Лекции / Kurs_lektsiy_po_patofiziologii_Ch_1_2018_1

ЛЕКЦИЯ 5

БИОРИТМЫ И ИХ РОЛЬ В ПАТОЛОГИИ

Ритмичность и периодичность – универсальные свойства живой материи, лежащие в основе ее адаптации, резистентности, обеспечения динамического гомеостаза, жизнедеятельности и здоровья организма.

Ритм – размеренность, равномерное чередование каких-либо изменений, явлений, процессов. Периодичность – повторяемость (како- го-нибудь) явления через определенные промежутки времени.

Цикличность не только природных, но и биологических феноменов отмечали уже философы, ученые и врачи Древнего Китая, Древней Индии, Древней Греции и др. стран.

Важный вклад в разработку биоритмических процессов внесли в XIX-XX вв. отечественные ученые (Федоров Г.А., Пэрн Н.Я., Чижевский А.Л. и др.). Так, основоположник космобиологии и биоорганоритмологии А.Л. Чижевский обнаружил связь между циклическими изменениями на Земле, (в том числе столетней цикличности смертности людей) и циклическими процессами на Солнце. Он также показал, что ритмически протекающая функциональная активность органов определяется как врожденными свойствами, зависимыми от внутренних физико-химических процессов в организме, так и влияниями различных факторов внешней среды (главным образом космических).

Обнаружение нарушений биологических ритмов имеет большое значение для диагностики заболеваний и патологических процессов, в том числе для характеристики их патогенеза, особенностей клинического течения и эффективности лечения.

К настоящему времени у человека определено свыше 400 ритмически изменяющихся физиологических процессов.

Наибольший расцвет наука о ритмических процессах в живом организме и их значения для жизни, здоровья и патологии человека получила в ХХ веке.

Проблема биоритмов занимает важное место в социологии, экономике, биологии и медицине, в том числе патологии, патофизиологии, фармакологии, терапии, хирургии и других медицинских специальностях.

109

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О БИОРИТМАХ

Биоритм – самоподдерживающийся процесс колебаний метаболических, структурных и физиологических изменений различных уровней организации живого. Эти ритмические колебания обеспечивают адаптацию, резистентность, умственную и физическую работоспособность и продолжительность жизни организма.

Хронобиология – наука, изучающая закономерности периодически повторяющихся биологических процессов в живом мире.

Биоритмология – наука, изучающая биоритмы (ритмические процессы) в живых организмах и являющаяся разделом хронобиологии.

Хронофизиология – раздел хронобиологии, изучающий ритмическую активность органов, систем и целостного организма, а также механизмы генерации ее (т.е. ритмической) активности в условиях нормы.

Хронопатология – наука, изучающая особенности биоритмических процессов в условиях патологии и являющаяся разделом хронобиологии.

Колебательные процессы характеризуют следующими показателями:

•Период – продолжительность цикла какого-либо проявления жизнедеятельности. Период обратно пропорционален частоте ритма.

•Частота – число циклов определенного биоритма в единицу времени.

•Мезор – средний уровень исследуемого показателя биосистемы за один цикл.

•Амплитуда – разность между максимальным или минимальным значением показателя и мезором (т.е. половина разности между максимальным и минимальным значениями показателя).

•Фаза – любая, отдельно выделенная, часть цикла.

•Акрофаза – максимальное отклонение амплитуды биоритма от мезора (наибольший подъем параметра биоритма).

•Батифаза – наибольший спад (снижение) параметра биоритма.

Колебания того или иного биологического процесса наступают через примерно равные промежутки времени.

110

2. КЛАССИФИКАЦИЯ БИОРИТМОВ

Биоритмы чаще всего классифицируют по происхождению, длительности цикла, уровню организации биосистемы, характеру регулирующих механизмов.

