Биологический ритм как отражение процесса развития биологических систем

В 1960 г. на Международном симпозиуме по биологическим часам в Колд-Спринг-Харборе американские ученые Ф. Халберг и К. Питтендрай, а позже и Б. Гудвин выдвинули положение о временной организации биологических систем. По Ф. Халбергу, основной смысл временной организации состоит в согласованности биологических ритмов разных функций внутри организма, а также с ритмами вне организма. К. Питтендрай главную роль временной организации также видел в согласованности течения во времени различных процессов в организме. Б. Гудвин полагал, что временная организация образуется спектром ритмических процессов, согласованных между собой во времени, и проявляется в упорядоченности поведения организмов.

В 1969 г. F. Halberg предложил классификацию биологических ритмов, предусматривающую следующие их категории:
1) высокочастотные (период меньше 30 мин);
2) среднечастотные (период от 30 мин до 2,5 дня);
3) низкочастотные (период больше 2,5 дней).




Позднее Н.И. Моисеева и В.М. Сысуев выделили 6 классов биологических ритмов:
1) ритмы высокой частоты: от долей секунды до 30 мин;
2) ритмы средней частоты: от 30 мин до 28 ч, к классу которых относятся так называемые ультрадианные (до 20 ч) и циркадианные (20-28 ч) ритмы;
3) мезоритмы, включающие инфрадианные (28 ч - 6 дней) и циркасептанные (около 7 дней);
4) макроритмы, в которые входят циркавижинтанные (около 20 дней), циркатридцатидианные (циркатригинтанные), в том числе менструальный цикл (около 1 мес) и цирканнуальные (около 1 года);
5) многолетние ритмы (от 1,5 до нескольких лет);
6) мегаритмы с периодом в десятки и многие десятки лет.

Из всех видов биологических ритмов наиболее изученными являются суточные ритмы, период которых определяется 24-часовой сменой освещенности и темноты и приблизительно равен продолжительности суток.


Употребляющиеся в настоящее время в литературе параметры ритма в основном относятся к характеристике суточных биологических ритмов, хотя в принципе они могут с определенными дополнениями быть применены и к ритмам других классов.К основным параметрам суточных ритмов относятся мезор (среднепериодическая величина), положение во времени суток акрофазы (максимума показателя в ритме), амплитуда, длина активной фазы ритма (период суток со значениями показателя выше мезора), число акрофаз и активных фаз ритма в течение суток, фазовый сдвиг по отношению к периодически изменяющимся факторам среды (датчикам времени) и ритмам других функций.

Изучение биологических ритмов имеет большое значения для понимания временной структуры организма и механизмов регуляции его деятельности, в том числе организма человека. Биологические ритмы принадлежат к числу основных свойств живых систем, что подтверждается их существованием у всех организмов - от одноклеточных до сложных многоклеточных. Не менее 30% мировой литературы по биологическим ритмам посвящено их исследованию у здорового и больного человека.

Новая область медицины - хрономедицина, ставящая своей целью использование закономерностей биологических ритмов для улучшения профилактики, диагностики и лечения заболеваний человека. Ее основными разделами являются хронопатология, хронофармакология, хронотоксикология, хронодиагностика и хронотерапия.

В последнее время все большее значение приобретает понятие «хронобиологическая» норма. Это понятие отражает совокупность морфофизиологических показателей организма, в частности организма человека, характеризующих его состояние в целом и отдельных его систем на основе изучения динамики биологических ритмов и определения среднепериодических величин этих показателей. Это не только состояние биологических ритмов организма в условиях его обычного существования, но и изменения реакции при перемене условий среды, с учетом сезонности, влияния гелио-, гео- и метеорологических факторов, а также при воздействии на организм химических и физических агентов. Хронобиологическая норма отражает не статику организма, а его динамику во времени.

Понятие хронобиологической нормы должно включать в себя и изменения биологических ритмов в ходе онтогенеза и при старении, которые, к сожалению, пока не получили должного места в исследованиях. Обратимость изменений параметров биологических ритмов в той или иной ситуации является границей между хронобиологической нормой и патологическими нарушениями биологических ритмов.

