Хронобиология

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Некоторые показатели циркадного (24-часового) биологического ритма человека

Хронобиология (от др.-греч. χρόνος — «время») — область науки, которая исследует периодические (циклические) феномены, протекающие у живых организмов во времени, и их адаптацию к солнечным и лунным ритмам[1]. Эти циклы именуют биологические ритмы (БР).

Хронобиологические исследования включают, но не ограничиваются ими, работы в области сравнительной анатомии, физиологии, генетики, молекулярной биологии и биологии поведения организмов[1]. Другие аспекты включают исследование развития, воспроизведения, экологии и эволюции видов. (См. также: «супрахиазматическое ядро», мелатонин, светотерапия и др.).

Описание[править | править вики-текст]

Синхронизация уровня и длительности биологической активности с внешними факторами у живых организмов происходят при многих существенных биологических процессах. Это происходит

  • у животных (еда, сон, спаривание, зимовка, миграция, клеточная регенерация, и т. д.),
  • у растений (движения листа, фотосинтез и т. д.).

Наиболее важный ритм в хронобиологии — суточный ритм, примерно 24-часовой цикл физиологических процессов у растений и животных. (Слово «циркадный» приходит из латыни, — «circa» означает «около», «примерно», и «dies» — «день», «сутки», то есть «циркадианный» или «циркадный» — это «околосуточный»).

Есть и другие важные циклы:

  • инфрадианные, более долгосрочные, такие как ежегодные циклы миграции или воспроизводства, выявленные у некоторых животных, или человеческий менструальный цикл.
  • ультрадианные ритмы, краткие циклы, такие как 90-минутный цикл REM-сна у людей, 4-часовой назальный цикл или 3-часовой цикл продуцирования гормона роста.

Периодические ритмы, обычно наблюдаемые у морских животных, часто следуют (примерно) 12-часовому переходу от прилива к отливу и обратно.

История[править | править вики-текст]

Циркадный ритм был первоначально обнаружен в XVIII веке в движении листьев растения французским ученым Жаном-Жаком де Мераном (для просмотра описаний суточных ритмов растений см. — de Mairan, Карл Линней и Дарвин). В 1751 шведский ботаник и натуралист Карл Линней сконструировал даже настоящие биологические часы, используя некоторые суточные виды цветущих растений. Упорядочивая растения в круговом паттерне, он сконструировал биологические часы, которые самым натуральным образом показывали время дня, в зависимости от того, чьи цветки были открыты и чьи закрыты. Например, он обнаружил, что растение «hawk’s beard» («ястребиная бородка») открывает свои цветки в 6:30 утра, тогда как другой вид кульбаба не открывает свои цветки до 7 часов.

В 1860-е годы президент Русского энтомологического общества Карл Эрнст фон Бэр написал о биологическом времени и его различии у различных видов животных[2]. Его подход был далее развит и экспериментально изучен Якобом фон Икскюль.

В 1924 году Александр Чижевский, выпускник медицинского факультета МГУ, опубликовал междисциплинарные работы: «Физические факторы исторического процесса» и «Эпидемиологические катастрофы и периодическая активность Солнца», в которых он описал циклы у живых организмов в связи с солнечным циклом и циклом лунных фаз. Чижевский развил новую дисциплину, гелиобиологию, как подраздел астробиологии. В 1939 он был избран Почётным президентом Международного Конгресса по биологической физике и космической биологии, после публикации в 1936 году его работы «Земное эхо солнечных штормов» (366 стр., 1976, Москва) (Впервые опубликована в 1936 на русском языке: «Земное эхо солнечных бурь», полный текст). Однако, вскоре он был арестован и сослан в Сибирь во время сталинских репрессий. Его публикации были подвергнуты цензуре, и его исследования 1930-х годов по крови и электромагнитным параметрам эритроцитов в связи с циклами человеческой циркадианной системы были запрещены[источник не указан 1781 день]; они были опубликованы в 1973 году, 40 лет спустя. Его публикация 1928 года «Влияние космоса на психозы человека» была подвергнута цензуре в Советском Союзе, хотя и в 2003 году на эту работу продолжали ссылаться в «Journal of Circadian Rhythms».[3]

Как представляется, именно на симпозиуме 1960 года в Cold Spring Harbor Laboratory наступил момент, когда исследователи из различных областей науки обнаружили, что они все изучали одни и те же феномены. Тогда и было положено начало хронобиологии как современной науке.

Также в 1960 годе Patricia DeCoursey изобрела кривую фазной реакции, главной инструмент, используемой в этой области.

В 1960-е годы Мишель Сифр проводит серию экспериментов с многомесячным одиночным заточением людей в пещере, без информации об астрономическом времени. Эксперименты показывают сохранение 24-часового суточного цикла, с последующим переходом на 48-часовой.

Франц Халберг (англ.)[4] из Миннесотского университета ввел термин «циркадианный», и его часто именуют «отцом американской хронобиологии». Руководителем «Общества исследований биологических ритмов» в 1970-е годы стал Колин Питендрих (англ.)[5], занимавшийся больше эволюционными и экологическими аспектами, в то время как Халберг делал больший акцент на человеческие и медицинские аспекты. Питендрих как руководитель и члены Общества сделали основополагающие исследования на всех типах организмов и растений, и животных. Позже было трудно получить финансирование для подобных исследований на каких-либо других организмах, кроме мышей, крыс и человека[6][7], а также дрозофил.

Позже светолечение и значение мелатонина были исследованы Альфредом Льюи (англ.) из Орегонского медицинско-научного университета (Oregon Health & Science University) и другими исследователями как средства для перенастройки заново суточных ритмов животных и человека.