1. По происхождению выделяют следующие биоритмы:

Экзогенные ритмы (внешние ритмогенные факторы). К ним относят геофизические, геосоциальные и космические ритмы. Они четко отражают периодические процессы, протекающие в окружающей биологической и социальной среде. Например, ритмичность процесса фотосинтеза в растениях определяется соотношением и интенсивностью светлого и темного времени суток.

Эндогенные ритмы (внутренние ритмогенные факторы). Они являются истинными (физиологическими) ритмами организма. Их обнаруживают при отсутствии периодических процессов в окружающей среде. Например, эндогенные ритмические колебания могут исчезнуть при резком снижении температуры тела, резком уменьшении содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, уровня гормонов, макроэргов, ферментов и других веществ в крови и тканях. Эндогенные биоритмы имеют очень широкий диапазон колебаний в единицу времени (от сотен и десятков колебаний в секунду до нескольких колебаний в минуту, час, сутки, неделю, месяц).

К эндогенным биоритмам относят следующие ритмические из-

менения: 1) обмена веществ и энергии; 2) биоэлектрической активности головного мозга, ганглиев и других нервных структур; 3) концентрации и соотношения нейропептидов, гормонов, биологически активных веществ в тканях, крови и других биосредах организма; 4) температуры различных частей тела, органов, тканей;

5)функциональной активности сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной, выделительной и других физиологических систем;

6)количества клеток, белков, углеводов, электролитов в циркулирующей крови и тканях и т.д.; 7) разных видов активности человека: физической активности (23 дня); эмоциональной активности (28 дней); интеллектуальной активности (33 дня); 8) работоспособности и других показателей.

Биоритмическая активность у разных людей различна. По данной активности выделяют 3 основные группы: 1) «жаворонки», 2) «совы»,

3)аритмики («голуби»).

111

К«жаворонкам» относятся люди, рано ложащиеся спать и рано просыпающиеся). Наибольший подъем их работоспособности наблюдают в 7-14 ч. и 16-20 час. В этой связи они должны выполнять самую трудную работу именно в эти временные периоды максимальной активности.

К«совам» относятся люди, поздно засыпающие и поздно просыпающиеся. Их наибольшую работоспособность отмечают вечером и в полночь.

Каритмикам (так называемым «голубям») относится самая распространенная группа людей, которые довольно легко приспосабливаются и хорошо выполняют труд, как в утреннее, так и в вечернее время.

По данным немецкого физиолога Хамппа, 1/6 часть людей – «жаворонки», 1/3 – «совы», 1/2 – «аритмики».

Хронотип человека, как выяснилось, зависит главным образом от врожденных, а также от приобретенных в процессе онтогенеза свойств.

Доказано, что перестроить «жаворонков» на «сов» невозможно. Однако «совы» при необходимости могут довольно быстро переучиваться на «жаворонков». Можно полагать, что ритм (режим) «сов» – не потребность организма, а длительно формирующаяся привычка. С другой стороны, ритм (режим) «жаворонков» – естественная, наследственно закрепленная потребность организма.

2. По длительности (частоте) биоритмы бывают следующие:

•Физиологические (функциональные) – высокочастотные, врожденные:

длительность физиологических циклов, обеспечивающих непрерывную деятельность организма, составляет от долей секунд до нескольких десятков минут. К высокочастотным ритмам относят, например, циклы нервно-мышечного возбуждения и торможения:

ритмы мозга (по данным электроэнцефалографии или эхоэнцефалографии) колеблются от 0,5-3 Гц до 30 и более Гц. Различают следующие их виды: сигма ( ) ритм, составляющий 0,5-3 Гц; тэта ( ) ритм – 4-7 Гц; альфа ( ) ритм – 8-13 Гц; бета ( ) ритм –14-30 Гц; гамма ( ) ритм – более 30 Гц;

ритмы различных органов, как правило, более длительные. Например, ритм сердца в норме составляет 60-80 сокращений

112

в мин (1-1,3 Гц), ритм легких (внешнего дыхания) – 15-20 в

мин (0,25-0,35 Гц) и т.д.

