ПРЕДИСЛОВИЕ

Нейроэндокринная система относится к категории функ­ циональных суперсистем и имеет сложную, «отшлифован­ ную» в филогенезе структурную организацию, построен­ ную на основе строгой иерархической подчиненности ее субсистем. Исключительная надежность, ее «пластичность» определяется обратной афферентацией, или обратными связями (положительными и отрицательными, короткими, длинными), лежащими в основе функционирования каж­ дого из звеньев этой системы, что позволяет достигать оптимального приспособительного результата. Положи­ тельный результат для нейроэндокринной системы — это поддержание в тканях уровня гормонов, оптимального для каждого возрастного периода, любой временной ситуа­ ции, в которой оказался организм человека или животно­ го. Все без исключения защитно-адаптационные реакции, особенно при воздействии на организм сильных и длитель­ ных стрессорных факторов, реализуются прежде всего че­ рез нейроэндокринную систему, для которой характерны ритмичность ее работы в целом, а также автономность ритмов отдельных ее субсистем, эндокринных желез.

Накоплен обширный экспериментальный и клинический материал, позволяющий сделать вывод о том, что принци­ пы хронобиологии универсальны. Нарушение ритмичности работы нейроэндокринной системы является патогенетиче­ ским фактором развития многих заболеваний эндокринной системы.

В настоящей монографии обобщены собственные и ли­ тературные данные о роли биоритмов гормонов в развитии эндокринопатий. Рассмотрена природа биоритмов. Особый акцент сделан на циркадианные ритмы. Становление ком­ понентов НЭС и циркадианных ритмов секреции гормонов в онтогенезе человека включает информацию о ритмах секреции гормонов гипоталамо-гипофизарно-адреналовой (АКТГ, глюко- и минералокортикоиды), половой (ФСГ, ЛГ, половые гормоны), тиреоидной (ТТГ, трийодтиронин, тиро-

3

ВВЕДЕНИЕ

Каждый человек с самого раннего детства знаком с такими важнейшими ритмами организма, как пульс, дыха­ ние, часто и не подозревая, какую сложную организацию имеют функциональные системы, поддерживающие эти на первый взгляд «привычные» для нас ритмы, с которыми у каждого ассоциируются понятия «жизнь» и «смерть» в прямом смысле этих слов. Закономерно, что такие рит­ мы, как пульс и дыхание, стали нарицательными поня­ тиями жизни. Но так ли универсальны биоритмы в нашей жизни? Нет ли элементов преувеличения их роли, некой сенсационности публикаций, посвященных биоритмам? Реальны ли такие ритмы, которые определяли бы функ­ циональную активность человека в жестких временных рамках в течение всего его онтогенеза, т. е. с момента образования зиготы и до естественного финала? Эти и

го развития, и не только накопления фактического мате­ риала, но и обобщений, иногда, возможно, преждевремен­ ных и несколько спекулятивных. Это обычный путь развития научных направлений. Доказано главное: биорит­ мы— универсальное явление биосистем, это способ адап­ тации к условиям меняющейся среды, способ выжить не только одной особи, но и целых видов животных. Согласно учению В. И. Вернадского, ритмические колебания фи­ зиологических процессов с позиций биоэнергетики наибо­ лее экономичны и соответствуют оптимальной организации биосистем, в том числе и человеческого организма. Дейст­ вительно, максимальный режим работы различных по сложности биосистем лишь в определенные фазы их био­ ритмов, исчисляемые иногда долями секунды, не только «экономичнее» «пролонгированного максимума» или по­ стоянно предельных режимов, но только при таком ритме биосйстемы выживают или выполняют физиологически

6

закрепленную за ними функцию. У женщин, например, половой циклический центр гипоталамуса включается в сложнейшую нейроэндокринную систему, регулирующую репродуктивную функцию, только в середине менструаль­ ного цикла и только на несколько часов, чтобы осущест­ вить так называемый «овуляторный выброс» лютеинизирующего гормона (ЛГ) гипофиза, посредством которого вызвать овуляцию созревшего в яичнике фолликула. Сразу же после овуляции (вскрытия граафова пузырька) цикли­ ческий центр выключается из системы практически на ме­ сяц, вплоть до следующей овуляции.

