Хронопатология

Физиология и патофизиология биоритмов





Проблема биоритмов является важным разделом патологической физиологии, поскольку нарушение ритмической деятельности как организма в целом, так и его отдельных органов и систем имеет очень большое значение не только для медицины, но и для социальных и экономических процессов.

Ваша оценка: Нет Средняя: 3.6 (7 votes)

Из истории хронобиологии





Исторические данные о развитии всего живого на Земле свидетельствуют, что цикличность изменений, происходящих в природе, является фундаментальным свойством материи. Это было подмечено философами и другими учеными еще в древности. Так, в книге Экклесиаста сказано: «Всему свой час, и время всякому делу под небесами: время родиться и время умирать, время насаждать и время вырывать насаждения...» В афоризмах Гиппократа говорится о сезонных различиях в частоте встречаемости человеческих болезней. В трудах Аристотеля имеются указания на периодичность изменений окружающего мира, включая и космос. Он писал, что продолжительность таких явлений как беременность, развитие и жизнь совершенно естественно измерять периодами. Под этим термином он имел в виду день, ночь, месяц и год, а также выделял лунные циклы.

Известно, что Аристотель, бывший воспитателем Александра Македонского, сопровождал его в военных походах с группой ученых. В записях одного из них, Андростена (325 г. до н.э.), впервые упоминается о суточном движении листьев некоторых растений. Он зарегистрировал ночное сужение и уменьшение размеров листьев и их увеличение с восходом солнца.

В XI в. был опубликован труд Авиценны «Канон врачебной науки», в котором приводятся данные о сезонной цикличности заболеваний. В частности, изучая характеристики пульса, Авиценна обнаружил четкую сезонную динамику его изменений.

Хронобиологические идеи нашли свое отражение в одной из старейших летописей древнего Китая «Цзо-Чжуань», охватывающей период с 722 по 463 гг. до н.э. В древнем Китае при лечении методом иглоукалывания пользовались схемой, в которой было отмечено время суток, когда органы человеческого тела наиболее чувствительны к акупунктурному воздействию. Согласно представлениям древневосточной медицины «жизненная энергия» циркулирует по организму, последовательно проходя по всем органам тела и совершая кругооборот в течение суток.

Первое изучение ритма изменений физиологического состояния организма в эксперименте было проведено в 1667 г. Санкториусом. Он соорудил огромные весы, на площадке которых была размещена целая комната. В ней исследователь провел несколько месяцев, производя многократные замеры веса своего тела и степени мутности мочи, а его ассистент снимал показания со шкалы весов. В результате этого эксперимента был выделен месячный ритм (длительностью 30 дней) изменения изучаемых показателей.

Примерно через 100 лет после опытов Санкториуса появились публикации, расширяющие рамки знаний о биопериодичности. Де Кортер (1736), затем Мартин (1773) сообщили о суточных колебаниях температуры тела, а еще позднее Бритон Деви (1845), в течение длительного времени периодически регистрировавший температуру своего тела, показал, что она характеризуется ритмической динамикой, период которой близок к 24 часам и не имеет существенной зависимости ни от физической активности, ни от температуры окружающей среды.

В конце XVIII в. Сегуэн и Лавуазье высказали мнение, что в случае снижения амплитуды суточных колебаний температуры тела или их исчезновения можно говорить о наличии болезни у исследуемого пациента.

Чрезвычайно интересными являются наблюдения французского ученого Вирея, который в 1814 г. защитил в Парижском университете диссертацию на степень доктора медицины. В своей работе автор утверждал, что при определении лечения первостепенное значение имеет время лекарственного воздействия. Он был первым ученым, получившим медицинский диплом за исследования в области биоритмологии (и, по существу, является основоположником такого ее раздела, как хронофармакология).

Основателем учения о биологических ритмах большинство ученых признает Христофора Гуфелянда, который в 1797 г., рассматривая колебания температуры тела у здоровых и больных пациентов, высказал предположение о том, что в организме существуют «внутренние часы», ход которых определяется вращением Земли вокруг своей оси. Он впервые обратил внимание на универсальность ритмических процессов у биологических объектов и подчеркнул, что наша жизнь, очевидно, повторяется в определенных ритмах, а каждый день представляет маленькое изложение нашей жизни. Правда, некоторые исследователи отдают в этом вопросе пальму первенства французскому астроному, математику и физику Жан Жаку Де Мерану, который, изучая особенности солнечного света и вращения Земли, еще в 1729 г. установил, что в условиях темноты и постоянной температуры растения сохраняют свойственную им двадцатичетырехчасовую периодичность движения листьев. связав тем самым этот феномен не с освещенностью, а с вращением нашей планеты. К сожалению, несмотря на советы другого ученого — Маршана немедленно оповестить мир о своем открытии, сообщение де Мерана долгое время не было опубликовано.

