Введение. 
Биологические ритмы в патологии

Фундаментальным свойством всех живых систем является биологическая ритмичность — равномерное чередование во времени каких-либо состояний организма.

Под влиянием постоянно повторяющихся воздействий факторов внешней среды, формирующих экзогенные ритмы, в процессе эволюции в живых системах возникли структурно-функциональные организации, осуществляющие эндогенные ритмы. Учитывая эволюцию развития живых существ, можно предположить, что первоначально сформировались клеточные, метаболические биоритмы, «базовые» по своей сущности. В дальнейшем, в ходе эволюционного развития, усложнения организмов формировались «надстроечные» биоритмы, связанные с поэтапным включением регуляторных систем: иммунной, эндокринной, нервной. В результате естественного отбора эндогенные биоритмы закрепились в гене.

Благодаря биоритмам обеспечивается внутреннее развитие организма, его устойчивость к воздействию факторов окружающей среды. Это осуществляется за счет ритмичного чередования процессов анаболизма и катаболизма. Борьба противоположностей, обуславливающая развитие, лежит в основе адаптационных процессов, обеспечивающих синхронизацию физиологических функций организма с разнообразными изменениями окружающей среды. Исследование биоритмов позволяет оценивать реактивность, функциональное состояние и адаптационные возможности организма.

В настоящее время в организме обнаружены биоритмы на различных структурных уровнях: клеточном, тканевом, органном, организменном.

Среди всего многообразия циклических биологических процессов наибольшее значение имеют суточные, или циркадные (от лат. cirka — около, dies — день) ритмы. (http://prioslav.ru).

Циркадные ритмы напрямую связаны с циклической сменой освещенности, то есть с вращением Земли вокруг своей оси. Они есть у всех живых существ на Земле: растений, микроорганизмов, беспозвоночных и позвоночных животных, вплоть до высших млекопитающих и человека, так как они определяют активность метаболических процессов в организме. Наступление световой ночи сопровождается повышением выработки гипофизом соматотропного гормона, а выработка адренокортикотропного гормона снижается. Известно, что соматотропный гормон стимулирует анаболические процессы, а адренокортикотропный гормон вызывает выброс в кровь адреналина и других глюкокортикоидов из коры надпочечников, обладающих катаболической активностью.

В 1959 году Ашофф обнаружил закономерность, которую потом назвали «правилом Ашоффа». Оно гласит: «У ночных животных активный период (бодрствование) более продолжителен при постоянном освещении, в то время как у дневных животных бодрствование более продолжительно при постоянной темноте». Действительно, при длительной изоляции человека или животных в темноте цикл «бодрствование — сон» удлиняется за счет увеличения продолжительности фазы бодрствования. Из правила Ашоффа следует, что именно свет определяет циркадные колебания организма.

В основе циркадного ритма лежит физиологический процесс выработки гормона мелатонина эпифизом, но основным водителем, которому строго подчиняются все биологические ритмы, является супрахиазматическое ядро гипоталамуса: у млекопитающих световой цикл воспринимается сетчаткой глаза, затем нервный сигнал поступает в супрахиазматическое ядро гипоталамуса, а далее по верхнему шейному ганглию поступает в эпифиз. (http://elementy.ru).

" Циркадный центр"

Супрахиазматическое ядро (от лат. super — над и греч. chiasmos — перекрест), расположено над перекрестом зрительных нервов, имеет сигарообразную форму. Протяженность ядра невелика — не более половины миллиметра.

В 1972 году двум группам американских исследователей удалось показать, что супрахиазматическое ядро и есть центр управления биологическими часами организма. Для этого они разрушили ядро в мозге мышей микрохирургическим путем. Роберт Мур и Виктор Эйхлер обнаружили, что у животных с нефункционирующим супрахиазматическим ядром пропадает цикличность выброса в кровь гормонов стресса — адреналина и глюкокортикоидов. Другая научная группа под руководством Фредерика Стефана и Ирвина Цукера изучала двигательную активность грызунов с удаленным «циркадным центром». Обычно мелкие грызуны после пробуждения все время находятся в движении. В лабораторных условиях для регистрации движения к колесу, в котором животное бежит на месте, подсоединяется кабель. Мышки и хомячки в колесе пробегают 15−20 км за день.

Оказалось, что разрушение супрахиазматического ядра приводит к исчезновению циркадной двигательной активности животных: периоды сна и бодрствования становятся у них хаотичными. Они перестают спать в течение циркадной ночи, то есть в светлое время суток, и бодрствовать циркадным днем, то есть с наступлением темноты.

Уникальность супрахиазматического ядра состоит в том, что в его клетках работают так называемые «часовые» гены. Эти гены были впервые обнаружены у плодовой мушки дрозофилы в аналоге головного мозга позвоночных животных — головном ганглии, протоцеребруме. Часовые гены млекопитающих по своей нуклеотидной последовательности оказались очень похожи на гены дрозофилы. Выделяют два семейства часовых генов — периодические и криптохромные. Продукты деятельности этих генов, Пери Кри-белки. В цитоплазме нейронов они образуют между собой молекулярные комплексы, которые проникают в ядро и подавляют активацию часовых генов и, естественно, выработку соответствующих им белков. В результате концентрация Пери Кри-белков в цитоплазме клетки уменьшается, что снова приводит к «разблокированию» и активации генов, которые начинают производить новые порции белков.

Таким образом, осуществляется цикличность процессов в супрахиазматическом ядре, из него сигналы передаются в нейроэндокринные железы (эпифиз), которые посредством гормонов (мелатонин) воздействуют на внутренние органы. (http://a-nomalia.narod.ru).

Американские исследователи М. Хард и М. Ральф обнаружили, что золотистые хомячки с особой мутацией в гене, отвечающем за генерацию ритмических сигналов в супрахиазматическом ядре гипоталамуса, жили на 20% меньше, чем контрольные. Нарушение функции некоторых циркадианных генов вызывает не только преждевременное старение, но и развитие различных патологических состояний, включая увеличение чувствительности мышей к развитию опухолей.

Недавно у больных раком молочной железы (в 95% случаев) обнаружены изменения в активности периодических часовых генов. Это может привести к нарушению контроля над нормальным циркадным ритмом и таким образом увеличить выживание раковых клеток. В течение 2006 года вышло шесть работ, свидетельствующих о нарушениях функций часовых генов у больных раком ряда других локализаций.

Данные, полученные на крысах и людях, показывают, что и в опухолях, и у самих особей значительно изменяются циркадные ритмы. Так, у крыс нарушался циркадианный ритм мелатонина в сыворотке крови, в активности пинеалоцитов и содержании биогенных аминов в супрахиазматическом ядре гипоталамуса и преоптической области. Таким образом, экологические и генетические факторы, повреждающие системный или местный циркадианный ритм, могут ставить под угрозу временное регулирование деления клеток и таким образом усиливать рост опухоли. (http://elementy.ru).