Временная организация физиологических функций ор­ ганизма определяет их эффективность, интегральное со­ стояние его здоровья, работоспособности, устойчивости к

с внешними суточными геофизическими циклами опреде­ лила повышенный интерес исследователей различных спе­ циальностей, особенно к околосуточным, или циркадиан­ ным, ритмам. Действительно, циркадианным ритмам принадлежит одна из важных функций синхронизации физиологических процессов. Таким образом, параметры циркадианных ритмов могут служить самостоятельной характеристикой физиологического состояния организма.

Полагают, что одним из важных условий адаптации организма является формирование комплекса циркадиан­ ных ритмов физиологических функций на основе мультиосцилляторного принципа, согласно которому проявление всех циклических процессов в организме есть результат деятельности совокупности относительно независимых вну­ тренних пейсмекеров, синхронизированных по фазе и пе­ риоду. Мультиосцилляторный принцип позволяет более эффективно приспосабливаться к меняющимся условиям внешней среды. Из этого принципа вытекают два важных следствия, которые должны учитываться в хрономедицине: зависимость циркадианных ритмов от временной структу­ ры внешних датчиков (синхронизаторов), а также инди­ видуальная особенность циркадианной организации много­ численных функций организма. В суточных циклах человека отчетливо выделяются фаза «активности» и фаза «отдыха» как внешней, так и внутренней деятельности организма, а также восстановительные «пластические» процессы, ко­ торые обеспечиваются соответствующими изменениями его

7

ГЛАВА 1

ПРИРОДА БИОРИТМОВ

Биологическими ритмами называют изменения, перио­ дичность которых сохраняется при изоляции от внешних источников отсчета времени в течение двух циклов (пе­ риодов) или более. При такой изоляции биологические ритмы могут переходить на собственную частоту, ранее индуцированную извне, а при навязывании внешнегр рит­ ма могут изменять фазу собственного ритма по фазе. Био­ ритмы являются частным случаем более широкой зависи­ мости жизненных процессов от времени, особенностью биологической временной структуры. Биологические рит­ мы можно определить как статистически достоверные из­ менения различных показателей физиологических процес­ сов волнообразной формы.

Основными параметрами биоритмов являются следую­ щие показатели: 1) период — время между двумя одно­ именными точками в волнообразно изменяющемся про­ цессе; 2) акрофаза — точка времени в периоде, когда от­ мечается максимальное значение исследуемого параметра; 3) мезор — уровень среднего значения показателей изучае­ мого процесса; 4) амплитуда — степень отклонения иссле­ дуемого показателя в обе стороны от средней.

Среди .многих отношений между разными ритмами осо­ бое значение имеют иерархические связи, т. с. подчинение одних ритмов другим. Такая иерархия обусловлена осо­ бенностями регуляции функций в организме. Ниже пока­ зано, что у женщин эндокринная, особенно месячная гор­ мональная, периодика является ведущим ритмом. На ме­ сячные же периодические изменения оказывают влияние бесконечное многообразие гормонально-метаболических процессов.

Классификация ритмов базируется на строгих опреде­ лениях, которые зависят от выбранных критериев. По мне­ нию Ю. Ашоффа (1984), ритмы можно подразделять:

1)по их собственным характеристикам, таким как период;

2)по их биологической системе, например популяция;

9

3) по роду процесса, порождающего ритм, или 4) по функ­ ции, которую ритм выполняет. Биологические ритмы охва­ тывают широкий диапазон периодов: от миллисекунд до нескольких лет. Их можно наблюдать в отдельных клет­ ках, в целых организмах или популяциях. Для большин­ ства ритмов, которые можно наблюдать в ЦНС или си­ стемах кровообращения и дыхания, характерна большая индивидуальная изменчивость. Другие эндогенные ритмы, такие как овариальный цикл, проявляют малую индиви­ дуальную, но значительную межвидовую изменчивость. Наконец, существуют четыре циркаритма. Периоды этих ритмов в естественных условиях не меняются, т. е. они синхронизированы с такими циклами внешней среды, как приливы, день и ночь, фазы Луны и время года. С ними связаны приливные, суточные, лунные и сезонные ритмы биологических систем. При этом на нескольких видах по­ казано, что каждый из указанных ритмов может поддер­ живаться в изоляции от соответствующего внешнего цик­ ла. Ритм в этих условиях протекает «свободно», со своим собственным, «естественным» периодом. Наибольшее рас­ пространение получила классификация по частотам коле­ баний, т. е. по величине, обра7ной длине периодов ритмов

(табл. 1).

