3 месяца назад
Нету коментариев

Типы биологических изменений во време­ни. Очевидно, что любые изменения я живых системах обнаруживаются только при сравнении состояния системы как минимум в двух временных точках, раз­деленных большим или меньшим мате­риалом. Однако их характер может быть разным. На­пример, в системе последовательно сменяются стадии какого-то биологического процесса. В этом случае при­нято говорить о фазовых явлениях в системе. При­мер — стадии индивидуального развития организмов. Фазовые изменения свойственны морфофизиологическим показателям организма после воздействия на него ка­ким-либо фактором. Эти изменения характеризуют как нормальное течение процессов в организме, так и его реакцию на воздействие.

Другой класс изменений в живых системах относится к категории ритмических. Среди ритмических явле­ний различают периодические и циклические процессы. Под первыми понимают промежутки времени, весьма строгие по продолжительности, вторым свойст­венна нестрогая повторяемость. Как периодическим, так и циклическим явлениям присуще нечто общее, а имен­но — повторяемость. Существует несколько опре­делений ритма. Венгерские исследователи Л. Детари и В. Карцаги под ритмом понимают цепь повторяющихся в определенной последовательности событий, в которой для осуществления одного цикла всегда необходимо од­но и то же время. Как видим, в этом определении нет больших различий между ритмом и циклом. Крупный западногерманский хронобиолог Ю. Ашофф полагает, что в качестве биологического ритма надо рассматри­вать повторение некоторого события в биологической системе через более или менее регулярные промежутки времени. Можно согласиться с этим мнением и считать биологическим ритмом колебательный процесс, приводя­щий к воспроизведению биологического явления или со­стояния биологической системы через приблизительно равные промежутки времени. Почему мы пишем «вос­произведение», а не «повторение»? Дело в том, что каждый новый цикл изменений в биологическом ритме не подобен предыдущему, это не механические коле­бания маятника. Его параметры обязательно отличают­ся от старого цикла. Можно думать, что именно эта чер­та биологических ритмических колебаний делает их не похожими на механические ритмические колебания.

Параметры биологического ритма. Среди многих па­раметров, свойственных биологическому ритму, прежде всего надо отметить его период. Он представляет со­бой тот промежуток времени, через который в ритме происходит воспроизведение событий. Период ритма лег в основу классификации ритмических биологических ко­лебаний.

Известный американский хронобиолог Ф. Халберг, многие годы бывший президентом Международного хронобиологического общества, вместе с другим крупным хронобиологом из Франции А. Рейнбергом, исходя из величины периода ритма, предложил в 1967 г. следую­щую их группировку: высокочастотные (период меньше 30 минут), среднечастотные (период от 30 минут до 2,5 дня) и низкочастотные (период больше 2,5 дня). Позже советские ученые Н. И. Моисее­ва и В. М. Сысуев (1981 г.) сочли необходимым выделить 5 классов биологических ритмов: 1) ритмы высо­кой частоты: от долей секунды до 30 минут; 2) рит­мы средней частоты: от 30 минут до 28 часов, к этому классу относятся так называемые ультрадиан­ные (до 20 часов) и циркадные (20—28 часов) рит­мы; 3) мезоритмы, включающие инфрадианные (28 часов — 6 дней) и циркасептальные (около 7 дней) ритмы; 4) макроритмы с периодом от 20 дней до 1 года; 5) мегаритмы с периодом в десят­ки и многие десятки лет.

В 1959 г. Халберг ввел понятие циркадного (околосуточного) ритма, который является видо­изменением суточного ритма с периодом 24 часа, проте­кает в константных условиях и принадлежит к так назы­ваемым свободнотекущим ритмам. Это ритмы с ненавязанным им внешними условиями периодом. Они врожденные, эндогенные, т. е. обусловлены свойствами самого организма. Для установления эндогенной приро­ды циркадного ритма, как, впрочем, и других ритмов, необходимо изучать его в постоянных условиях внеш­ней среды на протяжении нескольких периодов. При­сутствие спонтанной частоты ритмических изменений до­казывает эндогенность ритма. Э. Бюннинг отметил, что период циркадных ритмов длится у растений 23—28 ча­сов и у животных 23—25 часов. Поскольку организмы обычно находятся в среде с циклическими изменениями ее условий, то ритмы организмов затягиваются этими изменениями и становятся суточными.

Присоединение к основному названию ритма при­ставки «около» (англ. — цирка) стало в последнее вре­мя по всей видимости весьма популярным. Стали широ­ко употреблять термины «циркасептальный» (око­лонедельный) «циркатригннтанный (околомесяч­ный), «цирканнуальный» (окологодовой) ритмы. Введение в название ритма приставки «около» означает, что период данного биологического ритма не точно со­ответствует периоду внешних геофизических колебаний. Однако, по мнению Ашоффа, существует всего 4 цирка­ритма. Это — циркадный (околосуточный), цирка­тидальный (околоприливной), цирка л унарный (окололунный) и цирканнуальный (околосезон­ный или окологодовой) биологические ритмы.