Из отечественных ученых, начавших разработку хронобиологических проблем, прежде всего следует назвать Г. А. Федорова, который в 1887 г. защитил диссертацию на тему «О влиянии времени дня на жизненную емкость легких и на силу вдоха и выдоха». В дальнейшем большой вклад в хронобиологию внес физиолог из Санкт-Петербурга Н. Я. Пэрна, который в течение восемнадцати лет в своем дневнике описывал символами различные оттенки своего состояния. Статистический анализ показал, что через каждые 7 лет происходит активизация творческой жизни. Далее Н. Я. Пэрна проанализировал с этой точки зрения биографии великих писателей и мастеров искусств.

Исключительно крупный вклад в хронобиологию внес российский ученый A. Л. Чижевский. Проведенный им анализ общей смертности в Российской империи с 1800 по 1900 гг. и по Санкт-Петербургу с 1764 по 1900 гг. позволил выявить столетнюю цикличность смертности, названную им «вековым ходом». В дальнейшем А. Л. Чижевский связал проходящие на Земле циклические процессы с солнечной активностью. Международный конгресс по биологической физике и биологической космологии, состоявшийся в 1939 г. в Нью-Йорке, оценивая работы А. Л. Чижевского, охарактеризовал его как создателя новых наук - космобиологии и биоорганоритмологии, подчеркнув тем самым неразрывную связь между ними. А. Л. Чижевский показал, что почти все органы функционируют строго ритмически, причем одни ритмы находятся в зависимости от внутренних физико-химических процессов, а другие - от факторов внешней среды (важнейшим из которых он считал космическое излучение). Кроме того, по мнению А. Л. Чижевского, есть группа независимых (врожденных) ритмов. Интересно, что А. Л. Чижевский закончил археографическое отделение археологического института, а его диссертация на степень доктора всеобщей истории называлась «Исследование периодичности всемирно-исторического процесса».

С тридцатых годов настоящего столетия биоритмология начинает стремительно развиваться, превращаясь в самостоятельную науку. Работы таких ученых как Холмгрен, Эйлер и Холмквист, Бюнинг, Халберг, Комаров и др. создали основы современной хронобиологической науки, которая продолжает бурно развиваться.

Ваша оценка: Нет Средняя: 3.4 (11 votes)

Некоторые термины





Хронобиология - наука, имеющая собственную, весьма специфическую терминологию. Поэтому для того, чтобы далее можно было бы свободно оперировать принятыми в этой науке терминами, следует даль определение наиболее важных из них.

Биологический ритм - ритм живого организма, периодический компонент в биологической временной организации.

Период - интервал времени, в течение которого изменяющаяся величина совершает один полный цикл своего изменения. Период обратно пропорционален частоте ритма.

Мезор - средний уровень исследуемого показателя за один цикл.

Амплитуда - половина разности между максимальным и минимальным значениями или разность между максимальным (минимальным) значением и мезором.

Акрофаза - максимальное отклонение амплитуды биоритма от мезора.

Ваша оценка: Нет Средняя: 1.5 (2 голосов)

Виды биоритмов

Жизнедеятельность организмов регулируется сложной констелляцией биоритмов различной длительности. Различают следующие важнейшие виды биологических ритмов (за основу взята классификация Н. Л. Асланяна):

Околосекундные (с периодом около 1 секунды). Примером такого ритма является циклическая активность сердца, заключающаяся не только в периодической смене систолы и диастолы, но и в циклическом протекании биохимических и биофизических процессов в миокарде. Как видно из рисунка,*****43 на протяжении примерно секунды в сердечной мышце происходит существенное изменение концентрации АТФ.

Околоминутные (с периодом около 1 минуты). К биоритмам этого типа относятся, например, циклические изменения электрической активности головного мозга, регистрируемые на электроэнцефалограмме.

Околочасовые (с периодом около 1 часа), как, например, ритм желудочной моторики.

Ультрадианные (с периодом 3-20 часов), как например, динамика общего билирубина и трансаминазы в сыворотке крови.

Циркалианные (с периодом от 22 до 28 часов). Эти биоритмы называют еще околосуточными. Это - главные биоритмы организма. Для организма в целом и для деятельности практически всех его органов и систем характерны циркадианные ритмы.

Далее приводятся биоритмы человеческого организма еще недостаточно изучены, или они требуют столь объемного объяснения, что это целесообразно делать. специально в соответствующих разделах.

