時，邁克爾·W·楊（Michael W. Young）的團隊報告了PER的類似作用，並且該基因涵蓋了X染色體上的7.1 kilobase（Kb）間隔，並編碼4.5-kb poly（a）+ RNA。他們繼續發現果蠅晝夜節律系統中的關鍵基因和神經元，為此，Hall，Rosbash和Young獲得了2017年諾貝爾生理學或醫學獎。

約瑟夫·高橋（Joseph Takahashi）在1994年使用小鼠發現了第一個哺乳動物晝夜節律鐘突變（時鐘Δ19 ）。但是，最近的研究表明，時鐘的缺失不會導致行為表型（動物仍然具有正常的晝夜節律），這在節奏中的重要性質疑。

克里斯·瓊斯（Chris Jones）在一個擴展的猶他州家族中發現了第一個人類時鐘突變，並以Ying-hui Fu和Louis Ptacek的遺傳學特徵。受影響的人是極端的“早晨百靈鳥”，具有4小時的高級睡眠和其他節奏。這種家族性晚期睡眠期綜合徵的形式是由人類PER2蛋白中的單個氨基酸變化S662➔G引起的。

標準

為了被稱為​​晝夜節律，生物節奏必須符合這三個一般標準：

1. 節奏的內源性自由運行時期大約可以持續24小時。節奏在恆定條件下持續存在，即恆定的黑暗，大約24小時。在恆定條件下節奏的時期稱為自由運行時期，並用希臘字母τ（tau）表示。該標準的理由是將晝夜節律與對日常外部提示的簡單響應區分開。除非經過測試並在沒有外部周期性輸入的情況下，否則不能說節奏是內源性的。在晝夜動物中（在白天的活性）中，通常τ略大於24小時，而在夜間動物（夜間活躍）中，通常τ短於24小時。
2. 節奏是可夾住的。節奏可以通過暴露於外部刺激（例如光和熱）來重置，這是一種稱為夾帶的過程。用於夾帶節奏的外部刺激稱為Zeitgeber或“ Time Giver”。跨時區旅行說明了人類生物時鐘適應當地時間的能力；一個人通常會在晝夜節律與當地時間同步之前經歷噴氣滯後。
3. 節奏表現出溫度補償。換句話說，它們在一系列生理溫度下保持晝夜節律週期性。許多生物體生活在廣泛的溫度下，熱能的差異將影響其細胞中所有分子過程的動力學。為了跟踪時間，儘管動力學發生了變化，但有機體的晝夜節律必須保持大約24小時的周期性，這是一種稱為溫度補償的特性。 Q ₁₀溫度係數是該補償效果的量度。如果隨著溫度的升高，Q ₁₀係數保持在大約1個，則節奏被認為是溫度補償的。

起源

晝夜節律允許生物體預測並為精確和規律的環境變化做準備。因此，與無法預測可用性的生物相比，它們使生物可以更好地利用環境資源（例如光和食物）。因此，已經提出，晝夜節律使生物體在進化方面具有選擇性優勢。但是，在調節和協調內部代謝過程中，節奏似乎與與環境協調一樣重要。在恆定的實驗室條件下以及野生恆定的黑暗中的生物以及實驗性消除行為，但不是生理學的- circadian節奏，這表明了這一點是在恆定的實驗室條件下以及在恆定黑暗中的生物中的數百代以及在恆定的黑暗中的生物中的晝夜節律維護（遺傳力）提出的。在鵪鶉中。

驅動晝夜節律發展的是一個神秘的問題。先前的假設強調，光敏蛋白和晝夜節律可能起源於最早的細胞，目的是保護複製DNA免受白天的高水平破壞性紫外線輻射的高水平。結果，複製被降級為黑暗。然而，缺乏證據：實際上，最簡單的生物具有晝夜節律，藍細菌，與此相反：它們在白天更加分裂。相反，最近的研究強調了大約23億年前的大氧化事件之後，在生命的所有三個領域中，氧化還原蛋白與晝夜節律振盪器共同進化的重要性。目前的觀點是，在日光存在下，環境氧水平的變化和活性氧（ROS）的產生可能會驅使需要進化晝夜節律以搶占避免，從而在每日上造成的氧化還原反應，從而在每日上有害的氧化還原反應。基礎。