Экспериментально показано, что каждый из этих ритмов может самоподдержнгатьея в изоляции от соответствующего ему внешнего цикла, отличаясь длиной своего периода от периода того или иного геофизическо­го цикла (свободнотекущие ритмы со своим собствен­ным периодом). Ашофф полагает, что приставку «око­ло» следует применять только к тем ритмам, которые обычно синхронны с циклами среды, но в постоянных условиях проявляют собственный период. Чрезмерное употребление этой приставки может привести к смысло­вому абсурду, например, как указывает автор, если го­ворить «околосекундный» ритм сердечных сокращений. Ашофф полагает, что биологические ритмы можно под­разделять и по другим параметрам, например, по той биологической системе, в которой наблюдается ритм (клетки, орган, организм, популяция), по роду процесса, порождающего ритм, и по функции, которую ритм вы­полняет.

Биологический ритм характеризует и его амплиту­да, отражающая размах колебаний биологического про­цесса между его крайними значениями. Число циклов колебаний, совершающихся в единицу времени, состав­ляет частоту ритма. Это величина, обратная периоду ритма. Она показывает, насколько выражены ритмиче­ские колебания. Когда амплитуда равняется нулю, рит­ма как такового нет.

Очень важная характеристика биологического рит­ма — среднепериодическая величина, т. е. среднее значение функции за период. Она позволяет дать интегральную количественную оценку биологичес­кого процесса за полный цикл его колебаний. Дело в том, что определение величины функции только в от­дельных точках цикла колебаний недостаточно для ее полной характеристики, особенно если учесть способ­ность биологических ритмов сдвигать свои фазы при различных воздействиях. Среднепериодическую величину биологического процесса вычисляют путем его измере­ния в различных временных отрезках периода ритма, и чем их будет больше, тем лучшей окажется оценка функции. И как бы ни были трудоемки эти измерения, среднепериодическое значение функции является един­ственно возможным объективным показателем для суж­дений об ее величине, изменяющейся во времени на про­тяжении периода своего колебания.

Для подтверждения этого положения рассмотрим аб­страктный ряд чисел, полученных путем измерения абстрактного биологического процесса с 3-часовыми интер­валами на протяжении суток: 25, 32, 40, 30, 20, 12, 16, 20. Из этого ряда цифр видно, что результат измерения уровня процесса в его крайних точках (40 и 12) отли­чается в 3,3 раза. Измерение процесса в любой времен­ной точке дает результат, не похожий на тот, который получается при измерениях в близлежащих точках. Вме­сте с тем приведенные цифры характеризуют состояние одного и того же процесса, но в разные интервалы су­ток. Для того чтобы дать общую оценку уровня биологи­ческого процесса за время наблюдения, надо найти сред­нюю величину демонстрируемого вариационного ряда. Она и будет в данном случае среднепериодической ве­личиной.

Думается, если бы в научных исследованиях всегда определяли среднепериодическую величину того или иного биологического параметра, то многие дискуссии и споры ученых оказались бы бесплодными и ненужными.

В биологическом ритме выделяют то положение фун­кции во времени, когда она достигает крайних значе­ний — своего максимума или минимума (акрофаза). В последнее время под акрофазой чаще всего понимают положение во времени (место на отрезке периода) мак­симума функции (максифаза), хотя, конечно, имеет значение и положение минимума функции (минифаза). Экстремумы ритмически колеблющейся функции (макси- и минифаза) используют для вычисления пе­риода ритма.

По мнению Ашоффа, есть 3 наиболее существенных параметра, характеризующих биологический ритм, а именно: спонтанная частота, уровень, около которого система совершает колебания, и длительность фазы ак­тивности. Советский хронобиолог В. Б. Чернышев также считает нужным выделять в ритме часть его периода, в течение которого наблюдается активность. Правда, оба автора эти свои соображения относили к ритму двига­тельной активности животных, в котором активность ли­бо есть, либо отсутствует. Однако мы вместе с С. С. Фи­липпович в 1979 г. пришли к выводу, что активная и противоположная ей пассивная фаза в принципе присутствуют в ритме любого биологического процесса. Активная фаза находится в том отрезке периода ритма, на протяжении которого значения функции выше ее среднепериодической величины. Интервал времени, когда значения функции меньше среднепериодической вели­чины, соответствует пассивной фазе биологического ритма. Соотношение длительностей активной и пассивной фаз в ритмах разных функций неодинаковое, но про­должительность активной фазы наряду с величиной ам­плитуды ритма весьма существенна в определении вы­соты уровня функции.