Т а б л и ц а 1. Классификация биологических ритмов

Зона ритмов Область ритмов Длина периодов

Н. И. Моисеевой и В. М. Сысуевым (1981). Авторы выде­ ляют пять основных классов биоритмов.

1.Ритмы высокой частоты: от доли секунды до 30 мин

(ритмы протекают на молекулярном уровне, проявляются на ЭЭГ, ЭКГ, регистрируются в дыхании, перистальтике кишечника и др.).

10

7 сут продолжительностью 28 ч и 6 дней соответственно).

4.Макроритмы с периодом от 20 дней до 1 года.

5.Метаритмы с периодом 10 лет и более.

Многие авторы выделяют также ритмы по уровню орга­ низации биосистем: клеточные, органные, организменные, популяционные. Существует, кроме тогда, представле­ ние о многодневных ритмах: физическом с периодом в 23 дня, эмоциональном — 28 дней и интеллектуальном — 33 дня. Ритмы с периодом в несколько лет и десятилетий

ритмами, называются адаптивными. В течение многих мил­ лионов лет эволюции происходила «шлифовка» времен­ ной организации биосистем. Постоянно адаптируясь к ме­ няющимся условиям и воздействиям факторов окружаю­ щей среды, вместе с живой материей, синхронно с ее усложняющимся развитием, совершеннее и разнообразнее становились биоритмы. Вполне уместно предположение о том, что эволюция животного мира «шла» через совер­ шенствование биоритмов, выполнявших ведущую роль факторов адаптации к изменяющимся условиям внешней среды. Действительно, суточная периодичность времени, смена дня и ночи, индуцировали и закрепили суточные ритмы многочисленных процессов в организме, а смена времени года сформировала сезонные ритмы.

Факторы, влияющие на ритмичность процессов, проис­ ходящих в живом организме, получили определение «син­ хронизаторы», или «датчики времени». К внешним син­ хронизаторам относят смену света и темноты, прием пищи, различные факторы окружающей среды (температура, инсоляция, атмосферное давление), а для человека, кроме того, различные социальные факторы. Ритмы, независимые от внешних синхронизаторов, называются эндогенными. Ритмы, которые формируются под влиянием внешних син­ хронизаторов, т. е. факторов внешней среды, идентифи­ цированы как экзогенные. Внешние синхронизаторы фор­ мируют ритмы. Ярким примером формирования эндоген­ ных ритмов под влиянием синхронизаторов внешней среды является влияние на новорожденного ребенка с его эндо­

11

генными ритмами таких синхронизаторов, как свет, звук, пища и др., а по мере развития ребенка усиливается роль социальных факторов. Сравнительно быстро в процессе развития у ребенка формируется суточный 24-часовой ритм физиологических процессов. Согласно данным известного хронопедиатра Т. Хельбрюгге, первые признаки суточной периодики выделения с мочой натрия и калия отмечаются на 4—20-й неделе, а креатинина и хлоридов на 16—22-м месяце после рождения. Начало синхронизации с ритмом

В первые 2 нед жизни ребенка экскреция с мочой кор­ тизола и кортикостерона имеет незначительные суточные колебания (максимальная экскреция в 16.00—20.00 ч, ми­ нимальная — поздним вечером и ночью), что характерно для детей старшего возраста и взрослых. Таким образом, становление суточного ритма экскреции кортикостероидов происходит уже на 2—3-й неделе жизни ребенка [Кня­ зев Ю. А. и др., 1972]. Ниже рассмотрены более точная хронология становления нейроэндокринной системы в эм­ бриональном и постнатальном периодах и роль, которую выполняют гормоны в процессе адаптации организма к воздействию многообразных факторов окружающей сре­ ды. Таким образом, биологический ритм, будучи универ­ сальной формой адаптации, через непрерывные колеба­ тельные процессы обеспечивает развитие защитно-адапта­ ционных реакций организма, символизируя саму жизнь. В этом и состоит основное диалектическое противоречие биологических ритмов.

