Библиографическое описание:

Хронобиологические аспекты адаптации // Молодой ученый. — 2016. — №3. — С. 366-370.



 

Основное внимание автор акцентирует на функциональных изменениях организма индивидуума в процессе адаптации. В статье раскрываются процессы, происходящие в организме в момент, когда индивидуум в ходе своей деятельности подвергается конкретному ритму воздействия различных факторов окружающей среды, изменяющихся как по частоте, так и по интенсивности. Данная статья отображает, как сопоставляются ритмы воздействия окружающей среды с собственными и индивидуальными ритмами живого организма.

Ключевые слова: адаптация, биоритм, изменения, функциональная нагрузка, материальная база

 

Адаптация организма того или иного живого существа к воздействию окружающей среды достигается прежде за счет определенных колебаний активности функций органов и тканей, другими словами изменения скоростей биохимических реакций. На сегодняшний день используя современные цитологические методы стало возможным получить больше информации о системе структурного обеспечения тех самых приспособительных функциональных изменений. Эта система состоит из количественной и качественной части. [1,2]

Количественный компонент данной системы заключается в том, что в определенный момент для каждого уровня функциональной активности всегда существует в строгом порядке эквивалентное число структур, так называемые структуры «вырабатывающие» данную функцию. [3] Для достижения всего этого существуют разные методы. Один из них это варьирование структур которые считаются активно функционирующими из числа основного запаса. Во время относительного функционального покоя из основного общего количества одноименных структур активными модно назвать лишь малую часть. По ходу изменения требований на функциональном уровне к тому или иному органу соответственно изменяется и число активных и функционирующих структур из имеющихся в норме. Таким образом, при увеличении функциональной нагрузки в активную работу вовлекается все большее их число, при снижении функциональной нагрузки, число структур, имеющих высокий уровень биосинтеза, понижается. Данный принцип известен как принцип попеременной (асинхронной) работы одноименных структур.[2] Начиная на молекулярном и заканчивая на системном уровне, это принцип достаточно справедлив тем самым охватывает большой диапазон структурных уровней организма.

В случаях когда функциональная нагрузка имеет длительный и средний уровень умеренности, тогда происходит недостаточное включение в активную работу даже всех структур, которыми располагает орган, происходит увеличение их числа, т. е. гиперплазия, количественно соответствующая уровню возросшей функциональной нагрузки. [3] Под воздействием функционального перенапряжения или влияние чрезмерно сильного патогенного воздействия доля структур погибает, в незамедлительном порядке увеличивается их репродукция и нужное их количество в быстром темпе достигают норму и восстанавливается в результате репаративной регенерации.

Постепенный ввод в активную фазу работы всех структур, находящихся в наличии в органе, и впоследствии их гиперплазии, возможности организма по отношению увеличения «материальной базы» разного рода функций не ограничиваются. Такие шансы в значительной мере увеличиваются за счет широкого использования живой системой принципа дублирования структурного обеспечения каждой из ее функций. Таким образом, при регуляции артериального давления участвуют в процесс вовлекаются клетки мозгового (адреналин) и коркового (кортикостероиды) слоя надпочечников, клетки почек (ренин), половых желез, энтерохромаффинные клетки слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта (серотонин), гломусные клетки артериовенозных анастомозов и, однозначно, еще ряда других органов.[1,2,3] В основном множество типов клеток осуществляют свои функции в роли синергист-дублеров в системе гемостаза, иммунитета, секреторной деятельности желудочно-кишечного тракта и др.[4]

