Медицинские аспекты хронобиологии.
Цель обучения: Освоить основные понятия хронобиологии и параметры биоритмов на примере циркадианных ритмов. На конкретных примерах суточной динамики температуры тела, частоты пульса показать существование суточных ритмов физиологических процессов в организме человека. Научиться разбираться в основных характеристиках суточного ритма. Раскрыть значение хронобиологии для медицины.
Знать: Цели и задачи современной хронобиологии, базовые термины хронобиологии, классификацию ритмов и их основные параметры. Главные механизмы регуляции суточной ритмичности.
Уметь:Самостоятельно обосновать значение хронобиологии для медицины. Получить ориентировочные расчеты основных параметров ритма (мезора, амплитуды и акрофазы) по нескольким точкам во временном ряду.
Материалы и оборудование:
Домашнее задание к занятию: каждый студент должен измерить у себя и записать значение температуры тела и частоты пульса в следующие часы суток: 700, 1100, 1500, 1900 и 2300.
Вопросы для самоподготовки:
1. Динамическая устойчивость обмена веществ. Сущность определения “гомеостаз”, “здоровье”, “норма”.
2. Гомеостаз и биоритмы. Основные параметры ритма.
3. Здоровье и биоритмы.
4. Хронобиология и ее роль в теории и практике медицины (хронофизиология, хронопатология, хронодиагностика, хронотерапия, хроногигиена, хронопрофилактика).
5. Биологические ритмы в онтогенезе человека. Медицинское значение хронобиологии. Хронобиологическая концепция оценки биологического возраста и темпа старения.
Работа №1. Суточный ритм температуры тела человека.
Предварительно каждый студент в подмышечной области измеряет у себя температуру тела в 7, 11, 15, 19, 23 часа, по полученным данным строится кривая динамики температуры тела, при этом на оси абсцисс указывается время (в часах), а на оси ординат – значение температуры тела в градусах. Затем, используя данные 10 или более человек, заполняется следующая таблица:
| № обследуемого | 7:00 | 11:00 | 15:00 | 19:00 | 23:00 |
| Средняя арифметич. по часам |
Студенты находят среднюю арифметическую по часам величину («условный «МЕЗОР»), строят суточную кривую температуры тела по среднечасовым значениям с указанием минимального и максимального значения. Определяют размах колебаний, который находится как разность между максимальным и минимальным среднечасовым значением, амплитуду колебаний, отклонение от среднесуточного значения до максимума.
По рассчитанным показателям строится индивидуальный и групповой график, где по оси абсцисс обозначается время суток, а по оси ординат полученное значение показателя.
Записывается вывод: температура тела у человека существенно изменяется в течение суток с периодом в 24 часа. По полученным данным максимальное значение наблюдается в …. Часов, среднесуточный уровень составляет … градусов, размах колебаний … , амплитуда колебаний ….
Обратите внимание на особенности индивидуальных хронограмм температуры тела и ЧСС. При заболеваниях и утомлении структура биоритма меняется.
Работа №2. Суточный ритм пульса у человека.
По данным регистрации частоты пульса в покое в 7, 11, 15, 19, 23 часа строится индивидуальная суточная кривая. Затем заполняется следующая таблица, в которой используются результаты 10 человек и более. Находится средняя арифметическая по часам, МЕЗОР. Затем нужно построить суточную кривую частоты пульса (по среднечасовым значениям). Определяется размах колебаний, амплитуда, акрофаза.
| № обследуемого | 7:00 | 11:00 | 15:00 | 19:00 | 23:00 |
| Средняя ариф. по часам |
По рассчитанным показателям строится индивидуальный и групповой график, где по оси абсцисс обозначается время суток, а по оси ординат полученное значение показателя.
Делается вывод: Частота сердечных сокращений у человека изменяется в течение суток. По полученным данным максимальное значение отмечается в … часов, размах колебаний … , амплитуда колебаний … ударов в минуту.
Работа №3. Решение ситуационных задач
1. В течении язвенной болезни наблюдается сезонность обострений. Неблагоприятное время года для многих больных – весна и осень. Под влиянием климатических условий (температура воздуха, колебания барометрического давления и других факторов) нарушается реактивность организма. Изменения наступают главным образом в нервной и эндокринной регулирующих системах. Они приводят к нарушению функции органов пищеварения (желудка и двенадцатиперстной кишки). Как можно объяснить данный факт?