最簡單的晝夜節律是細菌的晝夜節律，以原核生物藍細菌為例。最近的研究表明，可以在其中央振盪器的三種蛋白（ Kaia ， Kaib ， Kaib ）中在體外重新結構的Syechococcus Elongatus的晝夜節律時鐘。該時鐘已被證明在添加ATP後幾天可以維持22小時的節奏。先前對原核生物晝夜節律的解釋取決於DNA轉錄/翻譯反饋機制。

果蠅“週期”基因的人類同源物的缺陷被確定為睡眠障礙FASP（家族性晚期睡眠期綜合徵）的原因，突顯了通過進化的分子晝夜節律時鐘的保守性。現在已經知道了生物鐘的更多遺傳成分。它們的相互作用導致基因產物的互鎖反饋迴路，導致周期性波動，即體內細胞將其解釋為一天中的特定時間。

現在知道分子晝夜節律時鐘可以在單個細胞中起作用。也就是說，它是細胞自主的。這是由基因塊在孤立的軟體動物基礎視網膜神經元（BRN）中顯示的。同時，不同的單元可能會彼此通信，從而導致電信號的同步輸出。這些可能與大腦內分泌腺接觸，從而定期釋放激素。這些激素的受體可能位於整個體內，並同步各種器官的外圍鐘。因此，眼睛中傳遞的一天時間的信息傳播到大腦的時鐘，並且通過那個時鐘可以同步。這就是例如睡眠/喚醒，體溫，口渴和食慾的時間的時機由生物時鐘協調控制。

動物的重要性

晝夜節律存在於包括人類在內的動物的睡眠和餵養模式中。還存在明確的核心體溫，腦波活動，激素產生，細胞再生和其他生物學活性的模式。此外，光週期，生物體對白天或黑夜的生理反應對動植物至關重要，而晝夜節律系統在白天長度的測量和解釋中起作用。及時預測天氣狀況，糧食供應或捕食者活動的季節性時期對於許多物種的生存至關重要。儘管不是唯一的參數，但光週期（白天長度）的變化是生理和行為季節性時機的最預測性環境提示，最值得注意的是遷移，休眠和繁殖的時間。

晝夜節律的影響

小鼠時鐘基因的突變或缺失表明了身體時鐘的重要性，以確保細胞/代謝事件的適當時間；時鐘突變小鼠是肥大和肥胖的，並且改變了葡萄糖代謝。在小鼠中， Rev-Erba alpha時鐘基因的缺失會導致飲食引起的肥胖症，並改變葡萄糖和脂質利用之間的平衡，傾向於糖尿病。但是，尚不清楚人類的時鐘基因多態性與發展代謝綜合徵的敏感性之間是否存在很強的聯繫。

淺色週期的影響

節奏與淺色週期有關。包括人類在內的動物在長時間保持了整個黑暗，最終以自由運行的節奏發揮作用。他們的睡眠週期每天都會向後推回或向前推，這取決於他們的“日子”是內源性時期的較短還是超過24小時。每天重置節奏的環境提示稱為Zeitgebers。在明顯沒有外部刺激的情況下，完全盲目的地下哺乳動物（例如，盲鼠大鼠Spalax sp。）能夠保持其內源性鐘。儘管它們缺乏形成圖像的眼睛，但其感光器（檢測光）仍然具有功能。他們也定期進行表面。

通常在與外部線索相保護的環境中，通常會有一個或兩個合併睡眠發作的自由運行的生物，但節奏並不是在自然界中被夾住24小時的光週期。在這種情況下，睡眠 - 喚醒節奏可能會與其他晝夜節律或超級節奏（例如代謝，荷爾蒙，CNS電氣或神經遞質節奏）失去相同。

最近的研究影響了航天器環境的設計，因為發現模仿光線週期的系統對宇航員非常有益。光治療已被試用為睡眠障礙的治療方法。

北極動物

特羅姆瑟大學的挪威研究人員表明，一些北極動物（例如，帕爾米根（Ptarmigan ），馴鹿）僅在一年中每天都有日出和日落的部分錶現出晝夜節律。在一項馴鹿的一項研究中，北70度的動物在秋季，冬季和春季顯示出晝夜節律，但在夏季不顯示。北部78度的Svalbard馴鹿僅在秋季和春季才顯示出這種節奏。研究人員懷疑其他北極動物也可能不會在夏季不斷的光明和冬季不斷的黑暗中表現出晝夜節律。