Инфралианные (с периодом 28-96 часов).

Околонедельные (с периодом 4-10 дней).

Околомесячные (с периодом 25-35 дней), например, менструальный цикл.

Окологодичные (с периодом 1 год ±1 месяц).

Многолетние (с периодом около 4, 11, 100 лет). Эти биоритмы связаны с солнечной активностью и характерны не только для отдельных организмов (а столетний цикл для него вообще не может быть характерным), но и для целых популяций, поколений, социальных и исторических процессов. К этим ритмам следует отнести и обнаруженные Н. Я. Пэрна семилетние циклы активизации творческой активности.

Приводя классификацию биоритмов, следует подчеркнуть, что перед названием почти каждого из них стоит приставка около, что означает достаточно широкие пределы колебания их периодов. Оценивая колебания циркадианных ритмов, Г. Б. Федосеев, Н. А. Агаджанян, И. Б. Воронов и др. пишут: «Наиболее интригующей загадкой биоритмологии является вопрос, почему ритмы, согласовывающие жизнедеятельность организмов с "хронометром", точным до долей секунды (астрономические сутки), сами имеют систематическую "погрешность'' до нескольких часов?» Можно предположить, что именно эта «погрешность» дает возможность синхронизировать между собой различные биоритмы. Возникновение своеобразного «тремора» биоритмов позволяет подстраивать систему к широкому диапазону постоянно возникающих изменений внешней среды (в том числе и ритмических изменений).

Ваша оценка: Нет Средняя: 2.9 (7 votes)

Регуляция биоритмов

Сложная констелляция биоритмов различной длительности имеет внутреннюю и внешнюю регуляцию.

Внутренняя регуляция биоритмов определяется функционированием так называемых биологических часов.

Согласно современным представлениям в организме действуют биологические часы трех уровней.

Первый уровень связан с деятельностью эпифиза. Вообще функция этой железы пока представляет собой одну из загадок организма. Точно известно лишь то, что эпифиз тормозит деятельность половых желез и, по-видимому, оказывает влияние и на другие эндокринные органы. Деятельность эпифиза имеет четко выраженную циклическую динамику: он активно воздействует на указанные органы внутренней секреции днем и слабее -ночью. Этим, скорее всего, обуславливается усиление сексуальной активности в темное время суток. В эксперименте было также показано, что разрушение эпифиза ведет к «стиранию» многих биоритмов. К таким же изменениям приводит нарушение связей эпифиза со зрительным нервом. По-видимому, получая через зрительный анализатор информацию о суточном времени, эпифиз осуществляет функцию биологических часов.

Второй уровень биологических часов связана с супраоптической частью гипоталамуса, который с помощью так называемого субкомиссурального тела имеет связи с эпифизом. Через эту связь (может быть и гуморальным путем) гипоталамус получает «команды» от эпифиза и регулирует биоритмы далее. В эксперименте было показано, что разрушение супраоптической части гипоталамуса ведет к нарушению биоритмов.

Третий уровень биологических часов лежит на уровне клеточных и субклеточных мембран. По-видимому, какие-то участки мембран обладают хронорегуляторным действием. Об этом косвенно свидетельствуют факты о влиянии электрических и магнитных полей на мембраны, а через них и на биоритмы.

Это - лишь схематичное представление о различных уровнях биологических часов. Не исключено, что ряд промежуточных звеньев «часового механизма» может лежать и в других органах, в частности, в различных отделах нервной системы. Так, например, английскими хронобиологами были поставлены весьма интересные эксперименты на тараканах, обитающих в Англии, и на привезенных из Австралии. Циркадианные ритмы этих двух групп насекомых по времени наступления акрофаз были диаметрально противоположными. Насекомым производилась перекрестная трансплантация подглоточных нервных ганглиев, что приводило к диаметрально противоположному по сравнению с исходным фоном изменению циркадианных ритмов.

Внешняя регуляция биоритмов связана с вращением Земли вокруг своей оси, с движением Земли по околосолнечной орбите, с солнечной активностью, изменениями магнитного поля Земли и рядом других геофизических и космических факторов.

Установлено, что на характер биоритмов влияет периодическая смена дня и ночи, причем это влияние не связано только с освещенностью. поскольку не отмечалось существенного изменения околосуточных биоритмов в условиях постоянной освещенности. Интересные данные были получены спелеологами. Во время длительного пребывания в подземных пещерах вначале отмечалось удлинение периода циркадианных биоритмов до 48-52 часов. Однако через 3-4 недели пребывания под землей период этих биоритмов начинал укорачиваться и к концу трехмесячного срока становился равным 28 часам.