2. Установлено, что психически больные люди начинают чувствовать себя хуже, когда световой день весной увеличивается на два часа и осенью на эти же два часа уменьшается. Здоровый человек ощущает в этот период вялость, снижение работоспособности, раздражительность, но он в состоянии преодолеть эти неприятные ощущения и ведет обычную жизнь. Поясните данную зависимость с точки зрения хронобиологии.
3. Распределите ниже перечисленные циклы по трем группам: годовые циклы, лунные циклы и суточные циклы. Обоснуйте свое распределение.
Температура тела, менструальный цикл, обострение психических заболеваний, частота дыхания, колебания рождаемости, пульс, артериальное давление, колебания инфарктов миокарда и апоплексических инсультов.
4. Эпифиз вырабатывает гормон мелатонин, который тормозит действие гонадотропных гормонов. Секреция изменяется в зависимости от освещенности: увеличение светового дня уменьшает секрецию мелатонина, что приводит к секреции половых гормонов. Как повлияло на человека возникновение круглосуточного искусственного освещения? На ком больше отразились эти изменения: на людях живущих ближе к экватору или живущих ближе к полярному полюсу?
5. В животном мире зимняя спячка, перелет птиц, вскармливание потомства и диапауза, как и смена формы у насекомых – самые распространенные формы годовых ритмов. Объясните, почему в северном и южном полушарии они протекают со сдвигом в полгода? Зависят ли эти ритмы от широты?
6. Человек, и голубь (дневные типы животных), а также кошка, хомячок, мышь и таракан (ночные типы) были помещены на неделю в условия постоянной темноты. Что произойдет с параметрами циркадианного ритма двигательной активности у представителей этих видов. Что изменится, если их поместить в условия постоянного освещения. Используйте правило Ашоффа.
| Постоянная темнота | Постоянное освещание | |
| Ночные животные | Период сокращается | Период увеличивается |
| Дневные животные | Период увеличивается | Период сокращается |
7. Известно следующее: синхронное сопряжение между парными СХЯ гипоталамуса снижается с возрастом. В некоторых Средиземноморских странах, например Италии, существует сиеста – дневной отдых и сон. Некоторые лекарственные препараты назначаются два раза в день – утром и вечером. Что общего между всеми этими факторами с точки зрения хронобиологии, что может увидеть на графиках АД кардиолог при анализе данных амбулаторного мониторинга артериального давления у пожилого итальянца, придерживающегося сиесты и получающего лечение от артериальной гипертонии.
8. Антибиотики обладают либо бактерицидным (убивают бактерий), либо бактериостатическим действием (не дают им размножаться), последних большинство. Ниже приведен график пролиферации (размножения) госпитального штамма 2888 Staphylococcus aureus. Как вы оцените эффективность антибиотика с бактериостатическим действием, который не знающий этого, врач назначил в 8 и 17 часов? Оправдана ли будет 3-х разовая схема назначения данного антибиотика?
9. Основной белок ключевых генов биологических часов клетки, вырабатывающийся в течение всей фазы активности у человека носит название PER. Наиболее активные ферменты, выводящие «из игры» белок PER путем его фосфорилирования – это несколько разновидностей казеинкиназ (ck). Если фосфорилирование белка PER происходит слишком быстро – биологические часы ускоряют свой ход, если слишком медленно – замедляют. Подумайте, какие молекулярно-генетические особенности могут способствовать вечерним («совам») и, наоборот, утренним («жаворонкам») хронотипам?
10. Изучите представленные ниже рисунки суточной динамики систолического АД и ЧСС в двух различных широтах Тюменской области. Интерпретируйте их исходя их региональных особенностей (Север – Ямал, 68° с.ш.) и Тюмень (55° с.ш.). Какие факторы и механизмы могут быть лежать в основе и использованы для объяснения наблюдаемых здесь закономерностей.
11. Приведите собственные примеры биоритмов в природе и для человека.
Терминология к занятию
1. Акрофаза (расчетная, 0) – момент времени, соответствующий регистрации максимального значения полезного сигнала (зависит от момента времени соотнесения).
2. Акрофаза внутренняя – акрофаза, рассчитанная по отношению к акрофазе некого другого физиологического события.
3. Амплитуда (А) – величина наибольшего отклонения полезного сигнала от МЕЗОРа.
4. Ауторитмометрия (АР) – набор данных, полученных путем самостоятельных измерений с автоматической записью физиологических показателей как функции времени.
5. Ациркадианный (аЦД) – относящийся к биологическим колебаниям или ритмам ультра- и инфрадианных областей, отличным от циркадианного диапазона.