2006年在阿拉斯加北部進行的一項研究發現，在82天和夜晚的陽光下，日間生活的松鼠和夜間豪豬嚴格保持晝夜節律。研究人員推測，這兩種囓齒動物注意到太陽和地平線之間的明顯距離每天最短一次，因此具有足夠的信號，可以夾帶（調整）。

蝴蝶和飛蛾

東部北美君主蝴蝶（ Danaus plexippus ）秋季遷移到其在墨西哥中部越冬地面的導航，使用了一個計時的太陽指南針，這取決於其天線中的晝夜節律。還已知晝夜節律可以控制某些飛蛾物種（例如spodoptera littoralis）的交配行為，在該物種中，女性產生特定的信息素，可吸引和重置雄性晝夜節律，以在晚上誘導交配。

在植物中

植物晝夜節律告訴植物是什麼季節以及何時開花，以吸引傳粉媒介的最佳機會。表現出節奏的行為包括葉片運動（ Nyctinasty ），生長，發芽，氣孔/氣體交換，酶活性，光合作用活性和香料發射等。晝夜節律作為植物的入圍而出現，與周圍環境的光週期同步。這些節奏是內源產生的，自我維持的，並且在環境溫度範圍內相對恆定。重要特徵包括兩個相互作用的轉錄翻譯反饋迴路：含有PAS結構域的蛋白質，促進蛋白質 - 蛋白質相互作用；以及幾個光感受器，可以將時鐘微調到不同的光條件。對環境變化的預期可以使植物的生理狀態發生適當的變化，從而賦予適應性優勢。更好地了解植物晝夜節律在農業中的應用，例如幫助農民交錯農作物來擴大農作物的供應量並確保由於天氣造成的巨大損失。

光是植物將其內部時鐘與環境同步的信號，並被多種感光體感知。紅色和藍光通過幾種植物色素和隱形色素吸收。植物色素A，phya是輕度不穩定的，當光線稀少時會發芽和去滅絕。植物色素b – e與phyb更穩定，phyb是在光線下生長的幼苗中的主要植物色素。加密（Cry）基因也是晝夜節律時鐘的光敏成分，被認為既是光感受器，也是時鐘內源性起搏器機制的一部分。加密1-2（參與藍色uva）有助於通過整個光線條件保持時鐘的周期長度。

中央振盪器會產生自我維持的節奏，並由兩個在一天中的不同時間活躍的相互作用反饋驅動。晨環由CCA1（晝夜節律和時鐘相關1）和LHY（晚期延長的低尾基）組成，它們編碼密切相關的MYB轉錄因子，這些因子調節擬南芥中的晝夜節律，以及PRR 7和9（偽響應調節劑）。晚間環由GI（Gigantea）和Elf4組成，均參與開花時間基因的調節。當CCA1和Lhy過表達（在恆定的光或黑暗條件下）時，植物會變得心律不齊，而mRNA信號減少，導致負反饋迴路。 CCA1和LHY的基因表達在清晨振盪和峰值，而TOC1基因表達在傍晚振盪和峰值。雖然以前有假設，這三個基因模擬了負反饋迴路，其中過表達的CCA1和LHY抑制TOC1和過表達的TOC1是CCA1和LHY的正調節劑，但Andrew Millar和其他TOC1在2012年顯示實際上，在傍晚循環中，不僅是CCA1，LHY和PRR7和9的阻遏物，而且是GI和ELF4的阻遏物。 TOC1基因函數和相互作用的這種發現和進一步的計算建模表明，將植物晝夜節律作為三重負分量抑製劑模型的重塑，而不是表徵哺乳動物時鐘的正/負元素反饋迴路。

在2018年，研究人員發現，PRR5和TOC1 HNRNA新生轉錄本的表達遵循與A. thaliana中節奏的mRNA轉錄物相同的振盪模式。 LNK與PRR5和TOC1的5'區域結合，並與RNAP II和其他轉錄因子相互作用。此外，RVE8-LNKS相互作用使允許的組蛋白 - 甲基化模式（H3K4ME3）進行了修改，並且組蛋白修飾本身與時鐘基因表達的振盪相似。

以前已經發現，將植物的晝夜節律與外部環境的光週期相匹配具有積極影響植物的潛力。研究人員通過對擬南芥三種不同品種進行實驗得出了這一結論。這些品種之一具有正常的24小時晝夜節律週期。其他兩個品種被突變，一個變種的晝夜節律超過27小時，一個比正常的晝夜節律週期短20小時。

在三種不同的環境中，具有24小時晝夜節律的擬南芥循環生長。其中一個環境有20小時的光週期（10小時的光線和10個小時的黑暗），另一個環境有24小時的光週期（12小時的光線和12小時的黑暗），然後最終環境有28小時的光週期（14小時的光線和14小時的黑暗）。這兩種突變的植物都在兩個小時的光週期和黑暗週期的環境中生長，並具有28小時的光週期。發現具有24小時晝夜節律週期的擬南芥種類在也有24小時的光週期和黑暗週期的環境中增長最佳。總體而言，發現所有擬南芥的各種品種的葉綠素水平更高，並且在光和深色週期與晝夜節律相匹配的環境中的生長增加。

研究人員認為，這樣做的原因可能是將擬南芥的晝夜節律與環境相匹配，可以使植物為黎明和黃昏做好更好的準備，因此能夠更好地同步其過程。在這項研究中，還發現有助於控制葉綠素的基因在黎明後幾個小時達到峰值。這似乎與所提出的現像一致，稱為代謝黎明。

根據新陳代謝的黎明假設，光合作用產生的糖具有幫助調節晝夜節律和某些光合和代謝途徑的潛力。隨著太陽的升高，更多的光線就會可用，通常會允許發生更多的光合作用。光合作用抑制PRR7產生的糖。然後，對PRR7的這種抑制會導致CCA1的表達增加。另一方面，光合糖水平降低會增加PRR7表達並降低CCA1表達。 CCA1和PRR7之間的反饋迴路是提出代謝黎明的建議。

在果蠅中

最好在果蠅中理解晝夜節律和光感知的分子機制。時鐘基因是從果蠅中發現的，它們與時鐘神經元一起起作用。有兩個獨特的節奏，一個是在pupa的孵化過程中（稱為Eclosion ），另一個在交配過程中。時鐘神經元位於中央大腦中的不同簇中。最佳理解的時鐘神經元是視位葉的大和小的外側腹側神經元（L-LNV和S-LNV）。這些神經元產生色素分散因子（PDF），這是一種神經肽，在不同的時鐘神經元之間充當晝夜神經調節劑。

果蠅晝夜節律是通過轉錄翻譯反饋迴路。核心時鐘機制由兩個相互依存的反饋迴路組成，即每/tim循環和clk/cyc循環。 CLK/CYC迴路發生在白天，並啟動PER和TIM基因的轉錄。但是它們的蛋白質水平保持較低直到黃昏，因為在白天還激活了雙重（ DBT ）基因。 DBT蛋白會導致每個蛋白質單體的磷酸化和周轉率。蒂姆還被蓬鬆的磷酸化，直到日落。日落後，DBT消失，因此每個分子穩定地結合了Tim。每/蒂姆二聚體在晚上幾個核進入細胞核，並與CLK/CYC二聚體結合。綁定完全停止了CLK和CYC的轉錄活性。

在清晨，光激活了哭泣的基因及其蛋白質哭泣會導致蒂姆的崩潰。因此，per/tim二聚體分離，未結合的每個二聚體變得不穩定。根據進行性磷酸化並最終降解。沒有Per和TIM允許激活CLK和CYC基因。因此，時鐘是重置以開始下一個晝夜節律週期的。

每個TIM模型

該蛋白質模型是基於果蠅中Per和Tim蛋白的振蕩開發的。它基於其前身，即每個模型的解釋，其每個基因及其蛋白質如何影響生物時鐘。該模型包括形成一個核per-TIM複合物，該複合物會影響Per基因和TIM基因的轉錄（通過提供負反饋）以及這兩種蛋白的多重磷酸化。這兩種蛋白質的晝夜節律振盪似乎與光黑暗循環同步，即使它們不一定取決於它。 PER和TIM蛋白都被磷酸化，並在形成核核複合物後返回原子核，以阻止Per和Tim mRNA的表達。只要蛋白質或mRNA不會降解，這種抑制就會持續。發生這種情況時，複合物會釋放抑製作用。這裡還可以提到，蒂姆蛋白的降解是通過光加速的。

在哺乳動物中

哺乳動物中的主要晝夜節律時鐘位於椎骨上核（或核）（SCN），這是位於下丘腦中的一對不同的細胞組。 SCN的破壞導致完全沒有常規睡眠 - 喚醒節奏。 SCN通過眼睛接收有關照明的信息。眼睛的視網膜包含用於常規視覺的“經典”感光體（“桿”和“錐”）。但是，視網膜還包含直接光敏的專門神經節細胞，並直接投射到SCN，在該SCN中，它們有助於此大師晝夜節律的夾帶（同步）。 SCN時鐘涉及的蛋白質與果蠅中的蛋白質同源。

這些細胞包含光化黑色素蛋白及其信號沿著一條稱為視網膜丘腦的途徑，導致SCN。如果從SCN中取出並培養細胞，則在沒有外部提示的情況下保持自己的節奏。

SCN從視網膜中獲取白天和黑夜的長度信息，將其解釋並將其傳遞到松果體，這是一種形狀像松錐形的微小結構，位於上皮上。作為回應，松果體分泌激素褪黑激素。褪黑激素在夜間峰值的分泌，白天消退，其在場提供了有關夜間長度的信息。

多項研究表明，松果褪黑激素以SCN的節奏性反饋，以調節晝夜節律的活性和其他過程。但是，該反饋的性質和系統級別的意義尚不清楚。

人類的晝夜節律可能比地球的24小時略短，更長。哈佛大學的研究人員表明，人類受試者至少可以涉及23.5小時的周期和24.65小時的周期。

人類

對晝夜節律的早期研究表明，大多數人更喜歡從外部刺激（如日光和定時處理）中隔離的一天，更接近25小時。但是，這項研究是錯誤的，因為它未能使參與者免受人造光的影響。儘管受試者與時間提示（如時鐘）和日光相比，但研究人員卻不知道室內電燈的相位延遲效果。當受試者醒著時，允許受試者打開光線，並在想睡覺時將其關閉。晚上的電燈推遲了他們的晝夜階段。哈佛大學於1999年進行的一項更為嚴格的研究估計，自然的人節奏將接近24小時11分鐘：更接近太陽日。與這項研究一致的是從2010年開始的一項最新研究，該研究也確定了性別差異，而女性的晝夜節日比男性（24.19小時）略短（24.09小時）。在這項研究中，婦女傾向於比男性早起，並且比男性更偏愛早晨活動，儘管這些差異的潛在生物學機制尚不清楚。

生物標記和作用

測量哺乳動物晝夜節律時機的經典相標是：

• 松果體分泌褪黑激素，
• 核心體溫最低，並且
• 皮質醇的血漿水平。

對於溫度研究，受試者必須保持清醒，但在接近黑暗中保持平靜和半固定，而直腸溫度則連續服用。儘管在正常表型中變化很大，但人類的平均溫度在習慣喚醒時間前約兩個小時左右達到了最低。 Baehr等。發現，在年輕人中，早晨類型的每日體溫最低發生在大約04:00（4 am），但晚上類型為06:00（6 am）。最低限度發生在早晨八小時睡眠期的中間，但更接近晚上類型的醒來。

系統中沒有褪黑激素或白天不可發現的低。它以昏暗的光線，昏暗的褪黑激素發作（DLMO）的發作，大約可以在21:00（9 pm）中測量血液或唾液中。它的主要代謝物也可以在早晨尿液中測量。血液或唾液中激素存在的DLMO和中點（時間）都被用作晝夜節律標記。但是，較新的研究表明，褪黑激素偏移可能是更可靠的標記。 Benloucif等。發現褪黑激素相位標記比核心溫度最低更穩定，並且與睡眠時間高度相關。他們發現，睡眠偏見和褪黑激素的偏見與相位標記的相關性比睡眠的發作更密切。此外，褪黑激素水平的下降階段比褪黑激素合成的終止更可靠和穩定。

根據晝夜節律發生的其他生理變化包括心率和許多細胞過程“包括氧化應激，細胞代謝，免疫和炎症反應，表觀遺傳學修飾，缺氧/高氧反應途徑，內質性網狀應激，自噬，自噬和莖的其他細胞環境。”在一項對年輕人的研究中，發現心率在睡眠期間達到了最低的平均速度，並且醒來後不久其平均率最高。

與以前的研究相矛盾，已經發現體溫對性能對心理測試沒有影響。這可能是由於與先前研究中研究的其他功能領域相比，具有更高認知功能的進化壓力。

在“主時鐘”之外

在超平流核（SCN）外部的許多器官和細胞中發現了更多或無獨立的晝夜節律。的確，神經科學家約瑟夫·高漢西（Joseph Takahashi）及其同事在2013年的一篇文章中指出，“體內幾乎每個細胞都包含晝夜節律時鐘”。例如，在腎上腺，食道，肺，肝臟，胰腺，脾，胸腺和皮膚中發現了這些稱為外圍振盪器的時鐘。還有一些證據表明，嗅球和前列腺至少在培養時可能會經歷振盪。

儘管皮膚中的振盪器對光有反應，但尚未證明全身影響。另外，例如，許多振盪器（例如肝細胞）已被證明對光線以外的其他輸入（例如進食）響應。

光與生物鐘

光根據相響應曲線（PRC）重置生物鐘。根據時間的不同，光可以推進或延遲晝夜節律。中國和所需的照明因物種而異，並且需要較低的光水平來重置夜間囓齒動物的時鐘，而不是在人類中。

執行更長或更短的周期

關於人類的各種研究都利用了與24小時有很大不同的強制睡眠/喚醒週期，例如納撒尼爾·克萊特曼（Nathaniel Kleitman）在1938年（28小時）和1990年代（20小時）的德克·賈恩·迪克（ Derk-Jan Dijk）和查爾斯·塞斯勒（ Charles Czeisler ）進行的。由於具有正常（典型的）晝夜節律的人不能納入這種異常的日/夜節奏，因此這被稱為強制性的DeSnchrony協議。在這樣的方案下，睡眠和喚醒發作與人體的內源性晝夜節律沒有耦合，這使研究人員能夠評估晝夜節律階段（即，晝夜節律週期的相對時機）對睡眠和喚醒方面的影響，包括睡眠潛伏期和其他功能 - 生理，行為和認知。

研究還表明， Cyclosa turbinata的獨特之處在於它的運動和網絡建設活動使其具有大約19個小時的晝夜節律時期非常短。當將C. turbinata蜘蛛放入腔室中，其周期為19、24或29小時均勻分裂的光與黑暗時，沒有任何蜘蛛在自己的晝夜節律時鐘壽命降低。這些發現表明， C。turbinata的極端非同步成本與其他動物相同。

人類健康

晝夜主義的基礎

晝夜節律生物學研究的前緣是將基本的身體時鐘機制轉化為臨床工具，這與心血管疾病的治療尤其重要。與人體時鐘協調時的醫療時間（年代療法）也可能通過顯著提高功效並降低藥物毒性或不良反應來使患有高血壓（高血壓）患者受益。 3）在囓齒動物模型中已通過實驗顯示了“晝夜節律藥理學”或針對晝夜節律機制的藥物，以顯著減少由於心髒病發作並預防心力衰竭的損害。重要的是，為了將最有前途的晝夜節律療法的理性翻譯為臨床實踐，我們必須了解它如何幫助治療兩種生物性別的疾病。

晝夜節律中斷的原因

室內照明

晝夜節律調節的照明要求與視覺不僅僅是相同的；在辦公室和機構中規劃室內照明已開始考慮到這一點。動物對實驗室條件下光的影響的研究必須直到最近才考慮到光強度（輻照度），而不是顏色，但可以證明“在更自然的環境下起著生物時機的重要調節劑”。

藍色LED照明抑制褪黑激素的產生五倍，是橙黃色的高壓鈉（HPS）光。白光的金屬鹵化物燈以比HPS大三倍以上的速度抑制褪黑激素。長期夜間光暴露的抑鬱症狀可以通過返回正常週期來撤消。

航空公司飛行員和客艙船員

由於航空公司飛行員的工作性質，他們經常在一天之內越過幾個時區以及陽光和黑暗的區域，並在白天和黑夜裡醒著很多小時，他們通常無法維持與天然人類晝夜節律相對應的睡眠方式韻律;這種情況很容易導致疲勞。 NTSB引用這是為許多事故造成的，並進行了幾項研究，以便找到對飛行員疲勞作用的方法。

藥物的影響

對動物和人類進行的研究表明，晝夜節律與濫用藥物之間的主要雙向關係。據表明，這些濫用藥物會影響中央晝夜節律起搏器。患有藥物使用障礙的個體表現出破壞的節奏。這些破壞的節奏可以增加濫用藥物和復發的風險。對正常睡眠和喚醒週期的遺傳和/或環境干擾可能會增加對成癮的敏感性。

