Курс лекции по дисциплине хронобиология для специальности биология

Вид материалаЛекции
Эндогенные осцилляторы
Десинхроноз – как профессиональное заболевание
Хронобиологические аспекты чувствительности и резистентности организма
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6

ЭНДОГЕННЫЕ ОСЦИЛЛЯТОРЫ



Мишенью, реагирующей на внешние показатели времени может быть как отдельная система организма (прием пищи), так и многие системы, органы, ткани (смена дня и ночи). Биоритмы могут быть связаны непосредственно с задавателями ритмов (подача пищи – секреция желез). Другие связаны со сложными неизученными и не всегда понятными временными связями (женские менструальный цикл). Обычно одни биоритмы с более длительными периодами согласуются с кратковременными ритмами так, что в конечном итоге в этих сложных комбинациях вообще трудно уловить и обнаружить какую-либо периодику. Лишь математический анализ позволяет вычислить из множества отдельных колебаний отдельные виды.

В чем же заключается связь и взаимодействие между времязадаваетлями и эндогенными колебаниями? Существует ряд представлений об этом.

Централизованное управление внутренними колебательными процессами подразумевает наличие единых биологических часов. Разберем на примере суток (смене дня и ночи) воспринимающий прибор – глаз – зрительные нервы – зрительный центр – супрахиазматические ядра гипоталамуса – эпифиз – гормон миеланотонит – половые гормоны, кортикостероиды и т.д. – вегетативные функции.

Мультиосцилярные механизмы взаимодействия внешних времязадавателей с различными осцилляторами организма. Под действием многочисленных факторов имеющих разные точки приложения происходят колебания в системах, органах и тканях. Одним из звеньев, связывающих внешние датчики времени и внутренние биологические часы, может являться вода. Вода входит во все клетки организма и служит основой всех жидких сред. Обнаружено, что строение молекул внутри органической воды подвержено влиянию различных гео- и гелиофизических факторов, в зависимости от которых приобретает при этом различные биологические свойства. От изменчивости свойств воды внутри тканей в межклеточном веществе и внутри клеток может зависеть скорость течения и характер ферментативных процессов, характер некоторых сторон метаболизма, проницаемости мембран.

В целом гипотеза единых биологических часов и полиосциляторной внешней стороны организма вполне совместимы.

Биоритмы во многом заложены в генетической программе организма. Связь отдельных ритмов с внешними задавателями может быть прямой или опосредованной, прочной и менее прочной. Биоритмы обладают стойкостью. Изменение привычных ритмов времязадавателей не сразу сдвигает биоритмы.

Относительность понятия отсчета времени. Переработка полученных от различных времязадавателей сигналов, действующих на различные рецепторы, осуществляется корой больших полушарий с учетом подкоркового вещества мозга и одновременно порождает осознанную субъективную оценку человеком времени и временных интервалов. Следует отметить, что животное с удалением правого полушария хорошо дифференцирует время, в то время как при удалении левого полушария рефлексы на время почти невозможно выработать. У больных так же при поражении левого полушария наблюдается извращенная оценка течения времени.


ДЕСИНХРОНОЗ – КАК ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ЗАБОЛЕВАНИЕ