Человек может иметь утренний тип («жаворонки») или вечерний («совы»); эти типы называют хронотипами. Для них есть различная оценочная техника и биологические маркеры.

Во второй половине XX века существенный вклад был сделан Юргеном Ашоффом (англ.) и Колин Питендрих (англ.), которые выполнили различные, но дополняющие друг друга исследования относительно феномена захвата циркадианной системой света (параметрический, непрерывный, тонический, постепенный по сравнению с непараметрические, дискретный, фазный, мгновенный, соответственно).

Есть также пищевые биологические часы, которые не ограничены супрахиазматическим ядром. Оно находится в мозге, возможно в дорсомедиальном ядре гипоталамуса. Работа с мышами, Fuller и соавторы сделали вывод, что с определенного времени биологические часы, как представляется, индуцируют пищевые ограничения. Это говорит о контроле подобных функций как синхронизации активности, повышая шансы для животного успешно определять местонахождение пищевых ресурсов.[8]

Достижения хронобиологии[править | править вики-текст]

  1. БР обнаружены на всех уровнях организации живой природы. Биоритмика — одно из наиболее общих свойств живых систем.
  2. БР признаны важнейшим механизмом регуляции функций организма, обеспечивающим гомеостаз, динамическое равновесие и процессы адаптации в биологических системах.
  3. БР, с одной стороны, имеют эндогенную природу и генетическую регуляцию, с другой, их осуществление тесно связано с модифицирующими факторами внешней среды, так называемыми датчиками времени[9][10], которые условно подразделяются на основные и дополнительные[11]. Эта связь в основе единства организма со средой во многом определяет экологические закономерности. Однако процессы, происходящие в организме человека от некоторых внешних воздействий, остаются во многом неизученными[12].
  4. Сформулированы положения о временной организации живых систем, в том числе — человека — одним из основных принципов биологической организации. Развитие этих положений очень важно для анализа патологических состояний живых систем.
  5. Обнаружены БР чувствительности организмов к действию факторов химической и физической природы. Хронофармакология — способы применения лекарств с учетом зависимости их действия от фаз биологических ритмов функционирования организма и от состояния его временной организации, изменяющейся при развитии болезни.
  6. Закономерности БР учитывают при профилактике, диагностике и лечении заболеваний.

Другие области[править | править вики-текст]

Хронобиология — междисциплинарная область исследований. Она взаимодействует с медициной (см. хрономедицина) и другими областями науки. См. нарушение ритмов организма, расстройства сна, эндокринология, гериатрия, спортивная медицина, космическая медицина и фотопериодизм.[13][14][15]

«Теория биоритмов», которая якобы описывает ряд циклических изменений человеческой формы поведения, основанные на физиологических и эмоциональных циклах, не является частью хронобиологии.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 Patricia J. DeCoursey, Jay C. Dunlap, Jennifer J. Loros (2003). Chronobiology. Sinauer Associates Inc. ISBN 978-0-87893-149-1.
  2. Baer, Karl Ernst von 1864. Welche Auffassung der lebenden Natur ist die richtige? Und wie ist diese Auffassung auf die Entomologie anzuwenden? In: Baer, K. E. v. 1864. Reden gehalten in wissenschaftlichen Versammlungen und kleinere Aufsätze vermischten Inhalts. Erster Theil: Reden. St.Petersburg: H.Schmitzdorff, p. 237—284.
  3. http://bmc.ub.uni-potsdam.de/1740-3391-1-2/1740-3391-1-2.pdf
  4. Более корректный, но менее распространённый вариант передачи его фамилии — Хальберг
  5. Варианты транскрипции фамилии Pittendrigh: Питтендриг, Питендри
  6. Zivkovic, Bora ClockTutorial #2a, Forty-Five Years of Pittendrigh's Empirical Generalizations. A Blog Around the Clock. ScienceBlogs (3 июля 2006). Проверено 23 декабря 2007. Архивировано 21 марта 2012 года.
  7. Zivkovic, Bora Clocks in Bacteria V. A Blog Around the Clock. ScienceBlogs (17 мая 2006). Проверено 23 декабря 2007. Архивировано 21 марта 2012 года.
  8. Fuller, Patrick M.; Jun Lu, Clifford B. Saper (2008-05-23). «Differential Rescue of Light- and Food-Entrainable Circadian Rhythms» (free abstract). Science 320 (5879): 1074–1077. DOI:10.1126/science.1153277. PMID 18497298. Проверено 2008-05-30.
  9. Биологические ритмы. medbookaide.ru. Проверено 18 марта 2016.
  10. Синхронизация биоритмов. helpiks.org. Проверено 18 марта 2016.
  11. Хронобиология - Стр 24. StudFiles. Проверено 23 февраля 2017.
  12. Чистов, Андрей. Ощущают ли люди магнитное поле? (польск.). Проверено 23 февраля 2017.
  13. Postolache Teodor T. Sports Chronobiology, An Issue of Clinics in Sports Medicine. — Saunders. — ISBN 978-1416027690.
  14. Ernest Lawrence Rossi David Lloyd. Ultradian Rhythms in Life Processes: Inquiry into Fundamental Principles of Chronobiology and Psychobiology. — Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K. — ISBN 978-3540197461.
  15. Hayes D.K. Chronobiology: Its Role in Clinical Medicine, General Biology, and Agriculture. — John Wiley & Sons. — ISBN 978-0471568025.

Литература[править | править вики-текст]

Прочие источники[править | править вики-текст]