авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 13 |

«Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ ПОД РЕДАКЦИЕЙ Ю. АШОФФА В ДВУХ ...»

-- [ Страница 9 ] --

54. Moore-Ede M. C., Herd J. A. Renal electrolyte circadian rhythms:

Independence from feeding and activity patterns, American J. of Physiology, 232, F128—F135 (1977).

55. Moore-Ede M. C., Sulzman F. M. The physiological basis of circadian timekeeping in primates, Physiologist, 20, 17—25 (1977).

56. Moore-Ede M. C., Brennan M. F., Ball M. R. Circadian variation of intercompartmental potassium fluxes in man, J. of Applied Physiology, 38, 163— 170 (1975).

57. Moore-Ede M. C., Schmelzer W. S., Kass D. A., Herd J. A. Internal ogranization of the circadian timing system in multicellular animals, Federation Proceedings, Federation of American Societies for Experimental Biology, 35·, 2333—2338 (1976).

58. Moore-Ede M. C., Schmelzer W. S., Kass D. A., Herd J. A. Cortisol mediated synchronization of circadian rhythm in urinary potassium excretion, Ameri : nan J. of Physiology, 233, R230—R238 (1977).

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

_ Внутренняя временная упорядоченность 59. Moore-Ede M. С., Meguid M. M., Fifzpatrick G. F., Boyden C. M., Bail M. R.

Circadian variation in response to potassium infusion in man, Clinical Pharmacology and Therapeutics, 23, 218—227 (1978).

60. Marin L. P., Fitzgerald К- M., Zucker I. Estradiol shortens the period of hamster circadian rhythms, Science, 196, 305—307 (1977).

61. Oatley K.., Goodwin В. С. The explanation and investigation of biological, rhythms. In: Colquhoun W. P. (d.). Biological Rhythms and Human Performance, New York, Academic Press, 1971, pp. 1—38.

62. Pittendrigh C. S. Circadian rhythms and me circadian organization of living systems, Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology, 25, 159— (1960).

63. Pittendrigh C. S. Circadian oscillators in cells and the circadian organisationof multicellular systems. In: Schmitt F. O., Worden F. G. (eds.). The Neurosciences Third Study Program. Cambridge, Mass. MIT Press, 1974, pp. 437— 458.

64. Pittendrigh C. S., Bruce V. G. An oscillator model for biological clocks. In:

Rudnick D. (d.), Rhythmic and Synthetic Processes in Growth, Princeton,. N.

J., Princeton University Press, 1957, pp. 75—109.

65. Pittendrigh C. S., Bruce V. G. Daily rhythms as coupled oscillator systemsand their relation to thermoperiodism and photoperiodism. In: Withrow R. B. (ed.) Photoperiodism and Related Phenomena in Plants and Animals, Washington D.

C., American Association for the Advancement of Science, 1959", pp. 475—505.

66. Pittendrigh C. S., Daan S. A. A functional analysis of circadian pacemakers in nocturnal rodents, I. The stability and lability of spontaneous frequency, J. of Comparative Physiology, 106, 223—252 (1976).

67. Pohl C. R., Gibbs F. P. Circadian rhythms in blinded rats: Correlation between pineal and activity cycles, American J. of Physiology, 234 (3), RllQ-^ R (1978).

68. Rets D. J., Weinbren M., Corvelli A. A circadian rhythm of norepinephrmeregionally in cat brain: Its relationship to environmental lighting and ta regional diurnal variations in brain serotonin, J. of Pharmacology and Expe-rimental Therapeutics, 164, 135—145 (1968).

69. Rensing L., Goedeke K., Wassmann G., Broich G. Presence and absence of daily rhythms of nuclear size and DNA synthesis of different normal and transformed cells in culture, J. of Interdisciplinary Cycle Research, 5, 2&7—.

276 (1974).

70. Richter C. P. Inherent twenty-four hour and inner clocks, of a primate — the squirrel monkey, Communications in Behavioral Biology, 1, 305— (1968).

71. Rummel J. A., Lee J., Halberg F. Combined linear-nonlinear chronobiologic.

windows by least squares resolve neighbouring components in a physiologicrhythm spectrum. In: Ferin F., Halberg F., Richart R. M., Van de Wiele R. L. (ed.) Biorhythins and Human Reproduction, New York, Wiley, 1974, pp. 53— 82.

72. Rusak B. Involvement of the primary optic tracts in mediation of light effects, on hamster circadian rhythms. J. of Comparative Physiology, 118, 165—172(1977).

73. Rusak B. The role of the suprachiasmatic nuclei in the generation of circadian rhythms in the golden hamster, Mesocricetus auratus, J. of Comparative Physiology, 118, 145—164 (1977).

74. Sassin J. F., Frantz A. G., Weitzman E. D., Kapen S. Human prolactinj 24 hour pattern with increased release during sleep, Science, 177, 1205—г (1972).

75. Schmitt M. Circadian rhythmicity in responses of cells in the lateral hypothec lamus, American J. of Physiology, 225, 1096—1101 (1973).