Выраженное влияние на биоритмы оказывает магнитное поле Земли. В эксперименте перелетные птицы помешались в экранированные от воздействия магнитного поля помещения. Эти птицы теряли ориентацию по странам света и у них наблюдалось нарушение циркадианных биоритмов.

И, наконец, весьма существенно на биоритмы влияет изменение солнечной активности, что, как уже упоминалось, было показано А. Л. Чижевским и нашло свое подтверждение в многочисленных последующих исследованиях других ученых. Так, например, сотрудниками кафедры патологической физиологии Российского Университета дружбы народов было показано, что магнитная буря, связанная со «штурмовым» повышением солнечной активности, практически «стирает» биоритмы. Согласно данным С. И. Рапопорта с соавторами магнитные бури угнетают у больных с ишемической болезнью сердца продукцию мелатонина эпифизом. Поскольку мелатонин является сильнейшим антиоксидантом и иммуномодулятором, снижение его продукции во время магнитных бурь может весьма существенно повлиять на состояние реактивности организма.

Говоря о влиянии гелио-геомагнитных флюктуаций на организм, необходимо вкратце остановиться на одной, весьма интересной гипотезе - так называемой гипотезе «волновых пакетов».

Ее главное положение заключается в том, что Земля, когда она представляла собой газовый шар, подвергалась электромагнитным воздействиям из Космоса. Эти воздействия вызывали в различных участках газового шара колебания молекул и атомов, зависящие по своим характеристикам от интенсивности и характера электромагнитного воздействия. В дальнейшем, когда Земля отвердела, все как неорганические, так и органические процессы (в том числе и формирование живых организмов) восприняли ритм этих первичных колебаний, возникших под влиянием космических электромагнитных воздействий. Вызванные флюктуации атомарных групп в молекулах ДНК определили и базальные биоритмы организмов. Поэтому биологические ритмы людей связаны с регионом, в котором они родились.

Естественно, это всего лишь гипотеза. Однако многочисленные данные свидетельствуют о том, что различные патологические процессы имеют особенности, типичные для тех или иных регионов Земли. В качестве примера можно привести следующие наблюдения. В Центральной России заболеваемость ишемической болезнью сердца (ИБС) значительно возрастает в зимний период, в то время как в Восточной Сибири подъем этой заболеваемости отмечается летом. И это зависит не только от климатических условий, так как на севере европейской части России, где климат скорее соответствует сибирскому, нежели тому, который характерен для центра европейской части России, особенности заболеваемости ИБС практически такие же, как и в Московской области.

Ваша оценка: Нет Средняя: 4.2 (6 votes)

Патофизиология биоритмов

Для того, чтобы четко представить себе, какие биоритмологические нарушения могут лежать в основе развития тех или иных заболеваний, рассмотрим эту проблему прежде всего с точки зрения классификации нарушений биоритмов. Согласно этой классификации любые нарушения биоритмов имеют общее название десинхроноз. Десинхронозы могут проявляться следующими изменениями структуры ритма:

- увеличение (уменьшение) амплитуды;

- инверсия акрофаз;

- изменение длительности периода.

О десинхронозе можно говорить лишь в том случае, когда проводится многопараметрическое обследование больного. Однако в клинике при хронодиагностике чаще всего имеет место исследование одного-двух показателей, и в этом случае можно говорить не о десинхронозе, а лишь о десинхронизации.

Десинхронизацией называется состояние, характеризующееся рассогласованием внутрисистемных или межсистемных ритмов, ранее синхронизированных. В основе десинхронизации лежит рассогласование существующих в норме периодов и фаз ритмов организма и внешней среды (внешняя десинхронизация) и фазовых взаимоотношений ритмов внутри организма (внутренняя десинхронизация).

Десинхронозы подразделяются на острые и хронические.

Острый десинхроноз возникает при экстренном рассогласовании датчиков времени и ритмов организма. Например, при перелете, когда пересекается несколько часовых поясов, возникает нарушение взаимоотношения фаз ритма «сон-бодрствование». Острый десинхроноз развивается также при действии различных по своей природе стресс-факторов: интоксикации, перегревании, переохлаждении, перетренировке и др. В случае, если воздействие фактора, вызвавшего острый десинхроноз, не прекращается, развивается хронический десинхроноз.

Выделяют следующие виды десинхронозов:

- явный (выраженные субъективные и объективные нарушения функционирования организма),

- скрытый (нарушения циркадианной ритмики можно выделить только при обследовании);

- тотальный (расстройство ритмики проявляется в большинстве звеньев циркадианной системы);

- частичный (изменения циркадианных ритмов локализованы в рамках одного органа или системы).

