Біологічні ритми

Біологічні ритми - фундаментальна властивість органічного світу, забезпечує його здатність до адаптації і виживання в циклічно мінливих умовах зовнішнього середовища. Проблеми, які вирішує Біоритмологія, важливі для пізнання життя як особливої форми руху матерії в часі і мають істотне значення для теоретичної і практичної медицини. Оскільки в біорітмологіческом аспекті здоров'я представляє собою оптимальне співвідношення взаємопов'язаних ритмів фізіологічних функцій організму та їх відповідність закономірним коливань умов середовища існування, аналіз змін цих ритмів та їх неузгодженості допомагає глибше зрозуміти механізми виникнення і розвитку патологічних процесів, поліпшити ранню діагностику хвороб і визначити найбільш доцільні тимчасові схеми терапевтичних заходів.

Оскільки практично всі показники життєдіяльності (біохімічні, фізіологічні і поведінкові) виявляють ритмічність, і перш за все ціркадіанние цілодобовий ритм, постає питання про те, як змінюються в онтогенезі тимчасова організація різних функцій і станів організму і не можуть ці зміни послужити критеріями вікових етапів? Чи не можна за допомогою аналізу ритмічної організації біологічних процесів на різних етапах онтогенезу підійти до вивчення таких централізованих понять біології, як гомеостаз і адаптація.

Ендогенна природа біологічних ритмів, зокрема добових, переконливо показана і визнається сьогодні більшістю дослідників. Однак між живою системою і навколишнього середовищем змінюються складні взаємозв'язки. Вони виявляються насамперед у ролі зовнішніх періодичністю в якості датчиків часу тобто у встановленні відповідних фазових і частотних співвідношень функцій організму з навколишнім середовищем. У залежності від умов проживання таку роль можуть виконувати різні екзогенні фактори. Це особливо важливо у відношенні онтогенетичного розвитку організму коли тільки встановлюється тимчасова організація функцій. Яка значимість зовнішніх періодичність для нормального розвитку? Чи є для ціркадіанной системи феномен імкрінтінга? Чи можна шляхом підвищення затягує сили датчиків часу або за допомогою оптичного датчика підтримати тимчасову впорядкованість старечого організму? Ці та інші питання представляють надзвичайно великий теоретичний і практичний інтерес.

Останнім час біосистеми інтенсивно досліджуються з позицій теорії надійності.

Інтерес до пізнання особливостей тимчасової організації біосистем в онтогенезі зростає в зв'язку з необхідністю вирішення питання про те, що ж є визначальним у онтогенезі - зміна фізіологічного стану з віком, що призводить до зміни тимчасової організації, або, навпаки, зміна ієрархічної структури тимчасової організації, що змінює функціональний стан організму.

Практичне знання хронологічного вивчення онтогенезу полягає у пошуку шляхів оптимізації нормального розвитку і підтримки ціркадіанной системи в старості. Такі дослідження допоможуть встановити нормативи для різних етапів пре-і постнатального розвитку, краще вирішувати питання розмежування норми від патології, діагностики та терапії, профвідбору та інші. Але вивчаючи розвиток ціркадіанной системи, треба враховувати крім самих ціркадіанних ритмів і ультрадіанние, і інфрадіанние складові, не забуваючи при цьому, що всі ці ритми лише відображають діяльність цієї системи, яка включає в себе, крім осциляторів, рецептори зовнішніх сигналів і відповідні шляхи між самими осциляторами і рецепторами.

Тільки через пізнання специфіки хронологічної структури на окремих етапах онтогенезу можливий вихід в медицину, на вивчення біоритмів індивідуумів, тобто свідомість Хрономедицина.

Становлення добової ритміки у зростаючих організмів.

Добові ритми є ендогенними, генетично запрограмованими. Це неодноразово доводилося прямими та непрямими методами.

Уже в 1932р Е. Бюннінг описав гібрид квасолі, що відрізняється по довжині періоду ціркадіанного ритму.

Особливо інтенсивно велися дослідження на дрозофілі. Були знайдені кілька генів, пов'язаних з ціркадіанним ритмом, найбільш цікавим з яких представляється так званий період-ген, який був виділений і клонований. Послідовності, подібні період-гену дрозофіли, знайдені в генетичному матеріалі, курей, мишей і людини, а також рослин. Про природженому характер ціркадіанних ритмів свідчать також досліди, в яких тварини розвивалися в постійних умовах, тобто за відсутності зовнішніх датчиків часу найбільш переконливі результати, отримані на птахів. На 19-й день інкубації в генатоцітах курячого ембріона показано становлення добового ритму змісту глікогену, тканинного дихання, деяких цітометріческіх і каріометріческіх показників. У ящірок, що проходили ембріональний і постембріонального розвиток в умовах виключення датчиків часу, з'являвся ціркадіанний ритм рухової активності.

Терміни появи добових ритмів відрізняються залежно від виду тварин і від досліджуваної функції. Становлення ціркадіанних біоритмів в онтогенезі, ймовірно, перш за все пов'язано з вмістом морфофункціональної організації відповідної системи органу. Так, у 19-денних курячих ембріонів деякі показники печінки (наприклад, глікоген, РНК) виявляють добові коливання, тоді як ритми цих же параметрів у мишей і щурів виникають до 3-тижневого постнатальному віком. Це, зокрема, можна пояснити різним ступенем зрілості організмів відразу після народження: якщо вилупилося з яйця курча готовий до самостійної життя, то мишеня або щурик - безпорадні, сліпі істоти, нездатні після появи на світ до самостійного життя без матері. Якщо порівнювати різні функції, то становлення добових ритмів, очевидно, залежить від дозрівання відповідного органу. На це вказують і численні дані на людях.

Це, однак, не означає, що ендогенні періодичності можуть прискорити або сповільнити становлення ціркадіанного ритму.

Становлення в онтогенезі фазових співвідношень біопроцесів.

У процесі онтогенезу відбувається не лише становлення і розвиток ціркадіанних ритмів, але і розвиток ціркадіанной архітектоніки біоритмів, становлення фазових співвідношень в певний ціркадіанний ансамбль.

Вже у новонароджених встановлений ціркадіанний ритм температури тіла, акрофази якого, однак, сильно розрізняються. До 4-му тижні відбувається процес синхронізації. Це говорить про те, що добові ритми виникають раніше, ніж відбувається їх загарбання зовнішніми періодичними процесами. Передумовою для цього є дозрівання відповідних механізмів, що включають рецептори зовнішніх датчиків часу і провідні шляхи. Так, акрофази ціркадіанних ритмів у грудних дітей відрізняються від таких у дорослих організмів.

Протягом постнатального онтогенезу може відбуватися і зміна датчиків часу. Дуже цікаві в цьому відношенні дослідження добового ритму рухової активності щурів. Показано, що рухова активність крисят переважає в нічний час діб. При штучному годуванні ж через зонд формування добового ритму рухової активності затримується до переходу на самостійне харчування.

Функціональна асинхронність на ранніх етапах онтогенезу встановлена не тільки між ритмами різних органів, але і в рамках одного і того ж органу. Т. Хельбрюгге показав, що у дітей ритм виділення сечі, що характеризує діяльність клубочків нирок, розвивається вже з 2-3 тижні, тоді як ритм виділення калію і натрію з сечею, відображає функцію канальців, спостерігається тільки з 3-го місяця постнатальної життя.

Відмінності у часу становлення добового ритму між окремими функціями у дітей Т. Хельбрюгге назвав "фізіологічної дісхроніей", тим самим підкреслюючи, що тут має місце не якийсь патологічний стан, а норма, що відповідає віку.

З усього вище сказаного випливає, що при розвитку ціркадіанной системи дотримується певна послідовність. У першу чергу на основі дозрівання відповідних органів і функцій формується сам добовий ритм. Надалі виникає можливість сприйняття зовнішніх датчиків, на основі чого встановлюється відповідні фазові відносини з навколишнім середовищем; цей процес може повторюватися у зв'язку зі зміною значущості ендогенних факторів.

Завершальним етапом є створення внутрішніх зв'язків між окремими функціями і осциляторами.

Таким чином, протягом онтогенетичного розвитку підвищується як екзогенна (адаптація до біотичних і абіотичних періодичність середовища), так і ендогенна (внутрішньо-і міжсистемна координація функцій) впорядкованість ціркадіанной системи. Виявом цього є й посилення амплітуд більшості добових ритмів.

Отже, терміни прояви ціркадіанних ритмів перш за все залежать від досягнутого ступеня зрілості. Наявні факти дозволяють зробити висновок, що становлення ціркадіанной тимчасової системи йде за певною генетичною програмою.

Біоритми в зрілому і старечому віці.

Розвиток ціркадіанного ритму біологічних процесів в онтогенезі є результат реалізації спадкової інформації, тобто генотипу на певному етапі індивідуального життя, оскільки ритм - це ознака. Відомо, що не всі ознаки формуються відразу при народженні. Зокрема, добова ритмічність процесу життєдіяльності, необхідна для зрілого організму, а не в момент народження. І. І. Шмальгаузен вказував, що найбільшою складності і разом з тим найбільшою цілісності організм досягає в зрілої фазі свого розвитку.

Максимальна надійність біосистем в зрілому віці обумовлена специфічною хронобіологічностью організації і перш за все максимальною величиною ціркадіанних амплітуд. У зрілому віці протягом досить тривалого часу зберігається відносна стабільність амплітуд, спектрального складу та акрофаз ціркадіанних ритмів.

У процесі старіння організмів їх хроноструктура змінюється. Для людини і для тварин відзначено не тільки зниження амплітуд біоритмів у процесі старіння, але також зсув спектрального складу в бік ультрадіанних складових і зміни акрофаз.

На основі літературних даних, а також теоретичних міркувань можна вважати, що розпад ціркадіанной системи протікає в зворотній послідовності по порівняно з її становленням. У першу чергу мабуть, погіршується внутрішня і зовнішня координація функцій, що може знайти вираз у зсуві акрофаз. Зсув акрофаз біоритмів у старості для різних функціональних систем і біопроцесів може істотно відрізнятися. Внаслідок цього змінюються і внутрішні, і зовнішні фазові співвідношення, що призводить до повної десинхронізації ритмів сну і неспання, а також температури тіла.

У процесі старіння постійно погіршуються пристосувальні можливості. Повна ж втрата адаптованої здатності призводить до загибелі. На прикладі добового ритму рухової активності мишей показано, що за 1-2 тижні до смерті спостерігається повна неузгодженість із зовнішнім датчиком часу.

Акрофаза рухової активності зміщується в середину світлового періоду у зв'язку з скороченням періоду рухової активності до 22-23 годин.

Повний розпад добового ритму спостерігається тільки за 2-3 дні до смерті. Це підтверджує, що сама ритмічність зберігається дуже довго. Встановлений факт ще раз ілюструє зазначене вище положення, що перш за все зникає координація різних ціркадіанних ритмів (ті є внутрішніх акрофаз) в 24-годинному циклі.

Висновок.

У процесі розвитку формується тимчасова організація функцій організму. В даний час найбільш важливим є не констатація феноменології ритмів, а біологічна оцінка значимості особливостей ціркадіанной тимчасової організації організмів на різних етапах онтогенезу як в нормі, так і при патології. У цьому аспекті можна навчитися не приймати випадкові бистрозатухающіе коливання за справжні ритми, властиві біосистеми на даному етапі онтогенезу.

Відомо, що життєздатність з точки зору вікової фізіології - це діапазон адаптаційних можливостей організму, тобто подвійна амплітуда біоритмів.

Основне значення в оцінці життєздатності належить саме ціркадіанной амплітуді біопроцесів на різних рівнях організації живих систем (від клітинного до організменного). Слід погодитися з тим, що "24-годинна періодичність - Це справді єдність нашої природної хронології ".

У світлі викладеного вище старіння - це зміна негентропійної тенденції розвитку на ентропійних, у цей період гальмується здатність повертатися до вихідного стану, йде звуження меж розвитку, фізіологічного стресу, надійність організму зменшується.

незворотний онтогенетичний процес іде в період росту і в так званому стаціонарному стані, тобто в дорослому (зрілому) віці, не зі знаком мінус, а з знаком плюс. Таким чином, переважають негентропійної процеси.

Встає фундаментальне питання - коли ж закінчується стаціонарний період зрілого віку і починається старечий?

Відповідь на це питання відкриває перспективу визначення біологічного віку і його маркерів, а в методологічному плані наближає нас до пізнання біологічного часу.

Проблема біологічного віку - найважливіша в сучасній вікової фізіології в цілому і в геронтології зокрема - залишається до сих пір невирішеною. Визначення біологічного віку важливо перш за все для виявлення точки відліку, від якої можна кількісно оцінювати дійсний фізіологічний вік.

Просторово-часова організація процесів біосистеми розвивається в онтогенезі, досягаючи в зрілому (стаціонарному) віці оптимуму адаптивності, максимуму надійності та впорядкованості, мінімуму ентропії.

Таким чином, в цей період онтогенезу досягається вдосконалення ціркадіанной тимчасової організації, а ціркадіанние ритми - ведуча ланка в цілісній ритмічної системи організму, що грає роль загального початку, що об'єднує всі фрагменти організму в єдине ціле. На думку багатьох авторів, хронологічним маркером старіння, критерієм біологічного віку є початок зміни ціркадіанной хроноструктури зрілого віку, яка повинна проявитися в зменшення амплітуд біопроцесів, зміни в конфігурації акрофаз, посиленні спектру ультрадіанних складових в ритмічній структурі біосистеми.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://med-lib.ru/