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

274 _ Глава 76. Sulzman F. M., Fuller С.., Moore-Ede M. C. Environmental synchronizers of squirrel monkey circadian rhythms, J. of Applied Physiology, 43 (5), 795— 800 (1977).

77. Sulzman F. M., Fuller C. A., Moore-Ede M. C. Feeding time synchronizes primate circadian rhythms, Physiology and Behavior, 18, 775—779 (1977).

78. Sulzman F. M., Fuller C. A., Moore-Ede M. C. Spontaneous internal desynchrononization of circadian rhythms in the squirrel monkey, Comparative Biochemistry and Physiology, 58A, 63—67 (1977).

79. Sulzman F. M., Fuller C. A., Moore-Ede M. C. Comparison of synchrononization of primate circadian rhythms by light and food, American J. of Physiology, 234(3), R130—R135 (1978).

80. Sulzman F. M., Fuller C. A., Moore-Ede M. C. Extent of circadian synchronization by cortizol in the squirrel monkey, Comparative Biochemistry and Physiology, 59A, 279—283 (1978).· 8I. Sulzman F. M., Fuller C. A., Hiles L. G., Moore-Ede M. C. Circadian rhythm dissociation in an environment with conflicting temporal information, American J. of Physiology, 235(3), 175—180 (1978).

82. Sulzman F. M., Fuller C. A., Moore-Ede M. C. Tonic effects of light on the circadian system of the squirrel monkey, J. of Comparative Physiology, 129, 43—50 (1979).

83. Sulzman F. M., Fuller C. A., Moore-Ede M. C. Effects of phasic and tonic light inputs on the circadian organization of the squirrel monkey, Photochemistry and Photobiology (1981), in press.

84. Szabo I., Kovats T. G., Halberg F. Circadian rhythm in murine reticuloendo thelial function, Chronobiologia, 5, 137—143 (1978). 85. Takebe K., Sakakura M., Mashimo K. Continuance of diurnal rhythmicity of CRF activity in hypophysectomized rats, Endocrinology, 90, 1515— (1972).

86. Weitzman E. D. Circadian rhythms and episodic hormone secretion in man, Annual Review of Medicine, 27, 225—243 (1976).

87. Wietzman E. D., Fukushima D. K., Nogeire C., Roffwarg H., Gallagher T. F., Hellman L. Twenty-four hour pattern of the episodic secretion of cortisol in normal subjects, The J. af Clinical Endocrinology and Metabolism, 33, 14— (1971).

88.Wever R. Internal phase angle differences in human circadian rhythms: Cau ses for changes and problems of determinations, International J. of Chrono biology, 1,371—390 (1973).

89. Wever R. The circadian multi-oscillator system of man. International J. of Chronobiology, 3, 19—55 (1975).

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Глава 11. НЕРВНЫЙ И ЭНДОКРИННЫЙ КОНТРОЛЬ ЦИРКАДИАННЫХ РИТМОВ У ПОЗВОНОЧНЫХ М. Менакер, С. Бинкли Введение Хотя циркадианные колебания могут порождаться на клеточном или субклеточном уровне, их проявление в поведении многоклеточных животных зависит от нервных и эндокринных процессов. Это утверждение имеет нетривиальный смысл, поскольку были выявлены нервные и эндокринные структуры, которые сами совершают колебания, причем в некоторых случаях независимо от остального организма. Поэтому нервная и эндокринная системы не просто служат «выходными устройствами циркадианной системы, основной субстрат которой находится где то в другом месте;

скорее, они содержат в себе циркадианную систему — ее входные датчики, ее осцилляторы и большую часть ее выходных механизмов. Было бы поистине удивительно, если бы дело обстояло иначе. С другой стороны, теперь уже нет нужды принимать это утверждение за разумное допущение. У нас есть достаточные свидетельства его истинности, и мы можем теперь перейти к уточнению деталей [26]. Особенно важно то, что мы можем приступить к изучению материального субстрата циркадианной организации и к выявлению ее общих принципов.

Ритмы поведения — лишь одно из многих проявлений временной организации многоклеточных, которую определяет циркадианная система, и поскольку эти ритмы дальше всего отстоят от центральных осцилляторов, они могут представить интерес для исследователей физиологии и биохимии циркадианной системы лишь в том случае, если их особенно удобно измерять.

С другой стороны, для тех, кто изучает поведение, циркадианные ритмы дают уникальную возможность для анализа. Они могут поддерживаться и без внешних воздействий, однако факторы среды, которые можно точно оценить, влияют на них. Ритмы поведения регулярны, стабильны и необычайно устойчивы к внешним возмущениям. Многие циркадианные ритмы поведения легко регистрировать автоматически, и они часто имеют очевидное значение для животных. Поэтому возможно, что нам удастся понять механизмы, порождающие и контролирующие циркадианное поведение, раньше, чем такое понимание будет достигнуто для других форм поведения той же сложности и важности.

