42. Биологические ритмы. Классификация биоритмов. Мультиосцилляторная модель регуляции биологических ритмов.

Медицинское значение хронобиологии. Принципы хронотерапии.

Биологические ритмы. В эволюции выработалась способность организмов ориентиро­ваться во времени, которая позволяет согласовывать скорость и нап­равление главных физиологических процессов с закономерными и прежде всего циклическими изменениями условий обитания. Меха­низмы, лежащие в основе указанной способности, объединяют под общим термином «биологические часы». Внешним проявле­нием функционирования таких часов служат ритмические колебания функций организма — биологические ритмы. Область био­логии, изучающая закономерности временной организации живых систем, называется хронобиологией.

Циклические изменения характеризуют различные процессы на клеточном, тканевом, органном и организменном структурных уров­нях. Так, с определенной периодичностью изменяется содержание гликогена в клетках печени, количество клеток, редуплицирующих ДНК или делящихся митозом, происходит вылет имаго из куколок у плодовых мух или свечение одноклеточной водоросли Оопуаи1ах, обусловливающее свечение морской воды. Многочисленны примеры таких изменений у растений: поднимание и опускание листьев или движение лепестков в зависимости от времени суток, опорожнение спор из спорангиев у грибов и водорослей.

Биологические ритмы различаются продолжительностью цикла. Околочасовые ритмы характеризуют временную организа­цию некоторых внутриклеточных метаболических процессов, например синтез и выделение белкового секрета клетками некоторых желез. Их изучение начато сравнительно недавно. Изменения растений и животных в связи со сменой времен года, издавна привлекавшие внимание людей, являются примером ритмов с годовой периодичностью.

Интенсивно изучаются суточные (циркадные)ритмы, которые заключаются в закономерных изменениях физиологических показателей организма в зависимости от времени суток.

Суточные ритмы многих физиологических процессов являются эндогенными, т. е. определяются механизмами, действующими в самом организме. В пользу этого говорит, например, сохранение ритма, зависящего от фотопериодичности, даже после помещения организма в условия постоянного освещения. Так, мыши, существуя в течение нескольких поколений при постоянном освещении, по возвращении в условия чередования света и темноты, воспроизводили нормальную суточную периодичность двигательной активности.

Суточные ритмы реагируют на действие внешних факторов, прежде всего чередование света и темноты, высоких и низких температур. При этом изменяется положение фаз ритмических изменений. У челове­ка, например, при переходе к образу жизни, противоположному обычному (бодрствование ночью, сон днем), через 9—10 сут наблюда­ется смена фаз ритма колебаний температуры тела. Внешние факторы способствуют выявлению эндогенных суточных ритмов путем синхро­низации ритмических изменений отдельных клеток или особей. Например, в популяциях плодовых мух, выдерживаемых в постоянных условиях освещения, регистрируется непериодический вылет имаго из куколок. После воздействия светом благодаря синхронизации процесс становится периодическим. Таким образом, внешние факторы могут служить указателем времени.

Средняя длина периодов суточных ритмов у растений варьирует от 22 до 28 ч, у животных в большинстве случаев этот показатель уклады­вается в пределы 23—25 ч. Существуют определенные индивидуальные колебания длины периодов. При постоянных условиях длительность цикла активности у четырех мышей составила в одном из опытов от 25,0 до 25,4 ч.

Эндогенные суточные ритмы ограничивают осуществление тех или

иных функций определенным временем суток. Это имеет большое приспособительное значение, так как приводит организм в состояние «готовности» по отношению к ожидаемым условиям среды в опреде­ленное время. Так, вечерние прыжки лососей, требующие соответству­ющего энергетического подкрепления, совпадают с максимумом активности поедаемых насекомых. Благодаря эндогенному ритму организмы сохраняют экологически целесообразную ориентировку во времени суток, несмотря на периодическое выключение внешних указателей времени, например в связи с непогодой.

Хронобиология представляет собой интенсивно развивающуюся область науки, однако до сих пор нет отчетливого понимания механизма биологических часов или способов сопряжения эндогенных ритмов и циклических изменений внешних факторов. Между тем познание указанного механизма имеет большое значение, например для выбора оптимального режима активности человека. Так, ночная работа в режиме «12-часовая смена, 24-часовой отдых» менее благоприятна, чем многонедельная ночная работа, укладывающаяся в суточный ритм. Данные о суточном ритме клеточной пролиферации используются при выборе времени назначения лекарств, действующих на делящиеся клетки, например в онкологических клиниках.