Ритм дает яркую иллюстрацию диалектического харак­ тера движения. Н. Я. Пэрн (1925), рассматривая приро­ ду ритма, справедливо отмечал, что «...всякий периодиче­ ский или волнообразный процесс есть в сущности прогрес­ сивный процесс, в каждом периодическом процессе нечто достигается... Каждый последующий период или следую­ щая волна не есть полное повторение предыдущих, а на­ слаивается на эти предыдущие как их следующая и новая ступени». Реальные ритмы в сфере живой материи никогда не имеют строгого однообразия. Периоды между анало­ гичными состояниями равны лишь приблизительно, они колеблются около какой-то величины, в среднем довольно постоянной. Эта величина — длительность периода — важ­

12

при анализе временной последовательности событий. В ка­ честве таких точек отсчета принимают начало сна или момент пробуждения, начало работы и др. Если эти точки смещаются во времени, говорят о сдвиге фазы. Так, сдвиги

рий биоритмов относят и зону «блуждания» фазы, точнее акрофазы, поскольку эту зону установить наиболее легко. Если в течение, например, ряда суточных циклов отмечать на шкале времени положения акрофазы (максимума или минимума) ритма какой-либо функции, то окажется, что это положение варьирует в некотором диапазоне, который и называется зоной блуждания фазы (акрофазы).'

Ритм — это универсальная особенность самодвижения материи, результат борьбы противоположностей, являю­ щихся источником самодвижения, характеризующегося непрерывной сменой доминирования каждой из двух про­ тивоборствующих сторон, благодаря чему достигается ка­ чественная устойчивость материальных объектов. Таким образом, ритм внутренне присущ движению.

Следует еще остановиться на терминологии. Чаще все­ го врачи и биологи в своей практической или научной ра­ боте имеют дело с циркадианными, или околосуточными,

ное определение. Термины «циркадианные», или «около­ суточные», ритмы предложены американским биоритмоло-

всего от естественного освещения, и живущего в свободно текущем режиме, длительность цикла сон — бодрствова­ ние, регулируемого только самочувствием, желанием спать или бодрствовать, становится больше, составляя в среднем

13

25 ч, продолжительность, очень близкую к суточному рит­ му (24-часовому). В связи с этим биоритм человека сон — бодрствование в условиях изоляции стали называть около­ суточным, а впоследствии термин «циркадианный», стали употреблять не только при рассмотрении ритмов, регист­ рируемых в условиях изоляции, но и для обозначения ритма сон — бодрствование и соответствующих ритмов жизненных функций. Действительно, в реальной жизни сутки никогда не соответствуют 24 ч. Люди ложатся спать то раньше, то позже, вследствие чего сутки как бы варьи­ руют в пределах 20—28 ч. Исходя из этого термины «цир­ кадианный» и «суточный» стали использоваться как сино­ нимы. Однако не следует забывать о первоначальном смыс­ ле термина «циркадианный».

Циркадианные ритмы отражают периодичность геофи­ зических факторов, обусловленную вращением Земли во­ круг своей оси. В течение суток закономерно изменяется прежде всего естественное освещение. Но ритмически ме­ няется не только цикл день — ночь. Суточным колебаниям подвержены температура и влажность воздуха, напряжен­ ность электрического и магнитного поля Земли, потоки разнообразных космических факторов, известных и еще не распознанных, падающих на Землю, в конкретный вре­ менной цикл. Под влиянием этих внешних факторов со­ вершалась эволюция всех форм жизни на Земле, и, разу­

для всех без исключения обитателей Земли. Так, для дневных животных восход Солнца является сигналом для активной деятельности: добывания пищи, строительства жилья, выращивания потомства, а с наступлением темно­ ты активизируются животные, ведущие ночной образ жиз­ ни. И все животные «подстраиваются» к этому суточному ритму. Те виды животных, которые не смогут «вписаться» в этот режим, заданный природой, погибают. Совершенно очевидно, что для выживания любой организм должен соизмерить свой ритм с внешними ритмами. Адаптация конкретного организма или видовая адаптация к. внешним условиям в широком, биологическом смысле — это синхро­ низация жизненных процессов (ритмов) организма или це­ лой популяции с внешними ритмами. Таким образом, цир­ кадианная периодичность жизненных функций является врожденным свойством.

В другую очень важную группу биологических ритмов, имеющих огромное значение для высших и низших орга-

14

XX века. Второе рождение концепции «трех ритмов» со­ стоялось в 50—60-х годах, после чего началось стреми­ тельное внедрение ее в человеческую деятельность.