Наиболее тяжелая степень десинхроноза - асинхроноз - несовместима с жизнью.

Причины десинхроноза могут быть следующие:

- рассогласование между суточными стереотипами организма и реальным временем, возникающее при трансмередиональных перелетах;

- орбитальные и межпланетные космические полеты;

- длительное рассогласование ритма «сон-бодрствование» при сменной и ночной работе;

- изменение параметров действующих геофизических датчиков времени;

- действие различных стресс-факторов.

Теперь рассмотрим эти причины более подробно.

Ваша оценка: Нет Средняя: 3.5 (11 votes)

Рассогласование между суточными стереотипами организма и реальным временем в результате трансмеридиональных авиаперелетов

При перелетах в широтном направлении, когда происходит быстрая смена нескольких часовых поясов, возникает состояние десинхроноза. Человек испытывает вялость, усталость, возникает нарушение сна, деятельности желудочно-кишечного тракта. Выраженность этих проявлений зависит от возраста и адаптационных возможностей организма. При медицинском обследовании, даже в отсутствие жалоб, выявляются изменения ритма температуры тела, частоты сердечных сокрашений, фаз сна. экскреции с мочой калия и 17-оксикортикостероидов. Происходит нарушение фазовых взаимоотношений суточных ритмов последних с ритмами экскреции натрия и мочевины. Адаптация к новому поясному времени развивается в следующем порядке: сначала нормализуются психофизиологические показатели, затем - соматические и в последнюю очередь - вегетативные функции. Наибольшую опасность данная форма десинхроноза представляет для летчиков, занятых на трансмередиональных рейсах.

Опасность может быть гораздо большей, чем указанная. Есть данные, свидетельствующие о том, что у экипажей трансатлантических лайнеров заболеваемость злокачественными опухолями значительно выше, чем у экипажей самолетов, налетавших то же самое количество часов, но в пределах Европы.

Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (4 голосов)

Космические полеты

В космическом полете нет естественного двадцатичетырехчасового цикла с соответствующими чередованиями светлого и темного периодов, колебаниями атмосферных и геофизических процессов. Кроме того, космонавт испытывает постоянное воздействие невесомости. График работы экипажей далеко не всегда совпадает с двадцатичетырехчасовой «шкалой» земного времени. Все это приводило и приводит к развитию у космонавтов в той или иной степени выраженных десинхронозов. Например, у экипажа орбитальной станции «Салют-5» в результате сдвига процесса «сон-бодрствование» развились выраженные симптомы вегетососудистой дисфункции, близкие к патологическим. В полетах кораблей «Аполлон» наблюдалась нарастающая усталость экипажей, возникала необходимость в чередовании приема возбуждающих и снотворных средств.

Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (3 голосов)

Длительное рассогласование ритма «сон-бодрствование» при сменной и ночной работе

Существует ряд профессий, при которых работа может осуществляться либо по сменному графику, либо только в ночное время. Массовые обследования, проведенные среди этих категорий людей, показывают, что у них гораздо чаще возникают невротические расстройства, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, происходят значительные изменения в деятельности вегетативной нервной системы. Ряд исследователей считает, что сменная и постоянная ночная работа может привести к сокращению продолжительности жизни.

Проблема настолько серьезна, что требует разработки и внедрения в производство специальных мероприятий, позволяющих предотвратить последствия возможного десинхроноза. Так, например, в Японии часть предприятий регулирует эти виды работ у женского персонала, согласуя их с овариальным циклом женщин.

Ваша оценка: Нет Средняя: 3.8 (4 голосов)

Изменение параметров действующих геофизических датчиков времени

Известно, что между активностью магнитного поля Земли и частотой возникновения различных заболеваний существует выраженная связь. Так, многочисленные наблюдения показывают, что при повышении геомагнитной активности в 1.5-3 раза возрастает смертность от инфаркта миокарда. Отмечено также, что частота скоропостижной смерти при сердечно-сосудистой патологии увеличивается на первые - вторые сутки после геомагнитных возмущений и сопровождается нарушением процессов свертывания крови, секреция гистамина и ацитилхолиноподобных веществ. а также нарушениями циркадианных ритмов сердца.

Что касается механизмов восприятия гелио-геомагнитных воздействий, то предполагается (Н. А. Темурьянц и др., 1996), что рецепторами электромагнитного поля могут быть имеющиеся в различных органах (в том числе и в коже) и образующие единую констелляцию с эпифизом (продуцируя, как и он, мелатонин) клетки так называемой APUD-системы.

Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (1 голос)