|
Адаптивные физиологические ритмы выработались в процессе эволюции как форма приспособления организмов к циклически меняющимся условиям среды. Наиболее изучены околосуточные (циркадные) ритмы, циркадные ритмы отражают периодичность геофизических факторов, обусловленную вращением Земли вокруг своей оси. В течении суток закономерно изменяется прежде всего естественное освещение. Суточным колебаниям подвержены цикл день-ночь, температура и влажность воздуха, напряженность электрического и магнитного поля Земли, потоки разнообразных космических факторов, падающих на Землю в конкретный временной цикл.
Под влиянием этих внешних факторов совершалась эволюция всех форм жизни на Земле, колебания их в настоящее время, как и миллионы лет назад, играют жизненно важную роль для всех без исключения обитателей Земли. Например, для дневных животных восход Солнца - сигнал для активной деятельности: добывания пищи, строительства жилья, выращивания потомства, а с наступлением темноты активизируются животные, ведущие ночной образ жизни. И все животные "подстраиваются" к этому суточному ритму. А кто не сможет "вписаться" в этот режим, заданный природой, погибают. Для выживания любой организм должен соизмерить свой ритм с внешними ритмами. Адаптация конкретного организма или видовая адаптация к внешним условиям в широком биологическом смысле - это синхронизация жизненных процессов (ритмов) организма или целой популяции с внешними ритмами, таким образом, циркадная периодичность жизненных функций является врожденным свойством.
Спонтанные циркадные ритмы обнаружены едва ли не у каждого вида живых существ. Возможное исключение составляют обитатели океанских глубин и подземных пещер, а также прокариоты (бактерии и сине-зеленые водоросли, клетки которых не имеют оформленного ядра и митохондрий).
Циркадные колебания обычно наблюдаются у более организованных одноклеточных организмов и в изолированных тканях многоклеточных организмов. тем не менее и у позвоночных, и у беспозвоночных животных часть нервной системы обычно играет роль циркадного ритмоводителя для всего организма. Мишель Менакер с сотрудниками показал, что у некоторых птиц эту функцию выполняет эпифиз, ритмично выделяющий в мозге гормон мелатонин. Деятельность эпифиза регулируется светом, проникающим сквозь теменную часть черепа. У воробья даже удается сдвинуть фазу циркадного ритма, пересадив ему эпифиз птицы, живущей в иной временной зоне.
У грызунов эпифиз выделяет мелатонин тоже ритмично, но под контролем двух скоплений нейросекреторных клеток - супрахиазменных ядер, расположенных слева и справа в гипоталамусе, над перекрестием зрительного нерва. Информация о свете и темноте идет от глаз. Ежедневные порции мелатонина синхронизируют циркадные колебания. У обезьян подобную роль играют супрахиазменнне ядра. У людей с травмами в этой области гипоталамуса наблюдается расстройство ритма, что позволяет предполагать сходную роль супрахиазменных ядер и у человека. Фазу ритмов этих ядер можно сдвинуть светом через зрение, электрическим раздражителем, инъекцией в мозг аналога нейромедиаторов, вызывающих нормальные разряды нейронов,а также мелатонином.
Секреция эпифизом мелатонина стимулируется психомиметиками (ЛСД, мескалин, кокаин) и подавяявтся препаратами, используемыми для лечения психозов. Недавно выяснилось, что аитидепрессант бензодиазепин подстраивает фазу циркадных часов у грызунов, действуя на нейромедиаторы в супрахиазменных ядрах гипоталамуса. Это указывает на некую связь между психическими заболеваниями и расстройствами цир-кадных ритмов, особенно между депрессией и нарушением сна. Человеку для подавления секреции мелатонина требуется гораздо больше света, чем другим млекопитающим. Если бы циркадные ритмы человека реагировали на тусклое освещение, они должны были бы быть в постоянном разладе, и люди, помимо других проблем, постоянно испытывали бы дополнительный стресс.
Для организма человека характерно повышение в дневные и снижение в ночные часы физиологических функций, обеспечивающих его физическую активность (частоты сердечных сокращений, минутного объема крови, артериального давления, температуры тела, потребления кислорода, содержания сахара в крови, физической и умственной работоспособности и др.). В обычных условиях наблюдаются определенные соотношения между фазами отдельных околосуточных ритмов. Поддержание постоянства этих соотношений обеспечивает согласование функций организма во времени, обозначаемое как внутреннее согласование. Помимо этого, под действием меняющихся с суточной периодичностью факторов среды (синхронизаторов, или датчиков времени) происходит внешнее согласование циркадных ритмов. Различают первичные (имеющие основное значение) и вторичные (менее значимые) синхронизаторы. У животных и растений первичным синхронизатором служит, как правило, солнечннй свет, у человека им становится также социальные факторы.