Рассмотрим кратко суть этой концепции. 1. Полагают, что все три ритма возникают одновременно в момент рожде­ ния, или же в момент самого зачатия — образования зиго­ ты. 2. Все три ритма имеют строго синусоидальную фор­ му, не изменяющуюся на протяжении всей жизни человека, и, следовательно, неизменную частоту, т. е. длительность периода. 3. Положительная часть каждой синусоиды (по­ луволна, расположенная выше так называемой нулевой линии, горизонтали, проведенной по середине между мак­ симумами и минимумами) соответствует периодам подъема физической, эмоциональной и умственной активности, а отрицательная ее часть (полуволна, расположенная ниже указанной горизонтали) характеризуется периодом упадка, снижения этих видов активности. В дни подъема физиче­ ских сил спортсмены достигают максимальных результа­ тов, в дни спада результаты минимальные. Аналогичное волнообразное теч-ение претерпевает эмоциональный и ин­ теллектуальный потенциал человека. В положительной полуволне эмоционального ритма господствуют оптимисти­ ческие настроения, чувство уверенности в себе, мир пред­ ставляется прекрасным; в отрицательной полуволне эмо­ циональная жизнь смещается в минорную фазу. Интел­ лектуальные подъемы и спады колеблются в пределах 33-суточного ритма. Дни перехода положительной части каждой синусоиды трех типов в отрицательную, т. е. точки пересечения синусоиды с нулевой волной, отмечены резким снижением «надежности» организма и его устойчивости к любым негативным воздействиям. Такие дни называют

в производственных и бытовых ситуациях, причем опас­ ность появления ошибок возрастает в двойные критиче­ ские дни, когда в одной точке на уровне нулевой линии пересекаются одновременно две синусоиды. Но наиболее опасными являются тройные критические дни, соответ­ ствующие взаимному пересечению сразу трех синусоид и нулевой линии.

Итак, согласно гипотезе, все три ритма заложены у человека с момента рождения или зачатия -и затем на протяжении жизни сохраняют абсолютное постоянство си­

16

нусоидальной формы и частоты (23, 28 и 33 сут). Б. С. Алякринский и С. И. Степанова (1985) дают крити­ ческий анализ материальной природы этой концепции. Авторы справедливо отмечают недостатки и неубедитель­ ность аргументов сторонников эндогенной природы трех ритмов. Сама жизнь как постоянно меняющееся движение исключает заданные с момента рождения (или даже до него) неизменные по периоду три ритма. Между тем каж­ дому врачу известно, что в течение жизни значительно меняется ритм многих жизненных функций (сердечно-со­ судистой, репродуктивной, костно-мышечной и др.), изме­ няются реакции организма на экстремальные воздействия и др. И поэтому придание 'трем ритмам предельной ста­ бильности на протяжении всей жизни без учета возраста, пола, типа нервной системы явно противоречит способ­ ностям человеческого организма к исключительной, фено­ менальной пластичности, адаптации и выживанию, каза­ лось бы, в невероятных экстремальных ситуациях. Совер­ шенно справедливо замечание Б. С. Алякринского и С. И. Степановой (1985) о том, «...что самая малая доля эндогенности в природе этих ритмов исключала бы припи­ сываемую им статичность. Ведь эти ритмы образно можно представить себе как бы отлитыми из предельно прочного, не знающего разрушения материала и поэтому обладаю­ щими абсолютной жесткостью и в то же время надежно вмонтированными в живую систему, не знающую такой жесткости ни в своих частях, ни в целом». Следовательно, концепция эндогенной природы трех ритмов практически не имеет серьезных аргументов.