Принцип дублирования в структурном плане обеспечения гомеостаза, а значит и адаптации организма к воздействию внешней среды не имеет границ в плане, что та или иная функция поддерживается работой разных клеток. Этот принцип выражается еще и в том, что клетки того или иного вида обычно выполняют не одну, а несколько функций. Сейчас с глубоким изучением организма, становится все более ясным, что «материальная база» функций организма выходит далеко за пределы тех клеток и тканей, которым мы традиционно приписывали эти функции. Также по мере открытия представлений о механизмах работы клеток выяснилось, что в основном все большее их количество являются полифункциональными. Еще к концу прошлом столетия ученые руководствовались золотым правилом «одна клетка — одна функция», то в на сегодняшний день во все большей степени этот заявление верно превращается в исключение, в то время как правилом становится утверждение «одна клетка — несколько функций».[4] Рассмотрим на примере фибробластов, известно, что они продуцируют не только коллаген, но и гликозаминогликаны. Использование электронно-микроскопических исследований продемонстрировало наличие так называемых миофибробластов, которые функционируют в зависимости от обстоятельств в основном преимущественно в направлении или мио-, или фибриллогенеза. Также клетки гладких мышц не только принимают активное участие в выработке волокнистых структур, но и помимо этого обладают сократительной функцией. Еще один пример, тучные клетки продуцируют ряд абсолютно различных видов биологически активных веществ. Фактически все клетки организма, наравне со своей специфической функции, осуществляют еще и неспецифическую, другими словами «общественную», т. е. одинаковую функцию для всех них, а также заключающуюся в синтезе таких необходимых веществ общерегуляторного назначения, как простагландины, кейлоны и др.[2,3]

Вероятно всего, в процессе эволюции и все большей структурно-функциональной дифференцировки органов и тканей происходило два противоположных друг другу процесса, а именно не только четкое разграничение функций между отдельными видами клеток, но и одновременно вовлечение в выполнение той или иной функции клеток разных типов.[5] В результате такого не одностороннего, а многоходового развития существенное количество клеток организма, а возможно, и все они, оказались «нацеленными» на исполнение не той или иной, а той и иной функции. Часто в таких случаях речь идет о преимущественной специализации клетки в отношении какой-либо одной, главной для нее функции и менее заметном участии ее в других. Благодаря развитию технологий и использованию новейших очень точных средств исследования, так называемая картина «вторая жизнь» клеток стала все отчетливее вырисовываться, затушевываемая выступающей на первый план их главной деятельностью. Важно отметить, что особенно четко это проступает в условиях патологии, когда необходимо компенсирование определенных нарушений той или иной функции организма. [1,2]

Так, широко используемый тезис «один ген — разные функции» и «несколько генов — одна функция», можно приписать к таким глубоким молекулярным основам которые обладают свойствами как полифункциональность клеток, дублирование разными вилами клеток одной функции и, обратному действию, «выработку» одной клеткой разных функций.[1]

Также не маловажный источник больших запасов организма заключается в том, что гиперплазия структур, обусловливающая приспособительную интенсификацию одной функции, в основном, происходит вместе с незамедлительным торможением других функций, т. е. автоматическим отключением из активного режима работы соответствующих данным функциям ультраструктур и переходом их в состояние покоя. Следовательно, при умеренной деятельности той или иной системы органов функциональная активность остальных многих других систем падает: возбуждение определенных эмоций, зачастую, сопровождается с резким подавлением других, если взять одну и ту же клетку, то адаптивная интенсификация выработке одних ферментов в обязательном порядке сопутствует ингибированием синтеза других и так далее. Это говорит о том, что у организма в высшей степени есть такая способность как экономия материальных ресурсов и акцентирование внимания на максимальной концентрации этих ресурсов на главном месте развертывания адаптационной реакции в той или иной момент. Так, для приспособления к определенному фактору среды у живого организма имеется в наличии достаточно широкая «материальная база»:

Во-первых, клетки, напрямую несущие ответственность за адаптационную интенсификацию соответствующей функции;

Во-вторых, упомянутые несколько видов клеток, дублирующие в той или иной мере работу первых клеток;

В-третьих, клетки, находящиеся в различного рода органах и обладающие способностью при необходимости резко перестраивать свою деятельность, отчуждаясь от «своих прямых обязанностей» и приступая к исполнению функций, которые стремятся сохранить гомеостаз.[2,3,4]

Постепенно ввод в активную работу всех имеющихся в наличии работающих структур («мобилизация наличных производственных мощностей») и впоследствии увеличение их количества, случаях если того, что есть, не хватает («расширение материальной базы производства»), структурное обеспечение реакций для приспособления никак не ограничивается.[2] Стоит отметить, что чрезмерно важную роль этого обеспечения занимает временная синхронизация между началом действия раздражителя и развертыванием гиперпластического процесса. Так же важно, чтобы сроки использования этих ресурсов соответствовали срокам действия физиологического раздражителя или патогенного фактора, другими словами временная адекватность между «действием» и «противодействием» должна присутствовать. В итоге именно эта степень временной адекватности между моментом действия раздражителя, с одной стороны, и началом развертывания нейтрализующей его приспособительной реакции организма, с другой, определяет уровень адаптационных способностей и шансов организма в тои или ином конкретном случае. Материальные ресурсы органа, имеют остаточный потенциал, но не были реализованные в свое время, т. е. в унисон с действиями патогенных факторов, не в силах предотвратить разрушительного влияния последних.

