коллоквиум 5. 17. Цели и задачи хронобиологии. Классификация биологических ритмов (ритмы высокой частоты, ритмы средней частоты, ритмы низкой частоты, сверхмедленные ритмы). Хронобиология
 Скачать 28.45 Kb.
|
|
17. Цели и задачи хронобиологии. Классификация биологических ритмов (ритмы высокой частоты, ритмы средней частоты, ритмы низкой частоты, сверхмедленные ритмы). Хронобиология – отрасль науки, объективно исследующая и количественно оценивающая механизмы биологической временной структуры, включая ритмические проявления жизнедеятельности. Основа хронобиологии – биоритмология. В настоящее время временная организация биологических систем рассматривается как один из основных принципов их организации. Хронобиология является междисциплинарной наукой, которая проникает буквально во все разделы биологии. Хронобиология составляет фундамент хрономедицины, которая в настоящее время выглядит как дерево со многими ответвлениями (хронодиагностика, хронопрофилактика, хронофармакология, хронотерапия, хроногигиена и т.д). Биологические ритмы — фундаментальное свойство органического мира, обеспечивает его способность адаптации и выживания в циклически меняющихся условиях внешней среды. Биоритмы - циклические колебания интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Классификация биоритмов: 1) Ритмы высокой частоты: Колебания совершаются с периодом от долей секунды до 30 минут. Ритмы ЭКГ, сокращения сердца, дыхания, перистальтики ЖКТ 2. Ритмы средней частоты. От 30 минут до 28 часов. Ультрадианные и ультрадные (до 20 часов); Циркадные или циркадианные (20-28 часов). +Около 1,5-3 часов хорошо изучены. Множество органных функций человека в пределах 30-120 минут. Внутрисонный цикл: чередование быстрого и медленного сна (около 90-100 минут). Оральное поведение (96 минут). Наблюдения были одинаковы у здоровых людей, шизофреников, больных ожирением. Период работы ноздрей 140-300-400 минут (в период покоя – легкая нагрузка – постельный режим). Меняется одновременно и состав слюны, левая ноздря повышает рН, правая наоборот, попеременно с работой ноздрей происходит изменение содержания адреналина и норадреналина в крови. Наиболее хорошо видны подобные ритмы при чередовании активной деятельности и приступов сонливости. 3) Ритмы низкой частоты – 1 цикл за 28-32 дня (в связи с лунным месяцем- менструальный цикл). 4)Ритмы сверхмедленной частоты- медленные метаболические процессы -1 цикл за 1 год +-2 месяца. 18. Понятие «хроном». Параметры биологического ритма. Определение понятий «норма», «здоровье», «болезнь» с точки зрения хронобиологии. Хроном - термин, обозначающий комплексную временную организацию живых систем независимо от их уровня организации и сложности. Хроном состоит из трех взаимосвязанных аспектов: ритмы разных частот, модулирующие друг друга, тренда, обуславливаемые возрастными изменениями, заболеваниями, лечение и выздоровлением, а также области шумов (хаотических изменений – недоступных описанию каких-либо закономерностей современными математическими средствами). Биологические ритмы в онтогенезе человека. Медицинское значение хронобиологии. Циркадианная организация биологических процессов в период постнатального онтогенеза человека изменяется строго закономерно по амплитуде. Становление циркадианных ритмов на ранних этапах онтогенеза у человека , развитие их до максимума в молодом и зрелом возрасте и последующее поступательное угасание амплитуд в старости. Знание траектории циркадианных биоритмов в онтогенезе позволяет оценить траекторию здоровья индивидуума и в определенной степени прогнозировать скорость течения биологического времени. Восстановление исходной биоритмики – показатель восстановления начального уровня здоровья, показывает, что скорость восстановления циркадианной временной структуры максимальна в молодом и зрелом возрасте, и замедлена в старческом. Хронобиология имеет большое значение для медицины. Хронобиология разрабатывает методы и средства для восстановления и гармонизации нарушенных биоритмов. Также аспекты хронобиологии используются для диагностики и лечения некоторых заболеваний Хронопатология – это изменения биологической временной структуры индивидуума, предшествующие функциональным расстройствам или органическим заболеваниям и зависящим от времени проявления болезней Хронофармакология и хронотерапия – лечения на основе индивидуального подхода(индивудуальные биоритмы). Хронодиагностика – обследование и прогнозирование, предотвращение различных заболеваний на основе биоритмологических показателей. Параметры биоритма: Период (Т) - продолжительность одного цикла, то есть длина промежутка времени до первого повтора. Выражается в единицах времени. Частота- число циклов, завершившихся в единицу времени, - это частота процесса. Мезор (М) - уровень среднего значения показателей изучаемого процесса (среднее значение полезного сигнала). Позволяет судить о среднесуточной величине показателя, так как позволяет игнорировать случайные отклонения. Амплитуда (А) - наибольшее отклонение сигнала от мезора (в обе стороны от средней). Характеризует мощность ритма. Фаза ритма (Φ, φ,∅) - любая часть цикла, мгновенное состояние, момент цикла, когда регистрируется конкретная величина сигнала. При этом обычно длительность цикла принимают за 360° С, или 2π радиан. Акрофаза - точка времени в периоде, которое соответствует максимуму синусоиды, - когда отмечается максимальное значение исследуемого параметра. Имеет большое значение для фармакологической коррекции. Батифаза - точка времени в периоде, когда отмечается минимальное значение исследуемого параметра. 19. Понятие о циркадианной системе. Нервная и гуморальная регуляция циркадианной системы. Роль эпифиза и супрахиазматических ядер в синхронизации циркадианных ритмов. Циркадианная система Циркадианные ритмы помогают организму синхронизировать свою активность с периодическими изменениями внешней среды и интегрировать/организовывать внутреннюю среду, т.е. синхронизировать внутренние процессы. Циркадианные часы У млекопитающих, включая человека, циркадианный водитель ритма, или биологические часы, генерируют и поддерживают циркадианные ритмы. Они расположены в супрахиазматических ядрах (СХЯ) переднего гипоталамуса, на вершине перекреста зрительных нервов. При отсутствии временных стимулов (например, в пещере или бункере), циркадианные ритмы остаются стабильными и придерживаются собственной периодичности, значительно отличающейся от 24-часового цикла. В этих условиях циркадианные ритмы, как говорится, имеют "свободный ход". У человека среднее значение эндогенного периода циркадианных часов составляет 24,2 ч, т.е. каждые сутки наши биологические часы отстают на 12 мин от внешнего цикла свет/темнота. Для точного соответствия 24-часовой цикличности внешней среды циркадианные часы используют внутренние и внешние синхронизаторы, способные менять периодичность и фазность циркадианных ритмов. Цикл свет/темнота является главным синхронизатором для циркадианной ритмичности, хотя социальные факторы и физическая активность также могут иметь определенное значение. СХЯ получает информацию об освещенности напрямую через ретиногипоталамический тракт, зрительный путь, не связанный с обработкой зрительных стимулов, а также опосредованно через таламус, используя ретиногеникулогипоталамический тракт. Циркадианный осциллятор адаптирует свою функцию на основании интеграции разных параметров светового стимула: время воздействия, продолжительность, энергия и длина волн. Циркадианный водитель ритма имеет дозозависимую чувствительность к свету в течение всех 24 ч. Как и у других видов, свет в вечернее время (т.е. до установления минимальной циркадианной амплитуды температуры) стимулирует циркадианный водитель ритма человека к смещению фазы на более позднее время (т.е. задержке распорядка фазы), тогда как утренние световые стимулы (после минимума температуры) вызывают смещение фазы на более раннее время. Кривая фазной реакции описывает смещение фазы как функцию циркадианной фазы от стимуляции светом. Наряду с эффектом смещения фазы световые стимулы в ночное время также оказывают прямое ингибирующее влияние на секрецию мелатонина в эпифизе Роль эпифиза и эпифизарного мелатонина в суточной и сезонной ритмике, режиме сна-бодрствования на сегодняшний день представляется несомненной. У диурнальных (дневных) животных (в том числе у человека) секреция мелатонина эпифизом совпадает с привычными часами сна. Проведенными исследованиями было доказано, что повышение уровня мелатонина не является обязательным сигналом к началу сна. У большинства испытуемых прием физиологических доз мелатонина вызывал лишь мягкий седативный эффект и снижал реактивность на обычные окружающие стимулы. С возрастом активность эпифиза снижается, поэтому количество мелатонина уменьшается, сон становится поверхностным и беспокойным, возможна