Динамика околосуточных физиологических ритмов у человека и высших животных обусловлена не только врожденными механизмами, но и выработанным в течение жизни суточным стереотипом деятельности. Имеющиеся данные о возможности рассогласования по частоте отдельных циркадных ритмов дают возможность предположить существование целого ряда относительно независимых осцилляторов, каждый из которых регулирует ритм определенной, широко разветвленной функциональной системы. В многоклеточных организмах центральные регуляторы не возбуждают колебаний в периферических тканях, а только синхронизируют присущие каждой клетке организма циркадные ритмы по частоте и фазе. Регуляция физиологических ритмов у высших животных и человека осуществляется в основном гипоталамо-гипофизарной системой.
Циркадный механизм не универсален. Он различается в зависимости от биологического вида или даже от типа клеток у одного организма. Полагают, что циркадный механизм замыкается именно на уровне клетки в отличие, например, от менструального цикла, включающего нервные и эндокринные взаимодействия многих тканей. Клеточные механизмы можно изучать методами биохимии и генной инженерии. Существует множество биохимических способов воздействия на работу циркадных часов. Сначала использовались преимущественно световые импульсы. Так, для дрозофилы постоянного освещения - даже на уровне света неполной Луны - достаточно, чтобы остановить ход часов. При этом свет действует опосредованно, а не прямо на молекулы колебательного механизма. У большинства циркадных ритмов период почти совсем не зависит от уровня температуры, если только она остается в физиологически допустимых пределах. Более того, циркадные часы в отличие от подлинных независимых (по температуре) систем не защищены от перепадов температуры: малейшее изменение последней способно сдвинуть их фазу. Помимо света и перепадов температуры на период влияют многие химические вещества, изменяющие проницаемость мембран и нарушающие синтез белка. Их кратковременное введение приводит к сдвигу фазы. Однако затрагиваемые при этом процессы многочисленны и многообразны, и не ясно, чем может быть опосредовано их влияние на ход часов. Вероятно, ни сам АТФ, ни процесс его синтеза и распада не являются деталями механизма часов. То же можно сказать и о синтезе белков.
В другую очень важную группу биологических ритмов, имеющих огромное значение для высших и низших организмов, входят сезонные (околосезонные), годичные ритмы, обусловленные вращением Земли вокруг Солнца. Сезонные изменения растительного покрова Земли, миграция птиц, зимняя спячка ряда видов животных - это примеры ритмов с годичным периодом. Сезонные колебания жизненных функций характерны и для человека. Так, в регионах с сезонными контрастами климата интенсивность обмена веществ выше зимой, чем летом. Холод является адекватным стимулятором функции щитовидной железы. Артериальное давление, количество эритроцитов, гемоглобина обычно ниже в жаркое время года. Весной и летом у большинства людей работоспособность выше, чем зимой. Пик выдающихся спортивных достижений приходится на весенне-летний и ранний осенний периоды. Хорошо известно волнообразное течение многих заболеваний, при котором периоды обострения сменяются длительными ремиссиями, так, туберкулез чаще обостряется весной, а язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки - весной и осенью. В осенне-зимний и весенний периоды выявляют наибольшее число первичных больных инсулинзависимым сахарным диабетом.
Сезонные колебания физиологических показателей у многих теплокровных в определенной мере повторяют суточные: в зимний период отмечается понижение обмена и двигательной активности, в весенне-летний — активизация физиологических процессов.
Известный терапевт М.Н.Кончаловокий еще в 1935 г. писал: "Если пристальнее всмотреться в эволюцию и течение болезней, то очень часто можно заметить волнообразное течение, т.е. приступы, пароксизмы, кризы, которые сменяются относительным покоем, когда видимые признаки уходят и больной чувствует себя относительно хорошо и нередко даже обращается к труду... Врачи, подобно морякам, которые знают о периодически наступающих бурях при равноденствиях, должны знать, что болезни имеют волнообразное течение, что окончание приступа и криза не есть окончание болезни, что ремиссия - это временная передышка, а не выздоровление". Как точно, образно и глубоко звучит эта фраза и для современной медицины! Хорошо известна периодичность эпидемий, и глубоко изучены истоки и генезис этой ритмичности.
|
