Комаров О.М., Рапопорт С.И Хронобиология и хрономедицина

Подождите немного. Документ загружается.

память на время). С помощью циркадианных часов животные во время миграций

ориентируются в пространстве по Солнцу и звездам с поправкой на вращение Земли.

Эндогенные сезонные ритмы образуют «биологический календарь». БИОРИТМОЛОГИЯ

— см. Хронобиология БИОРИТМЫ — см. Биологические ритмы ГОДОВЫЕ РИТМЫ —

см. Сезонные ритмы

ДАТЧИК ВРЕМЕНИ (устаревший термин) — см. Задатчиквремени

ДЕСИНХРОНИЗАЦИЯ (de + греч. synchronous — одновременный) биологических ритмов

— рассогласование по фазе; утрата захватывания; состояние, когда ритмы

протекают с разными периодами, вследствие чего их фазы относительно друг друга

непрерывно меняются. Различают внешнюю Д. — биологического ритма относительно

задатчика времени, и внутреннюю Д. —разобщение биологических ритмов (как правило,

циркадианных) одного организма.

ДЕСИНХРОЧОЗ — неблагополучие организма, патологический синдром,

сопровождающий десинхронизацию циркадианных ритмов. Типичные симптомы Д.:

накопление усталости, снижение умственной и физической работоспособности,

нарушение сна, расстройства пищеварения. При хроническом Д. возможно развитие

неврозов. Специфические причины Д.: перестройка привычного комплекса задагчиков

времени и вступление их в конфликт с циркадианными ритмами (при трансмеридианных

перелетах, сменной и ночной работе). Д. может возникать и без специфических

десинхронизирующих факторов, как звено общего адаптационного синдрома (стресса),

при некоторых видах патологии, а также в старческом возрасте.

ЗАДАТЧИК ВРЕМЕНИ (в англоязычной литературе используется немецкий термин

«Zeitgeber») — периодически изменяющийся внешний фактор, «сигнал времени»,

вынуждающая внешняя сила, обеспечивающая захватывание (синхронизацию)

биологического ритма. Если З.В. недостаточно силен для захватывания, биологический

ритм переходит в свободнотекущее состояние, при отом наблюдается десинхронизация

биологического ритма относительно данного З.В. Для циркадианных ритмов самый

эффективный З.В. — суточный режим освещения (чередование света и темноты).

ЗАТЯГИВАНИЕ (устаревший термин) — см. Захватывание

ЗАХВАТЫВАНИЕ (англ. Entrapment, техн. захват частоты) — синхронизация

биологического ритма внешним периодическим фактором — задатчиком времени. В

захваченном состоянии период биологического ритма равен периоду задатчика времени, и

фазовый угол биологического ритма относительно задатчика времени остается строго

постоянной (его конкретная величина зависит от свойств осциллятора и задатчика

времени). 3. обеспечивается подстройкой фазы ритма на протяжении каждого цикла. В

том случае, если задатчик времени недостаточно эффективен, биологический ритм

перестает быть захваченным и переходит в альтернативное состояние

— свободный бег. В промежутке, на границе этих двух состояний, происходит

модуляция периода.

483«ИЗОЛЯЦИЯ ОТ ВРЕМЕНИ» (англ Temporal Isolation) — относительно постоянные

внешние условия, отсутствие периодических факторов — задатчиков времени. В условиях

И.О.В. циркаритмы становятся свободнотекущими и проявляют собственный, эндогенный

период.

ИНФРАДИАННЫЕ РИТМЫ (от лат. infra — ниже, и dies — день) — биологические

ритмы с частотой ниже, чем у циркадианных ритмов; с периодами от нескольких суток до

года. В спектре они расположены между циркадианными и сезонными ритмами.

КОСИНОР — математический метод анализа циркадианных (главным образом суточных)

биологических ритмов путем их аппроксимации синусоидой. Для выбранного периода

(обычно 24 ч) позволяет вычислить параметры синусоиды: фазу, амплитуду и средний

уровень (так наз. «мезор»), а также их доверительные интервалы. КРАТНАЯ

СИНХРОНИЗАЦИЯ — захватывание (синхронизация) биологического ритма задатчиком

времени с частотой или периодом, кратным собственной эндогенной частоте или периоду

биологического ритма.