бессонница. Мелатонин способствует устранению бессонницы, предотвращает нарушение суточного режима организма ибиоритма. Основное влияние мелатонина на эндокринную систему у многих видов заключается в торможении секреции гонадотропинов. Кроме того, снижается, но в меньшей степени, секреция других тропных гормонов передней долигипофиза — кортикотропина, тиротропина, соматотропина. Мелатонин снижает чувствительность клеток передней доли к гонадотропин-рилизинг фактору и может подавлять его секрецию 20. Эндогенные ритмы и их обоснование. Доказательства эндогенной природы ритмов. Правило Ю. Ашоффа. Эндогенные ритмы – это ритмы, задаваемые внутренними водителями ритма. Эндогенные ритмы часто уподобляют самоподдерживающимся колебаниям (автоколебаниям) в активных системах, то есть системах, колебания в которых при постоянном поступлении энергии продолжаются не затухая. Убедительные доказательства эндогенной природы основных биоритмов человека находят при исследовании биоритмов у однояйцевых близнецов: даже будучи разлученными вскоре после рождения они росли и развивались по одной генетической программе, жили по одним биологическим часам, одинаково прибавляли в весе, имели одинаковый пульс и др. Для объяснения этого внутреннего механизма предложена гипотеза «хронона» (К.Ерет, Э.Тракко), согласно которой в организме имеется участок молекулы ДНК («хронон»), контролирующий биоритмы. Другая гипотеза предполагает, что в генерации врожденных биологических ритмов участвуют клеточные мембраны путем периодических изменений потоков ионов (прежде всего, калия) через них. Есть и противоположная точка зрения на природу биоритмов – американский профессор биологии Фрэнк А.Браун и его сторонники считают, что ритмические колебания, наблюдаемые в живых организмах, есть не что иное, как результат непрерывного воздействия космических и геофизических факторов проникающего характера. К силам такого рода Ф.Браун относит космические лучи. атмосферное давление, электромагнитные поля, магнитное поле Земли, ионизация атмосферы и т.д. Интенсивность этих потоков связана с фазами Луны и циклами солнечных пятен. Например, еще в 1934 г. братья Дель отметили, что смертность людей резко повышается в периоды всплесков солнечной активности. Сторонник третьей точки зрения по этому вопросу В.Х.Торп считает, что биологические ритмы приобретаются в результате обучения,запускаются самыми ранними впечатлениями от суточного цикла сразу после рождения и продолжают действовать в течение всей жизни. Физиолог Юрген Ашофф – основатель хронобиологии, установил в 1959 г. т.н. правило Ашоффа. Поскольку циркадные колебания организма тесно связаны с фотопериодичностью, у дневных животных бодрствование более продолжительно при постоянной темноте, в то время как у ночных животных активный период (бодрствование) более продолжителен при постоянном освещении. 21. Роль мелатонина. Климатографические особенности влияния фотопериодизма на жизнедеятельность живых организмов. Полярная ночь и полярный день. Основные функции (мелатонина): регулирует деятельность эндокринной системы, кровяное давление, периодичность сна, регулирует сезонную ритмику у многих животных, замедляет процессы старения, усиливает эффективность функционирования иммунной системы, обладает антиоксидантными свойствами, влияет на процессы адаптации при смене часовых поясов, кроме того, мелатонин участвует в регуляции, кровяного давления, функций пищеварительного тракта, работы клеток головного мозга. Влияние на сезонную ритмику и размножение Так как продукция мелатонина зависит от длины светового дня, многие животные используют ее как «сезонные часы». У людей, как и у животных, продукция мелатонина летом меньше, чем зимой. Таким образом, мелатонин может регулировать функции, зависящие от фотопериода — размножение, миграционное поведение, сезонную линьку. У видов птиц и млекопитающих, которые размножаются при длинном дне, мелатонин подавляет секрецию гонадотропинов и снижает уровень половой активности. У животных, размножающихся при коротком световом дне, мелатонин стимулирует половую активность. Влияние мелатонина на репродуктивную функцию у человека недостаточно изучено. В период полового созревания пиковая (ночная) концентрация мелатонина резко снижается. У женщин с гипофизарной аменореей концентрация мелатонина достоверно выше, чем у здоровых. Эти данные позволяют предполагать, что мелатонин подавляет репродуктивные