6. Батифаза (надир; ортофаза) – момент времени, соответствующий регистрации минимального значения полезного сигнала (зависит от времени соотнесения).
7. Биологическая временная структура – сумма предсказуемых, зависимых от времени биологических измерений, включающих наряду с ростом, развитием и старением спектр различных частот.
8. Внешняя десинхронизация – десинхронизация биологических ритмов от циклов окружающей среды (например, при преодолении нескольких часовых поясов на самолете).
9. Внутренняя десинхронизация – десинхронизация одного от другого из двух или более ритмов в биосистеме путем появления ранее отсутствующих различий в частоте и (или) изменения во временном отношении двух ритмов с той же частотой (например, при алкоголизации).
10. Время соотнесения (reference time) – момент времени, принимаемый за начало отсчета (00:00), по отношению к которому рассчитывается акрофаза и батифаза.
11. Десинхроноз – заболевание (патологическое состояние), вызванное внешней и (или) внутренней десинхронизацией биологических ритмов.
12. Десинхронизация – состояние двух или более ранее синхронизированных ритмических переменных, переставших показывать те же частоты и (или) акрофазные взаимоотношения и демонстрирующие изменения временных взаимосвязей (явление или процесс изменения нормальных, естественных фазовых взаимоотношений между двумя или более физиологическими показателями – может быть транзиторной или устойчивой (персистирующей)).
13. Диапазон колебаний (двойная амплитуда, 2А) – величина между акрофазой и батифазой.
14. Инфрадианный – относящийся к биологическим колебаниям или ритмам с частотой ниже циркадианного диапазона (т.е., с периодом длиннее 28 часов).
15. Косинор-анализ – оценка параметров ритма методом наименьших квадратов или его вариациями.
16. Косинородезм – динамическая норма реакции физиологической величина, аппроксимированная косинусоидой.
17. Мезор – статистическая срединная ритма (полезного сигнала); при равноудаленных данных совпадает со средней арифметической.
18. Период (Т) – промежуток времени, за который совершается один полный цикл.
19. Синхронизатор – внешняя периодичность, определяющая временное положение данного ритма кратной частоты.
20. Синхронизация – состояние системы, когда два или более показателя проявляют сходную периодичность и их акрофазы целыми множителями одна другой.
21. Спектр биологических ритмов – эндогенные биологические ритмы с различной частотой.
22. Фазовый сдвиг (сдвиг по фазе) – отдельное, относительно резкое или постепенное изменение ритма, описываемое разностью между начальной (исходной) и конечной акрофазами.
23. Ультрадианный – относящийся к биологическим колебаниям или ритмам с частотой выше циркадианного диапазона (т.е с периодом короче 20 часов).
24. Циркадианный (ЦД, околосуточный) – относящийся к биологическим колебаниям или ритмам с частотой 1 цикл в 24± 4 часа.
25. Циркасемидианный (ЦСД, околополусуточный) – относящийся к биологическим колебаниям или ритмам с частотой 1 цикл в 12 часов.
26. Циркаселтанный (ЦС, околонедельный) – относящийся к биологическим колебаниям или ритмам с частотой около 1 цикла в 168 часов.
27. Циркасемисептанный (ЦСС, околополунедельный) – относящийся к биологическим колебаниям или ритмам с частотой около 1 цикла в 1 в 84 часа.
28. Хронобиология – отрасль науки, объективно исследующая и количественно оценивающая механизмы биологической временной структуры, включая ритмические проявления жизнедеятельности (наука, изучающая закономерности организации жизнедеятельности биологических систем во времени).
29. Хронограмма – изображение данных как функции времени
30. Хронодезм – норма реакции физиологической величины, специфицированная во времени,
31. Хроном – термин, обозначающий комплексную временную организацию живых систем независимо от их уровня организации и сложности, происходит от трех корней (латинских chronos – время, nomos – правило и английского chromosome – хромосома), чем подчеркивается, что временная организация биологических систем закономерно организована во времени и генетически детерминирована, но находится под модифицирующим влиянием внешней среды. Хроном состоит из трех взаимосвязанных аспектов: ритмы разных частот, модулирующие друг друга, тренды, обуславливаемые возрастными изменениями, заболеваниями, лечение и выздоровлением и т.д., а также области шумов (хаотических изменений – недоступных описанию каких-либо закономерностей современными математическими средствами).
32. Хронопатология – изменения биологической временной структуры индивидуума, предшествующие функциональным расстройствам или органическим заболеваниям и (или) зависящим от времени проявления болезни.
ЗАНЯТИЕ 2.5.3.