В исследованиях Саркисова, осущесвленных с помощью электронно-микроскопической радиоавтографии, было наблюдено, что клетка достаточно точно и незамедлительно отвечает реакциями на предъявляемые ей повышенные функциональные требования или в ответ на действие патогенных факторов. [4] Прояснилась несостоятельность до наших дней широко распространенного представления где говорится о том, что адаптивная и особенно регенераторная реакция активируются лишь на конкретном но довольно позднем этапе действия раздражителя, т.е. данные реакции в полной мере развертываются вскоре после наступления чрезвычайной ситуации. Немало важно, что такая способность организма к адаптационной перестройке умеренности и интенсивности биологических процессов не без ограничений. Стоит брать во внимание факт о существовании некоторых минимальных, фактически уже «несжимаемых» сроков развертывания данной перестройки и, в частности, гиперплазии ультраструктур и расширения «материальной базы» клетки, раньше которых они ни при каких условиях произойти не могут. Радио-автографические исследования дали возможность утвердить, что репликация ДНК, другими словами синтез новых матриц, зачастую происходит не ранее чем через 24–30 ч после начала действия патогенного фактора. Ни доза патогенного фактора, ни частота его воздействия никак не влияют на изменения этих сроков. [4]Тиунов отмечает, что ферментные системы повышают свою активность спустя 5–6 ч после внедрения индукторов. [4] Следовательно, можно заключить, что существует хоть и очень короткий, но латентный период между моментом действия раздражителя и временем мобилизации организмом материальных ресурсов для его нейтрализации, в течение которого есть вероятность возникновения серьезных, в определенных случаях, необратимых повреждений органов и тканей. Однако, это не воплощается в действие по причине того, что пока репликация ДНК не обеспечит синтез новых клеток или полиплоидию (гипертрофию) уже существующих, а значит функционирование новых «производственных мощностей», клетка вынуждена использовать наличные материальные ресурсы на момент действия раздражителя. Зачастую, это выражается в быстрой интенсификации синтеза рибонуклеиновых кислот c помощью вовлечения в активную деятельность структур, не принимавших активное участие в синтезе, стоит отметить, что происходит это резко, синхронно с началом действия раздражителя. на молекулярном уровне для того чтобы сохранить жизни клетки подвергшая морфологическим изменениям увеличение синтеза РНК можно рассматривать охарактеризовать как вынужденно экстренную меру, а увеличение синтеза ДНК как долгосрочно радикальную. Так, представления обоснованные биохимическими понятиями о экстренно «срочной» и более прочной «хронической», «долгосрочной» типов адаптации обмена были подтверждены на ультраструктурном уровне организации. [1,2,4]

Вышесказанное подчеркивает еще одно существенное утверждение в плане трудностей структурных основ адаптационных реакций: независимо от формы адаптации, даже той же самой «экстренной», адаптация никогда не происходит на «чисто функциональной» основе и практически всегда присутствует соответствующая материальная база этой адаптации. [3]

В повседневных условиях проживания организм регулярно находится не только под воздействием какого-либо одного фактора окружающей среды, но и совокупности множества различных факторов, причем в основном действующих с одинаковыми или разными интервалами и зачастую с непропорциональной силой. В итоге в целом организм подвергается конкретному ритму воздействия, без перерыва изменяющийся как по частоте, так и по интенсивности. Очевидно, что в таких условиях для приспособления организма к окружающему миру и сохранения внутреннего гомеостаза требуется непрерывная перестройка интенсивности биосинтетических процессов, которая соответствует колебаниям частоты и силам внешних воздействий.