Одно из свойств биологического ритма получило на­звание блуждание фазы. Речь идет о том, что если регистрировать положение акрофазы, или активной ч пассивной фазы, в течение того или иного количества периодов ритма, то можно увидеть, что оно непостоян­ное и мигрирует в некоторых временных границах. Пос­ледние определяют зону блуждания фазы. Таким обра­зом, фазовая структура биологического ритма не пред­ставляет собой нечто застывшее, напротив, она находит­ся в подвижном состоянии. По-видимому, ее динамич­ность, наблюдаемая в нормальных условиях, лежит в ос­нове изменчивости функций и имеет адаптивное значе­ние.

Уровень ритмически колеблющейся функции и ее ре­акция на воздействие в различных точках периода рит­ма не одинаковы. Оказалось, что в разных точках функ­ция может усиливаться, ослабляться или вообще не от­вечать на воздействие. Отрезок периода ритма, когда об­наруживается реакция функции, получил название времени потенциальной готовности (В. Б. Чернышев, 1973; Г. Д. Губин и др., 1976). Оно начина­ется тогда, когда воздействие способно вызвать переход функции из одного состояния в другое, и заканчивается, когда изменения в ритме начинают происходить спон­танно. В результате воздействия на биологический ритм в отрезке времени потенциальной готовности обязатель­но будет сдвигаться фаза ритма и может измениться его амплитуда. К сожалению, механизмы, лежащие в основе времени потенциальной готовности, изучены плохо, хо­тя они чрезвычайно важны для понимания закономерностей регуляции биологических ритмов и действия на них различных факторов, в том числе лекарственных ве­ществ. Время потенциальной готовности, очевидно, име­ет большое значение для формирования ритмов чувстви­тельности функции к тем или иным влияниям. Надо сказать, что с использованием представления о времени потенциальной готовности создаются модели биологиче­ских ритмов и способы их регулирования.

Наконец, надо сказать еще об одном параметре био­логических ритмов, о так называемом фазовом сдви­ге в часах (или фазовый угол в градусах). Он обоз­начает разницу между положением фаз двух и более ритмов или между положение фаз биологического рит­ма и ритма какого-то внешнего по отношению к живой системе фактора, например ритма освещенности. Фазовый сдвиг и его изменения характеризуют координированность протекания во времени различных биоло­гических ритмов и их согласованность с внешними гео­физическими ритмическими колебаниями.

Мы уже отмечали, что соответственно суточным, приливным, лунным и сезонным биологическим ритмам (периоды этих ритмов равны 12 часов и более) в при­роде можно обнаружить колебания условий, происхо­дящих с теми же периодами {суточный цикл освещенно­сти, смены приливов и отливов, фаз луны, сезонов года). С этими колебаниями во внешней среде согласуются (синхронизируются) биологические колебания в организме. Они названы датчиками, или указа­телями времени, для биологических ритмов. Та­ким образом, благодаря связи внутренних и внешних ритмов организм приспосабливается к различным усло­виям. Отметим, что для ультрадианных, околочасовых, минутных и секундных биологических ритмов подобные датчики времени не известны. Следовательно, происхож­дение ритмов с частотой большей, чем один цикл за 24 часа, нуждается в выяснении. Я и В. П. Рыбаков в 1973 г. предложили связать их формирование с тем об­стоятельством, что в отдаленные от нас эпохи, когда на Земле уже существовала жизнь, длительность суток бы­ла короче, чем сейчас, ибо тогда наша планета быстрее вращалась вокруг своей оси. Такое объяснение можно условно принять, например, для ультрадианных ритмов, но оно неприемлемо для околочасовых. Скорее всего, вы­сокочастотные ритмы характерны для функционирова­ния систем с автоколебательными биохимическими ре­акциями, в которых присутствует механизм регуляции с отрицательной обратной связью. Считают, что нали­чие в какой-либо системе биологических процессов это­го механизма неизбежно ведет к появлению колебаний.

По мнению советских ученых В. Я. Бродского и Н. В. Нечаевой (крупных специалистов в области околочасо­вых биологических ритмов), минимальные циклы жизне­деятельности клеток (например, указанные ритмы) от­ражают не столько древние геофизические колебания, сколько внутреннюю метаболическую нестабильность живых систем. Надо отметить также некоторые сущест­венные различия биологических ритмов с периодом до и после 24 часов. Если для первых характерна нерегуляр­ность величины периода, то у вторых она достаточно ус­тойчива. Кроме того, в первом случае синхронизация ритмов в большей степени происходит по их амплитуде, тогда как во втором — по частоте.

