文：黃雯華（中央研究院基因體研究中心助研究員）
Take Home Message
- 睡眠時間、熬夜長度、追劇作用結構、睡眠素讓身材入睡的不足變體難易程度等都受到生理時鐘調節，以廣泛且複雜的會改機制調節生理的晝夜節律。
- 睡眠不足時體內的內食食慾激素會隨之改變，加上在不當的慾激越來越胖晝夜節律時間消耗能量，即使攝食量未改變，熬夜體重仍會增加。追劇作用
- 多數臨床數據顯示情緒障礙與晝夜節律紊亂有關，睡眠素讓身材如憂鬱症、不足變體躁鬱症等。會改若重新調整晝夜節律，內食則可改善這類症狀。慾激越來越胖
你一定聽過「生理時鐘」（circadian clock）這個名詞，熬夜但是你知道它到底是什麼嗎？ 又是怎麼產生的？這個看不見、摸不著的時鐘到底有多重要？
晝夜節律與生理時鐘
由於地球自轉一周需要23.9345小時，因此地球上的生物大約每24小時就會經歷一次晝與夜的交替。經過長時間的演化，生物體也形成約24小時的作息週期。其實，在沒有外在光暗週期影響時，大部分日行性動物的週期比24小時稍長，而夜行性動物的週期則比24小時稍短。
這種在沒有外界環境因子影響下保持接近24小時的生理週期現象，定義為自主生理時鐘（free running），而這樣的週期節律就被稱作晝夜節律（circadian rhythm）。晝夜節律在同一個物種的個體間會有一些差異，平均而言，人類的晝夜節律大約是24.3小時，因此在沒有明暗環境的影響下，我們每天會愈來愈晚起床。
晝夜節律會與外在環境同步化（entrainment），而日光便是能將生理時鐘同步化的最強環境因子。在一天中的不同時段，生理時鐘也會對外在光線有不同反應。舉例來說，傍晚的陽光會讓我們的生理時鐘延後，而清晨的陽光則會使生理時鐘往前。結合這些光照產生的影響，生理時鐘才能由每天24.3小時，與地球自轉產生的24小時日夜週期同步化。
時鐘如何運轉？複雜的主時鐘與週邊時鐘
在我們體內，負責啟動生理時鐘的關鍵區就在下丘腦前端的視神經交叉上核（suprachiasmatic nucleus, SCN）。位於SCN的主時鐘（master or central clock）由約2 萬個神經細胞組成。
當環境中的光透過感光視網膜神經節細胞（intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, ipRGCs）傳遞到SCN時會啟動谷胺酸（glutamate, Glu）、鈣、環磷酸腺苷（cyclic AMP, cAMP）的一連串訊息傳遞，啟動環磷腺苷效應元件結合蛋白（cAMPresponse element binding protein, CREB）， 調控生理時鐘核心基因的表達及晝夜節律。
在人體的細胞內部，生理時鐘的核心基因主要包含BMAL、CLOCK、PER、CRY 四個基因，這些基因形成了一個相互制衡的系統，是調控晝夜節律的分子基礎。主時鐘會透過荷爾蒙及神經傳導物質，與其他器官中的週邊時鐘（peripheral clocks）協調並同步化，以維持生理功能的平衡。而這些週邊生理時鐘對它們所在的器官功能而言，也具有重要的調控能力。
「睡眠」背後的科學
人類是日行性動物，在24小時的晝夜節律中，「睡眠」是大多數人每天晚上都必須經歷的一件事。這個看似平常的「休息」，背後的科學卻不簡單。透過行為觀察，科學家發現「睡眠」是一段肌肉活動減少、對外部刺激反應降低的時間，然而令人驚奇的是偵測睡眠時的腦電波活動顯示，雖然我們的身體在睡眠時呈現不活動的狀態，但大腦依然活躍。
美國睡眠醫學學會（American Academy of Sleep Medicine, AASM）將睡眠主要分為四個階段：三個非快速動眼期（non-rapid eye movement, NREM）及一個快速動眼期（rapid eye movement, REM），每個週期的深度睡眠時間長短不同。
NREM和REM在整個晚上以週期性方式交替，大概會有4～6個循環，科學家對於造成特定循環睡眠模式的原因尚不清楚。不過有學者推測，特定的NREM和REM睡眠序列可能有修復認知或恢復體力的功能。例如睡眠時的最大變化之一是生長激素增加釋放；有些與消化、細胞修復、生長相關的生理活動通常也在睡眠期間最為活躍，這些現象表明細胞修復和生長可能是睡眠的重要功能之一。
也有人認為睡眠能讓大腦消化、處理白天吸收的資訊，對身心恢復及睡眠期間記憶鞏固有益，但這個理論尚未得到證實。
睡眠就像是食物一樣，屬於基本生理需求。大多數成年人平均每天需要7～8小時的優質睡眠，長期睡眠不足或睡眠品質不良會影響一個人的身心健康。睡眠時間愈短，人就愈容易思考遲緩、困惑、犯錯，也可能由於嗜睡或疲勞而產生危險，且睡眠不足的人並非都能夠意識到他們的表現下降。而睡眠不足所導致的行為表現，其實與酒精中毒時相似（圖一）。由此可知睡眠不足對人的影響極深，應該被予以重視。
Photo Credit: 科學月刊睡眠、晝夜節律與生理時鐘的相互作用
儘管睡眠在一定程度上受到自主控制的影響，但睡眠的時間、長度、結構，以及入睡的難易程度，都受到SCN 主時鐘調節。研究發現，生理時鐘在白天提供促進覺醒的訊號，其中包括皮質醇（cortisol）濃度升高、核心體溫升高、褪黑激素（melatonin）濃度降低等（圖二）。
Photo Credit: 科學月刊生理時鐘也會影響睡眠結構，在皮質醇濃度達到高峰之前、核心體溫達到最低後，我們的睡眠通常會傾向落在REM淺層睡眠的階段。生理時鐘還會調節清醒期間的警覺性、認知、大腦活動。
一般認為，個體所需的清醒和睡眠時間長短受睡眠恆定（sleep homeostasis）影響⸺睡眠恆定是指「持續睡眠的時間」與「覺醒的時間」之間的平衡，而生理時鐘與睡眠恆定之間也有相互作用。因此，啟動和維持睡眠與覺醒的能力，會受到生理時鐘與恆定睡眠壓力的綜合影響。