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

276 _ Глава В этой главе мы рассмотрим имеющиеся данные о фоторецептор ном входе циркадианной системы у позвоночных (1), о нервных и гуморальных осцилляторах (2) и об иерархии регуляторных механизмов, определяющих взаимодействие различных компонентов (3). По третьему вопросу до сих пор мало что известно, но обнадеживает то, что в последние годы постановка этого вопроса стала значительно более четкой.

Восприятие захватывающих сигналов Хотя на различных позвоночных было показано, что циркадианные ритмы могут захватываться социальными сигналами [10, 22], температурой [8, 17] и магнитными полями [5] (или по крайней мере подвергаться их влиянию), все же главным внешним времязадателем служит свет. К тому же это единственный фактор, физиология рецепции которого достаточно изучена. Пути, по которым информация о световых циклах среды достигает циркадианных осцилляторов и захватывает их, у позвоночных многочисленны, сложны и отличны от путей, по которым передается зрительная информация. Это относится и к циркадианным фоторецепторам беспозвоночных (см. гл. 7).

Функциональная роль такого устройства не вполне ясна, но она представляет интерес, поскольку это, видимо, общее правило.

Ключом к ее разгадке может быть тот факт, что циркадианные осцилляторы, как теперь выяснилось, связаны со своими фоторецепторами более тесно, чем можно было бы ожидать.

Недавние исследования указывают даже на то, что сами диркадианные осцилляторы, как правило, чувствительны к свету, а в фоторецепторах совершаются колебания (хотя, возможно, есть и исключения).

В головном мозгу позвоночных имеются фоторецепторы (в большинстве случаев еще не выявленные), которые прямо опосредуют поведенческие, физиологические и биохимические реакции на свет. На некоторых видах амфибий [1], рептилий [40] и птиц [23] было показано, что фоторецепторы мозга функционально сопряжены с каким-то механизмом, порождающим циркадианную ритмичность. У взрослых млекопитающих фоторецепцию в мозгу ни разу не удалось убедительно продемонстрировать, несмотря на многократные попытки [30].

Кажется вероятным, что фоторецепторный вход к циркадианным, а также другим «незрительным» процессам у млекопитающих существенно иной, чем у других позвоночных. Интересно, что новорожденные крысята сохраняют мозговую фоторецепцию в течение первых 2—3 недель жизни [44].

Среди птиц мозговой фоторецепторный вход,к циркадианной системе лучше всего изучен у домового воробья (Passer domesticus). У этого вида одних фоторецепторов мозга достаточно для Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Контроль циркадианных ритмов у позвоночных _ захватывания ритмов подвижности очень слабыми световыми циклами (рис. 1) и для того, чтобы освещенность могла влиять на период свободнотекущего ритма подвижности при постоянном свете [20]. Эти рецепторы участвуют также в стимуляции интенсивной аритмичной активности при постоянном сильном освещении, хотя их одних для этого недостаточно [18].

Фоторецепторы сетчатки тоже участвуют в контроле этих трех циркадианных параметров. Хотя эпифиз некоторых птиц явно чувствителен к свету (см. ниже), тем не менее ослепленные воробьи с удаленным эпифизом дсе еще поддаются захватыванию световыми циклами [21]. Фотопериодическое измерение времени — циркадианный процесс, влияющий на ось гипоталамус — гонады,— происходит у интактных воробьев без участия сетчатки [25]. Для фотопериодической реакции требуется значительно большая интенсивность света, чем для захватывания.

Этот факт, а также измерения проникающей способности света [12] и данные о локализации фоторецепторов у белоголовых воробьиных овсянок [41] позволяют предполагать, что фоторецепторы, обеспечивающие фотопериодическую реакцию, находятся в гипоталамусе и отличаются от тех, которые участвуют в контроле ритмов подвижности. Таким образом, у воробьиных, видимо, имеются фоторецепторные входы к циркадианной системе от глаз, эпифиза, гипоталамических структур и других, пока еще не выявленных участков мозга. Столь высокая сложность на уровне рецепторов неожиданна и остается загадкой, однако она обнаружена и у других птиц, а также у ящериц.

Фоторецепторы мозга могут влиять на захватывание диркадианных ритмов подвижности у различных ящериц [38].

Удаление эпифиза и теменного глаза — этих хорошо изученных фоторецепторов — не мешает захватыванию ритмов у ослепленных животных [40]. Хотя ослепленные ящерицы всех изученных видов поддавались захватыванию световыми циклами, свободнотекущий период ритма подвижности у ослепленных Lacerta sicula (но не у зрячих) оказался нечувствительным к изменениям уровня постоянного освещения. Ослепленные Sceloporus olivaceus при постоянном освещении вели себя так, как будто интенсивность света возросла: либо их свободнотекущий период сокращался, либо они становились аритмичными. У Anolis carolinensis удаление боковых глаз и теменного органа в основном не влияло на фотопериодический контроль семенников [38]. Множественность фоторецепторных входов циркадианной системы характерна для некоторых птиц и пресмыкающихся,,и нет оснований сомневаться в том, что это — общее правило для обоих классов позвоночных.

