Экзогенные и эндогенные процессы регуляции биологических ритмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет»

Кафедра Паталогической физиологии

Самостоятельная работа студента

Экзогенные и эндогенные процессы регуляции биологических ритмов

Выполнил:

студент 3 курса 7 группы

лечебного факультета

Мурадбеков Эльдар Алимурадович

Проверила:

Шепелева Татьяна Ивановна.

Волгоград 2015 г.

Введение

Изучением биоритмов живых систем, их связи с ритмами, существующими в природе, занимается относительно недавно возникшая наука -- хронобиология (биоритмология), составной частью которой является хрономедицина.

Хрономедицина с помощью использования хронобиологических параметров в основном решает задачи, связанные с улучшением диагностики, профилактики и лечения патологических состояний у людей.

Биологические ритмы - это периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера процессов жизнедеятельности биологических систем.

Биологические ритмы или биоритмы -это более или менее регулярные изменения характера и интенсивности биологических процессов. Способность к таким изменениям жизнедеятельности передается по наследству и обнаружена практически у всех живых организмов. Их можно наблюдать в отдельных клетках, тканях и органах, в целых организмах и в популяциях.

В биоритме всегда присутствуют две компоненты -- экзогенная и эндогенная. Экзогенная компонента биоритма -- это воздействие на организм любого внешнего фактора, эндогенная - обусловлена ритмическими процессами внутри организма. Эндогенный ритм непосредственно определяется генетической программой организма, которая реализуется через нервный и гуморальный механизмы.

Эндогенная регуляция

Для объяснения эндогенных механизмов биологических часов предложено несколько гипотез.

1. «Хронон-гипотеза» была сформулирована К.Д. Ере и Е. Тракко Согласно этой гипотезе, механизм околосуточных ритмов связан с наследственным аппаратом клетки, в частности с определенными участками дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

2. "Мембранная теория". Согласно данной теории, цикличность наблюдаемых процессов регулируется состоянием липидно-белковых мембран и их проницаемостью для ионов калия, которая периодически изменяется. Мембранные структуры клетки, обладая рецепторными свойствами, контролируют биоритмы, связанные с фотопериодизмом и действием температурных факторов.

3. "Мультиосцилляторная модель". Считается, что в организме существуют собственные биологические осцилляторы (пейсмекеры) и наблюдаемые периоды ритмов отражают работу биологических «часов». Источником такой активности является энергия метаболизма. Биологических часов в организме много (к настоящему времени у человека обнаружено более 300 ритмически меняющихся с периодом около 24 ч физиологических функций).

Сегодня общепризнано, что циркадианная система организма строится по мультиосцилляторному принципу, согласно которому автономные генераторы суточных ритмов объединяются в несколько групп сцепленных осцилляторов, относительно независимых друг от друга, но имеющих иерархическую соподчиненность и синхронизированных по фазе и периоду. Что касается механизма биологических часов, то уже не вызывает сомнения сам факт наличия клеточных пейсмекеров (генераторов ритма), способных генерировать автоколебания с околосуточным периодом (Гора Е.П., 1999).

Мультиосцилляторный принцип организации повышает адаптивную пластичность организма, позволяя эффективно приспосабливаться к различным по временной организации условиям среды.

Согласно исследованиям Ф.И. Комарова (1989), в организме осцилляторы одного иерархического уровня функционируют параллельно, а разных уровней -- последовательно.

Взаимодействие осцилляторов: 1, II -- природные синхронизаторы, внешние по отношению к организму; 11-23 -- внутренние осцилляторы организма; первая фаза индекса -- иерархический уровень, вторая -- номер осциллятора на иерархическом уровне. Толщина стрелок отражает силу влияния.

Рис. 1. Принцип взаимодействия осцилляторов

Согласно современным представлениям, в организме действуют биологические часы трех уровней.

Первый уровень связан с деятельностью эпифиза. Современные исследования показывают, что биологические ритмы находятся в строгой иерархической подчиненности основному водителю ритмов, расположенному в супрахиазматических ядрах гипоталамуса (СХЯ). Гормоном, доносящим информацию о ритмах, генерируемых СХЯ, до органов и тканей, является мелатонин (по химической структуре -- индол), преимущественно продуцируемый эпифизом из триптофана. Мелатонин также продуцируется сетчаткой, цилиарным телом глаза, органами ЖКТ. Активация регуляторной деятельности эпифиза относительно биоритмов «запускается» сменой дня и ночи (входным «рецептором» являются в том числе и глаза, хотя и не только они).

Ритм продукции мелатонина эпифизом носит циркадианный характер и определяется СХЯ, импульсы из которого регулируют активность норадренергических нейронов верхних шейных ганглиев, чьи отростки достигают пинеалоцитов. Мелатонин является мессенджером не только основного эндогенного ритма, генерируемого СХЯ и синхронизирующего все остальные биологические ритмы организма, но также и корректором этого эндогенного ритма относительно ритмов окружающей среды. Следовательно, любые изменения его продукции, выходящие за рамки нормальных физиологических колебаний, способны привести к рассогласованию как собственно биологических ритмов организма между собой (внутренний десинхроноз), так и ритмов организма с ритмами окружающей среды (внешний десинхроноз).

Второй уровень биологических часов связан с супраоптической частью гипоталамуса, который с помощью так называемого субкомиссурального тела имеет связи с эпифизом. Через эту связь (а может быть, и гуморальным путем) гипоталамус получает «команды» от эпифиза и регулирует биоритмы далее. В эксперименте было показано, что разрушение супраоптической части гипоталамуса ведет к нарушению биоритмов.