Любые изменения в живых системах обнаруживаются только при сравнении их состояния как минимум в двух временных точках, разделенных большим или меньшим отрезком времени. Характер изменений может быть разным. В живых системах последовательно сменяются стадии того или иного биологического процесса. В этом случае речь идет о фазовых (стадийных) явлениях в системе. Примером могут служить стадии индивидуального развития организмов.

Среди ритмических явлений различают периодические и циклические процессы. Под первыми понимают процессы или явления, наступающие через весьма строгие отрезки времени, вторым свойственна нестрогая повторяемость. Однако и тем и другим свойственна повторяемость. Более того, цикл представляет собой процесс или явление, а ритм - его характеристику, внутреннюю организацию, структуру. Период же служит мерой процесса от его начала до конца.

Ю.Б. Молчанов рассмотрел соотношение процесса развития и времени. Автор выделяет две концепции времени. Согласно субстанциальной концепции, время представляет собой некую абсолютно самостоятельную сущность, не связанную ни с какими материальными телами, их взаимодействиями и совершенно независимую от них. Этот взгляд основан на представлениях И. Ньютона. При таком понимании времени развитие в природе и обществе невозможно. Реляционная концепция времени, заложенная в трудах А.Энштейна по специальной и общей теории относительности в 1905 и 1918 гг., наоборот, рассматривает время как вторичную сущность, тесно связанную с материальными процессами, в частности с развитием.

В этом случае фундаментальные свойства времени обусловлены структурой последовательности состояний материальных систем, находящей свое выражение в принципе развития. По реляционной концепции времени его направление и необратимость обусловлены направленностью и необратимостью последовательностей состояний материальных систем, образующих Вселенную.Принцип развития очень хорошо согласуется с динамической и реляционной концепциями времени, которые признают непрерывное изменение и становление в природе и связывают их с реальной структурой динамики материальных процессов.

Следовательно, биологический ритм можно определить как колебательный процесс, приводящий к воспроизведению биологического явления или состояния биологической системы через приблизительно равные промежутки времени. Говоря о повторяемости событий в биологическом ритме, надо иметь в виду, что эта повторяемость относительная. Повторение действительно существует, и каждый следующий цикл ритмических изменений формально воспроизводится по тем же закономерностям, что и предыдущий, т. е. новому циклу свойственны те же параметры, что и старому.

Другими словами, в новом цикле воспроизводится общая структура ритма. Однако каждый последующий цикл в чем-то изменен и отличается от предыдущего. Изменяться могут все параметры ритма или только некоторые из них. Например, одним из свойств биологического ритма является так называемое блуждание его фазы: на протяжении какого-то числа циклов положение акрофазы и активной фазы ритма не остается постоянным во времени, а мигрирует в некоторых временных границах. Эти границы определяют зону блуждания фазы. Следовательно, фазовая структура биологического ритма не представляет собой нечто застывшее, наоборот, она находится в подвижном состоянии, что имеет адаптивное значение.

Можно сказать, что новый цикл ритма, оставаясь по общей картине похожим на старый, вместе с тем по своему содержанию отличается от него. Абсолютной повторяемости структуры последовательных циклов ритмов нет, а существует, как уже указывалось, квазиповторяемость. Изложенная важная закономерность позволяет говорить о возникновении нового содержания в остающейся прежней (старой) структуре цикла ритма и необратимости процесса развития какой-либо функции, морфологического образования или организма в целом.

На основании изложенного можно выдвинуть положение о том, что биологический ритм подразделяет процесс развития на отдельные отрезки или кванты, т. е. делает развитие квантованным. Этим достигается единство непрерывности и дискретности развития, что, как нам представляется, заслуживает внимания при разработке проблем индивидуального развития и геронтологии.

В 1980 г. было выдвинуто положение о том, что принцип временной организации живых систем является одним из основных общих принципов биологической организации и относится к числу базовых характеристик биологических систем. После того как в биологии утвердилось представление о временной организации биологических систем, стало ясно, что биоритмология - наука о биологических ритмах в узком смысле слова - является составной частью более широкой науки - хронобиологии, изучающей закономерности осуществления процессов жизнедеятельности организма во времени.

---