функции у женщин. Циркадный ритм и сон Одним из основных действий мелатонина является регуляция сна. Мелатонин — основной компонент пейсмейкерной системы организма. Он принимает участие в создании циркадианного ритма: он непосредственно воздействует на клетки и изменяет уровень секреции других гормонов и биологически активных веществ, концентрация которых зависит от времени суток. Влияние светового цикла на ритм секреции мелатонина показано в наблюдении за слепыми. У большинства из них обнаружена ритмичная секреция гормона, но со свободно меняющимся периодом, отличающимся от суточного (25-часовой цикл по сравнению с 24-часовым суточным). То есть у человека ритм секреции мелатонина имеет вид циркадианной мелатониновой волны, «свободно бегущей» в отсутствие смены циклов свет-темнота. Сдвиг ритма секреции мелатонина происходит и при перелёте через часовые пояса. Основное влияние мелатонина на эндокринную систему у многих видов заключается в торможении секреции гонадотропинов. Кроме того, снижается, но в меньшей степени, секреция других тропных гормонов передней долигипофиза — кортикотропина, тиротропина, соматотропина. Мелатонин снижает чувствительность клеток передней доли к гонадотропин-рилизинг фактору и может подавлять его секрецию. Недостаток мелатонина в организме Эксперименты на лабораторных животных показали, что при недостатке мелатонина, вызванном удалением рецепторов, животные начинали быстрее стареть: раньше начиналась менопауза, накапливались свободнорадикальные повреждения клеток, снижалась чувствительность к инсулину, развивались ожирение и рак. Световое загрязнение — осветление ночного неба искусственными источниками света, свет которых рассеивается в нижних слоях атмосферы. Иногда это явление также называют световым смогом. Искусственное осветление окружающей среды влияет на цикл роста многих растений. Распространённые источники белого света с большим удельным весом голубого света в спектре мешают ориентации многих видов насекомых, ведущих ночной образ жизни, а также сбивают с пути перелётных птиц, старающихся облетать очаги цивилизации. Согласно наблюдениям, каждый уличный светильник ежесуточно является причиной гибели 150 насекомых. С учётом числа светильников в одной только Германии каждую ночь от них погибает более миллиарда насекомых. При этом не учтены многие другие источники света, такие как освещение промышленных комплексов, светящаяся реклама и освещение жилых домов.. Полярная ночь — период, когда Солнце более 24 часов (то есть более суток) не появляется из-за горизонта. Полярный день — период, когда Солнце не заходит за горизонт дольше 1 суток. 22. Десинхронизация ритмов. Виды десинхронозов. Профилактика десинхроноза. Десинхронизация – состояние двух или более ранее синхронизированных ритмических переменных, переставших показывать те же частоты и (или) акрофазные взаимоотношения и демонстрирующие изменения временных взаимосвязей (явление или процесс изменения нормальных, естественных фазовых взаимоотношений между двумя или более физиологическими показателями – может быть транзиторной или устойчивой (персистирующей)). Десинхроноз — нарушение суточного биоритма, характеризуемое расстройством сна, снижением работоспособности и целым комплексом других неприятных отклонений в состоянии здоровья. Виды десинхронозов: Внешний десинхроноз развивается при быстрой смене часовых поясов. При этом привычное время сна, а соответственно и работы, запаздывает при перелете на запад и наступает раньше обычного при перелете на восток. Профилактика внеш.д., например: - на ответственное спортивное соревнование в другом часовом поясе спортсменам следует приехать заранее, поскольку особенно трудно переносятся на новом месте первые 3 дня. Не случайно Международный олимпийский комитет перед проведением некоторых олимпиад рекомендовал спортсменам из разных широт прибывать на соревнования заранее, но не раньше, чем за 2 недели до соревнований, чтобы все участники были в равных условиях и успели адаптироваться к новому часовому поясу; - перед поездкой нужно хорошо высыпаться в течение нескольких дней. Внутренний десинхроноз заключается в нарушении естественных взаимоотношений суточных биоритмов разных органов и систем у человека, не покидающего своего временного пояса. Это связано со срывом существующей в нормальных условиях синхронности в биоритмической системе организма. Срыв чаще всего возникает по следующим причинам: нарушение правильного чередования труда и отдыха. Например, в начале семестра студенты не занимаются систематически, компенсируя отставание усиленной работой в конце семестра, когда надо сдавать зачеты и экзамены; сдвиг сна на непривычные часы суток или недостаточный сон («хронический недосып»). Профилактика внутреннего десинхроноза заключается в здоровом образе жизни, предусматривающем соблюдение оптимального режима занятий и отдыха (включая сон), режима питания и двигательной активности 23. Хронобиологическая концепция оценки биологического возраста и темпа старения. Биологические ритмы в онтогенезе человека. Концепция «волчка». В 1980 Губиным Г.Д. была выдвинута концепция, согласно которой циркадианная организация живой системы, все амплитудно-фазовые отношения испытывают изменение в онтогенезе. Весь организм представляется с точки зрения концепции волчка в форме спирали с постепенно возрастающими оборотами с последующим, на более поздних этапах онтогенеза, сокращением оборотов спирали, а так же идущими процессами сдвига акрофаз. Гетерохронность – это различие наступления старения различных органов и тканей. Атрофия вилочковой железы начинается у человека в подростковом возрасте, половых желез – в климактерическом периоде, а некоторые функции гипофиза сохраняются на высоком уровне до глубокой старости. Вилочковая железа – это дольчатая железа позвоночных животных и человека, расположенная справа и слева от трахеи. Хорошо развита в молодом возрасте. Участвует в кроветворении, продуцируя лимфоциты, в регуляции роста и общего развития организма, в формировании иммунитета. Гетеротопность – выраженность процесса старения – неодинакова для разных органов и разных структур одного и того же органа. Возрастные изменения прежде всего начинают сказываться на нервной и сердечно-сосудистой системах, на функциях дыхания, обмене веществ и работе опорно-двигательного аппарата. Изменения со стороны центральной нервной системы дают о себе знать ухудшением памяти, ослаблением деятельности анализаторов (слух, зрение), рассеянностью, повышенной раздражительностью, преобладанием минорного настроения. Но особенно ощутимы изменения в сердечно-сосудистой системе. Гетерокатефтенность (от греч. “катефтенсис” — направление) — разнонаправленность возрастных изменений, связанная, например, с подавлением одних и активизацией других жизненных процессов в стареющем организме. Циркадианная организация биологических процессов в период постнатального онтогенеза человека изменяется строго закономерно по амплитуде. Становление циркадианных ритмов на ранних этапах онтогенеза у человека , развитие их до максимума в молодом и зрелом возрасте и последующее поступательное угасание амплитуд в старости. Знание траектории циркадианных биоритмов в онтогенезе позволяет оценить траекторию здоровья индивидуума и в определенной степени прогнозировать скорость течения биологического времени. Восстановление исходной биоритмики – показатель восстановления начального уровня здоровья, показывает, что скорость восстановления циркадианной временной структуры максимальна в молодом и зрелом возрасте, и замедлена в старческом. Ученые выяснили, что потребление алкогольных напитков оказывает непосредственное влияние на деятельность расположенного в гипоталамусе участка головного мозга, отвечающего за соблюдение биоритмов, регулирующего соотношение «сон – бодрствование», а также контролирующего суточный цикл активности человека. 24. Хронобиология и ее роль в теории и практике медицины (хронофизиология, хронопатология, хронодиагностика, хронотерапия, хроногигиена, хронопрофилактика). Хронобиология разрабатывает методы и средства для восстановления и гармонизации нарушенных биоритмов. Также аспекты хронобиологии используются для диагностики и лечения некоторых заболеваний Хронобиология – отрасль науки, объективно исследующая и количественно оценивающая механизмы биологической временной структуры, включая ритмические проявления жизнедеятельности. Хронопатология – это изменения биологической временной структуры индивидуума, предшествующие функциональным расстройствам или органическим заболеваниям и зависящим от времени проявления болезней Хронофармакология и хронотерапия – лечения на основе индивидуального подхода(индивудуальные биоритмы). Хронодиагностика – обследование и прогнозирование, предотвращение различных заболеваний на основе биоритмологических показателей. |