Вскоре после того, как в гражданской авиации стали широко практиковаться пассажирские рейсы на реактивных самолетах, когда они приобрели массовый характер и стали будничным явлением, было отмечено, что в первые дни после прибытия на новое место люди часто испытывают какой-то физический и психический дискомфорт: ночью не спится, а днем, наоборот, одолевает сонливость, исчезает аппетит, появляется раздражительность, падает работоспособность. Через некоторое время все это проходит и человек обретает прежнее самочувствие. Эти явления регулярно возникают при перелетах с пересечением часовых поясов. Выраженность их индивидуальна, но в целом они проявляются тем ярче, чем больше разница во времени между отправным и конечным пунктами полета. Дальнейшие исследования показали, что негативные физиологические эффекты трансмередиональных перелетов обусловлены быстрым смещением фазы времядатчиков относительно фазы циркадных ритмов организма. Чтобы пояснить эту мысль, предположим, что мы совершили перелет из Москвы в Петропавловск-Камчатский (разница во времени между обоими городами составляет 9 часов). Допустим, что самолет прибыл в Петропавловск в 15 часов по Московскому времени. В этот момент в Петропавловске уже полночь, поэтому, добравшись до гостиницы, мы сразу ложимся спать, однако заснуть не удается – ведь в Москве пока еще день. Едва дождавшись рассвета, так и не сомкнув глаз, мы встаем и приступаем к делам. Но вскоре нас охватывает сонливость, вялость, непреодолимое желание лечь и выспаться; действует Московская привычка – в Москве время приближается к полуночи. Весь день мы с трудом проводим на ногах. За обедом почти ничего не съедено: в Москве конец ночи, и есть еще совсем не хочется. Приходит вечер: мы ложимся в постель, усталость берет свое, и на этот раз нам удается немного поспать, хотя сон неглубок и беспокоен. Днем опять наваливается сонливость, но уже не такая сильная, как накануне. И так день за днем мы привыкаем к новому распорядку, и примерно через неделю уже чувствуем себя неплохо. Возникло рассогласование по фазе между датчиками времени и циркадными ритмами организма. В результате мы оказались неприспособленными к новым условиям, что проявилось в ухудшении сна, потере аппетита, снижении работоспособности и других симптомах. В организме есть и другие, инертные процессы, фаза которых изменяет свое положение гораздо медленнее. К их числу относится, например, суточный ритм температуры тела. И вот оказывается, что в то время, как подвижные ритмы уже пришли в соответствие с новым режимом жизни, инертные ритмы только начинают свою перестройку, сохраняя в основном еще старое положение фаз. В результате естественная взаимосвязь циркадных ритмов организма, их взаимная синхронизация утрачивается. Жизненные процессы оказываются десинхронизированными. И до тех пор, пока инертные ритмы не завершают своей перестройки, эта десинхронизация не исчезнет. Состояние организма в период рассогласования циркадных ритмов, их взаимной десинхронизации, получило название – десинхроноза. После сдвига времени сна к непривычным часам десинхроноз вначале вступает в явной форме. Нарушение взаимной слаженности физиологических и биохимических процессов, ответственных за обеспечение глубокого и полноценного сна, приводит к резкому его ухудшению.