КРИВАЯ ПОДСТРОЙКИ ФАЗЫ (англ. Phase Response Curve) — зависимость величины

сдвига фазы циркадианного ритма, вызванного внешним однократным воздействием

(например, световым импульсом), от фазы, на которую пришлось это воздействие. К.П.Ф.

описывает динамику чувствительности ритма к стимулу на протяжении циркадианного

цикла, выражает механизм захватывания циркадианного ритма соответствующим

задатчиком времени, позволяет выявить подлинную фазу (а в отдельных случаях и

амплитуду) осциллятора в отличие от наблюдаемых ритмов. В асимметрии ветвей К.П.Ф.

заложена экологическая стратегия сезонной адаптации циркадианной системы. Все

организмы, от простейших до млекопитающих, обладают сходными К.П.Ф.

Специфическая форма К.П.Ф. — основа для математического моделирования

циркадианного осциллятора.

КПФ (англ. PRC) — см. Кривая подстройки фазы

МАРКЕР ФАЗЫ (англ. Phase Reference Point) биологического ритма — характерная точка

на кривой (например, экстремум), избираемая для оценки положения фазы осциллятора.

МАСКИРОВАНИЕ (англ. Masking) — в противоположность захватыванию —

непосредственное воздействие фактора среды на наблюдаемый ритм, временное

искажение кривой изменения регистрируемого показателя на протяжении данного цикла,

не затрагивающее при этом динамику фазы осциллятора. Один и тот же фактор может

одновременно вызывать и маскирующий эффект и захватывание (например, чередование

света и темноты синхронизирует ритм подвижности животного, и, кроме того, каждое

включение света непосредственно стимулирует его двигательную активность).

МОДУЛЯЦИЯ ПЕРИОДА (англ. Relative Coordination) свободнотекущего ритма —

промежуточное состояние между свободным бегом и захватыванием, когда задатчик

времени недостаточен для полного захватывания, но тем не менее оказывает некоторое

влияние на ритм: периодически то «притягивает», то вновь «отпускает» фазу ритма.

НАБЛЮДАЕМЫЙ РИТМ (англ. Overt Rhythm) — в противоположность осциллятору,

регистрируемая кривая изменения биологических показателей. Н.Р. представляет собой

суммарный результат действия эндогенного осциллятора и экзогенных влияний

(маскирования), подобно тому как фенотип есть результат совместного действия генотипа

и среды. Если осциллятор — собственно «механизм» биологических часов (маятник,

пружина), то Н.Р. — лишь стрелки часов.

484

ОВАРИАЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ — ритм функционирования яичников у млекопитающих:

последовательное созревание и выход яйцеклеток. Осциллятор образован на уровне

целостного организма взаимодействием различных компонентов нейроэндокринной

системы. Длина периода О.Ц. различна у разных биологических видов, модулируется

циркадианными и сезонными ритмами.

ОКНО ЗАХВАТЫВАНИЯ (англ. Range of Entrainment) — интервал (диапазон) значе ний

периода биологического ритма, в котором возможно его захватывание (синхронизация)

внешним задатчиком времени.

ОСЦИЛЛЯТОР — колебательная система, поддерживающая эндогенный ритм благодаря

внутренней обратной связи. Циркадианный О. организован на клеточном уровне:

обратную связь обеспечивают белки — продукты специфических «час-генов», которые

подавляют транскрипцию с этих же генов. О., локализованный в группе клеток, наз.

пейсмекер.

ПЕЙСМЕКЕР (англ. Pacemaker — «делающий шаг») у многоклеточных —

морфологически выделенные структуры, выполняющие функцию осциллятора,

порождающие биологический ритм. Генерируемые пейсмекером колебания передаются по

проводящим путям и вовлекают остальные клетки в биологические ритмы. Ритм

сокращений сердца поддерживается особой проводящей системой, П. которой (или

водитель ритма) — грозди малодифференцированных клеток миокарда, организованные

иерархически: си-ноатриальный узел — атриовентрикулярный узел — пучки Гиса. Ритм

дыхания поддерживается благодаря П. продолговатого мозга. Волны сокращений тонкого

кишечника (перистальтика, сегментация) обусловлены передачей возбуждения вдоль

цепочки взаимно сопряженных П. Специальный П. вызывает мышечную дрожь.

Обособленные П. являются источниками многих биологических ритмов. Циркадианные

ритмы насекомых контролируются множественными П. в различных участках головного

мозга. У некоторых моллюсков циркадианный П. находится в глазах. У рыб,

пресмыкающихся и птиц главный циркадианный П. локализован в эпифизе

(шишковидной железе), а у млекопитающих — в СХЯ гипоталамуса.

