НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ХРОНОБИОЛОГИИ

Наука, объективно исследующая на количественной осно­ве механизмы биологической временной структуры, включая ритми­ческие проявления жизни, называется ХРОНОБИОЛОГИЕЙ (Halberg F., Katinas G.et al.,1973).

В общем смысле ритм понимается как устойчивое, закономерно проявляющееся повторение в организации материальных систем и процессов. Биоритм представляет собой колебания, наступающие приблизительно через равные промежутки времени, интенсивности или скорости какого-либо биологического процесса. Повторяемость биологического явления в ритме относительна. Исходя из этого под БИОЛОГИЧЕСКИМ РИТМОМ понимают регулярное, периодическое повторение во времени характера и интенсивности жизненных про­цессов, отдельных состояний или событий.

КЛАССИФИКАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ РИТМОВ.

В основу большинства классификаций положена длительность пе­риода Т. Однако довольно часто в литературе применяют и другие принципы и подходы к колебательным процессам.

Наиболее часто используется классификация биоритмов предло­женная Н.И.Моисеевой и В.М.Сысуевым (1981), а также F.Halberg,

A.Reinberg (1967).

Н.И.Моисеева и В,.М.Сысуев разделяют биоритмы по частоте на 5 классов:

1-й - ритмы высокой частоты от долей секунды до 30 минут (ос­цилляции на молекулярном уровне, ритмы ЭЭГ, сокращения серд­ца, дыхание, перистальтика кишечника и т.д.).

2-й- ритмы средней частоты от 30 минут до 28 часов, включая ультрадианные (до 20 час) и циркадианные (20 - 28 час).

3-й - мезоритмы, инфрадианные (28 час - 6 дней), циркасептальные (около 7 дней).

4-й - макроритмы с периодом от 20 дней до одного года.

5-й - мегаритмы с периодом в десятки и многие десятки лет.

F.Halberg с соавт. также разделяют ритмы в зависимости от частоты на

высокие частоты (0,5 час) -ЭЭГ,частота пульса,частота ды­хания;

- средние частоты - ультрадианный (0,5 - 20 час);

.); циркадианный (20 - 28 час);

инфрадианные (28 час - 2,5 сут

- низкие частоты - циркасептидианные ( 7_+ 3 дня); циркавигинтидианные (21 _+3 дня);

циркатригинтидианные (30 _+ 5 дней);

циркануальные (1 год +_ 2 мес).

ВРЕМЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА.

Одним из главных вопросов в хронобиологии является вопрос о происхождении биоритмов, их эндогенности или экзогенности. Иными словами генерируются ли ритмы самим организмом или являются следствием импульсов поступающих из вне. По данной проблеме бы­ло проведено большое количество исследований (как на животных так и на людях) в результате которых сформулирован ряд гипотез. В целом эндогенное происхождение ритмов подтверждается, а экзо­генные факторы синхронизируют (затягивают) внутренние ритмы ор­ганизма в соответствии условиями внешней среды. Объединение ритмических процессов в единый ансамбль осущест­вляется на основе иерархических принципов: высшие уровни регу­ляции определяют параметры колебаний для процессов подчиненного уровня.

В последнее время рассматривается три модели циркадной ор­ганизации многоклеточного организма (Moore-Ede M. et al.,1976):

1.МОНООСЦИЛЛЯТОРНАЯ модель - содержит единственный генератор автоколебаний с циркадным периодом, который задает ритм всем остальным системам организма.

2.МУЛЬТИОСЦИЛЛЯТОРНАЯ модель - представляет собой циркадную систему организма как объединение множества элементов, обладаю­щих пейсмекерными свойствами, но подчиняющихся ведущему водите­лю ритма, который в свою очередь синхронизируется с внешними периодическими процессами.

3.НЕИЕРАРХИЧЕСКАЯ МУЛЬТИОСЦИЛЛЯТОРНАЯ модель - включает цир­кадную систему многоклеточного организма, состоящую из незави­симых пейсмекеров, объединяемых в несколько групп сцепленных осцилляторов.В каждой группе имеется центральный водитель рит­ма,"не жестко" связанный с другими автоколебательными подсисте­мами и ритмами внешней среды. В этой модели допускается нес­колько входов в систему для различных внешних "датчиков времени".

Экспериментальные данные, полученные при изучении биологи­ческих ритмов в постоянных условиях при практически полном от­сутствии внешних датчиков времени, свидетельствуют о большем соответствии действительности неиерархической мультиосциллятор­ной модели.

ПРИРОДА И ЛОКАЛИЗАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ РИТМОВ.

На сегодняшний день накоплено достаточное количество фактов, свидетельствующих о локализации биологических "часов" в клетке, хотя вопрос о материальном субстрате остается не ясным.

Так К.Питендрай (1964) считает, что временная организация биосистем осуществляется "часами", которые локализуются не вкаких-либо клеточных органоидах, а самой клеткой в целом, представляющей собой часы (т.е. клетка, являясь самоподдержива­ющейся системой, обладает механизмом гомеостатической регуля­ции, осуществляющейся по принципу обратной связи). А.М.Эмме (1962) указывает на ритмично повторяющуюся цепь изменений, свя­занных с синтезом полинуклеотидов, в то время как Е.Е.Сельков (1985) считает, что задающим генератором биологических ритмов может быть автоколебательная система биохимических реакций.

Сформулирована также и "кибернетическая концепция" (ПавлидисТ.,1984) согласно которой единственным принципом деятельности саморегулирующихся систем может быть ритмический процесс, сос­тоящий из фаз положительной и отрицательной энтропии, энергети­ческой зарядки и разрядки систем. При этом ритмика связана с переменой направления движения ионов внутри клетки и изменением потенциала клеточной оболочки.

Halberg F.(1964) выделяет три условия и три уровня регуляции биологических ритмов: нейрогенный, эндокринный и внутриклеточ­ный. Нервная система, вероятно, выполняет интегративную функцию, то есть объединяет и синхронизирует все разнообразные и разно­качественные процессы. Эндокринные железы сами имеют суточный ритм и в какой-то мере определяют ритмы некоторых функций орга­низма. Следовательно ,нейрогуморальные механизмы регуляции осу­ществляют все процессы адаптации к изменяющейся окружающей сре­де, интегрируют и координируют все физиологические процессы.

Таким образом в настоящее время не вызывает сомнения сам факт наличия клеточных пейсмекеров, способных генерировать ав­токолебания с суточным и околосуточным периодом. Объединение локальных колебательных процессов в циркадную систему целого организма осуществляется в соответствии с мультиосцилляторным принципом. Согласно ему, автономные генераторы суточных ритмов объединяются в несколько групп сцепленных осцилляторов, относи­тельно независимых друг от друга.

ВНЕШНИЕ ФАКТОРЫ СИНХРОНИЗАЦИИ ЦИРКАДНЫХ РИТМОВ.

Синхронизация колебательных процессов, протекающих в живых системах на различных уровнях от клетки до биоценозов, происхо­дит под влиянием геофизических циклов. Экспериментально установлено, что из всего многообразия внешних переменных, реальное значение для биологических ритмов животных и человека имеют;

- фотопериодика;

- колебания геомагнитного поля;

- в определенных условиях колебания температуры среды.

"Внешние датчики" времени оказывют синхронизирующее воздейс­твие на многие метаболические и вегетативные процессы не прямо, а опосредованно, через изменения ритмов двигательной и пищевой активности животных. Их роль возрастает у человека, так как во многих случаях имеет место прямая социальная регламентация ре­жимов труда, отдыха и питания. Поэтому у животных и человека вы­деляют 2 группы синхронизаторов - геофизические и социальные.

Кроме суточных ритмов существуют и сезонные ритмы внешней среды. Сезонными ритмами называются любые закономерно проявляю­щиеся изменения в живой природе, протекающие с периодом в 1 год. Это ритмы экологического плана, не являющиеся абсолютно не­обходимыми для поддержания жизни, но они создают относительную гарантию для выживания отдельных особей, популяций в условиях постоянной среды обитания. Влияние сезона года особенно четко проявляется в растительном мире (связана с длиной солнечного дня, температурой возду­ха, температурой и влажностью почвы и т.д.). У человека изменения физиологических функций организма в основном связаны с погодно-климатическими условиями данной местности.

Периодические проявления в организмах зависят в большой сте­пени от лунных и солнечных ритмов. Так ритмические процессы, вызванные вращением Луны вокруг Земли, проявляются в ритмике приливов воды в океане и воздуха в атмосфере. Приливные волны в атмосфере в свою очередь отражаются на многих метеорологических факторах, резонансных свойствах атмосферы, геомагнитном по­ле. Для биологических систем особое значение имеют приливные яв­ления.

Луна воздействует на условия среды обитания двумя способами:

- световым воздействием ночью (главным образом в полнолуние) и гравитационным (приливы). Это влияет на поведение живот­ных, циклы их размножения и развития, в результате чего склады­ваются видоспецифические процессы адаптации к ночным или при­ливным условиям;

- связано с прохождением Луны через магнитосферный шлейф Земли, что увеличивает амплитуду магнитных пульсаций и возму­щенность магнитного поля.

Что касается солнечных ритмов, то поскольку вся жизнь на Земле связана с солнечным излучением, активность Солнца оказывает значительное влияние практически на все биологические процессы. Наиболее изученными в этом отношении являются ритмические колебания солнечной активности с периодом в 11,5 лет.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ РИТМОВ.

На основе участия в проявлении биоритмов генетических факто­ров, выдвигается положение о том, что биоритмологические особенности относятся к устойчивым индивидуальным свойствам и мо­гут рассматриваться как один из элементов конституции человека и животных.

ФИЗИОЛОГИЯ БОЛИ