Три макробиоритма у человека и реальность крити­ческих дней. Еще в начале нынешнего века были извест­ны 3 биологических ритма у человека, которые потом были названы макробиоритмами. Это 23-дневный физический, 28-дневный эмоциональный (пси­хический) и 33-дневный интеллектуальный ритмы. Они были замечены немецким врачом В. Флиссом, авст­рийским психологом Г. Свободой и инженером из Инс­брука Ф. Тельчером. В последнее время резко возрос ин­терес к этим ритмам, что можно заметить по публика­циям печати.

Существует мнение, что знание своих макробиорит­мов позволяет прогнозировать наступление так называе­мых критических дней, в которые наиболее веро­ятны травмы, различные несчастные случаи, недомога­ние и т. д. Надо сказать, что исследователи неодинаково относятся к реальности существования макробиоритмов. Действительно, есть ряд моментов, заставляющих сомне­ваться в существовании 23- и 33-дневных ритмов. На­пример, не известно, что определяет длину их периода. Высказывается также мнение, что они могут быть моди­фикациями основного 28-дневного ритма. Что же каса­ется этого ритма, то он свойствен различным физиоло­гическим системам у женщин и мужчин и коррелирует с циклом фаз Луны.

Исследования, проведенные в последнее десятилетие, не подтвердили совпадение частоты различных происше­ствий с критическими днями. Так, группа американских авторов (Дж. Уолкотт и др.) в 1977 г. сопоставили дан­ные о 4008 несчастных случаях в гражданской авиации США за 1972 г. с фазами макробиоритмов. В итоге не было обнаружено достоверной корреляции частоты этих случаев с критическими днями или с отрицательными фазами ритмов. Канадские исследователи М. Персенгер и другие в 1978 г. проанализировали 400 несчастных случаев на 2 горнорудных предприятиях и пришли к вы­воду, что их число не увеличивалось в критические дни и в дни расположения кривых макробиоритмов ниже ну­левой линии.

Расчет наступления критических дней, как известно, ведется на основе приписываемого макробиоритмам ис­ключительного постоянства их периодов. Вместе с тем в литературе указывается, что, например, 28-дневный цикл не является по своей продолжительности постоян­ным и стабильный. У женщин, по данным, собранным русским врачом Н. Пэрна еще в 1925 г., он наблюдается менее чем в 3/4 случаев. А японский врач Огино сообщил в 1957 г., что длительность цикла у женщин колеблется от 23 до 45 дней. Надо также иметь в виду, что период этого ритма изменяется при заболеваниях, стрессовых ситуациях и т. д. Поэтому, с нашей точки зрения, весь­ма сомнительна правомерность использования в расче­тах для прогноза наступления критических дней имении постоянной величины периода 28-дневного ритма, не го­воря уж о ритмах с 23- и 33-дневными периодами, суще­ствование которых как самостоятельных ритмических процессов еще не доказано. Кроме того, если применять положение о неизменности периода 3 макробиоритмов, то тогда им надо отказать в выполнении важной роли в процессах адаптации организма, что обязательно, как уже говорилось, сопровождается фазовыми сдвигами и изменением длины периода и что свойственно всем дру­гим известным биологическим ритмам.

Биологический ритм и квантованность биологическо­го процесса. Конечно, говоря о повторяемости событий в биологическом ритме, надо иметь в виду, что эта пов­торяемость относительная. Повторение действительно су­ществует, и каждый следующий цикл ритмических из­менений формально воспроизводится по тем же законо­мерностям, что и предыдущий, т. е. новому циклу свой­ственны все те же параметры, что и старому. Другими словами, в новом цикле воспроизводится общая структу­ра, форма ритма. Но, как уже говорилось, каждый пос­ледующий цикл изменений в чем-то отличается от старого. Изменяться могут все параметры ритма и толь­ко часть их. Тогда новый цикл, оставаясь по форме по­хожим на старый, вместе с тем по своему содержанию уже отличается от него. Эта очень глубокая и важная закономерность позволяет понять, каким образом возни­кает новое содержание в остающейся прежней (старой) структуре и почему необратим процесс развития какой-либо функции, морфологического образования или орга­низма в целом.

Образно можно сказать, что биологический ритм в данном случае подразделяет процесс развития на от­дельные отрезки, или кванты, т. е. делает развитие квантованным, этим самым достигается единст­во непрерывности и дискретности. Кванто­ванность изменений, происходящих в живой системе, имеет прямое отношение к проблеме размерности (естественных единиц) биологического времени.

Хронобиологическая норма. Речь идет о среднепериодической величине функции, которая дает наиболее объ­ективную оценку ее уровня, характеризует нормальное состояние живой системы. Хронобиологическая норма отражает не статику организма, а его динамику во вре­мени. Другие показатели хронобиологической нормы — амплитуда, фазовая структура биологического ритма и те рамки обратимых изменений перечисленных призна­ков биологического ритма, которые возникают в орга­низме в ответ на воздействие. Обратимость здесь является границей между хронобиологической нормой и патологическими нарушениями в биологических ритмах.