ПЕРИОД биол. ритма (от греч. periodos — обращение, круг времени) — наименьший

промежуток времени между моментами повторения фазы ритма, длительность

совершения одного цикла колебаний.

ПЕРИОДОГРАММА — математический метод выявления периодических компонентов

биологического ритма (превышающих уровень «шума») и оценки их достоверности.

ПОДСТРОЙКА ФАЗЫ (англ. Phase Resetting) — смещение фазы осциллятора

(опережение или запаздывание) под воздействием внешнего фактора — задатчика

времени в процессе захватывания. Поскольку собственные периоды отдельных

осцилляторов индивидуальны и, вообще говоря, отличны от периода задатчика времени,

для поддержания устойчивого захваченного состояния необходима постоянная П.Ф. в

каждом цикле. Чувствительность осциллятора к внешнему воздействию меняется на

протяжении цикла: ее описывает кривая подстройки фазы.

ПРЕДЕЛЬНЫЙ ЦИКЛ (англ. Limit Cycle) — устойчивая траектория осциллятора, на

которую он возвращается после внешних возмущений (термин заимствован из

математической теории колебаний). Ключевая конструкция для теоретического анализа и

моделирования циркадианного осциллятора.

ПРОФИЛЬ биол.ритма — см. Форма волны

РАЗОБЩЕНИЕ циркадианных ритмов — взаимная десинхронизация ритмов различных

показателей у одного организма, их протекание с разными периодами, вследствие чего

соотношение их фаз непрерывно меняется. Р. может быть спонтанным (у свобод-

нотекущих ритмов) и вынужденным (напр., в случае трансмеридианного перелета —

из-за разной степени инертности ритмов различных показателей).

4ооРАСТР — специальный формат отображения кривой биологического ритма, наглядно

демонстрирующий периодичность. Широко применяется r хронобиологии, особенно для

представления свободнотекущих циркадианных ритмов и процесса захватывания.

РАСЩЕПЛЕНИЕ свободнотекущего циркадианного ригма — эффект (спонтанный или

вызванный) появления двух составляющих ритма, которые могут проткать с разными

периодами и достигать взаимного сопряжения. Р. указывает на существование двух

самостоятельных осцилляторов (или групп осцилляторов) в составе циркадианной

системы.

РИТМОВОДИТЕЛЬ - см. Пейсмекер.

СВОБОДНОТЕКУЩИЙ (англ. Free-running) ритм — биологический ритм в состоянии

свободного бега. Термин применим кциркаритмам. Период свободнотекущего ритма не

постоянен: он зависит от внешних условий (напр, от у ровня освещенности), подвержен

случайным флуктуациям, а также значительной индивидуальной и межвидовой

изменчивости.

СВОБОДНЫЙ БЕГ (англ. Free Run) — состояние биологического ритма, когда он

проявляет собственный, эндогенный период, не навязанный внешними задатчиками

времени, а определяемый внутренними свойствами осциллятора. Обычно этот термин

относится к циркадианным ритмам в условиях «изоляции от времени».

СЕЗОННЫЕ РИТМЫ (англ. Annual Rhythms) — биологические ритмы из группы цир-

каритмов, широко распространены среди животных и растений. Могут быть экзогенными

(непосредственная реакция на сезонные изменения климата) и эндогенными

(«биологический календарь», синхронизируемый механизмом фотопериодизма).

СИНХРОНИЗАЦИЯ - см Захватывание

СОПРЯЖЕНИЕ (англ. Coupling) осцилляторов — их взаимное захватывание

(синхронизация). В том случае, если собственные периоды осцилляторов различны, в

результате сопряжения достигается промежуточное, «компромиссное» значение общего

периода .

СУТОЧНЫЕ РИТМЫ — циркадианные ритмы в состоянии, когда они устойчиво

захвачены (синхронизированы) внешними 24-часовыми задатчиками времени.

СХЯ (супрахиазменные ядра гипоталамуса, англ. SCN) — главный циркадианный

пейсмекер у млекопитающих.

УЛЬТРАДИАННЫЕ РИТМЫ (от лат. ultra — за пределами, и dies — день) —

биологические ритмы с периодом короче, чему циркадианных ритмов: от минут до 10—12

ч. В спектре они расположены между «физиологическими» и циркадианными ритмами. У.

Р. проявляются в эпизодах секреции гормонов, колебаниях работоспособности,

цикличности поведения. Наиболее изучен У.Р., формирующий структуру сна

(чередование медлен-новолновой и парадоксальной стадий). Его период зависит от

биологического вида: меняется от 6—8 мин. (у мелких грызунов) до 120 мин. (у слона); у

человека составляет 90—100 мин. Во время бодрствования подобные У.Р. наблюдаются в

сократительной активности желудочно-кишечного тракта, смене эмоциональных

состояний, периодах сонливости. Механизм 90-минутного ритма связывают с

двусторонним тормозным взаимодействием между нейронами некоторых областей мозга,

а также с чередованием преобладающей активности левого и правого полушарий

головного мозга.

ФАЗА (от греч. phasis — появление) биологического ритма — точка на абсциссе или

момент времени, соответствующий текущему состоянию осциллятора и выраженный в

долях периода (от 0 до 1 или до 360" или до 2р радиан).

ФАЗОВЫЙ УГОЛ (англ. Phase Angle) — разность фаз двух ритмов. Обычно используется

Ф.У. циркадианного ритма относительно задатчика времени. Если ритм захвачен

задатчиком времени, его фаза протекает синхронно с фазой задатчика времени, поэтому

его Ф.У. остается постоянным.

486

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ — рабочие циклы функционирования клеток, органов и

систем организма с периодами от миллисекунд до минут (например, ритм дыхания,

сердцебиения). Ф.Р. модулируются другими биологическими ритмами (ультрадианны-ми,

суточными, сезонными).

ФОРМА ВОЛНЫ (англ. Wave Form) — усредненная кривая, полученная путем наложения

нескольких циклов (участков ритма длиной в один период).

ФОТОПЕРИОДИЗМ — реакция организма на сезонные изменения продолжительности

дня и ночи. Ф. наблюдается у многих растений и животных, проявляется в изменении

скорости роста и развития, стимуляции размножения или подготовки к миграции или

зимней спячке (у насекомых — диапаузы). В основе Ф. — «измерение» длины дня с

использованием циркадианных ритмов в качестве биологических часов. Ф. составляет

значительную долю экзогенной компоненты ежегодных периодических изменений

жизнедеятельности, а для эндогенного сезонного ритма представляет собой маскирующий

фактор.

ХРОНОБИОЛОГИЯ (от греч, chronos — время + биология) — раздел биологии,

изучающий биологические ритмы. Как самостоятельная наука сложилась во второй

половине XX века. Использует математическую теорию колебаний. Наиболее

разработанная часть X. — концепция циркадианных ритмов. Основные области

практических приложений: физиология труда, эргономика (рациональная организация

режимов труда и отдыха, особенно для сменной и ночной работы), медицина (особенно

терапия нарушений сна, эмоциональных расстройств; хронофармакология), сельское

хозяйство (повышение продуктивности животных и растений).

ЦИКЛ — реализация биологического ритма в течение одного периода (т.е. фрагмент

периодической кривой).

ЦИРКАДИАННАЯ СИСТЕМА (англ. Circadian Timing System) — физиологическая

система, обеспечивающая поддержание и взаимное сопряжение (согласование)

циркадианных ритмов организма. Включает осцилляторы, проводящие пути и рецепторы.

Осцилляторы организованы иерархически: у вершины стоят пейсмекеры, генерирующие

автономные колебания с периодом около суток и навязывающие или захватывающие

ритмы нижележащих осцилляторов. Проводящие пути опосредуют захватывание, могут

быть нервными (напр, моносинаптический ретиногипоталамический тракту

млекопитающих) и гуморальными (многие гормоны, напр, мелатонин). Рецепторы Ц.С. —

прежде всего фоторецепторы (у низших позвоночных — также экстраретинные)

воспринимают сигналы задатчиков времени и служат для согласования циркадианных

ритмов организма с суточными циклами окружающей среды.