Десинхронизация циркадных ритмов в сфере пищеварения расстраивает эту функцию, что внешне выражается в частичной или полной потере аппетита. Недостаток сна способствует появлению раздражительности, поддерживает сонливость и вялость в дневные часы. Десинхронизация переходит из явной формы в скрытую. В состоянии скрытого десинхроноза большинство ритмов уже завершило свою перестройку, однако ряд наиболее инертных, «глубоко упрятанных» процессов еще продолжает перестраиваться. В этой стадии, несмотря на внешнее благополучие, нормализацию сна, восстановление аппетита, возвращение хорошего самочувствия и исходной профессиональной продуктивности – эффективная работа организма обеспечивается ценой избыточного напряжения, необходимого для мобилизации функциональных резервов, в обычных условиях остающихся нетронутыми. Длительность периодов явного и скрытого десинхроноза определяется величиной фазового сдвига. При максимально возможном сдвиге фазы ритма «активность – покой», равном 12 часов (инверсии), явный десинхроноз продолжается в среднем, без учета индивидуальных вариаций, около 10-15 дней. Что касается скрытого десинхроноза, нужно заметить, что этот феномен изучен еще очень мало, но и те немногочисленные данные, которыми располагает биоритмология, разноречивы. При определении сроков десинхроноза нужно иметь в виду также направление сдвига. По мнению большинства исследователей, после перелета в восточном направлении период явного десинхроноза длится примерно на 2 суток больше, чем после перелета на запад. Необходимо заметить, что продолжительность десинхроноза после трансмеридиального перелета во многом определяется уровнем самодисциплины: чем пунктуальнее следовать новому распорядку жизни, тем быстрее удается приспособиться к нему, тем короче период десинхроноза. Однако в любом случае десинхроноз неизбежен, и именно поэтому в ряде стран людям, отправляющимся в деловые поездки, не рекомендуется принимать ответственные решения в первые три дня после (быстрого) прибытия в новый часовой пояс. Мы рассмотрели феномен так называемого острого десинхроноза, развивающегося после быстрого однократного сдвига фазы ритма сна-бодрствования. В случае частых повторных сдвигов, характерных для работы в гражданской авиации на трансмеридиальных линиях, десинхроноз принимает хроническую форму, так как при частом изменении распорядка сна-бодрствования циркадные ритмы жизненных функций просто не успевают синхронизироваться друг с другом. В результате возникают длительные и стойкие нарушения сна, желудочно-кишечные расстройства, нервные заболевания (неврозы). Хронический десинхроноз представляет одну из важных проблем авиационной медицины. По данным французских специалистов, 78% летного состава, обслуживающего трансмеридиальные авиалинии, страдает от частой смены часовых поясов. Это особенно относится к молодым людям. Дело в том, что молодежь, попадая в новый часовой пояс, стремится сразу же перейти к новому распорядку жизни, тем самым стимулируя перестройку своих циркадных ритмов. Однако через 2-3 дня, вернувшись домой, приходится возвращаться к исходному ритму сна-бодрствования, что сопровождается повторными передвижками фаз жизненных ритмов и т.д. У этих людей фазы циркадных ритмов постоянно находятся в движении, между ними нет устойчивой слаженности, согласованности. Отсюда и десинхроноз со всеми его отрицательными последствиями. Пилоты же старших возрастов научились избегать десинхроноза. После трансмеридиального перелета они соблюдают привычный график сна-бодрствования, характерный для места их постоянного жительства, чтобы не допустить передвижки фаз жизненных ритмов и сохранить их естественную взаимную синхронизацию. Кроме того, они стремятся как можно скорее покинуть промежуточный аэропорт и вернуться домой. Хотелось бы порекомендовать такую линию поведения всем летчикам. Это поможет им обеспечить свое профессиональное долголетие. Частые изменения ритма сна-бодрствования наблюдаются не только в гражданской авиации, но и на производстве со сменной организацией труда. Сменная работа, особенно при нерациональном чередовании смен, также может повлечь за собой хронический десинхроноз с характерной для него триадой симптомов: стойкими нарушениями сна, желудочно-кишечными расстройствами, неврозами. Люди, работающие по сменному графику, нуждаются в дополнительном отдыхе, во время которого они обязательно должны придерживаться четкого распорядка жизни, соответствующего естественному чередованию дня и ночи. Это необходимо для того, чтобы стабилизировать положение фаз циркадных ритмов организма, восстановить их нормальную слаженность, в той или иной мере нарушенную в результате переходов из одной смены в другую, и тем самым предупредить развитие хронического десинхроноза. Следует сказать также несколько слов о десинхронозе, сопровождающем человека на длительных зимовках в Арктике и Антарктике. Как показывает опыт советских арктических и антарктических экспедиций, у полярников, которые впервые оказались в условиях заполярья, нередко отмечаются нарушения сна. Во время полярного дня человек плохо засыпает, часто просыпается, спит меньше, чем обычно. В часы бодрствования наблюдается сонливость, вялость, головные боли, быстрая утомляемость, снижение производительности работы. Другими словами, основное проявление десинхроноза в этих условиях – нарушение ритма сна-бодрствования. В период полярного дня отмечены также искажения суточной ритмики температуры тела с различными смещениями акрофаз. В ряде случаев были зарегистрированы температурные кривые с минимумами в период бодрствования и максимумами во время сна, т.е. фактически обратные нормальным. Еще одна потенциальная причина десинхроноза – жизнь в свободно текущем, нечем не регламентированном режиме в условиях изоляции от внешнего мира. Такие условия преднамеренно создавались в специальных исследованиях с участием человека, выполненных в пещерах и бункерах. Оказывается, в таких условиях суточные ритмы изучавшихся физиологических показателей, в частности, температуры тела, не следовали за ритмом сна-бодрствования, проявляя тенденцию к сохранению 24-часовой продолжительности периода. Другими словами, наблюдалась взаимная десинхронизация ритмов сна-бодрствования и температуры тела. Следовательно, как подчеркивал Ю. Ашофф, циркадная система организма человека в условиях свободно текущего ритма склонна к десинхронозу. Признаки десинхроноза были отмечены у спортсменов в состоянии перетренированности. Опыт клинической медицины показывает, что десинхроноз сопровождает любое заболевание, причем нередко обнаруживается еще до появления выраженных симптомов, подобно «первой ласточке» сообщая о надвигающимся событии – болезни. Поэтому, как подчеркивают клиницисты, исследование суточных ритмов организма является надежным инструментом ранней диагностики заболеваний. Установлено также, что в остром периоде выраженность десинхроноза соответствует тяжести заболевания, поэтому по состоянию суточных ритмов жизненных функций можно судить об активности патологического процесса. По мере выздоровления симптоматика десинхроноза постепенно сглаживается. Следовательно, регистрация суточных ритмов позволяет контролировать эффективность лечения. Наконец, нужно сказать, что иногда симптомы десинхроноза сохраняются и после клинического выздоровления, что является показателем степени излеченности и основанием для прогноза дальнейшего хода болезни. Такие данные получила, в частности, советская исследовательница Л.В. Еремина. Она показала, что у больных язвенной болезнью желудка и 12-перстной кишки с благоприятным течением заболевания симптоматика дисинхроноза после курса лечения либо значительно смягчалась, либо полностью исчезала. У больных с осложненным течением согласованность циркадных ритмов к концу лечения не восстанавливалась. Дальнейшие наблюдения за этой группой лиц показали, что на фоне таких нарушений нередко следовал быстрый рецидив заболевания. Десинхроноз является обязательным спутником стресса, или, как говорят специалисты, обязательным компонентом стресс-синдрома. Однако такое чисто феноменологическое представление о десинхронозе не вскрывает его существенных особенностей и тех механизмов, которые сейчас уже достаточно хорошо проанализированы. Исходя только из этого закона, есть все основания утверждать, что и десинхроноз несет в себе как отрицательное, так и положительное начало. Отрицательная его роль подробно описана выше применительно как к животным, так и к человеку. Сомнений в ее реальности нет. Менее очевидна положительная роль десинхроноза. В этой роли он как бы упрятан в глубине сцены, на которой разыгрывается пьеса жизни здорового организма. Десинхроноз здесь однозначно затушеван выразительными факторами, свидетельствующими о том, что благополучие организма – его здоровье и работоспособность – прямо связаны с устойчивостью циркадной системы, хорошо согласованной во всех своих звеньях. Именно поэтому признание положительной роли десинхроноза вызывает внутренний протест, представляется некоторым теоретическим «вывертом», не отвечающим голосу здравого смысла. В положительной роли десинхроноз выступает и в тех случаях, когда в порядке защиты от действия повреждающих факторов ритмы организма, непосредственно причастные к этой защите, удлиняют свои периоды. Еще Г. Спенсер обращал внимание на то, что реакция на раздражение, требующая повышенного расхода энергии, сопровождается последующим долгим отдыхом «во время которого запасный капитал пополняется». В этом несомненно, проявляется одна из важнейших закономерностей адаптационного процесса: «…очень важным в определении устойчивости биологических систем является продолжительность периодов, в течение которых могут наиболее эффективно осуществляться восстановительные процессы». Естественно, что удлинение периода суточных ритмов неизбежно сопровождается их взаимной десинхронизацией, которая в данном случае выступает в своей положительной роли. При анализе феномена десихнозноза обычно используется понятие стресса: коль скоро регистрируется факт рассогласования циркадных ритмов, говорят, что организм находится в состоянии стресса. По-видимому, с этим следует согласиться, с одной только оговоркой, это верно лишь в том случае, если в нем усматривается как отрицательное, так и положительное начало. В сфере циркадных ритмов стресс – это десинхроноз, который, как мы уже сумели убедиться, может быть и вредным и полезным для организма. Здесь многое зависит от меры этого состояния. Определенная мера неблагополучия, неорганизованности по отношению к ритмам организма, их рассогласованности (десинхроноза) необходима для поддерживания в состоянии готовности защитных сил организма, его адаптационной способности. Приведенные выше факты и соображения, касающиеся феномена десинхроноза, позволяют сформулировать следующие положения:

- естественная взаимосвязь циркадных ритмов, их четкая взаимная слаженность является основой благополучия организма, залогом его здоровья и высокой работоспособности. Состояние циркадной системы представляет собой надежный критерий общего состояния организма;

- рассогласование циркадных ритмов по фае явление диалектически противоречивое. Известная его мера – необходимое условие надежности организма, его устойчивости. Выход за границы этой меры означает переход от нормы к патологии (дистрессу).


ХРОНОБИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ И РЕЗИСТЕНТНОСТИ ОРГАНИЗМА


Чувствительность и резистентность организма к токсическому действию неодинаков на протяжении суток. В настоящее время сформировались такие направления медико-биологических наук как хронотоксикология и хронофармакология.

Хронорезистентность – это ритмические изменения в сопротивляемости организма в различные периоды его жизнедеятельности. Хотя на то или иное воздействие организм реагирует как единое целое, характер этой реакции во многом будет зависеть от состояния той системы, которая является мишенью для повреждающего фактора. Поэтому в понятие «хронорезистентность» мы включаем представление о взаимодействии в различные временные периоды организма, на который направлено воздействие. Хронорезистентность – это повышение или понижение сопротивляемости конкретного организма к определенному фактору. Гибель животных от введения некоторых токсических веществ может иметь прямую связь с содержанием в крови гормонов надпочечников, и обратную – с ритмом реактивности коры надпочечников к АКТГ, гибель от радиации – с ритмом жизнедеятельности клеток костного мозга, устойчивость к болезнетворному фактору – с ритмом иммунной системы, токсичность некоторых препаратов – с ритмом детоксикационной способности печени и в первую очередь ее лизосом.

Существует термин хроноэстезия – ритмические изменения чувствительности биосистем. Хронэргия – ритмические изменения либо в действии препарата, либо в ответных реакциях биосистемы на него. Представление о хронорезистентности можно получить исходя из модели взаимодействия человека и болезнетворного фактора.