Хотя прямые свидетельства о такого рода входах циркадианной системы у рыб и земноводных, довольно малочисленны, все же широкая распространенность у Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

278 Глава 11 _ 1.

Рис. Непрерывная запись двигательной активности ослепленного воробья при световых (обозначены циклах вверху: черные полосы — темнота, более светлая полоса — зеленый свет, около 0,02 лк). Стрелки справа указывают этапы — эксперимента: ощипаны перья на спине птицы;

2 — ощипаны перья на голове. Теперь цнркадианный ритм захвачен световым циклом.

Захватывание нарушается лишь за 7—8 дней до начала третьего этапа. 3 — отросшие на голове перья вновь ощипаны;

4 — под кожу головы введена тушь;

5 — часть кожи на голове удалили и остаток краски соскребли с черепа. (По [191, с. 299.) Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Контроль циркадианных ритмов у позвоночных них внеглазных фоторецепторов указывает на то, что эти рецепторы могут иметь такое же отношение к циркадианной системе, как у птиц и пресмыкающихся.

У млекопитающих в отличие от «низших» позвоночных единственный путь воздействия света на циркадианную систему проходит через сетчатку. С другой стороны, возможно, что ретинальные пути, передающие информацию к циркадианной системе, в основном отличны от зрительных. Крысы и хомячки с повреждениями главных зрительных трактов и верхних добавочных зрительных трактов поддаются захватыванию световыми циклами. Повреждение нижних добавочных зрительных трактов тоже не влияет на захватывание, хотя эти эксперименты не безупречны [27, 28, 31]. У грызунов захватывание сильно нарушается или даже становится невозможным после перерезки ретино-гипоталамического тракта — прямого пути от сетчатки к супрахиазменным ядрам гипоталамуса [31]. Несмотря н-а ограниченность данных, в настоящее время можно, по-видимому, заключить, что у млекопитающих есть много путей воздействия света на циркадианную систему;

в основном они проходят через ретиногипоталамический тракт, не участвующий в зрительной функции, но имеются также дополнительные пути через главные и добавочные зрительные тракты.

Делая некоторые допущения, на которых основано все сказанное выше, можно предполагать, что у позвоночных пути воздействия света на циркадианную систему часто отличны от собственно зрительной системы, независимо от того, включают ли они рецепторы сетчатки, эпифиза и связанных с ним структур, гипоталамуса или других частей мозга. Конкретные детали — какие именно рецепторы используются в данной ситуации, как они взаимодействуют друг с другом и со зрительной системой,— разумеется, у разных групп животных могут быть разными. По мере расширения наших знаний об этих различиях мы, может быть, начнем понимать, каким путем к этому пришла эволюция и каким образом фоторецепторные входы связаны с циркадианными механизмами.

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

280 _ Глава 11 _ Первичные ритмоведущие структуры Для того чтобы объяснить свойства циркадианных систем позвоночных, следует предположить, что световые циклы окружающей среды и другие сигналы захватывают какие-то биологические элементы, которые сами могут поддерживать автономные колебания с циркадианными периодами. Такие элементы в принципе могли бы существовать на любом уровне организации: К сожалению, мы даже не в состоянии с уверенностью сказать, относятся ли они к субклеточному уровню, или же — другая крайняя возможность — их свойства зависят от взаимодействия на тканевом уровне. Мы будем называть такие структуры «первичными циркадианными колебателями» («primary circadian pacemakers»), несмотря на трудности, связанные с таким определением. При этом мы предполагаем следующее. Если можно показать, что некоторая структура или, допустим даже, цепь химических реакций обнаруживает колебания с циркадианным периодом, не получая каких-либо ритмических сигналов из внешней среды или от других частей организма, то она играет роль колебателя в общей циркадианной системе. Далее, мы предполагаем, что такие структуры или реакции относительно·· редки в многоклеточных организмах;

скорее всего, они находятся у вершины циркадианной иерархии. Эти предположения недостаточно обоснованы, и любое из них либо оба вполне могут оказаться неверными. Однако такое жесткое определение «первичного колебателя» создает основу для обсуждения имеющихся данных и в особенности подчеркивает трудность признания роли в циркадианной организации тех структур, которые не способны поддерживать автономные колебания.

Если строго придерживаться этого определения, то у многоклеточных животных единственной структурой, имеющей свойства первичного колебателя, окажется глаз моллюска Aplysia (см. гл. 7). В этой структуре продолжаются выраженные колебания при постоянных условиях in vitro, так что она вполне удовлетворяет определению. Правда, пока не ясно, для каких других структур или процессов она служит колебателем и какова ее роль в общей циркадианной организации животного. У позвоночных есть два сильных претендента на роль колебателя:

эпифиз у птиц и супрахиазменные ядра в передней части гипоталамуса млекопитающих. Значение обеих этих структур нам более понятно, чем значение глаза аплизии, но ни в одной из них не было еще достоверно установлено наличие автономных колебаний.

