搜索
《时间生物学导论》教学大纲一、课程基本信息课程名称：时间生物学导论课程号：50134520课程类别：校级选修棵学时：34学分：2二、教材自编《时间生物学导论》讲义三、主要参考资料1．HalbergF.Chronobiology:Ascienceintunewiththerhythmsoflife.BolgerPublications1986,9~10.2．冼励坚主编.生物节律与时间医学.郑州大学出版社,2003.3.HalbergF,CornelissenG,KatinasG,etal,Season’sAppreciations2000:chronomicscomplement,amongmanyotherfields,genomicsandproteomics.NeuroendocrinolLett,2001,22:53~73.4.何绍雄主编.时间药理学与时间治疗学.天津:科学技术出版社，1994.5.张笑平.《内经》中的时间治疗学思想.浙江中医杂志,1980,9:389~390.6.BreusT,CornelissenG,HalbergF,etal.Temporalassociationsoflifewithsolarandgeophysicalactivity.AnnalesGeophysics,1995,13:1211~1222四、成绩评定考查五、教学目的及要求时间生物学是研究机体乃至单细胞活动的生物节律及其时间结构和应用的一门新兴交叉性生命科学学科。通过该课程34学时的学习，使学生了解时间生物学这门新兴学科的研究内容、基本概念、研究方法和学科展望，包括时间生物学学科的发展简史、时间生理学、时间药理学、时间治疗学及时间生物医学工程学等领域内的研究进展，启发开拓学生的科学思维和创新意识。六、教学内容（见各章）第一章绪论一、了解时间生物学的概念二、了解时间生物学的发展史三、了解现代时间生物学涉及的内容第二章生物节律及其特征一、了解描述生物节律的基本特征参数及其概念二、了解生物节律的分类及其生物节律的特征三、了解生物节律产生的机制第三章时间生物学研究方法了解生物节律的宏观、微观分析法第四章时间药理学一、了解时间药理学的概念、研究内容及其研究目的二、了解药物的时间药效学、时间毒理学及作用机制三、了解时间药物动力学的研究内容及其研究意义第五章呼吸系统时间生物学一、了解呼吸机能的时间生物学及肺功能的近日节律性二、了解支气管哮喘的时间节律特点、产生机制及其时间治疗第六章循环系统时间生物学一、了解心血管系统的时间生物学特征、某些生理指标的生物学节律二、了解高血压、冠心病与心肌梗塞、脑血管病的时间生物学特征及临床意义第七章神经系统时间生物学一、了解神经系统时间生物学的研究方法二、了解睡眠与觉醒的生物节律及睡眠的神经时间生物学第八章肿瘤的时间生物学一、了解肿瘤的形成、生长与时间节律的关系二、了解肿瘤的时间治疗：择时化疗与择时放疗第九章细胞时间生物学一、了解细胞亚结构的生物节律特点二、了解细胞增殖的时间节律、正常组织细胞与肿瘤细胞的细胞周期时间及其临床意义第十章时间生物学的分子基础研究一、了解与生物节律有关的基因二、了解生物钟作用的机制第十一章时间生物学在生物医学工程中的应用一、了解什么是时间生物医学工程及时间生物医学技术二、了解时间生物医学信息的采集方法、原理及其应用三、了解一些生物信息自动节律监测仪、人工择时治疗器等的基本原理及其临床应用《时间生物学导论》教案第一章绪论1.时间生物学概念时间生物学是研究机体乃至单细胞活动的生物节律及其时间结构和应用的科学;它是一门新兴的交叉性生命科学的学科。在自然界中，从单细胞到高等动植物以及人类的所有生命活动均存在着按照一定规律运行的、周期性的生命活动现象，这种生命活动现象通过大量的实验研究表明是明显节律性活动，称为生物节律。这些生物节律既存在于整个机体之中，亦存在于器官、乃至于游离的单个细胞之中，因此生物节律是生命活动的基本特征之一。2.时间生物学发展简史2.1祖国医学和传统文化孕育了朴素时间生物学2.2西方文化对早期时间生物学的贡献2.3早期时间生物学停滞不前的原因2.4时间生物学发展现状3.现代时间生物学涉及内容以时间生物学的观点，原理和技术方法为基础，结合其他生命科学分支进行研究和应用，形成了将多相应的时间生物学亚学科。其中主要包括有以下内容：时间生理学：即用时间生物学的观点、原理和方法，在不同时辰观测和研究生理学变量及其生理机制的学科，如血压的连续检测，用余弦法分析得到血压变化的时间生物学规律，即为典型的时间生理学内容。时间药理学：即用时间生物学观点，原理和方法来进行药理学研究。时间病理学：即用时间生物学的观点、原理和方法来研究病理学问题。时间医学：将时间生物学的观点、原理和方法与临床医学结合起，用于诊断，治疗疾病。时间治疗学：根据病人的疾病情况和某些周期性变化的特性，结合时间药理学等原理和方法，择时定量给予药物或其它治疗措施。时间生物医学工程学：是时间生物学与工程技术学结合的产物，将时间生物学原理和方法用于开发研究出具有时间生物学特征的医疗仪器和人工脏器等。另外：时间形态学、时间毒理学、时间营养学、时间农业等。第二章生物节律及其特征1.生物节律的基本特征参数1.1周期（period）某一生命活动一次周而复始的变动所经历的时间，称为其节律的周期。周期的倒数即为节律性变化的频率。周期反映生命活动节律性变动的快慢，是对生物节律进行分类的主要指标。1.2振幅振幅反映一个生理变量在一个节律周期中的变动幅度。如用余弦函数作为数学模型描述一个生物节律时，振幅是其最大值与最小值之差的一半。振幅大小可反映生物节律正常与否。峰幅，是周期性变量的中值与振幅之和，是指生理变量在一个节律周期中的最大值。古峰，是生理变量周期性变动的临界下限，是中值与振幅的差值。1.3均值与中值均值是指在一个节律周期的若干个时间点上测得的同一生理变量的平均值，即样本均值。中值是节律的数学模型（如余弦函数）所确定的生理变量的平均值，它在节律最适函数最高值与最低值的中间，也称节律调整均值。1.4相位相位的原意是指变量在周期的各个时间点上的值，在时间生物学中，则是指生理变量的某一特征值在节律周期内出现的时间点，也称为时相。峰值相位和谷值相位是节律相位特征的主要标志，他们分别是峰值和谷值在节律周期中的时间位置。如以某一时刻作为节律周期的时间参考点，以360°表示一个周期，则常以峰值、谷值出现的时间点与该时间参考点间的角度表示峰值相位和谷值相位。2.生物节律的命名生物节律广泛存在于大自然中生物的生命活动中，是上亿年生物在其发生和进化过程中，为了与环境影响和环境变化相适应，而逐渐形成的内源性的与自然环境周期性变化相近似的节律性的生命活动。但是生物体在进化过程中所形成的内源性生物节律的时间结构和特征与大自然所存在的节律并非完全一致。因此，时间生物学在研究机体的内源性生物节律时，对生物节律的命名上，既参考了自然界所存在的周期性变化的节律，又不完全按照自然界的节律来对生物节律命名。2.1超日节律（ultradianrhythm）这类生物节律的周期小于20小时，其振荡频率大于1日，是生命活动中非常多见的一类节律，常见的有心脏搏动，呼吸运动等。2.2近日节律（circadianrhythm）指周期为24±4h的生物节律。近似昼夜节律，是生物生命活动中最普遍最重要的一种节律。从最低等的生物到人类，从整体的行为活动到细胞、分子水平的生理生化过程，无不表现有昼夜节律性变动。按时间生物学的定义，近似昼夜节律与昼夜节律并非同一概念。前者指在光、温等因素没有昼夜变动的恒定环境中，即在没有任何时间信息或授时因子得条件下，机体表现出来的本身固有的节律。后者则是指机体的近似昼夜节律在与环境的昼夜变动节律同步后的表现。2.3亚日节律（infradianrhythm）亚日节律在自然界和生物体内十分常见，它包括多种生物节律，其中常见的生物节律有如下几种：2.3.1近3.5日节律（circasemiseptanrhythm）这种生物节律的周期为70-98小时，正常情况下，该节律的节律性远比近日节律弱，其调和函数也较近7日节律的振幅低，但是这种节律广泛存在，它不但存在于太阳的电磁场的变化之中，也存在于地球的磁场强度变化。宇宙射线，太阳电磁场，地球磁场的近3.5日为周期的变化，人体的血压、心率等生理变量也表现出这种节律的特点。另外心肌梗死、中风等发病的大样本量分析结果表明，这些疾病的发病也存在着近3.5日节律。这是近10多年来颇为人们所关注的一大生物节律。2.3.2．近7日节律（Circaseptanrhythm）这是亚日节律中常见的一种生物节律，它的周期为140~196小时。这种节律在以前常被人们看作是外源性节律。产生这种认识的原因是人们以7日为周期作习制引起人体的各种生命活性随之发生周期性变化，即表现出近似7日为周期的生物节律。但是，通过大量的动物实验证明，动物的生命活动，如活动度、体温和血压等变化存在着近7日节律，而且动物在完全相同的实验条件下，即没有像人类那样的以7日为周期的作习制度，仍能表现出近7日节律，这就很难用外源性节律来解释。2.3.3．近月节律（Circatrigintanrhythm）这也是一种常见的亚日节律，其周期为25~35天。在人体中最为常见的是妇女的月经活动，这是人体中非常典型的近月节律，也是最为直观的生物节律。另外体内的内分泌、血压和机体的代谢活动均存在着近月节律。有不少研究报道，动物和人的近月节律的时相与月亮有明显的关系，人的出生率在月圆时最高，新月前后最低，排卵也大多发生在满月时，而行经则多开始于朔望月的朔日附近。因此，近月节律在一定程度上受到月亮活动周期的影响。2.3.4．近年节律（Circannualrhythm）这是亚日节律中周期较长的生物节律，其周期在305~425天的范围内。近年节律可以说是人类最早就有意无意地观察到的生物节律，它广泛地存在于我们的自然环境中。例如与自然界四季同步变化的植物，其生根、发芽、开花、结果等以年为期周而复始运动，形成植物的“一岁一枯荣”，侯鸟的冬去春来，都是最为直观的近年节律。2.3.5其他生物节律据报道，机体有以9日的整倍数为周期的生物节律。例如，人体嗜中性白细胞在循环血中的寿命平均约为9日；又如，接受黑色素瘤移植的大鼠，如不做任何治疗，平均可存活27天，进行化疗者平均可存活36天，同时进行化疗和电脉冲治疗者平均可存活43天。另外，还存在有周期长于一年的节律，即所谓亚年节率。3.生物节律产生的机制生物节律是生命活动的固有规律。机体的许多生命活动存在有生物节律，这已为大量的观察和实验研究所证实，并得到普遍的承认。至于生物节律是机体本身固有的一种规律，还是机体对环境周期性变化的反应。或者说，生物节律是由内源性机制发动和控制的、机体主动的规律性变化，还是外环境周期性变化所造成的被动结果。虽经长期讨论，迄今仍存在不同观点。3.1外源性假说无论是我国传统医学理论的“天人相应”和“天人合一”观，还是现代时间生物学对生物节律的认识，都注意到生物节律的一个普遍特性，即在正常生活环境中，生命活动原节律一般都与环境的某种节律性变动有相同或相似的周期及稳定的相位关系，从“（近似）一日节律”、“（近似）月节律”、“（近似）年节律”等生物节律的名称就可看到这一点。生物节律的这一特点，说明生物节律与环境节律有密切的关系。据此，有人认为生物的周期性直接受环境条件（如光、温等地球物理因素）周期性变化的调制，体内不存在定时机制，即认为生物节律是外源性的。这就是所谓“外生钟假说”（Extrinsicclockhypotheses）。3.2内源性假说经过大量的观察与实验研究，目前普遍认为：尽管从生命起源和生物进化的早期来看，天体和地球物理因素的周期性变化是生物节律的根本起因，而且至今仍对生物节律有重要影响，但现存生物的绝大多数生理节律，已是由机体中有测时功能的机构所发动和控制的内源性节律（Endogenousrhythm），即是机体生