•Геофизические – среднечастотные и низкочастотные, врожденные и приобретенные. В частности, к среднечастотным ритмам относят: приливные (12,8 час); ультрадианные (16 ± 4 час); циркадианные, или околосуточные (24 ± 4 час); инфрадианные

(28 час-4 сут).

•Геосоциальные – низкочастотные (бывают врожденными и приобретенными). В частности, к низкочастотным ритмам относят: 1) околонедельные (7 сут); 2) полулунные (14-15 сут);

3) лунные (28 сут); 4) околомесячные (около 30 сут); 5) сезонные (около 3 мес); 6) цирканнуальные (окологодичные); 7) мегаритмы (более 1-10 лет).

На биологические ритмы у человека наибольшее влияние оказывают взаимное расположение Земли, Луны, Солнца и других светил (звезд и созвездий), периоды их вращения вокруг своей оси, продолжительность дня и ночи.

Каждый физический, эмоциональный и интеллектуальный цикл включает положительные и отрицательные составляющие (полуволны), когда соответствующая активность либо нарастает, либо снижается (ухудшается).

При переходе положительной полуволны в отрицательную (т.е. при пересечении линии цикла с нулевой величиной) формируются критические дни, ухудшающие физическую, эмоциональную либо интеллектуальную активность и нередко приводящие к обострению заболеваний и возникновению различных несчастных случаев.

Например отмечено, что: 1) у женщин в связи с менструальным циклом (лунный цикл, 28 сут) изменяются самочувствие, активность, настроение; у мужчин также отмечают околомесячный ритм колебаний указанных характеристик; 2) наилучшим временем для зачатия считают 8 час утра, рождаются же дети преимущественно в период между полуночью и 4 час утра; 3) пик производительности умственного труда отмечают в период 10-12 час дня, а также в период между 16 час 30 мин и 18 час; 4) спад умственной работоспособности происходит обычно между 12 час 30 мин и 15 час; 5) кожа обладает наименьшей чувствительностью к парентеральным инъекциям примерно в 9 час утра; 6) органы вкуса, обоняния и слуха наиболее активны (обострены) между 17 и 19 час; 7) наиболее эффективно им-

113

мунная система предохраняет организм от инфекционных возбудителей примерно в 22 час; 8) психическая и мышечная возбудимость человека выше весной и в начале лета; 9) дети летом растут быстрее, чем в другие сезоны года; 10) смертность от пневмоний и гриппа в США и России наибольшая в конце декабря, в январе и начале февраля. Повышение риска смертности от этих заболеваний в данное время года объясняют не столько метеорологическими влияниями, сколько повышением чувствительности организма к инфекции в зимний период года.

3. По уровню организации живого различают следующие био-

ритмы: 1) организменный; 2) системный; 3) органный; 4) тканевой;

5)клеточный; 6) субклеточный; 7) молекулярный.

3.СТРУКТУРА ВРЕМЕННÓЙ ОРГАНИЗАЦИИ БИОСИСТЕМ

Общая структура временной организации любой биосистемы, независимо от сложности ее строения, по мнению известного в России хронобиолога Ю.А. Романова (1980-2000), включает следующие составные элементы:

пейсмейкер («водитель ритма»), генерирующий колебания в биосистеме (т.е. регулирующий временную организацию этой системы);

структуры, связывающие временную организацию биосистемы с внешней средой и окружающими биосистемами;

рецепторы, чувствительные к периодическим сигналам из внешней среды, в том числе от других биосистем;

эфферентные структуры (выходной путь), по которым реализуется пейсмейкерный сигнал в виде изменения того или иного биоритмического показателя.

4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ БИОРИТМОВ

Теория фотопериодичности основана на смене света и темно-

ты в течение суток. Смена света и темноты рассматривается как источник формирования различных биоритмов в организме. Ведущее положение в периодичности функционирования регуляторных и исполнительных систем, метаболических процессов занимает активизация и торможение зависимых от света и темноты функций эпифиза.

