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太阳的美，太阳的伟大，在于它有巨大的生物性意义。——体育老师 同学们好。体育老师的生物课又开讲了。今天我先问你们一个问题：人要活着，必需品有哪几样？ 那个说手机的同学，从后门出去！ 空气、水、食物，不错。睡眠，很对。运动，Very good！不过你们还少说了一样，阳光（我发现老师讲课都是这个套路哇……） 人，不管是上帝造的，还是从猴子进化来的，想好好活着，这六个东西，是必需品。 说氧气瓶和可乐可以代替的同学，过来讲台站着！ 没有空气，人活不过两分钟；没有水，两天；没有食物，7天；没有睡眠，11天——关于不睡觉能活多久，目前观测到的最长的记录是264小时：由美国17岁高中生Randy Gardner在一次实验中创造[1]。我个人觉得这是个很残忍的实验。 没有运动？卧床不给动（关节固定），15小时，你就会全身酸痛；15天，制动部位的肌肉开始失用性萎缩。更别说你会变得非常脆弱多病。 可能还有同学要抬杠：前几样我都认了，不晒阳光？没事啊？又不会死人…… 晒不到太阳，真的会死人的。 阳光，是人活着的必需品。不仅仅在于地球需要它发光发热而不会变成冻球，更重要的，阳光对现代人在健康上的必需性，你没有认识到而已。 太阳的美，太阳的伟大，不仅仅在物理意义上，也在于它有巨大的生物性意义。 平常从来不晒太阳、防晒霜随身带的同学，请举个手。嗯，你问题大了。 阳光，不是让你站在大太阳底下曝晒，其实是说自然光，包含可见光和紫外线、红外线这些不可见光。 多说一句（你怎么老多说一句啊……所以才叫老师），最近经常有人提手机蓝光的事情，的确，睡觉前不要长时间盯着手机看。太阳光里也有蓝光，不太一样，我们下次在讲睡眠的时候，重点会提到。 呃，那位想了解光的波粒二象性的同学，出门二楼左拐，去物理教室。 01 皮肤可以产生“光合作用” 说正题。第一个主题，是讲人体的“光合作用”。 造物主很神奇，植物可以利用光合作用生长，人体也是一样——因为人体皮肤是可以“感光”的。实验证明，戴着眼罩的人，虽然看不到光线（视神经感知不到），但身体皮肤却可以“感知”光线，并且对人体的“外围生物钟”产生影响。 美国布朗大学的科学家Elena Oancea发现：皮肤黑色素细胞——就是对紫外线敏感，容易让皮肤变黑的那个——和角质形成细胞（从英文字面看，就是让皮肤变粗糙的？）当中，也拥有视紫红质当中的视蛋白——之前人们认为视蛋白这种光激活受体，只存在于眼睛当中[2]。 “一种在小鼠毛囊中发现、名为神经蛋白酶(Neuropsin)的视蛋白，可以使皮肤的昼夜节律时钟与明暗周期同步，而不依赖于眼睛去看或大脑去感知白天黑夜。”[3] 图：具有组织自主性的生物钟基因Bmal1可单独用光来驱动 2019年，在西班牙巴塞罗那生物医学研究所的一项研究表明，对人体生物钟起到关键作用的基因：CLOCK：BMAL1，可以不需要别的组织协助，单独用光来驱动——比如肝脏的BMAL1，可以独立侦测到光线的存在（应该是通过皮肤，因为即便是紫外线也无法透过真皮组织），并随着周围变黑暗而失去作用。[4] 这里顺便普及一下人体“外围生物钟”的概念。以往大众熟知的生物钟，是中枢生物钟，它位于人脑下丘脑的视交叉上核——从字面就可以知道，它受眼部接受的明暗信息影响，从而来调节人体节律。但在已知的研究中，生物钟是个整体机制——比如肝脏也存在“生物钟”，它严格调节着人体异生物素的吸收、分布、代谢和清除，其重要性不亚于中枢生物钟。 总结一下，除了眼睛之外，人体皮肤是可以感知光线的，其中包括不可见的紫外线和红外线，开灯睡觉或戴眼罩开灯睡觉的同学请注意了，你会睡不好，睡不好皮肤就不会好…… 咦？这位女同学，怎么今天记笔记这么认真？ 02 “早上七八点的太阳”影响你一天 皮肤既然可以感知光线，必定会对身体产生影响，这种影响是什么呢？ 答案之一，还是生物钟，依然是人体自身就存在的昼夜节律。只不过，这次影响到的，不是肝脏，是肾上腺。 日本的科学家在实验中发现，夜晚对小白鼠持续施以光照（丧心病狂啊），小白鼠身体核心温度和皮质醇水平都会变紊乱，而肝脏、肾脏、心脏和胰腺的生物钟基因表达也都会被逆转，可怜的小鼠们最后都被监测到患上不同程度的脏器癌症……[5] 请记住这个词：皮质醇。它由肾上腺皮质层产生。和它关系相逆的是一个我们熟悉的激素：褪黑素——一种来控制睡眠系统的激素——褪黑素水平的峰值，就是皮质醇的最低值（凌晨0-2点）。 在皮质醇和褪黑素“你退我进”的拉锯中，光线就是驱动机制，这也是为什么晚上长时间面对手机蓝光容易失眠的原因。 