Давно известный факт о биологических процессах: они имеют свойство протекать с волнообразными колебаниями интенсивности, другими словами с конкретной ритмичностью. В широком ряде исследованиях в сфере хронобиологии были изучены особенности и характеристики биоритмов в разные личные времена года, суток, вдобавок биоритмы изучены и в различных органах и на всех уровнях организаций. Отличительная особенность данных исследований это в основном биологический их «оттенок», т.е., стремление исследовать особенности ритмов работы живой системы как таковых, а именно взятых самих по себе. Это, безусловно, важное звено биоритмологических исследований. Хотя, если вести речь о трудностях хронобиологии в широком медицинском понятии, охватывающее весь спектр адаптационных и компенсаторных реакций организма, то можно утверждать, что такого рода подхода к анализу и изучению его биоритмов окажется недостаточно, т.е. он будет односторонним. Для того чтобы исследования касательно биоритмов оказалось полезными для дальнейших разработок проблем этиологии, патогенеза, лечения и профилактики болезней человека, эта информация необходимо распространяться в плане выработке внешнего и внутреннего, другими словами сопоставления ритмов воздействия окружающей среды с собственными и индивидуальными ритмами живого организма.

Результаты электронно-радиографических исследований демонстрируют, что определенная временная адекватность реакции организма на действие физиологического или патогенного раздражителя наблюдается не только в случаях с однократным воздействием. Это можно посчитать справедливо и для многократных влияний с различной частотой и силой. Таким образом, при воздействии СС14единожды в неделю быстрые подъемы продуцирования ДНК возникают один раз в неделю, при инъекции химиката дважды в неделю эти подъемы возникают каждую неделю, закономерно.[5]Так, возрастание количества клеток, синтезирующих ДНК и обеспечивающих репаративную регенерацию печеночной ткани, зависит от частоты действия патогенного фактора: более частое введения СС14 соответствует и более частое повышение синтетической активности печеночной ткани. [5]В результате получается, что увеличения синтетической активности гепатоцитов по своей частоте повторяют частоту действия на организм данного фактора внешней среды. В итоге, формируется биоритм, который соответствует ритму патогенного воздействия и нивелирующий его отрицательное влияние. Адаптационные изменения интенсивности биосинтетических процессов, отображающиеся в изменении скоростей обновления (регенерации) на молекулярном, ультра-структурном и клеточном уровнях, различаются высокой точностью. Биологические системы дифференцируют в четком направлении, даже однодневную разницу в перерывах между инъекциями токсического вещества. [5]

Нельзя оставить без внимания, что адекватность реакции организма на влияние патогенного и разрушающего агента проявляется не только в плане временных, но, и силовых соотношений. Это значит, что степень напряженности регенераторного восстановительного процесса, напрямую в зависимости от дозы введенного химиката. Получается, чем доза продолжительней и больше, тем, соответственно, выше интенсивность репаративной реакции, и наоборот.

Поведение организма как ответная реакция, характеризующаяся интенсификацией синтетических процессов и выработкой их определенного ритма, наблюдается не только при действии чрезвычайных факторов, т. е. когда возникают деструктивные и некротические изменения тканей, но и в тех случаях, когда приспособительные процессы развертываются под влиянием различных физиологических раздражителей. Поэтому сегодня можно утверждать, что адаптация организма к факторам окружающей среды никогда не бывает явлением «чисто функциональным», она всегда на всех уровнях организации находится на прочном структурном основании.

 

Литература:

 

  1.              Hastings, Michael, «The brain, circadian rhythms, and clock genes». Clinical review. BMJ 1998; 317:1704–1707, 19 December.
  2.              «Biological Rhythms and Human Adaptation to the Environment». US Army Medical Research and Materiel Command (AMRMC), US Army Research Institute of Environmental Medicine
  3.              Цикл лекций профессора Шноля С. Э. http://univertv.ru/video/biology/obwaya_biologiya/biohimiya/biohimiya_cikl_lekcij_professora_shnolya_s_e/biologicheskie_chasy/?mark=univer
  4.              Чижевский А. Л., Шишина Ю. Г. В ритме Солнца. М., 1969.
  5.              Ebert, D., K. P. Ebmeier, T. Rechlin, and W. P. Kaschka, «Biological Rhythms and Behavior», Advances in Biological Psychiatry.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle