Практическое использование управления биологическими ритмами в биологии

Биологические ритмы - условие нормальной жизнедея­тельности процессов во всех живых организмах. Без них не могла бы существовать жизнь. Ритмы физиологичес­ких функций в организме человека позволяют осущест­влять сложные жизненные процессы. Отсутствие же нор­мального взаимодействия биологических ритмов приводит к различным функциональным расстройствам (например, десинхронозу), а иногда и к заболеваниям.

В настоящее время в медицине возникло новое на­правление, новый подход к причинам заболеваний.

 

 

Ряд ученых считают, что причина некоторых заболеваний - нарушение периодичности в осуществлении жизненных процессов, например в работе сердца, легких, печени, по­чек, желудка и т. д.

Исследованиями нарушений цикличности функций в ор­ганизме человека занимался немецкий психолог К. Рих­тер. На протяжении многих десятилетий, начиная с 1919 г., он собрал большой клинический материал более чем о ты­сяче пациентов, страдающих различными заболеваниями костного мозга, желудка, двенадцатиперстной кишки, брюшины, почек, потовых и слюнных желез, лимфати­ческих узлов, суставов, кожи, мозга и глаз. К числу ци­клических процессов, нарушения которых приводят к за­болеваниям, он отнес и такие заболевания, как мигрень, эпилепсия и пептическая язва.

По мнению Рихтера, большинство заболеваний внача­ле не выглядят периодическими, а приобретают такой характер спустя многие месяцы и даже годы.

В настоящее время важное внимание в медицине уде­ляется вопросам ранней диагностики заболеваний. В ар­сенале современной науки уже имеется достаточное коли­чество новых методов для распознавания ранних стадий заболеваний, таких, например, как рак, сердечные забо­левания, атеросклероз, заболевания печени и т. д.

Для определения нарушений периодичности функцио­нирования отдельных органов в организме человека на ранних стадиях заболеваний ученые использовали раз­личные косвенные методы, например биохимические ме­тоды. Так, эксперимент, проведенный шведским медиком Э.Форсгреном, показал, что количества выделяемых в печени желчи и гликогена обратно пропорциональны. При содержании в печени большого количества желчи гликоген присутствует в небольшом количестве, и наоборот. Таким образом, функционирование печени имеет периодический характер: образование в ней желчи чередуется с образо­ванием гликогена. Нарушение такого чередования веще­ств, вырабатываемых печенью, проявляется на ранних стадиях заболевания.

Обнаружить появление рака печени на ранней ста­дии удалось шведскому медику Я. Мёллерстрёму. Он, также как и Э.Форсгрен, наблюдал нарушение в функ­ционировании печени, однако подход в определении причин нарушений был несколько иной: Мёллерстрём определял периодические изменения в скорости оседания эритроцитов в крови, В случае рака печени скорость осе­дания эритроцитов увеличивалась в 150 раз в течение одних суток по сравнению с нормой.

Наука накапливает все больше и больше фактов, сви­детельствующих о важной роли биологических ритмов человека в оценке осуществления нормального функцио­нирования организма. Требовалось провести систематиза­цию накопленного опыта и приблизить его к непосредст­венному практическому использованию. Эту большую и важную работу осуществил шведский ученый А. Соллбергер. К концу 1964 г. он собрал и классифицировал экспе­риментальный материал по нарушению биоритмов в орга­низме человека. Собранный материал ученый опублико­вал в справочнике, который может дать полезные сведения для биологов и медиков.

Однако решение проблемы биологических ритмов че­ловека касается не только обнаружения и устранения нарушений ритмов в организме, но и правильного, разум­ного использования этих ритмов во время хирургических операций, приеме медикаментозных средств, при электросне и многих других воздействиях на человека.

Из хирургической практики, например, известно, что кровотечения гортани бывают намного чаще, если они совпадают со второй четвертью лунного месяца. Поэтому хирурги избегают в этот период делать операции на гор­тани.

Важный момент для медиков - учет времени суток при введении лекарств в организм больного. Впервые этим вопросом занялся американский ученый К. Питтендрай. Он подбирал, теоретически обосновывая, периоды суток, наиболее благоприятные для приема того или иного лекарства. Время приема лекарств имеет важное значе­ние. Одно и то же лекарство по-разному будет действо­вать на человека в разное время суток. Далеко не безраз­лично, например, днем или ночью принимать инсулин. Прием инсулина больными диабетом в ночное время даже при небольших дозах может привести к весьма нежела­тельным реакциям. В то же время днем восприимчивость к инсулину понижается, и он может быть принят в зна­чительном количестве. Надо полагать, что в скором времени врачи будут выписывать лекарства с учетом времени их приема.

При разработке мероприятий по профилактике за­болеваний необходимо учитывать чувствительность нормальных клеток к действию вируса во время опреде­ленных фаз их циркадного ритма. Это будет иметь зна­чение при противоинфекционных прививках, профилакти­ческом приеме лекарств и при других мероприятиях, свя­занных с предупреждением заболеваний.

О заболеваниях свидетельствует нарушение периодич­ности в функционировании не только органов и систем организма человека, но и отдельных клеток.

Американский специалист по биоритмам Л. Хейфлик на основании исследований предложил гипотезу, соглас­но которой все живые организмы на Земле имеют «генетические часы». Они контролируют продолжительность существования живых клеток, в результате чего клетки организма делятся определенное количество раз. Клетки человеческого организма могут делиться примерно 50 раз. Клетки животных имеют свои цифры деления: у мыши - 14-28 раз, курицы- 15-35 раз, черепахи - 90-125 раз. Контролю не поддаются лишь клетки раковой опухоли, поэтому они способны беспредельно размножаться.

Если бы ученым удалось своевременно распознать уход клеток из-под контроля «генетических часов», чело­вечеству была бы представлена возможность надежного диагностирования раковой опухоли на ранних стадиях заболевания, и, быть может, открылись бы новые пути ле­чения рака.

Каждая клетка в любом живом организме ориентиро­вана во времени. Многоклеточный организм человека имеет сложную иерархическую систему «живых часов».

Такая временная организация биологических систем жиз­ненно необходима. Она позволяет не только согласовывать его жизнедеятельность во времени с внешней средой, но и создает условия для синхронизации всех процессов на внутриклеточном и на внешнеклеточном уровнях.

Синхронизацию работы клеток и органов в живом ор­ганизме можно получить навязыванием ему ритмов внеш­ней среды, в частности, световых режимов, нарушение же ритмических воздействий внешней среды приводит к ухудшению жизнедеятельности живых организмов и даже к гибели. Американскому исследователю К. Питтендраю удалось показать, что непрерывное освещение мух-дрозофил, а также неестественные световые режимы (не крат­ные 24 час.) резко снижают продолжительность их жизни.

Коллектив советских исследователей во главе с В. Б. Чернышевым повторил эксперимент К. Питтендрая, показав, что нормальный ритм дрозофил нарушается не только при непрерывном освещении, но и при непрерыв­ной темноте.

Циркадный ритм человека обладает устойчивостью. И хотя дневная деятельность человека может быть искус­ственно перестроена, все же долгое время сохраняется 24-часовой цикл ряда функций его организма. В опытах, проведенных шведским биологом К. Хамнером на Шпиц­бергене, где летом длится непрерывный день, все часы и расписание работ живущих там людей были перестроены на 21-часовой «день» в одном случае и на 27-часовой - в другом. Вскоре все испытуемые привыкли к новому расписанию, но их жизненные отправления продолжались в прежнем ритме.

При перелетах из одного часового пояса в другой чело­век болезненно переносит перестройку биологических ча­сов на новое время. В этом случае нарушается ритм и согласованность физиологических функций и развивается десинхроноз, о котором мы ранее уже говорили.

Сравнительно недавно сделано важное и интересное для биологии и медицины открытие: снижение температу­ры тела на 1-2°С способно продлить жизнь животных (и человека) на 20-25%. Изменение температуры тела приводит к перестройке физиологических ритмов организ­ма. Об этом свидетельствует, например, тот факт, что при заболеваниях лихорадкой биологические часы организма человека начинают «спешить». Дальнейшее изучение и развитие проблемы регулирования температуры тела чело­века - часть большой и важной проблемы управления ритмами его организма.

В настоящее время в медицине большое внимание уде­ляется вопросам, связанным с регуляцией ритмов организ­ма человека внешними условиями. Еще в 20-е годы А. Л. Чижевский занимался изучением влияния солнеч­ной активности на частоту заболеваний и физиологиче­ское состояние человека. Он был первым, кто затронул важную для медицины проблему управления биологиче­ских ритмов человека факторами внешней среды. В по­следнее время этими вопросами занимается американский исследователь Ф. Браун, считающий внешние геофизиче­ские условия основными регуляторами ритмов организма.

Наиболее удобный объект для исследований регуляции ритмов живых организмов - насекомые. Изучением регу­ляции ритмов у насекомых занимаются советские исследователи В. П. Тыщенко и Н. И. Горышина. Используя реакцию насекомых на чередование светового и темпового периодов, ученые разрабатывают новые методы для борь­бы с вредителями сельскохозяйственных культур. При этом учитывается особенность живых организмов по-раз­ному воспринимать воздействие химических веществ и ядов в разное время суток.

Искусственное чередование периодов света и темноты оказалось могучим средством, позволяющим получать массовое цветение и плодоношение растений, высокую плодовитость животных. В этом направлении большие работы проводятся у нас в стране (Б. А. Рубин, И. И. Гу-нар) и за рубежом (Д. Гастингс и Ф. Холберг и др.). Была сделана попытка изменить циркадный ритм расте­ний путем воздействия химическими веществами - циа­нидом мышьяка, колхицином, уретаном и этиловым спиртом и т. д. Оказалось, что на фазу и длительность периода деления клеток водоросли влияет тяжелая вода.

Таким образом, для управления циркадным ритмом растений и животных в практике сельского хозяйства на­ряду со световым может быть использован и химический способ.

Иной механизм воздействия на ритмы растений имеет ультрафиолетовое излучение. Оно может за несколько ми­нут значительно сдвинуть фазу ритма растений (такой же сдвиг фазы получается при 30-минутном воздействии светом). Эксперименты, проведенные американским ис­следователем Ч. Эрет, показали, что воздействие ультра­фиолетового света на растения связано с нуклеиновыми кислотами (ДНК - РНК). Исследования Ч. Эрета под­твердили гипотезу советского физиолога растений Д. А. Сабинина, выдвинутую им еще в конце 40-х годов. Согласно этой гипотезе, в основе механизма биологиче­ских часов лежит работа системы нуклеиновых кислот. Воздействуя ультрафиолетовым излучением на нуклеино­вые кислоты, можно управлять ритмами растений, их созреванием и плодоношением.