Избранные вопросы хронобиологии
Оптимальная организация живого во времени подразумевает внутреннюю последовательность физиологических событий и метаболических процессов таким образом, что взаимозависимые функции координированы, а несовместимые сепарированы во времени. Moore-Ede M. C.
Хронобиология – это микроскопия времени. F. Halberg
Термин «хроном» применительно к физиологии предложил F. Halberg. Он обозначает комплексную временную организацию изучаемого показателя живой системы, независимо от её уровня организации. Концепция хронома подразумевает, что временная организация биологических систем закономерно организована во времени и генетически детерминирована, но находится под модифицирующим влиянием внешней среды. Хроном состоит из трёх взаимосвязанных компонентов: ритмов разных частот, модулирующих друг друга; трендов – линейных изменений функций, обусловленных возрастными изменениями, заболеваниями, лечением, выздоровлением и т. д.; области шумов – хаотических изменений, недоступных описанию каких-либо закономерностей современными математическими методами.
Практически любая физиологическая функция, исследуемая в динамике, имеет эти три компонента, хотя их удельный вклад в общую вариабельность функции может существенно отличаться в зависимости от особенностей её регуляции. Современная хронобиология ставит задачу изучения комплексной временной организации функций организма, основываясь на вышеизложенных позициях. (Н. А. Агаджанян, Д. Г. Губин, 2004 г.)
Учение о биологических ритмах является составной частью хронобиологии. Биоритмы определяются этой наукой как колебания интенсивности или скорости какого-либо биологического процесса, наступающего через приблизительно равные промежутки времени. Длительность одного полного цикла ритмического колебания называется периодом. На основе различной длины периодов биоритмов предложены различные варианты классификации ритмической активности организма. Н. И. Моисеева и В. М. Сысуев выделяют 4 класса биоритмов:
1. Ритмы высокой частоты (от долей секунды до 30 мин.).
2. Ритмы средней частоты (ультрадианные – до 20 час., циркадианные 20 – 28 час., инфрадианные – свыше 28 час., циркасептанные – около 7 суток).
3. Ритмы низкой частоты – от 20 суток (циркавигинтанные) до нескольких лет (многолетние).
4. Мегаритмы – десятки и многие десятки лет. (Н. И. Моисеева, В. М. Сысуев, 1981 г.)
В 1632 году английский естествоиспытатель Джон Врен в своем «Трактате о травах» («Herbal Treatise») впервые описал дневные циклы тканевых жидкостей в организме человека, которые он, следуя терминологии Аристотеля, назвал «гуморы» (от лат. humor – жидкость). Каждый из «приливов» тканевой жидкости, по мнению Врена, длился шесть часов. Гуморальный цикл начинался в девять часов вечера выделением первой гуморы желчи – «сhole» (от греч. cholе – желчь) и продолжался до трех утра. Затем наступала фаза черной желчи – «melancholy» (от греч. melas – черный, chole – желчь), за которой следовала флегма – «phlegma» (от греч. phlegma – слизь, мокрота), и, наконец, четвертая гумора – кровь. И хотя современная медицина никакой связи физиологии с мистическими гуморами не признает, описанные Вреном закономерности смены настроений, интеллектуальных возможностей и физического состояния имеют вполне научную основу. Наука, изучающая суточные ритмы организма, называется хронобиологией (от греч. chronos – время). Ее основные понятия сформулировали выдающиеся немецкий и американский ученые, профессора Юрген Ашофф и Колин Питтендриг.
Главное понятие хронобиологии – сменяющие друг друга эндогенные дневные циклы, называющиеся «биологическими часами», околосуточными (поскольку они лишь приблизительно по времени соответствуют суткам. – Авт.) или циркадианными (от лат. сirca – около) и (от лат. dies – день). Наибольшее значение для нормальной жизнедеятельности, по мнению Б. Алякринского, имеют циркадианные (околосуточные) ритмы, наличие которых продемонстрировано от простейших до человека и на всех уровнях организации – от клеточных до поведенческих процессов. В циркадианном ритме изменяется чувствительность живых систем самого разного уровня развития к раздражителям любой природы.
Считается, что наблюдающийся в природе суточный ритм складывается из двух компонентов: эндогенного (суточная организация морфофункциональных структур организма) и экзогенного (воздействие внешнесредовых факторов на активность организма с регуляцией его ритма и поведения). (Б. С. Алякринский, 1989 г.) Эти ритмы напрямую связаны с циклической сменой освещенности, то есть с вращением Земли вокруг своей оси. Эти ритмы являются врожденными и представляют собой филогенетическую адаптацию к временной структуре окружающего мира. Экспериментально было доказано, что ритмичность сохраняется даже в отсутствие всех внешних факторов. (У человека более 100 различных физиологических параметров циклически изменяются с интервалом чуть больше или меньше 24 часов, что свидетельствует об их зависимости от эндогенных процессов. Почему природа не позаботилась точнее синхронизировать циркадианные ритмы с вращением Земли? Но если так ставить вопрос, точность нужна очень уж высокая. Если различие между циркадианным ритмом и земным днем составит одну минуту, сдвиг в шесть часов будет достигнут не за несколько дней, а за годы, только и всего.) Но на самом деле жизнь индивидуума и вида в целом слагается из множества ритмов. Есть среди них ультрадианные – те, что гораздо короче дня и длятся миллисекунды, секунды (например, ритмы сердечных сокращений), а также инфрадианные сезонные, годовые, многолетние. Однако суточные ритмы наиболее заметны. (Чтобы убедиться в их огромном значении, достаточно лечь спать не вовремя…)
Польза живым существам от ритмов огромна. Очень полезно предвидеть хотя бы самое близкое будущее и загодя к нему готовиться: с приближением неблагоприятного времени суток засыпать, а в хорошее время просыпаться, ощущать голод именно тогда, когда есть возможность охотиться, и так далее. (Ни один процесс в природе не протекает равномерно и непрерывно. Внешние для организма условия изменяются с более или менее четкой периодичностью: суточные и сезонные колебания температуры и освещения, приливы и отливы… Но и внутренние процессы в любом живом существе тоже периодичны: за голодом следует сытость, за нагрузкой – отдых. Некоторые из этих периодов впрямую навязаны внешними изменениями, другие – устройством самого организма или законами физики.
