综述：心血管生理学的24小时节律

《Acta Physiologica》：Twenty-Four?Hour Rhythms in Cardiovascular Physiology

本综述系统阐述了心血管生理参数的24小时节律特征，重点介绍了通过余弦拟合分析昼夜节律的数学方法，并以小鼠远程遥测数据为例展示了心率（HR）、QT间期和血压（BP）的节律模式。作者强调在实验设计中考虑时间生理学（chronophysiology）的重要性，并创新性地提出通过选择特定心率范围内的电信号来区分心率依赖性与非依赖性节律的新策略。

　　

引言：生命的内在节拍器

地球自转带来的24小时光照周期深刻影响着所有生物的生理功能。这种能够预测环境变化的能力赋予生物进化优势——生物钟使机体能够提前准备活动与休息期的生理转换。在生物学中，昼夜节律（circadian rhythm）指无外界时间线索时仍保持的近24小时周期性波动，而近日节律（diurnal rhythm）则存在于有时钟授时因子（zeitgeber，如光照）的条件下。研究显示，昼夜节律紊乱会加剧心肌梗死后的心脏重构异常，改变光周期则会调控心律失常易感性。这提示在生理学实验设计和解读中，必须将时间生理学作为关键考量因素。

分子钟的运作机制

生物钟的层级网络始于下丘脑视交叉上核（SCN）的中枢时钟，它整合视网膜传入的光信号与运动、进食等信息，进而同步全身外周器官的细胞时钟。在心脏中，8%-13%的基因表达呈现24小时节律性。分子层面，时钟蛋白CLOCK与BMAL1形成的异二聚体启动Period（Per）和Cryptochrome（Cry）基因的转录，其蛋白产物进入细胞核后抑制Clock/Bmal1转录，形成约24小时的转录-翻译反馈环。这种细胞自主的振荡机制存在于几乎所有细胞类型，其中K_V11.1（KCNH2编码）和K_V4.2（KCND2编码）等离子通道的表达均显示节律特征。

节律检测的数学工具

判断生理参数是否存在24小时节律需采用余弦拟合（cosinor）分析。该方法通过函数F(x) = Mesor + Amplitude × cos(2π/Period × x + Phase)提取四个关键参数：中值（Mesor，24小时平均值）、振幅（Amplitude，峰值偏离中值程度）、周期（Period，通常固定为24小时）和相位（Phase，峰值出现时间）。当振幅与零存在统计学差异时，即可确认节律存在。分析需满足连续监测或至少每3-4小时采样的数据密度，并考虑个体内重复测量的相关性。

心率节律与自主神经调控

自由活动小鼠的心率在黑暗（活动期）可达750次/分，而在光照（休息期）可降至300次/分以下，呈现振幅11.0ms的节律。窦房结HCN通道的表达节律是内在基础，而自主神经调控是关键外部因素：交感神经通过β₁肾上腺素能受体加速心率，迷走神经经M₂胆碱能受体减慢心率。完全阻断自主神经可消除心率节律，但关于心率变异性（HRV）的昼夜节律研究仍较缺乏。

QT间期节律的心脏时钟依赖

QT间期反映心室复极时长，其节律振幅约2.6ms，在光照期最长而黑暗期最短。为区分心率依赖性效应，研究者创新性地选取RR间期在114.5-115.5ms范围内的心搏（每小时300-877个心搏）进行比较。结果显示即使固定心率，QT间期仍保持2.1ms的节律振幅，证实存在独立于心率的复极节律。心脏特异性Bmal1基因敲除（CBK）小鼠在离体心脏起搏实验中仍显示QT延长，进一步验证节律源自心脏分子钟本身。

血压节律的临床意义

人类血压呈现清晨骤升、夜间缓降的节律，夜间血压不下降者（非杓型血压）心血管风险显著增加。小鼠遥测数据显示收缩压和舒张压的24小时中值分别为119mmHg和91mmHg，振幅达6.8/6.2mmHg。颈段脊髓损伤患者血压节律消失，提示神经传导通路的关键作用。

远程遥测技术的数据力量

连续遥测记录可获取24小时内约80万次心搏数据，为大样本分析提供可能。通过设定特定心率窗口进行亚组分析，或采用电起搏控制心率，能有效规避数学校正的偏差，揭示真实的节律特征。但需注意信号质量控制和分析盲法实施。

结论：节律研究的新范式

昼夜节律是心血管生理的核心特征，影响从基因表达到整体功能的多层次活动。结合余弦分析和遥测技术，通过精细化的实验设计（如固定心率比较、离体起搏验证），能够更精准地解析节律机制。未来研究需聚焦节律紊乱与心血管疾病的因果关联，为时序治疗学（chronotherapy）提供新靶点。