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Рис. 2. А. Восстановление свободнотекущего ритма у аперноднчного эпифизэктомированного воробья после трансплантации эпифиза. День пересадки эпифиза от донора указан стрелкой. Следует отметить немедленное появление ритмичности у реципиента. Воробей находился в постоянной темноте, за исключением короткого периода во время операции. Б. Возврат к апериодической подвижности после удаления удачно пересаженного эпифиза.

Стрелкой отмечен день, когда был удален глаз с трансплантатом эпифиза.

Воробей находился в темноте, за исключением короткого периода операции.

(По [24].) Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

282_ Глава Рис. 3. Фазы начала активности после пересадки эпифиза от доноров, захваченных разными режимами освещения [43]. Все операции выполнены в течение двух часов, когда оба цикла освещения были в светлой фазе.

Горизонтальные отрезки характеризуют точность, с которой можно было установить момент начала активности. В тех случаях, когда этот момент удавалось определить точно, соответствующая оценка представлена в виде квадрата. Горизонтальные линии без квадратов означают неопределенность в оценке момента начала активности.

Эпифиз птиц Большое число косвенных данных подтверждает гипотезу, что эпифиз у домового воробья является первичным колебателем циркадианной системы. Удаление эпифиза приводит к исчезновению ритма подвижности у Passer domesticus при постоянных условиях [9], однако денервация эпифиза in situ не влияет на ритм. У птиц с удаленным эпифизом ритмичность может быть восстановлена путем пересадки этого органа от донора в переднюю камеру глаза [42] (рис. 2), после чего новый ритм сохраняет фазу ритма донора [43] (рис. 3). У воробьев наблюдается циркадианный ритм концентрации мелатонина в плазме, частично обусловленный его синтезом в эпифизе [29].

Введение малых доз мелатонина изменяет свободнотекущий период ритма подвижности в постоянной темноте [36]. Эти факты проще всего объяснить тем, что эпифиз представляет собой автономный осциллятор, ритмично выделяющий мелатонин, и ритм концентрации последнего в крови (или, может быть, в цереброспинальной жидкости) синхронизирует «нижележащую»

часть циркади Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Контроль циркадианных ритмов у позвоночных Рис. 4. Влияние повреждений гипоталамуса на циркаднанные ритмы подвижности воробьев [34]. А. Запись двигательной активности воробья с повреждением супрахиазменных ядер. При СТ 12 : 12 активность ритмична, но в постоянной темноте ритм размывается. Б. Запись активности воробья с повреждением гипоталамуса, не затрагивающим супрахиазменное ядро. При СТ 12 : 12 ритмы захвачены, а в постоянной темноте — свободнотекущне.

Картина ритмов такая же, как у интактных воробьев.

энной системы. Мы знаем, что в циркадианной системе воробья есть помимо эпифиза и другие компоненты, поскольку птицы с удаленным эпифизом хотя и не обнаруживают свободнотекущих ритмов, все же поддаются захватыванию световыми циклами.

Но действительно ли эти компоненты являются «нижележащими»

по отношению к эпифизу, не ясно. Повреждение супрахиазменных ядер у воробьев тоже приводит к исчезновению свободнотекущих ритмов [34] (рис. 4). Если бы не данные, указывающие на центральную роль этих ядер в циркадианной системе млекопитающих (см. ниже), последствия их повреждения у воробьев можно было бы объяснить просто как результат выключения нижележащего звена — возможно, органа-мишени для Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

284 Глава 11_ Рис. 5. Активность ацетнлсеротонин-метилтрансферазы (АСМТ) в курином эпифизе на 3-й и 4-й дни в культуре in vitro [15]. Эпифизы удаляли и помещали в культуру непосредственно перед выключением света (черные стрелки), и световые циклы продолжались 3 суток. На третий день среду обновили (белые стрелки), затем культуры поместили в постоянную темноту. Пробы брали каждые 4 ч (по 4 органа на точку). Были получены циркадианные ритмы активности АСТМ с пиками во время экстраполированных ночей (темные полосы). Представлены три независимых эксперимента.

эпифизарного мелатонина. Может быть, это и так, однако соображения сравнительной физиологии предостерегают против поспешных выводов. Возможно, что существуют двусторонние взаимодействия между эпифизом и супрахиазменными ядрами [33].

Все эти трудности связаны с отсутствием важных данных.

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Контроль циркадианных ритмов у позвоночных 285.

Рис. 6. Ритмы выделения мелатоннна четырьмя куриными эпифизами, изолированными по отдельности в проточной культуре [35]. Световой цикл СТ 12 : 12 (С 350 — 500 лк, белый свет;

Т 0 лк) показан под каждым графиком.

Пробы протекающей жидкости брали каждые 90 мин. Концентрацию мелатонина определяли радиоиммунным методом. Каждая точка представляет результат одного измерения и расположена в начале периода сбора пробы.

Способность изолированного эпифиза воробья к автономным колебаниям до сих пор прямо не продемонстрирована. Не было даже серьезных попыток сделать это, так как по практическим соображениям биохимические исследования и эксперименты in vitro проводились главным образом на курином эпифизе. К сожалению, в этом случае возможны существенные межвидовые различия, так как у кур и родственных им японских перепелов после эпифизэктомии, по-видимому, сохраняется ритм подвижности [32]. Хотя еще не ясно, играет ли эпифиз у кур какую-либо роль в циркадианной организации, в нем обнаружен высокоамплитудный циркадианный ритм активности фермента ацетилсеротонин метилтрансферазы (АСМТ), участвующего в синтезе мелатонина [2]. Этот ритм сохраняется и в культуре куриного эпифиза in vitro в условиях световых циклов [4, 7,,14, 15] и по меньшей мере на протяжении двух циклов в постоянной темноте [15] (рис. 5);

недавно было показано [6], что при Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

286 Глава 11_ Рис. 7. Циркаднанные изменения метаболизма индоламинов в комплексе сетчатки и пигментного эпителия у кур [11]. Темные полосы — темнота. Птиц забивали каждые 2 ч (черные кружки). Белые кружки относятся к птицам, на которых предварительно воздействовали светом (1300 — 1400 лк) в течение 1 ч.

А. Активность АСМТ при СТ 12 : 12. Б. Активность АСМТ при ТТ. В.

Содержание мелатонниа при СТ 12 : 12. Г. Содержание мелатоннна при ТТ.

Стрелкой указан момент спустя 44 ч после перехода к темноте. При СТ 12 : АСМТ и мелатонин определяли в одном глазу, при ТТ — в разных глазах одной ку,рицы. В каждой группе N = 5. Стандартная ошибка указана, когда она превышает величину кружка.

световых циклах он продолжается до 17 суток. Секрецию мелатонина отдельными эпифизами измеряли в проточной системе для культуры тканей;

при световых циклах она была явно ритмичной не менее 5 суток (рис. 6). В постоянной темноте ритм сохранялся, но быстро затухал [35]. Очевидно, что куриный эпифиз способен поддерживать ритмичность in vitro по крайней мере при световых циклах, но нельзя утверждать, что он является автономным циркадианным осциллятором, поскольку его ритмичность в постоянных условиях может быстро затухать.

Возможно, что в циркадианной системе курицы ведущим колебателем служит какая-то другая структура. Такое предположение согласуется с данными об отсутствии влияния эпифизэктомии на ритмы подвижности и о затухании ритмичности эпифиза in vitro. С другой стороны, эти данные еще нуждаются в Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

_Контроль циркадианных ритмов у позвоночных _ подтверждении. В связи с этим особый интерес представляет сообщение о ритмичности АСМТ в глазу цыпленка [3], которая сохраняется в постоянной темноте после удаления эпифиза и сопровождается ритмом содержания мелатонина [11] (рис. 7). По видимому, у птиц (я, возможно, также у низших позвоночных [39]) циркадианная организация вращается вокруг эпифиза.

Наблюдавшиеся межвидовые различия в результатах его удаления [33] могли быть следствием неучтенных различий в методике экспериментов или же подлинными различиями в относительной роли эпифиза, супрахиазменных ядер и, возможно, сетчатки. Следует отметить, что и сетчатка, и эпифиз являются световоспринимающими органами и что гипоталамус у птиц тоже может содержать фоторецепторы. Если какая-либо из этих структур служит первичным колебателем, это должно быть доступно для проверки с помощью современных методов.

Супрахиазменные ядра млекопитающих Как показывают многочисленные данные, повреждение супрахиазменных ядер гипоталамуса у млекопитающих приводит к утрате нормальных циркадианных ритмов: это было продемонстрировано на различных видах, на ритмах разнообразных функций. Хотя животные после такой операции не становятся полностью аритмичными — они часто сохраняют ритмы с болеекороткими, не циркадианными периодами, а некоторые по прежнему реагируют на световые циклы, — тем не менее после полного или почти полного разрушения супрахиазменных ядер свободнотекущие циркадианные ритмы в основном утрачиваются.

Рузак и Цукер [31] недавно сделали подробный обзор литературы. Они отметили, что интерпретация результатов повреждений всегда затруднительна, особенно в таких случаях, как здесь, когда повреждаемая структура составляет часть сложной и плохо изученной системы. Однако трудно не согласиться с тем, что супрахиазменные ядра млекопитающих играют ведущую роль в циркадианной организации. Этот вывод подтверждают три группы данных: 1) существует особый пучок нервных волокон—ретиногипоталамический тракт,—соединяющий супрахиазменные ядра непосредственно с сетчаткой;

2) после повреждения этих ядер в той или иной мере нарушаются все до сих пор изученные циркадианные ритмы, что исключает возможность, узкоспецифического, ограниченного влияния такой операции на наблюдаемые ритмы в каких-то отдельных подсистемах, как, например, бег в колесе;

3) показано [13, 16], что у интактной крысы циркадианные ритмы суммарной электрической активности регистрируются не только в супрахиазменных ядрах, но и в;

некоторых других участках мозга, а после хирургической изоляции гипоталамического островка—только в этих ядрах. Из Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

288 Глава 11 _ трех групп данных только последняя показывает, какую специфическую роль может играть супрахиазменное ядро.

Ритмичность в изолированном островке нервной ткани означает, что ритм порождается внутри этого островка. Убедительность такого объяснения зависит только от степени надежности изоляции. Если не осталось нервных связей и исключены гормональные воздействия, то можно с уверенностью утверждать, что в островке находится первичный колебатель. Утрата ритмичности в других областях мозга после изоляции островка указывает на то, что колебатель, находящийся в супрахиазменном ядре, вероятно, может порождать колебания или захватывать осцилляторы и в других участках и таким образом определять физиологические и поведенческие ритмы. Поэтому чрезвычайно важно было бы повторить и расширить подобные эксперименты, а также разработать новые аналитические подходы, которые дополняли бы их.

Затухающие осцилляторы и ведомые ритмы Один из центральных нерешенных вопросов относительно циркадианной организации позвоночных (а также других многоклеточных организмов) заключается в следующем: состоит ли вся циркадианная система из большого числа первичных колебателей, каждый из которых контролирует определенную функцию или группу взаимосвязанных функций, или же, напротив, она состоит из большого числа затухающих осцилляторов и (или) непосредственно ведомых ритмов, которые поддерживаются, захватываются или навязываются небольшим числом центральных первичных колебателей? В такой постановке вопрос, конечно, создает ложное впечатление дихотомии: на самом деле возможно множество промежуточных.вариантов. Однако важно осознать этот вопрос и понять, что мы фактически не имеем данных, чтобы на него ответить. Пока обнаружены только два претендента на роль первичного колебателя, но поиск только начинается. Будет очень трудно показать, что данные конкретные осцилляторы не являются автономными in vitro. Мы не вправе предполагать, что все, большинство или хотя бы многие клетки многоклеточного организма содержат в себе или проявляют механизм, способный порождать циркадианные ритмы, лишь на том основании, что такой механизм может находиться внутри эукариотической клетки. Огромное преимущество для контроля фазы, которое дают взаимодействия осцилляторов (см. гл. 2 и 5), служит сильным доводом в пользу многоосцилляторной системы;

на это же указывают приведенные здесь физиологические данные (см.

также гл. 7). С другой стороны, ни одно из этих соображений не позволяет сказать, на каком уровне организации находится это множество осцилляторов и какие среди них преобладают — затухающие или автономные.

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

_ Контроль циркадианных ритмов у позвоночных Такие вопросы особенно важны при изучении нервных и эндокринных аспектов циркадианной системы. Они неизбежно снова и снова возникают при попытках понять, каким образом многочисленные ритмы, проявляющиеся в нервной и эндокринной активности, контролируются и объединяются порождающими их осцилляторами. При нынешнем уровне наших знаний не видно, как можно избежать долгого и трудного углубленного исследования многих конкретных случаев без какой-либо опоры в виде априорных предположений. Рано или поздно такая работа приведет и к обобщениям.

Литература 1. Adler К. Extraocular photoreception in amphibians, Photochemistry and Photobiology, 23, 275—298 (1976).

2. Binkley S., Geller E. R. Pineal N-acetyltransferase in chickens: Rhythm persists in constant darkness, J. of Comparative Physiology, 99, 67 (1975).

3. Binkley S., Riebman J. В., Reilly K. G. The pineal gland: A biological clock in vitro, Science, 202, 1198 (1978).

4. Binkley S., Hryschethyshyn M., Reilly K· N-acetyltransferase activity responds to environmental lighting in the eye as well as in the pineal gland, Nature, 281, 479—481 (1979).

5. Bliss V. L., Heppner F. H. Circadian activity rhythm influenced by near zero magnetic field, Nature, 261, 411—412 (1976).

6. Deguchi T. A circadian aoscillator in cultured cells of chicken pineal gland, Nature, 282, 94—96 (1979).

7. Deguchi T. Circadian rhythms of serotonin N-acetyltransferase activity in organ culture of chicken pineal gland, Science, 203, 1245 (1979).

8. Enright J.T. Temperature and the free-running circadian rhythm of the finch, Comparative Biochemistry and Physiology, 18, 463—475 (1966).

9. Gaston S., Menaker M. Pineal function: The biological clock in the sparrow?

Science, 160, 1125—1127 (1968)'.

10. Gwinner E. Entrainment of a circadian rhythm in birds by species-specific song cycles, Experientia, 22, 765—768 (1966).

11. Hamm H. E., Menaker M. Retinal rhythms in chicks: Circadian variation in melatonin and N-acetyltransferase activity, Proceedings of the National Academy of Sciences USA, in press.

12. Hartwig H. G., van Veen T. Spectral characteristics of visible radiation penetrating into the brain and stimulating extraretinal photorepcetors, J. of Comparative Physiology, 130, 277—282 (1979).

13. Inouye S.-I. T., Kawamura H. Persistence of circadian rhythmicity in a mammalian hypothalamic «island» containing the suprachiasmatic nucleus, Proceeding of the National Academy of Sciences USA, 76, 5962— (1979).

14. Kasal С.., Menaker M., Perez-Polo J. R. Persistence of a circadian rhythm of N-acetyltransferase in the chick pineal in vitro, Society of Neuroscience Abstracts, 4,347 (1978).

15. Kasal С., Menaker M., Perez-Polo R. Circadian clock in culture: N acetyltransferase activity of chick pineal glands oscillates in vitro, Science, 203, 656—657 (1979).

16. Kawamura H., Inoye S.-I. T. Circadian rhythm within the hypothalamic island containing the suprachiasmatic nucleus, Naito International Symposium Abstracts, 51 (1978).

17. Lindberg R. G., Hayden P. Thermoperiodic entrainment of arousal from torpor in the little pocket mouse, Perognathus longimembris, Chronobiologia, 1, 356— 361 (1974).

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

290 Глава 11_ 18. McMillan J. P., Elliott J. A., Menaker M. On the role of the eyes and brain photoreceptors in the sparrow: Arrhythmicity in constant light, J. of Comparative Physiology, 102, 263—268 (1975).

19. Menaker M. Light perception by extra-retinal receptors in the brain of the sparrow, Proceedings of the 76th Annual Convention of the American Psychological Association, 1968.

20. Menaker M. Extraretinal light perception in the sparrow, I, Entrainment of the biological clock, Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 59, 414—421 (1968).

21. Menaker M. Synchronization with the photic environment via extraretinal receptors in the avian brain. In: M. Menaker (d.), Biochronometry, Washington, D. C., National Academy of Sciences, 1971, pp. 315—332.

22. Menaker M., Eskin A. Entrainment of circadian rhythms by sound in Passer domestlcus, Science, 154, 1579—1581 (1966).

23. Menaker M., Underwood H. Extratetinal photoreception in birds, Photochemistry and Photobiology, 23, 299—306 (1976).

24. Menaker M., Zimmerman N. Role of the pineal in the circadian DD system of birds, American Zoologist, 16 (1976).

25. Menaker M., Roberts R., Elliott J., Underwood H. Extraretinal light perception in the sparrow, III. The eyes do not participate in photoperiodic photoreception, Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 67, 320— 325 (1970).

26. Menaker M., Takahashi J. S., Eskin A. The physiology of circadian pacemakers, Annual Reviews of Physiology, 40, 501—526 (1978).

27. Moore R. Y., Eichler V. B. Central neural mechanisms in diurnal rhythm regulation and neuroendocrine responses to light, Psychoneuroendocrinology, 1, 265—279 (1976).

28. Moore R. Y., Klein D. C. Visual pathways and the central neural control of a circadian rhythm in pineal serotonin N-acetyltransferase activity, Brain Research* 71, 17—33 (1974).

29. Morris C., Menaker M. Manuscript in preparation.

30. Rusak В., Zucker I. Biological rhythms and animal behavior, Annual Reviews in Psychology, 26, 137—171 (1975).

31. Rusak В., Zucker I. Neural regulation of circadian rhythms, Physiological Reviews, 59, 449—526 (1979).

32. Simpson S. M., Follett В. К. The role of the pineal and the anterior hypothalamus in regulating the circadian rhythm of locomotor activity in Japanese quail, Proceedings of the XVII International Ornithological Congress, in press.

33. Takahashi J. S., Menaker M. Physiology of avian circadian pacemakers, Federation Proceedings, 38, 2583—2588 (1979).

34. Takahashi J. S., Menaker M. Brain mechanisms in avian circadian systems. In:

M. Suda, O. Kayaishi and H. Nakagawa (eds.), Biologilcal Rhythms and Their Central Mechanism, Amsterdam, Elsevier-North-Holland Biomdical Press, 1980, pp. 95—109.

35. Takanashi J. S., Hamm H., Menaker M. Circadian rhythms of melatonin release from individual superfused chicken pineal glands in vitro, Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 77, 2319—2322 (1980).

36. Turek F. W., McMillan J. P., Menaker M. Melatonin: Effects on the circadian locomotor rhythm of sparrows, Science, 194, 1441—1443 (1976).

37. Underwood H. Retinal and extraretinal photoreceptors mediate entrainment of the circadian locomotor rhythm in lizards, J. of Comparative Physiology, 83, 187—222 (1973).

38. Underwood H. Extraretinal light receptors can mediate photoperiodic photoreception in the male lizard Anolis carolinensis, J. of Comparative Physiology, 99, 71—78 (1975).

39. Underwood H. Circadian organization in lizards: the role of the pineal organ, Science, 195, 587—589 (1977).

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Контроль циркадианных ритмов у позвоночных _ 40. Underwood H., Menaker M. Extraretinal photoreception in lizards, