Сруктура временной организации биосистемы

Общая структура временной организации биосистемы, независимо от сложности ее строения, по мнению известного в России хронобиолога Ю.А. Романова (1980-2000), включает: 1) пейсмекер, генерирующий колебания в биосистеме (то есть, регулирующий временную организацию этой системы, 2) структуры, связывающие временную организацию биосистемы с внешней средой и окружающими другими биосистемами, 3) рецепторы, чувствительные к периодическим сигналам из внешней среды и от других биосистем, 4) эфферентные структуры (выходной путь), по которым реализуется пейсмекерный сигнал в виде изменения того или иного биоритмического показателя.

Теории происхождения биоритмов в организме

Существуют различные взгляды на механизмы формирования биоритмических процессов. Среди них выделяют следующие теории происхождения биоритмов в организме человека.

Теория фотопериодичности, (то есть, смены света и темноты) как источника формирования различных биоритмов организма. Ведущее положение в периодичности функционирования регуляторных и исполнительных систем, а также метаболических процессов занимает активизация и торможение зависимых от света и темноты функционирования эпифиза. Именно эпифиз через образование, главным образом, мелатонина (накапливающегося в железе и крови днем и уменьшающегося в них ночью) вовлекает в циклический процесс различные структуры ЦНС, особенно вегетативные (СНС, ПСНС) и эндокринные (гипоталамус, гипофиз, периферические железы) структуры, которые соответственно через медиаторы и гормоны реализуют свое регуляторное действие, изменяя метаболические и физиологические процессы в различных клеточно-тканевых структурах организма. Зависимая от цикла свет-темнота биоритмичность функционирования важнейшей регуляторной системы – эндокринной системы, различных ее комплексов и звеньев, в значительной степени определяется циклической деятельностью супрахиазмальных ядер медиобазального гипоталамуса.

Теория мультиосцилляторного механизма предполагает наличие в организме множества взаимосвязанных пейсмекеров, определяющих соответствующие колебательные процессы в различных как центральных, так и периферических образованиях, влияющих на характер и интенсивность метаболических (биохимических) процессов в различное время суток. Реализация последних осуществляется с помощью не только прямых, но 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 (хрононов), ответственных за регуляцию биоритмов. Благодаря процессу цикличности репликации (копирования) фрагментов цепи ДНК, ответственного за образование м-РНК и синтез белков, а значит за цикличность метаболических и физиологических процессов в организме.

Теория волновых пакетов основана на формировании колебательных процессов, определяемых электромагнитными воздействиями на человека, которые зависят от особенностей региона, в котором родился и живет человек, а также от электромагнитных влияний космоса так, в центральной России заболеваемость ИБС возрастает в зимний период года, в Восточной Сибири - в летний период.

Несмотря на наличие различных теорий возникновения в организме биоритмических процессов, реализуемых на различных уровнях организации организма, можно утверждать, что в основе циклично протекающих в нем метаболических и физиологических процессов лежат эндогенные пейсмекерные механизмы. Функционирование последних однако может зависеть и от различных экзогенных геофизических, геосоциальных и космических ритмических воздействий на организм.

 

Характеристика некоторых биологических процессов в здоровом и

Больном организме

Показано, что жизненно важный суточный цикл «сон-бодрствование», как и суточный ритм различных комплексов эндокринной системы, формируются на 2-3 месяце после рождения и становится устойчивыми после 3-4 месяцев с момента рождения, то есть для устойчивого функционирования жизненно важных нервно-эндокринных пеймекерных структур организма требуется определенное время для их дозревания в постнатальном периоде жизни.

Например, у взрослых здоровых людей минимальная секреция АКТГ и глюкокортикоидов наблюдается перед сном, в поздние вечерние (22.00-24.00) часы, а максимальная их секреция – в последние часы сна и первые 0,5-1,5 часа бодрствования, то есть, как правило, в ранние утренние (7.00-8.00) часы.

Акрофаза дегидроэпиандростерона и андростендиона надпочечников отмечается обычно в 7.00-10.00 часов утра.

Интенсивность тормозящего деятельность гипоталамо-гипофизарно-кортикоадреналовой системы (ГГАС) экзогенно вводимых глюкокортикостероидных препаратов (ОКС), реализуемого с участием механизмов отрицательной обратной связи, также зависит от времени суток. Так, назначение ОКС в вечернее время суток сопровождается более выраженным угнетением ГГАС, чем их применение в утренние часы.

Циркадианные ритмы концентрации АКТГ и кортикостероидов в крови обнаруживаются даже у больных Адисоновой болезнью, то есть при глюкокортикоидной недостаточности коры надпочечников. Таким образом, дефицит кортикостероидных гормонов в организме существенно не нарушает биоритмической активности ГГАС.

В отличие от этого, у больных болезнью Иценко-Кушинга, при первичной патологии центральных отделов ГГАС (как гипоталамуса, так и гипофиза, в частности, при развитии в них гормонально активной опухоли), сопровождающейся гиперплазией и гиперфункцией коры надпочечников, нарушается и утрачивается циркадианная ритмичность концентрации в крови не только АКТГ, кортизола, 11-ОКС, 17-ОКС, но и b-липотропина, а иногда и b-эндорфина. Суточный ритм АКТГ и кортикостероидов нарушается и при гормонально активных опухолях коры надпочечников (кортикостероме или кортикобластоме), составляющих основу 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 (инсулин зависимого) отмечается изменение суточной ритмики содержания в плазме крови как инсулина, так и глюкагона, СТГ, ТТГ, Т₃, Т₄, ЛГ, ФСГ, тестостерона и кортизола.

7.8. Десинхронозы и их характеристика

 

Десинхронозы - это различные расстройства рассогласования биоритмических процессов жизнедеятельности организма.

Проявления десинхронозов. Они бывают разными. В частности, они проявляются разнообразными изменениями структуры того или иного ритма (нарушениями направленности и степени сдвига того или иного основного показателя колебательного процесса).

Как правило, десинхронозы проявляются изменениями (либо увеличением, либо уменьшением) длительности периода (одной или нескольких его фаз), частоты, амплитуды, акрофазы, батифазы того или иного биоритма.

Рассогласования биоритмов. Десинхронозы характеризуются различными рассогласованиями либо внутрисистемных, либо межсистемных ритмов, которые ранее были синхронизированными.

При рассогласовании ритмов организма с ритмами внешней среды формируется внешняя десинхронизация. То есть, развивающаяся внутри - или межсистемная десинхронизация определяется решающим влиянием внешних факторов на организм.

При рассогласовании ритмических процессов внутри организма (на уровне органов, формирующих ту или иную либо физиологическую, либо функциональную систему) развивается внутренняя десинхронизация.

Виды десинхронозов. Основными среди них являются острые и хронические.

Острый десинхроноз возникает при быстро формирующемся рассогласовании датчиков времени и существующими в организме ритмическими процессами. Например, при быстром пере сечении нескольких (а тем более многих) часовых поясов на самолете у его пассажиров нарушается цикл «сон-бодрствование» за счет расстройств взаимоотношения его фаз.

При длительном непрекращающемся или часто повторяющемся действии на организм факторов, вызывавших острый десинхроноз, в организме развивается хронический десинхроноз.

Кроме отмеченных выше, выделяют также следующие виды десинхронозов:

§ скрытый (расстройства биоритмических процессов незаметные, их можно выявить только при тщательном обследовании, особенно в условиях стационара);

§ явный (нарушения биоритмов проявляются выраженными как субъективными ощущениями, так и объективными сдвигами циклических параметров организма);

§ частичный (изменения биоритмов определяются в пределах как одного органа, так и одной физиологической системы);

§ тотальный (расстройства биоритмических процессов проявляются в большинстве органов и систем организма).

Развитие асинхроноза, являющегося максимально выраженным десинхронозом, обычно сопровождается гибелью организма.

Причины десинхронозов. Основными среди них являются:

- космические полеты;

- трансмеридиональные полеты;

- психогенные, биологические, химические и физические патогенные факторы, нарушающие цикл «сон-бодрствование»;

- повторяющиеся переключения дневной работы на вечернюю и ночную работу в течение длительного времени, также нарушающие цикл «сон-бодрствование»;

- частые изменения геомагнитных влияний, геофизических датчиков времени в течение длительного срока;

- выраженные усиления и изменения колебаний электромагнитных влияний космического пространства на организм;

- избыточное, аритмическое действие разнообразных стрессорных факторов и т.д.

Механизмы десинхронозов. Ведущими среди них считают:

- рассогласование между жизненными (поведенческими) и временными стереотипами организмаи существенно измененными (реальными) условиями жизни, работы и отдыха;

- стойкое, особенно длительное рассогласование ритма «сон-бодрствование»;

- неспособность организма адаптироваться к существенным изменениям электромагнитных влияний Земли и Космоса, а также различным другим дистресс-факторам и т.д.

Краткая характеристика ведущих десинхронозов

При космических полетах наблюдаются: нарушения, вплоть до отсутствия, естественного для земных условий 24-часового ритма жизнедеятельности, характеризующегося постоянными чередованиями светлого и темного периодов суток, особенно цикла «сон-бодрствование», усиление влияния электромагнитных, ультрафиолетовых, инфракрасных лучей, воздействия невесомости и др.

Эти десинхронозы проявляются различными по характеру и степени выраженности нарушениями соматических, вегетативных, иммунных, эндокринных функций, развития мышечной гипо- и атрофии, расстройствами локомоторной, сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной и других исполнительных систем.

При трансмеридиональных перелетах в широтном направлении, сопровождающихся быстрой сменой нескольких часовых поясов, отмечаются расстройства сна, работоспособности, функций многих регуляторных и исполнительных систем, особенно нервной, эндокринной, иммунной, пищеварительной, сердечно-сосудистой и выделительной систем, вялость, усталость, разбитость и т.д.

Показано, что адаптация к новому поясному времени развивается в следующей последовательности: сначала нормализуются показатели психофизиологических функций, затем – показатели соматических функций, позже - показатели вегетативных функций и наконец- половых функций.

При длительном рассогласовании цикла «сон-бодрствование», возникающем обычно при длительной работе, особенно при чередовании работы в дневное и ночное время, развиваются разнообразные невротические расстройства, дисфункции КБП, ВНС, гастриты, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, вегетососудистая дистония по гипертоническому типу, гипертоническая болезнь и др.

При усилении и значительных колебаниях геомагнитных и космических магнитных воздействий на организм наблюдается усиление сердечно-сосудистой патологии, учащение и утяжеление развития стенокардии, аритмии сердца, инфаркта миокарда, гемморрагий и ишемий мозга и др.

При действии на организм сильных и длительных стрессорных факторов, особенно приводящих к развитию токсикоманий, алкоголизма, табакизма и других психических и физических видов зависимостей, нарушаются разнообразные биоритмические процессы.

 

7.9. Значение фактора времени в медицине

 

Важнейшими разделами хрономедицины и хронобиологии являются следующие.

Хронофизиология – раздел биологии и физиологии, изучающий временную организацию физиологических процессов.

Хронобиохимия – раздел биологии и биохимии, изучающий временную организацию биохимических (метаболических) процесслв.

Хроногигиена – раздел биологии и гигиены, разрабатывающий нормативы эффективных и безвредных для организма условий физического и умственного труда, учебы, отдыха, питания и внешней среды.

Хронопрофилактика - раздел хрономедицины, разрабатывающий методы, мероприятия, пути и средства, направленные на предупреждение развития различных видов патологии с учетом временного фактора. В частности, хронопрофилактика включает с учетом времени суток, сезона и года разработку оптимальных для групп людей и отдельных индивидуумов:

§ графиков умственной и физической работы,

§ режимов цикла «сон-бодрствование»,

§ режимов количества и качества питания,

§ режимов, видов и интенсивности двигательной активности,

§ профилактического использования различных лекарственных средств, в том числе адаптогенов и вакцин.

Так, в Санкт-Петербургском НИИ детских инфекций показано, что при проведении вакцинации детей против кори во второй половине дня обычно выявляются нарушения суточного ритма различных физиологических показателей и выраженные прививочные реакции. В отличие от этого, у детей, вакцинированных противокоревой вакциной в утренние часы, нарушения были незначительными или их совсем не было.

Хронодиагностика – раздел медицины, изучающий отклонения изменений различных показателей жизнедеятельности организма во времени. Даже в условиях нормы тот или иной показатель изменяется (колеблется) в определенных доверительных интервалах (д.и.) в зависимости от времени наблюдения, что было названо известным хронобиологом Францем Халбергом (США) термином хронодесмом (рис.7-1)

Хронодиагностика позволяет выявить ранние неспецифические нарушения биоритмических процессов, когда специфических проявлений патологии еще нет.

Десинхронизация (временное рассогласование) функций, метаболизма и структуры - надежный показатель той или иной патологии человека. Ресинхронизация - объективный показатель выздоровления и оптимизации физиологических, метаболических и морфологических процессов.

 

 

 

Хронофармакология - раздел медицины и формакологии, призванный усилить и пролонгировать положительные и ослабить и сократить отрицательные эффекты лекарственных средств с учетом биоритмов организма.

Хронофармакология включает хронофармакокинетику (время достижения максимальной концентрации лекарства, время снижения концентрации лекарства до половины ее значения, время исчезновения лекарства из биосреды: плазмы, форменных элементов крови), хронофармакоэстезию (ритмическое изменение минимальной чувствительности биоструктур организма, проявляющейся минимальным изменением исследуемого параметра на действие порогового раздражителя), хронофармакоэффективность (ритмическое изменение эффективности действия лекарственного средства), хронофармакотолерантность (ритмическое изменение толерантности – выносливости к действию высоких, токсических доз лекарственного средства).

Например, наиболее высокая концентрация теофилина в крови обнаруживается при приеме его в 11ч и 23 ч, а минимальная – в 17 ч.

Чувствительность тканей зубов к болевым раздражителям определяется максимальной в 18 ч, низкой – 15 ч и минимальной – вскоре после полуночи.

Чувствительность организма к действию гистамина является наибольшой в 23 ч, когда она в 2 раза больше, чем утром.

Хронопатология – раздел экспериментальной и клинической хрономедицины, изучающий пути и механизмы возникновения, течения и исхода стойких нарушений ритмических процессов различных уровней организации организма. Последние проявляются изменениями частоты, амплитуды, акрофазы, батифазы различных психических, физиологических и биохимических параметров жизнедеятельности организма (ЧСС, ЧД, АД, МОК, мочеиспусканий, температуры тела, основного обмена, процессов катаболизма и анаболизма, обновления клеток и т.д.).

Как нестабильность, так и различные по интенсивности и характеру изменения ритмов являются не только показателями, но и основой развития той или иной патологии.

Различные системы, органы и ткани обладают разной ритмичностью и неодинаковой ритмологической устойчивостью при развитии той или иной патологии.

Изменения структуры биоритмов при развитии патологии являются неспецифическими, ибо они отражают наличие нарушения жизнедеятельности организма, но не отражают конкретного характера имеющейся патологии.

Хронотерапия – это лечение, направленное на ослабление и ликвидацию патогенетических факторов и активизацию саногенетических факторов, а значит направленное на оптимизацию лечения конкретного заболевания и восстановление здоровья организма с учетом его биоритмических процессов.

На необходимость учета принципа хронотерапии различных заболеваний (сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной, мочевыделительной и других систем) указывают многие современные врачи-ученые (Н.Л. Асланян, Б.С. Алякринский, Р.М. Заславская, С.И. Степанова, Ф.И. Комаров, И.Е. Оранский, Н.А. Ардаматский, М.Л. Ефимов и многие другие.)

Например, наибольший терапевтический эффект при лечении гипертонической болезни оказывают хлоридно-натриевые ванны, назначаемые с 14 до 19 часов дня.

Обезболивающий эффект анальгетиков при зубной боли в 15 часов самый высокий (он 2-3 раза больший, чем в утреннее время).

Для снятия головной боли в утреннее время требуется принять наибольшую дозу анальгетика, в то время как в вечернее время для этой цели достаточно использовать дозу в 2-3 раза меньшую, чем утром.

Лучшим терапевтическим эффектом при лечении больных ИБС обладают йодно-бромные ванны, назначаемые в 13-14 ч. Именно в это время дня у этих больных улучшается кровоснабжение сердца и мозга, а также существенно возрастает устойчивость сердца к физической нагрузке.

На фоне различных режимов темнового воздействия на организм больных со злокачественными опухолями отмечалась нормализация эндокринной системы и ускорялась и повышалась (в 1,5-3 раза) эффективность химиолучевой терапии.

Перевод с дневного на ночной режим питания больных с язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки ускоряла заживление язв путем их рубцевания.

С учетом естественного суточного ритма секреции кортикостероидных гормонов и наименьшей способностью экзогенных гормональных препаратов подавлять ГГАС при введении в утреннее время разработаны схемы лечения различных заболеваний, основанные не на равномерном назначении гормонотерапии в течение суток, а на введении суточной дозы экзогенного гюкокортикоидного гормона почти целиком в утреннее время.

Учитывая динамику биохимических изменений физиологических показателей эффективность лечения бронхиальной астмы удалось повысить в 1,5 раза, хронических пылевых бронхитов – в 2 раза, а гипертонической болезни – в 2,5 раза.

Значение хронофармакологических закономерностей крайне важно для выбора лекарственного средства, его дозы, пути и времени введения в организм с целью получения большего терапевтического и меньшего негативного (отрицательного) его действия.

Так, установлено, что при лечении больных с недостаточностью общего кровообращения с помощью энтерального введения 40 мг фуросемида максимальный диурез отмечается при приеме препарата в 9-11 ч, максимальный натрийурез – в 16-18 ч. При назначении препарата около 13 ч выявляются различные нежелательные последствия: избыточная калийурия, возникновение сердечных аритмий, ослабление сократительной активности миокарда.

Учитывая, что приступы стенокардии и развитие инфаркта чаще возникают утром, особенно в первые 2 часа с момента пробуждения, врачи рекомендуют предупредить их развитие путем назначения на ночь нитратов пролонгированного действия, а утром, после пробуждения, - нитратов быстрого действия.

Изучение биоритмов различных жизнеобеспечивающих как исполнительных (сердечно-сосудистой, дыхательной и др.), так и регуляторных (вегетативной нервной системы, эндокринной и др.) систем как у здоровых, так, особенно, у больных людей, имеет важное значение не только для оценки характера и степени адаптационных и резервных возможностей, организма, но и для суждения о наличии и выраженности патологических изменений, а также для оценки эффективности проводимой терапии, прогнозирования течения и исхода того или иного заболевания.