ЦИРКАДИАННЫЕ РИТМЫ (от лат. circa — около, dies — день) — околосуточные

ритмы, биологические ритмы с периодом, близким с 24 ч. Ц.Р. присущи всем эукариоти-

ческим организмам (и даже некоторым прокариотам), охватывают практически все

проявления жизни. Основу Ц.Р. составляют эндогенные колебания, поддерживаемые на

клеточном уровне. У многоклеточных животных локализованы специфические

циркадианные пейсмекеры. В естественных условиях Ц.Р., как правило, захвачены

(синхронизированы) внешними суточными задатчиками времени и обнаруживают период,

в среднем равный 24 ч, однако в относительно постоянных условиях «изоляции от

времени» становятся свободнотекущими и протекают с собственным периодом,

существенно отличным от суток (отсюда префикс «цирка»). Ц.Р. приурочивают

биологическую активность к оптимальному времени суток, поддерживая синхронность с

астрономическим временем и воспроизводя ежедневную врожденную программу обмена

веществ и поведения. Кроме того, Ц.Р. обеспечивают взаимное согласование различных

процессов жизнедеятельности внутри одного организма. Наконец, многие животные и

растения используют Ц.Р. в качестве биологических часов. Многочисленные Ц.Р.

организма образуютциркадианнуюсистему. Десинхронизация (рассогласование) Ц.Р.

487неблагоприятна и может перерастать в патологический синдром (десинхроноз). Ц.Р.

являются физиологической основой для рациональной организации режимов труда-

отдыха человека.

ЦИРКАДНЫЕ РИТМЫ - см. Циркадианные ритмы

ЦИРКАРИТМЫ (от лат. circa — около) — «экологические ритмы» — группа из четырех

биологических ритмов с периодами, близкими к соответствующим геофизическим

константам: суткам, лунным (приливным) суткам, месяцу и году. Их назначение:

приурочивать биологическую активность к благоприятному времени. При этом они

играют роль биологических часов. Основные свойства Ц. сходны: они эндогенны, их

период относительно стабилен (в том числе компенсирован относительно температуры), в

ограниченном диапазоне периодов они поддаются захватыванию внешними задатчиками

времени, вне этого диапазона переходят к свободному бегу. Однако эффективные задат-

чики времени для них различны: циркадианные ритмы «подчиняются» прежде всего

световому режиму (чередованию света и темноты), приливные (у водных организмов)

— признакам прилива (таким как бурление воды, изменение рН, перепады

гидростатического давления), лунные — признакам полнолуния (свет в ночное время),

сезонные

— изменениям соотношения продолжительности дня и ночи (см. также

фотопериодизм). Врожденные, генетически заданные Ц. определяют примерную общую

целесообразную программу обмена веществ и поведения, которая у животных, кроме

того, на протяжении жизни «шлифуется» индивидуальным опытом в процессе

приспособления к временному профилю среды обитания.

«ЧАС-ГЕНЫ» (англ. Clock Genes), специфические локусы, мутации которых изменяют

свойства циркадианных ритмов: удлиняют или укорачивают период в состоянии

свободного бега, либо вызывают аритмию. Изучены следующие Ч. Г.: frq (от англ.

Frequency

— частота) у гриба Neurospora, per (от англ. Period — период) и tim (от англ.

Timeless

— лишенный времени) у плодовой мушки Drosophila, tau (греч. буква t

традиционно обозначает период) у хомячка. Ч.Г. — эффективный инструмент для

изучения молекулярных механизмов циркадианного осциллятора.

ЭКЗОГЕННЫЙ РИТМ — биологический ритм, в противоположность эндогенному,

непосредственно вызываемый (обусловленный) периодическими факторами среды,

внешними по отношению к самой биологической системе; вынужденные колебания,

пассивная реакция на внешние периодические воздействия.

ЭНДОГЕННЫЙ РИТМ — биологический ритм, в противоположность экзогенному,

порождаемый и поддерживаемый внутри самой биологической системы; активные,

автономные, самоподдерживающиеся (англ. self-sustained), спонтанные колебания.

ЭСТРАЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ — см. Овариальные Циклы

JET LAG — резкий сдвиг фаз в системе циркадианных ритмов организма, возникающий

после быстрого перелета через несколько часовых поясов.

JET LAG синдром — десинхроноз, возникающий после быстрого перелета через

несколько часовых поясов, из-за конфликта между инертными циркадианными ритмами

организма и новым комплексом внешних задатчиков времени, привязанных к местному

астрономическому времени. PRC- см. КПФ SCN -см. СХЯ ZEITGEBER — см.

Задатчиквремени

Автор признателен С.И.Степановой,

В.Б. Чернышеву и В.А.Зотову

за конструкивную критику рукописи.

488