В равной мере неубедительна и противоположная точка зрения, сторонники ее пытаются объяснить три ритма ин­ дукцией внешними факторами, в частности, связью с сол­ нечно-лунными влияниями на организм. При' этом упомя­ нутая связь соотносится с днем рождения, от которого и производится отсчет критического дня. Но если эти рит­ мы имеют экзогенную природу, т. е. индуцированы из кос­ моса, то они должны быть синхронными у всех людей или в крайнем случае у большинства популяции, живущей в одних и тех же географических регионах, чего нет и не может быть! Трудно себе представить, что критические дни на пересечении трех синусоидальных кривых, определяе­ мые из космоса, «привязаны» исключительно ко дню рож­ дения. Между тем если действительно космические факто­ ры оказывают такое мощное действие, то все, или боль­ шинство людей, или хотя бы большинство рожденных в

одни и те же дни могли иметь полное совпадение трех ритмов. Но такой синхронизации процессов не обнаружено. Для живых систем, особенно для человека, такие жесткие пожизненные синусоидальные кривые несвойственны. Под влиянием многочисленных внешних и внутренних факто­ ров, которые ежесекундно воздействуют на человека, даже постоянная космическая «подзарядка» не помогла бы ему выжить, тем более проявлять творческое вдохновение или эмоциональный порыв. Придание трем ритмам предельно высокой стабильности, предельно высокого постоянства на всех этапах жизненного пути находится в явном противо­ речии с утверждением об их эндогенности.

Всем хорошо известно, что в течение жизни значитель­ ные колебания претерпевают ритмы сердца, органов дыха­ ния и особенно нейроэндокринной системы. Так, с «вклю­ чением» репродуктивной системы человека коренным об­ разом изменяются физические кондиции (формируется фенотип) и психика человека. А ее «выключение», т. е. наступление, например, климактерического периода и ме­ нопаузы у женщин, также сопровождается не менее зна­ чительными перестройками. В эти возрастные периоды, равно как и в период активной репродукции, конечно, независимо от внешних факторов-синхронизаторов измене­ ния ритма практически всех функциональных систем, опре­ деляющих физическую и творческую работоспособность, не могут совпадать с синусоидами трех ритмов, сохраняю­ щих абсолютное постоянство своей формы и частоты. Со­ вершенно ясно, что, как бы ни импонировали нам такие концепции, как бы ни казались интригующе эффективными перспективы их внедрения в практику, требуется глубо­ чайшая теоретическая, экспериментальная и практическая проработка. Иное дело циркадианные ритмы.

Основные исследования хронобиологии и хрономедици­ ны посвящены именно суточным и сезонным ритмам, и это закономерно, поскольку суточные и сезонные биоритмы свойственны всем уровням организации биосистем. Н. Р. Деряпа и соавт. (1985) отмечают, что «суточные и сезон­ ные ритмы не только служат целям приспособления орга­ низма к циклическим изменениям окружающей среды, но и составляют универсальную временную основу (единую систему времени), необходимую для интерпретации слож­ ных биологических систем, образованных из осциллирую­ щих элементов». Эти обстоятельства, как и поразительная каузальная связь меЖду циркадианными ритмами животно­ го, в том числе и человеческого, организма и работой

18

нейроэндокринной системы, побудили нас акцентировать основное внимание на этой категории биоритмов. Роль нейроэндокринной системы в реализации циркадианных биоритмов трудно переоценить. Если на нашей планете ведущим осциллятором для циркадианных ритмов Являют­ ся период и фаза вращения Земли вокруг Солнца, то реа­ лизация влияния этих внешних периодически меняющихся факторов в закономерные циркадианные ритмы, т. е. рит­ мы практически всех функциональных систем организма на всех его уровнях, начиная с молекулярного, осуществляет­ ся благодаря нейроэндокринной системе. По-видимому, не случайно, что в начале поиска «внутренних биологических часов» (внутренних синхронизаторов) в животном орга­ низме исследователи «вышли» на нейроэндокринную си­ стему. Впервые у таракана обнаружили автономный су­ точный ритм активности нейросекреторных клеток подглоточного ганглия, определявшего циркадианные ритмы других систем насекомого. Характерно, что этот ритм со­ хранялся даже после пересадки ганглия в организм дру­ гих тараканов. При пересадке второго ганглия в брюшко нормального хозяина эта операция не вносила диссонанса в работу систем хозяина, если циркадианный ритм нейро­ секреции клеток пересаженного ганглия и его собственно­ го совпадали по фазе. Если же нейросекреторные клетки пересаженного ганглия функционируют с 12-часовым сдви­ гом фазы относительно ганглия хозяина, то в стенке сред­ ней кишки хозяина под пересаженным ганглием развива­ ются трансплантационные опухоли как результат десинхроноза. Позднее у всех видов животных, на которых проводились эксперименты, была показана доминирующая

2*