很難確定晝夜節律的干擾是否有濫用藥物的患病率的增加，或者是否應歸咎於壓力等其他環境因素。一旦一個人開始濫用毒品和酒精，就會改變晝夜節律和睡眠。一旦一個人選擇停止使用毒品和酒精，晝夜節律就會繼續受到干擾。

睡眠和晝夜節律的穩定可能有助於減少成癮的脆弱性並減少復發的機會。

在腦部核外腦外部表達的晝夜節律和時鐘基因可能會顯著影響可卡因等藥物產生的作用。此外，對時鐘基因的遺傳操縱深遠影響可卡因的作用。

晝夜節律中斷的後果

破壞

對節奏的破壞通常會產生負面影響。許多旅行者經歷了稱為噴氣滯後的疾病，其疲勞，迷失方向和失眠的症狀相關。

許多其他疾病，例如躁鬱症和某些睡眠障礙，例如延遲的睡眠期障礙（DSPD），都與晝夜節律的不規則或病理功能有關。

從長遠來看，對節奏的破壞被認為對大腦外周圍器官的健康後果產生嚴重的不利影響，尤其是在心血管疾病的發展或加劇方面。

研究表明，保持正常的睡眠和晝夜節律對於大腦和健康的許多方面都很重要。許多研究還表明，在白天短暫的睡眠時，功率-NAP可以降低壓力並可以提高生產率，而不會對正常的晝夜節律產生任何可測量的影響。晝夜節律也在網狀激活系統中起作用，這對於維持意識狀態至關重要。睡眠 - 飲用周期中的逆轉可能是尿毒症，喪失性或急性腎臟損傷的跡像或並發症。研究還有助於闡明光如何通過對晝夜節律生物學的影響對人類健康產生直接影響。

與心血管疾病的關係

最早確定晝夜節律中斷導致心血管疾病的研究之一是在Tau倉鼠中進行的，Tau倉鼠的晝夜節律機制具有遺傳缺陷。當維持在24小時的淺黑暗週期中，該週期與正常的22晝夜節律機制“不同步”時，會出現嚴重的心血管和腎臟疾病。但是，當tau動物在每天22小時的淺黑暗週期中飼養整個壽命時，他們就有一個健康的心血管系統。晝夜節律錯位對人類生理的不利影響已經在實驗室中使用了未對準方案，並通過研究轉變工人進行了研究。晝夜節律未對準與心血管疾病的許多危險因素有關。據報導，高水平的動脈粥樣硬化生物標誌物抵抗素在轉移工人中，表明晝夜節律和牙菌斑之間的聯繫與動脈的堆積之間存在聯繫。另外，觀察到三酰甘油三酸酯水平（用於儲存多餘的脂肪酸的分子）的升高，並有助於動脈硬化，這與包括心髒病，中風和心髒病在內的心血管疾病有關。輪班工作和由此產生的晝夜節律錯位也與高血壓有關。

肥胖和糖尿病

肥胖和糖尿病與生活方式和遺傳因素有關。在這些因素中，與外部環境（例如，光 - 黑暗週期）的晝夜節律發條和/或未對準的破壞可以在代謝性疾病的發展中發揮作用。

轉移工作或慢性噴氣滯後對體內晝夜節律和代謝事件產生了深遠的影響。被迫在休息期被迫進食的動物表明，時鐘和代謝基因的表達增加了。在人類中，有利於不規則飲食時間的轉移工作與胰島素敏感性改變，糖尿病和更高的體重有關。

癌症

晝夜節律的未對準也與增加的癌症風險增加有關。在小鼠中，發現由晝夜節律未對準引起的周期基因（PER2，PER1）的破壞可加速小鼠癌細胞的生長。但是，這些基因與癌症之間的聯繫取決於涉及的類型途徑和基因。有大量證據表明，與人類的乳房和前列腺癌相關，因此與晝夜節律的失誤相關。

認知效應

降低的認知功能與晝夜節律的未對準有關。慢性轉移工人表現出增加的操作誤差率，視覺運動性能受損和處理功效，這可能會導致性能和潛在安全問題的降低。與日班工人相比，癡呆症的風險增加與慢性夜班工人有關，特別是對於50歲以上的人。

社會和文化

2017年，杰弗裡·C·霍爾（ Jeffrey C. Hall） ，邁克爾·W·揚（Michael W.

晝夜節律被視為科學知識被轉移到公共領域的一個例子。

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