本书介绍了生物节律紊乱与神经认知障碍相关的基本概念、调节机制、神经回路和研究进展；重点介绍国内外生物节律研究的成果，如生物钟基因的定位与调控，松果体与褪黑素对生物节律的影响，时间药理学及在肿瘤化疗中的应用等。论述了祖国医学对生物节律的认识和临床实践并针对目前各行业轮班作业人员生物节律紊乱与神经认知障碍提供了预见性建议。。读者可从中获得有关的理论知识和有用的实践经验。本书可供医学院校师生、生命科学领域的科研工作者、临床医务人员和制药、医疗器械的的生产管理等部门人员参考
生物节律又称生理钟，它是生物体内的一种无形的时钟，实际上是生物体生命
活动的内在节律性，由生物体内的时间结构序所决定。通过研究生物钟，如今已产生
了时间生物学、时间药理学和时间治疗学等新兴学科。包括人类在内的所有生物体为
适应于伴随着地球自转和公转的昼夜更替，均要表现出可持续运行的生物节律，哺乳
动物等高等生物体的生物钟系统就演化地十分复杂，主生物钟位于大脑下丘脑视交叉
上核，外周生物钟则位于肝脏、肾脏和肠道等器官。主钟通过控制机体的行为、内分
泌系统和神经系统调控着外周生物钟。哺乳动物生物钟的主要刺激信号是光照和食物，
视网膜感光细胞接收到光信号并投射到视交叉上核，营养信号通过食物中的化合物和
体内激素信号直接参与外周生物钟的调控。研究表明，人体正常的生理功能与生物节
律密切相关，如睡眠、免疫、行为、生长、发育、生殖等都依靠生物节律的平衡稳定
才能保证正常和健康生命活动，倘若生物节律发生紊乱，则会导致人体各种生理及心
理功能出现异常。
人类对生物钟的认识萌芽于18世纪初，随着科学技术的发展，科学家们逐渐认识
到生物体的激素水平、新陈代谢和睡眠都由生物钟精准调控，发现了生物钟基因及其
编码的相关蛋白质，阐明了人类和很多动植物调整生物节律适应由地球自转造成昼夜
变换的方式，德国生物学家本林、德国生理学家阿绍夫和美国生物学家皮登觉等多名
科学家的卓越研究成就被世人广泛接受，先后获得了诺贝尔奖。
进入21世纪以来，生物节律及生物节律紊乱调节的研究重点聚焦于认知功能的影
响和疾病发生的方向，生物钟对人体的感知觉、学习和记忆、认知能力、操作能力、
定向能力等密切相关、而生物钟紊乱可导致内脏多器官生理节律紊乱、疾病发生，同
时也可引起情感性疾病。现代社会科学技术发展迅猛，就业和竞争压力日趋激烈，许
多特殊作业环境，如空间站、南极北极、深潜远航，一些特殊作业规范，如连续数日
不能睡眠等均可引起人员的生物节律紊乱，影响他们的作业能力和效率。因此，探讨
生物节律与认知的关系是生命科学不可回避的课题。
我们组织海军军医大学多学科专家编写此书，全书共七章，论述了生物节律及其
调节机制，阐述了生物节律紊乱对睡眠障碍、神经认知与神经内分泌、心理状态及消
化系统的影响机制，并提出干预措施，特别介绍了密闭空间环境作业人员生物节律紊
乱的研究进展和防治策略，为生命科学特别是从事特殊环境人群作业效能维护和提升
相关研究人员提供了指南。
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FOREWORD
前 言
王川，博士，海军军医大学海军特色医学中心副研究员，航海人因工程实验平台负责人，主要研究方向是航海人因工程。现任分子神经生物学重点实验室副主任，科技部核电安全监控技术与装备国家重点实验室客座研究员、中国人类工效学学会生物力学专业委员会副主任委员。入选海军军医大学海军特色医学中心科技创新卓越人才工程。主持军委及海军等各类军事课题16项，主持制定军用标准3项，参与课题9项。先后组织完成多批次、多人次、长时程深海密闭环境模拟舱大型人体封舱试验，被央视CCTV-7，央广军事、国防时空、《人民海军报》等多家权威媒体广泛报道。发表SCI论文5篇，EI论文27篇，获得授权国家发明专利3项，实用新型专利3项，软件著作权7项，编写著作4部。2015、2016、2017连续三年获得中国系统工程学会颁发人-机-环境系统工程研究个人突出贡献奖。2019年在和中央军委联合主办的源创杯创新创意大赛全国总决赛获奖，海军唯一获奖者。
第一章 生物节律及其调节机制1
第一节 生物节律的研究历史1
一、节律1
二、生物节律概念2
三、生物节律的研究历史3
第二节 生物节律的基本特征7
一、生物节律简介7
二、生物节律的分子特征8
三、人体生物节律的特征11
四、中医理论中人体生物节律的基本特征11
第三节 生物钟的生理基础14
一、生物钟的概念14
二、生物钟的生理基础15
三、生物节律对健康的影响 18
第四节 生物钟基因的调控网络20
一、生物钟基因20
二、生物节律基因的调节24
三、生物钟基因网络26
第五节 生物节律紊乱和疾病30
一、健康新定义30
二、生物节律与疾病32
三、生物节律对生理功能的影响32
四、生物钟紊乱如何导致疾病33
第六节 生物节律的影响因素38
一、褪黑素：调节生物钟的分子38
二、褪黑素的分泌特点39
三、生物钟的精细调节机制40
四、深入剖析生物钟的深远作用41
第二章 生物节律紊乱与睡眠障碍44
第一节 睡眠障碍概述47
一、发病原因及机制48
二、睡眠障碍的临床分类49
第二节 睡眠障碍的评价标准和方法50