皮质醇（Cortisol，中文名：可的松）是一种肾上腺皮质激素，是由肾上腺皮质（对应髓质）部分分泌的类固醇激素。它一种糖皮质激素，又叫葡萄糖皮质激素，具有调节糖、脂肪、蛋白质的生物合成和代谢的作用，还能抗炎。 跟褪黑素相反，皮质醇是一种“白天激素”，它的外号是“压力荷尔蒙”，它会刺激身体调动肝糖原转换成葡萄糖，让葡萄糖进入细胞，它还会调动释放肌肉细胞的氨基酸，以及脂肪组织的脂肪酸。这些能量物质进入血液后，才可以更好地唤醒身体并维持觉醒。 正常情况，清晨6：00-8：00，下丘脑及外围器官的生物钟系统开始发挥作用，脑垂体分泌促肾上腺皮质激素，接到指令的肾上腺，开始分泌大量的皮质醇。 而早上8点以后，人体皮质醇水平会暴跌，早10点以后逐渐平缓，呈现缓慢下降的状态。到了傍晚，又会有一个小小的上升。这也是为何人早起的话会精神百倍，晚起后反而觉得一天都没精神的原因——你错过了早晨激素的生产最佳时段，体内能量不够啦。[6] 图：下丘脑-脑垂体-肾上腺组成了一条中轴线，生物学上叫作HPA轴，皮质醇和褪黑素都在这条轴上产生，它是人体控制白天黑夜人体昼夜节律、维持代谢和能量运转的中央系统。 肾上腺对人体来说，是一个非常重要的器官。上个月在相互宝，我采访过一个肾上腺皮质癌的病人，发病时，他连续20多天没有能睡着过，体重暴跌，全身浮肿。 你看坐在后排无精打采的那位同学，肯定是缺少皮质醇了。 03 快乐的传令兵：晒出来的血清素 阳光对身体的影响，答案之二，是5-羟色胺。它有一个更为人知的名字：血清素。 血清素最早在人体血清中发现，是一种抑制性神经递质（类似大脑神经元的传令兵）。其实血清素没那么快乐，因为它90%的功效是让你腹泻和呕吐……[7] 血清素分布在人体的三部分：约2%在大脑，约90%位于肠道，剩下约8%在血小板中，而肠道的部分，最终也会被血小板吸收，进入血液循环。当然，万能的造物主用血脑屏障组织了血管中的血清素进入大脑，所以人们才不会疯掉。 图：肠脑轴心。血清素90%存在于肠道 在中枢神经中，那区区2%的血清素可以产生哪些作用呢？说出来吓死你，它可以通过各种化学受体，诱导大脑对身体发出分泌各种激素的指令：比如大大有名的催产素、内啡肽，还包括生长激素，以及刚才上一节讲的促肾上皮质激素、皮质醇等等，从而帮助人体调节心情、食欲和睡眠、影响认知功能，包括记忆和学习——不愧是强大而快乐的神经元传令兵。 此前研究者一般认为，当阳光通过视神经进入大脑后，就能让大脑的血清素水平随之增加，因此让人心情改善。而此后的科学家发现，除了大脑、肠道和血小板，人体皮肤组织中还存在血清素，比如占人体表皮90%的角质形成细胞中也检测到了血清素，研究者甚至推测这是人在子宫内发育时，大脑和表皮有相同的胚胎外胚层。[8] 为了支持皮肤在血清素的光刺激中的作用，有科学家曾经做过一次有趣的实验，研究人员在实验室中对42位受试者进行了为期三周的光照测试（包含紫外线）。与11位对照相者相比，测试组的血清素水平明显高于对照组。[9] 左：边接受日照，大脑分泌血清素。右：夜晚大脑分泌褪黑素 很多健康问题与大脑血清素水平低有关。造成血清素减少的原因有很多，包括日照少，压力大、缺乏睡眠、营养不良和缺乏锻炼等。如果血清素水平进一步下降，还会引起抑郁症。 当然，解决血清素水平低，不仅仅只靠晒太阳就能解决，毕竟长时间曝露在紫外线坏境会有很多问题，幸运的是，药物学家手中有不少方案，可以改变大脑血清素水平，用于治疗抑郁症、广泛性焦虑症和社交恐惧症。 那么这些些抗抑郁、镇静安眠甚至是迷幻药当中的血清素，是怎么进入大脑中枢系统发挥作用的？ 人类的小聪明其实也就那么几种，这次是特洛伊木马——人们将类似胶囊原理的前置药物，穿透血脑屏障，然后代谢产生血清素，达到影响中枢神经的目的。 你看，晒太阳就可以让你快乐，还不用吃药。 04 日晒可以降低其他癌症的发病率 哎，先别扔防晒霜，我还没讲完…… 这位女同学的担忧是有道理的——如果经常晒太阳，紫外线怎么办？ 晒太阳伤皮肤，这似乎已经是个公认的定理了——阳光及紫外线的负面作用，从急性生物反应（例如晒伤和皮肤晒黑）到慢性暴露（例如皮肤老化），以及可能威胁生命的疾病——主要是皮肤癌的危险。 图：过度日晒最大的危险在于患皮肤癌的几率增加 其实科学家也有其他一些发现来安慰你——适当的光晒，可以降低一些患上其他癌症的几率：比如乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、胰腺癌、前列腺癌和其他一些癌症，甚至例如高血压和1型、2型糖尿病（都跟缺乏维生素D相关）这样的慢性病，在高纬度地区也高过低纬度地区（光照少）。[10] 科学家无法提供你准确的时间，应该在外面呆多长时间才能获得阳光的好处的。但是，定义过量的日晒取决于你的皮肤类型和太阳光线的直射程度：比如皮肤白的人通常比皮肤深色的人更容易晒伤；尽量避免太阳光线最强烈的时候，通常是上午10点至下午4点之间。 根据WHO(世界卫生组织)的公开文章[11]显示：每周2至3次在手臂、手部和脸部接受5至15分钟的阳光照射，足以让人体合成足够的维生素D。请注意，阳光必须穿透皮肤，抹防晒霜或被衣服遮蔽，不会摄取到维生素D。 图：光晒可以满足人体维生素D的需求 WHO的这篇文章提到：一般来说，如果要在外面呆15分钟以上，那么保护皮肤是个好主意。可以通过SPF至少为15的防晒霜做到这一点，戴防护帽和衣服也可以保护到皮肤。 皮肤接触阳光所带来的好处，除了此前说的精力充沛、心情愉快之外，晒太阳还可以促进人体合成维生素D，避免中老年人骨骼疏松和促进青少年骨骼发育。 因为食物中普遍含量较低，但我们几乎可以从阳光的紫外线中照射中合成人体所需要的全部维生素D。当然，皮肤色素的存在、防晒霜、皮肤老化、光照时间和季节以及纬度，会严重影响维生素原D的合成。[12] 好，今天的课就上到这里。同学们下课后，记得到阳光下走一走，晒一晒。 对了，11月3日的杭州马拉松，在杭州的朋友们记得去走一走，我就在现场哦。  【写在最后】（别打脸……） 支付宝是个神奇的软件，之前很多同学在评论区说，支付宝居然有计步？支付宝居然做运动科普？ 别说你们，我自己都很惊讶，居然在这里，能谋到一份跟支付完全无关的工作。 支付宝也是个神奇的公司，在这里，我已经完成十多篇稿（有相互宝的采访，也有运动的科普）——居然这周才新人培训…… 培训朝九晚十，全天候。整整一周，排得非常满，还有作业，熬夜差点没挂掉……所以本周的科普稿拖到今天才发，对一直关注科普内容的粉丝们，说一声抱歉哈。谢谢你们的关注和支持。 运动是为了健康，健康才最重要。运动健康也是知识的茫茫大海。很多时候，我们想看海，但baidu提供的永远只有广告…… 支付宝功能茫茫多，在运动生活号这个小角落，我能给到大家的，只能算是大海里的一滴水——但是，我会努力地写，我想通过这小小水滴，把看到这片海的机会，给到亲爱的你们。 不说了，我要写检讨去了…… 【参考文献】 [1] TED官网www.ted.com搜索“didn't sleep”，具体地址不放了 [2] Haltaufderhyde K, Ozdeslik R N, Wicks N L, et al. Opsin expression in human epidermal skin[J]. Photochemistry and photobiology, 2015, 91(1): 117-123. [3] 《Cell》细胞杂志第177卷，第6期，2019年5月30日，第1436-1447页.e12 [4] BMAL1-Driven Tissue Clocks Respond Independently to Light to Maintain Homeostasis. Cell. DOI: 10.1016/j.cell.2019.05.009 [5] Tahara Y, Shibata S. Circadian rhythms of liver physiology and disease: experimental and clinical evidence [6][美]肖恩·史蒂文森《这本书能让你睡得好：21个方法找回婴儿般好睡眠》，小编强烈推荐的睡眠科普书 [7] Enterochromaffin Cells Are Gut Chemosensors that Couple to Sensory Neural Pathways.Cell.2017 [8] 《美国实验生物学会会刊》，2002年6月。DOI： 10.1096 / fj.01-0952fje [9] [德]波鸿鲁尔大学教授Gambichler团队发表于《BMC皮肤病学刊》2002年；2：6 [10] M. Nathaniel Mead《Environ Health Perspect》 2008年5月 116(5): A197. [11] 《The known health effects of UV》，文章地址：https://www./uv/faq/uvhealtfac/en/index1.html [12] 《 Adv Exp Med Biol》2014; 810：1-16 |
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