Третий уровень биологических часов лежит на уровне клеточных и субклеточных мембран. По-видимому, какие-то участки мембран обладают хронорегуляторным действием. Об этом косвенно свидетельствуют факты о влиянии электрических и магнитных полей на мембраны, а через них и на биоритмы. биоритм экзогенный эндогенный осциллятор

Таким образом, координирующую роль в синхронизации ритмов всех клеток многоклеточного организма играет гипоталамо-гипофизарная система.

Внешняя регуляция биоритмов

Она связана с вращением Земли вокруг своей оси, движением ее по околосолнечной орбите, с солнечной активностью, изменениями магнитного поля Земли и рядом других геофизических и космических факторов, причем среди экзогенных факторов, выполняющих функцию «датчиков времени», наиболее значимы свет, температура и периодически повторяющиеся социальные факторы (режим труда, отдыха, питания). Атмосферное давление и геомагнитное поле как датчики времени играют меньшую роль. Таким образом, у человека выделяется две группы внешних синхронизаторов-- геофизические и социальные.

Ярким примером формирования эндогенных ритмов под влиянием синхронизаторов внешней среды является влияние на новорожденного ребенка с его эндогенными ритмами таких синхронизаторов, как звук, свет, пища и т.д., а по мере развития ребенка усиливается роль социальных факторов. Сравнительно быстро у ребенка формируется суточный 24-часовой ритм физиологических процессов. Известный хронопедиатр Т. Хельбрюгге установил, что первые признаки суточной периодики выделения с мочой натрия и калия отмечается на 4- 20-й неделе, а креатинина и хлоридов -- на 16-22-м месяце после рождения. На 2-3-й неделе происходит начало синхронизации с ритмом дня и ночи на протяжении суток такого показателя, как температура тела, а частота пульса -- на 4-20-й неделе жизни ребенка.

Биоритмы в той или иной форме присущи всем живым организмам. В основе всякой ритмики лежит периодический волновой процесс. Простейшая кривая, описывающая биоритм, -- синусоида.

Для характеристики волнового процесса используют целый ряд показателей: период, мезор (уровень), амплитуда, фаза (акрофаза, ортофаза), частота.

Выделяют четыре варианта изменений биоритмов.

Вариант 1. (норма). Индивидуальные диаграммы характеризуются положением мезора в зоне доверительного интервала нормы, акрофаза и амплитуда ритма соответствуют данным здорового человека. Наличие такого варианта суточного ритма указывает на сохранность временной организации физиологического процесса.

Вариант 2А. Положение акрофазы индивидуальной диаграммы в зоне доверительного интервала нормы. Амплитуда колебаний снижена относительно нормы на 30%. Мезор близок к показателям нормы. Этот вариант отражает нарушения в процессах управления временной организации физиологических функций и свидетельствует о режиме перенапряжения.

Вариант 2Б. Амплитуда колебаний выше нормы на 30%. Этот вариант свидетельствует о наличие активного поиска оптимального функционирования системы.

Вариант 3. Положение акрофазы биоритма выходит за пределы доверительного интервала нормы. Отмечаются изменения амплитуды.

Вариант 4. Индивидуальные диаграммы имеют вид низкоамплитудных кривых. Амплитуда ритма не превышает 10--15% от нормы -- это крайнее проявление десинхроноза.

1 -- акрофаза (наивысшая точка волны); 2 -- период биоритма (интервал между вершинами волн); 3 -- амплитуда (наибольшее отклонение сигнала от мезора); 4-- мезор (среднее значение сигнала -- делит волну биоритма пополам); 5 -- ортофаза (надир, батифаза) -- низшая точка волны, и частота (это количество циклов, совершающихся в единицу времени) ритма в сторону как ее повышения, так и понижения.Рис. 2. Характеристика синусоиды (биоритма).

Изменения в показателях ритма указывают на временное рассогласование функций -- десинхроноз.

Заключение

Итак, ритмичность функционирования - фундаментальная биологическая закономерность, которой подчиняется все живое на Земле и человеческий организм, в частности. Для обеспечения оптимального уровня здоровья и адаптационных реакций необходима синхронизация множества биоритмов организма между собой и с ритмически действующими факторами внешней среды. Если эта синхронизация нарушается действием каких-либо внешних или внутренних (заболевание) факторов, то это приводит к негативным физиологическим и социальным последствиям, к появлению или обострению заболеваний, ухудшению психоэмоционального состояния человека и, как следствие, к ухудшению межличностных взаимоотношений в семье и в коллективе. Если вернуться к сравнению здорового организма с оркестром, исполняющим прекрасную симфонию жизни, то можно представить, что произойдет, когда даже один «скрипач» или «барабанщик» потеряет ритм. Симфония превратится в какофонию, а здоровье - в болезнь. И тем хуже будет состояние здоровья, чем больше его элементов, этих маленьких «музыкантов», потеряет такт.

Список литературы

1. Научная статья Билибин Д.П., Фролов В.А., 2007.

2. Актовая речь проф. Фролова В.А. Москва,2011.

3. Биологические ритмы / Под ред.Ю. Ашоффа: В 2 т. - М.: Мир, 1995.

4. Хронобиология и хрономедицина. Хильдебрандт Гюнтер, Мозер Максимилиан, Лехофер Михаэль, 2006.

5. Ефимов М. Л. Биологические ритмы в норме и патологии

Размещено на Allbest.ru