114

Именно эпифиз через образование мелатонина (синтез увеличен днем и уменьшен ночью) вовлекает в циклический процесс различные структуры ЦНС, особенно вегетативные (симпатическая и парасимпатическая нервная система) и эндокринные (гипоталамус, гипофиз, периферические железы) структуры. Последние через медиаторы и гормоны реализуют свое регуляторное действие, изменяя метаболические, структурные и физиологические процессы в различных клетках, тканях, органах и системах организма.

Теория мультиосцилляторного механизма предполагает нали-

чие в организме множества взаимосвязанных пейсмекеров, определяющих соответствующие колебательные процессы в различных центральных и периферических образованиях. Реализация работы этой системы осуществляется с помощью прямых и обратных положительных и отрицательных связей с участием как нервных, так и гуморальных механизмов.

Теория хронона объясняет околосуточные колебательные процессы с помощью изменений функциональной активности участков ДНК (так называемых хрононов), ответственных за регуляцию биоритмов. Цикличность репликации (копирования) фрагментов цепи ДНК определяет ритмичность образования м-РНК и, следовательно, синтеза белков, а значит и всех метаболических, структурных и физиологических процессов в организме.

Теория волновых пакетов основана на формировании колебательных процессов электромагнитными воздействиями на человека, зависящими от особенностей региона, в котором родился и живет человек, а также от электромагнитных влияний космоса. Например, в центральной части России заболеваемость ишемической болезнью сердца возрастает в зимний период года, в Восточной Сибири – летом.

Все указанные теории признают ведущую роль эндогенных пейсмекерных механизмов в возникновении колебательного характера метаболических, структурных и физиологических процессов, которые зависят от различных экзогенных геофизических, геосоциальных и космических ритмических воздействий на организм.

115

5. ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЗДОРОВОМ И БОЛЬНОМ ОРГАНИЗМЕ

Показано, что жизненно важный суточный цикл сон– бодрствование, как и суточный ритм эндокринной системы, формируется и становится постоянным на 2-4-м месяце после рождения, т.е. для устойчивого функционирования жизненно важных пейсмекерных структур необходимо определенное время для их «дозревания» в постнатальном периоде жизни.

Например, у взрослых здоровых людей минимальную секрецию АКТГ и глюкокортикоидов наблюдают поздно вечером (22-24 час), а максимальную – в последние часы сна и первые 0,5-1,5 часбодрствования, т.е., как правило, рано утром (7-8 час).

Акрофазу дегидроэпиандростерона и андростендиона надпочечников отмечают обычно в 7-10 час утра. Вот почему зачатие лучше осуществлять в это время суток.

Тормозящий эффект экзогенно вводимых глюкокортикоидов на деятельность гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы, реализуемый с участием механизмов отрицательной обратной связи, также зависит от времени суток. Прием глюкокортикоидов в вечернее время сопровождается более выраженным угнетением этой системы, чем в утренние часы. Циркадианные ритмы концентрации АКТГ и кортикостероидов в крови обнаруживают даже у больных с недостаточностью коры надпочечников. Из этого можно сделать вывод, что дефицит глюкокортикоидов в организме существенно не нарушает биоритмической активности гипо- таламо-гипофизарно-кортикоадреналовой системы.

В отличие от этого, у людей с болезнью Иценко-Кушинга (первичная патология центральных отделов гипоталамо-гипофизарно- адреналовой системы, сопровождающаяся гиперплазией и гиперфункцией коры надпочечников) нарушается и утрачивается циркадианная ритмичность концентрации в крови не только АКТГ, кортизола, 11-ОКС, 17-ОКС, но и β-липотропина, а иногда и β-эндорфина. Суточный ритм АКТГ и глюкокортикоидов нарушается и при гормонально активных опухолях коры надпочечников (кортикостероме или кортикобластоме), ведущих к развитию синдрома Иценко-Кушинга.

