біологічні ритми






    Головна сторінка





Скачати 13.63 Kb.
Дата конвертації16.08.2017
Розмір13.63 Kb.
Типреферат

Біологічні ритми - фундаментальне властивість органічного світу, забезпечує його здатність адаптації та виживання в циклічно мінливих умовах зовнішнього середовища. Проблеми, які вирішує біоритмологія, важливі для пізнання життя як особливої ​​форми руху матерії в часі і мають суттєвої значення для теоретичної і практичної медицини. Оскільки в Біорітмологіческій аспекті здоров'я представляє собою оптимальне співвідношення взаємопов'язаних ритмів фізіологічних функцій організму і їх відповідність закономірним коливань умов середовища проживання, аналіз змін цих ритмів і 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 та поведінкові) виявляють ритмічність, і перш за все ціркадіанние цілодобовий ритми, 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 навколишнім середовищем змінюються складні взаємозв'язки. Вони проявляються перш за все в ролі зовнішніх периодичностей як датчики часу тобто у встановленні відповідних фазових і частотних співвідношень функцій організму з навколишнім середовищем. Залежно від умов проживання таку роль можуть виконувати різні екзогенні фактори. Це особливо важливо стосовно онтогенетичного розвитку організму коли тільки встановлюється тимчасова організація функцій. Яка значимість зовнішніх періодичність для нормального розвитку? Чи є для циркадианной системи феномен імкрінтінга? Чи можна шляхом підвищення затягує сили датчиків часу або за допомогою додаткового датчика підтримати тимчасову впорядкованість старечого організму? Ці та інші питання представляють надзвичайно великий теоретичний і практичний інтерес.

Останнім часом 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, яке призводить до зміни тимчасової організації, або, навпаки, зміна ієрархічної структури тимчасової організації, яке змінює функціональний стан організму.

Практичне знання хронологічного вивчення онтогенезу полягає в пошуку шляхів оптимізації нормального розвитку і підтримки циркадианной системи в старості. Такі дослідження допоможуть встановити нормативи для різних етапів пре-і постнатального розвитку, краще вирішувати питання розмежування норми від патології, діагностики і терапії, профвідбору та інші. Але вивчаючи розвиток циркадианной 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 осцилляторами і рецепторами.

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

Становлення добової ритміки у зростаючих організмів.

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

Уже в 1932р Е. Бюннинг описав гібрид квасолі, що відрізняється по довжині періоду циркадианного 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 природжений характер ціркадіанних ритмів свідчать також досліди, в яких тварини розвивалися в постійних умовах, тобто при 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 цитометричних і каріометріческіх показників. У ящірок, що проходили ембріональний і постембріональний 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 самостійного життя, то мишеня або щурик - безпорадні, сліпі істоти, нездатні після появи на світло 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 циркадианного ритму.

Становлення в онтогенезі фазових співвідношень біопроцесів.

У процесі онтогенезу відбувається не тільки становлення і розвиток ціркадіанних ритмів, а й розвиток циркадианной архітектоніки біоритмів, становлень 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 в себе 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 щурят переважає в нічний час доби. При штучному ж годуванні 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, що відображає функцію канальців, спостерігається тільки з 3-го місяця постнатальної життя.

Відмінності в часі 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 циркадианной системи дотримується певна послідовність. В 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 в зв'язку зі зміною значущості ендогенних факторів.

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

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

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

Біоритми в зрілому і похилому віці.

Розвиток циркадианного 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 складністю і в той же час 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 і акрофаз ціркадіанних ритмів.

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

На основі літературних даних, а також теоретичних міркувань можна вважати, що розпад циркадианной системи протікає в зворотній послідовності в порівнянні з її становленням. В першу чергу мабуть, погіршується внутрішня і зовнішня координація функцій, що може вилитися в 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.

В 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.

В процесі розвитку формується тимчасова організація функцій організму. В даний час найбільш важливим є не констатація феноменології ритмів, а біологічна оцінка значимості особливостей циркадианной тимчасової організації організмів на різних етапах онтогенезу як в нормі, так і при патології. В цьому аспекті можна навчитися не приймати випадкові бистрозатухающіе коливання за справжні ритми, властиві биосистеме 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 циркадианной амплітуді біопроцесів на різних рівнях організації живих систем (від клітинного до организменного). Слід погодитися з тим, що "24-годинна періодичність - це воістину єдність нашої природної хронології".

У світлі викладеного вище старіння - це зміна негентропійної тенденції розвитку на ентропійних, в 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, що не зі знаком мінус, а зі знаком плюс. Таким чином, переважають негентропійної процеси.

Постає 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 це період онтогенезу досягається вдосконалення циркадианной тимчасової організації, а ціркадіанние ритми - ведуча ланка в цілісній ритмічної системі організму, яке відіграє 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 циркадианной хроноструктура зрілого віку, яке має проявитися в зменшенні амплітуд біопроцесів, зміні конфігурації акрофаз, посилення спектра ультрадіанних складових в ритмічній структурі біосистеми.



Скачати 13.63 Kb.