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英調查發現心臟鈉、鉀離子晝夜水平變化調節心率 輪班工作者更容易患心臟病

上周刊於《自然通訊》的研究發現,心臟細胞中的晝夜節律(circadian rhythm, 又稱生理時鐘)如何幫助改變一天中的心臟功能,並可能解釋為何須輪班工作的人更易出現心臟問題。

心臟細胞和其他組織中均存在以約 24 小時為周期的晝夜節律,並通常由荷爾蒙訊號使不同組織同步活動,而心臟功能的日常晝夜節律已為人所知多年,被認為會在白天受到更大的神經系統刺激。

是次由英國醫學研究委員會和藥廠阿斯利康「藍天計劃」支持的研究首次證明,心臟細胞通過細胞內鈉離子和鉀離子水平的日常變化來調節晝夜節律。

心臟細胞內外不同水平的鈉離子和鉀離子允許電脈衝引起心室收縮並驅動心跳。細胞離子濃度被認為是相當恆定的,但團隊發現心臟細胞實際上會在白天和黑夜改變其內部鈉和鉀的水平,這種變化會預測人生活的日常需求,讓心臟在人活動較為活躍時,即白天,更適應和維持增加的心跳率。團隊指,在分離出的心臟細胞和組織,鈉/鉀離子水平的晝夜變化可高達 30% ,令心臟細胞的電活動每日有兩倍的變化。

英國劍橋 MRC 分子生物學實驗室首席研究員 John O’Neill 說,研究顯示心臟功能全天候變化的方式比以前認為的更複雜,心臟離子梯度率在每日周期中出現變化,可能有助心臟應對白天增加的心率需求,因為此時活動和心輸出量的變化比晚上睡覺時大得多。

發現也解釋到,輪班工作者更容易患心臟病,因為心臟的離子晝夜節律與來自大腦生理時鐘的刺激「不同步」,從而使心臟不再預測心率需求的波動。當這種晝夜節律被打亂時,心血管系統可能無法應對日常工作壓力,會增加如心律失常和心源性猝死的風險。

O’Neill 補充,研究開闢了更有效治療心血管疾病的方法,例如在一天中的正確時間施藥。

來源:
EurekAlert!, Scientists uncover a circadian rhythm in heart cells that affects their daily function, 15 October 2021

報告:
Stangherlin, A., Watson, J.L., Wong, D.C.S. et al. Compensatory ion transport buffers daily protein rhythms to regulate osmotic balance and cellular physiology. Nat Commun 12, 6035 (2021). doi: 10.1038/s41467-021-25942-4

文/Alan Chiu

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