У больных с другими видами эндокринопатий также нарушаются суточные ритмы секреции и концентрации в крови различных гормонов. Так, при сахарном диабете I типа (инсулинозависимого) отмеча-

116

ют изменение суточной ритмики содержания в плазме крови не только инсулина, но и глюкагона, соматотропного гормона, тиреотропного гормона, трийодтиронина, тироксина, лютеинизирующего гормона, фолликулостимулирующего гормона, тестостерона и кортизола.

5.1. Десинхронозы (понятие, классификация, причины, механизмы, характеристика)

Десинхронизация – временное рассогласование биологических ритмов (функций, метаболизма, структуры) – надежный показатель наличия той или иной патологии у человека.

Ресинхронизация – возобновление ритмических изменений в организме – объективный показатель выздоровления и оптимизации физиологических, метаболических и морфологических процессов.

Десинхронозы – различные расстройства биоритмов организма, заключающиеся в нарушении направленности и степени сдвига того или иного основного показателя колебательного процесса.

Десинхронозы, во-первых, проявляются изменением (увеличением или уменьшением) длительности периода, частоты, амплитуды, акрофазы, батифазы того или иного биоритма; во-вторых, характеризуются рассогласованием ранее синхронизированных внутри или межсистемных ритмов.

При рассогласовании ритмических процессов внутри организма (на уровне органов, формирующих ту или иную функциональную си-

стему) развивается внутренняя десинхронизация.

При рассогласовании ритмов организма с ритмами внешней сре-

ды формируется внешняя десинхронизация.

Классификация десинхронозов

В настоящее время выделяют следующие виды десинхронозов: Острый десинхроноз возникает при быстро формирующемся рас-

согласовании датчиков времени и существующими в организме ритмическими процессами. Например, при быстром пересечении нескольких часовых поясов на самолете у пассажиров нарушается цикл сон – бодрствование за счет расстройств взаимоотношения его фаз.

Хронический десинхроноз развивается при длительном непрекращающемся или часто повторяющемся действии на организм факторов, вызывающих острый десинхроноз.

117

Скрытый десинхроноз – расстройства биоритмических процессов незаметны, их можно обнаружить только при тщательном обследовании (в условиях стационара).

Явный десинхроноз – нарушения биоритмов проявляются выраженными субъективными ощущениями и объективными сдвигами циклических параметров организма.

Частичный десинхроноз – изменения биоритмов определяют в пределах одного органа или одной физиологической системы.

Тотальный десинхроноз – расстройства биоритмических процессов проявляются в большинстве органов и систем организма.

Асинхроноз – максимально выраженный десинхроноз, обычно сопровождающийся гибелью организма.

К причинам десинхронозов относятся космические полеты;

трансмеридиональные перелеты; психогенные, биологические, химические и физические факторы, которые все нарушают цикл сон – бодрствование: 1) повторяющиеся переключения дневной работы на вечернюю и ночную работу в течение длительного времени; 2) частые изменения геомагнитных влияний, геофизических датчиков времени в течение длительного срока; 3) выраженные усиления и изменения колебаний электромагнитных влияний космического пространства на организм; 4) избыточное (аритмическое) действие на организм разнообразных стрессорных факторов и др.

Основными механизмами возникновения десинхронозов считаются:

1.Рассогласование между жизненными (поведенческими) и временными стереотипами организма и существенно измененными условиями жизни, работы и отдыха.

2.Неспособность организма адаптироваться к существенным изменениям электромагнитных влияний Земли и Космоса, другим стрессовым факторам.

5.1.1. Краткая характеристика ведущих десинхронозов

При космических полетах наблюдают: 1) нарушения (вплоть до отсутствия) естественного для земных условий 24-часового ритма жизнедеятельности организма, характеризующегося прежде всего наличием цикла сон–бодрствование; 2) усиление влияния электро-

118