一、失眠51
二、睡眠过多51
三、夜惊51
四、夜游52
五、梦魇52
六、发作性嗜睡病52
七、皮克威克综合征53
第三节 睡眠障碍与作业能力53
一、轮班工作睡眠障碍53
二、军事人员睡眠障碍56
第四节 生物节律基因和睡眠与觉醒节律75
一、昼夜节律研究的发展76
二、昼夜节律睡眠-觉醒障碍77
三、非24小时睡眠-觉醒障碍79
四、不规则睡眠-觉醒节律障碍81
五、未另行说明的昼夜节律紊乱82
第五节 空间环境对睡眠障碍的影响82
一、种族（民族）对睡眠的影响82
二、用睡眠换工作时间83
三、职业环境中的睡眠剥夺和睡眠障碍84
四、睡眠、贫困和邻里因素85
五、家庭和学校环境的影响85
六、卧室内外的科技85
七、全球化和24/7全天候社会86
八、公共安全和公共政策86
第三章 生物节律紊乱与神经认知102
第一节 神经认知概述102
一、科学起源102
二、神经认知的细胞学机制105
三、功能神经解剖学105
四、认知产生的结构模式107
五、认知神经科学有待解决的问题109
六、认知神经科学的未来109
第二节 用于评估人类认知过程昼夜节律的方法110
一、评估人类神经认知的方法110
二、评估人类认知昼夜节律的方法115
第三节 节律紊乱与注意力、工作记忆和执行功能117
一、注意力概述117
二、注意力的昼夜节律123
第四节 生物节律与学习记忆功能127
一、学习和记忆的概述128
二、记忆功能的昼夜节律调节130
三、生物钟调节学习记忆的机制135
第五节 生物节律与其他神经认知功能137
一、生物节律对感知觉的调控137
二、生物节律对物体识别、运功控制、语言功能的调控145
三、生物节律对社交行为的调控147
第六节 节律紊乱导致认知障碍及其干预措施147
一、昼夜节律紊乱对认知功能的影响147
二、昼夜节律紊乱与认知障碍149
三、昼夜节律紊乱影响认知功能的干预措施155
第四章 生物节律紊乱与心理状态162
第一节 心理状态概述162
一、研究历史162
二、心理状态的性质164
三、分类标准165
四、判断标准166
第二节 心理状态评估的方法169
一、心理评估简介169
二、访谈评估171
三、行为评估173
四、测验评估175
五、生理评估179
第三节 生物节律与心理功能180
一、生物节律影响心理功能的主要表现180
二、生物节律影响心理功能的重要因素183
第四节 节律紊乱导致心理疾病及干预措施188
一、节律紊乱导致心理疾病188
二、节律紊乱导致心理疾病的干预措施190
第五章 生物节律紊乱与神经内分泌204
第一节 神经内分泌系统的组成及调控204
一、下丘脑204
二、下丘脑-腺垂体-外周靶腺轴206
三、下丘脑-神经垂体与外周靶组织209
四、松果体、视交叉上核210
五、脑脊髓与其他神经内分泌有关区域211
六、神经类固醇激素 212
七、周围器官内分泌激素对中枢神经系统结构和机能的影响213
第二节 内分泌与神经认知215
一、下丘脑-垂体-性腺轴激素与认知功能215
二、下丘脑-垂体-肾上腺轴激素与认知功能220
三、下丘脑-垂体-甲状腺激素与认知功能222
四、其他与认知功能相关的激素223
第三节 神经内分泌和睡眠障碍224
一、睡眠与内分泌224
二、睡眠周期与内分泌225
三、睡眠障碍对神经内分泌的影响225
四、神经内分泌对睡眠的调节229
第四节 生物节律与神经内分泌231
一、神经内分泌的生物节律231
二、不同内分泌激素的昼夜节律调节232
三、生物钟调节神经内分泌昼夜节律的机制 235
第五节 节律紊乱导致神经内分泌疾病及其干预措施237
一、内分泌轴的节律紊乱237
二、节律紊乱导致的神经内分泌疾病240
三、干预措施243
第六章 生物节律紊乱与消化系统249
第一节 消化系统结构与生理249
一、消化系统结构249
二、消化系统生理功能254
第二节 脑肠轴概述263
一、大脑到肠道的信号通路264
二、肠道到大脑的信号通路265
三、肠神经系统267
四、脑-肠-微生物群轴269
第三节 生物节律与消化系统276
一、生物节律与消化道276
二、生物节律与消化腺279
三、生物节律与肠道菌群281
第四节 生物节律紊乱与消化系统疾病及干预措施283
一、胃食管反流病284
二、消化性溃疡285
三、肠易激综合征287
四、炎症性肠病289
五、脂肪肝291
六、消化系统肿瘤293
第七章 密闭空间环境作业人员生物节律紊乱300
第一节 密闭空间环境特点300
一、航空密闭空间环境300
二、航天密闭空间环境301
三、深海密闭空间环境302
第二节 密闭空间环境对作业人员生物节律的影响302
一、航空作业人员302
二、航天作业人员305
三、深海作业人员307
第三节 密闭空间作业人员生物节律紊乱的调控干预309
一、远程飞行航空卫生保障309
二、跨多时区航线飞行员生物节律紊乱风险控制311
三、航天舱室中作业人员生物节律的稳定控制313
四、潜艇作业人员睡眠障碍治疗315
五、密闭空间作业生物节律紊乱改善的光策略317
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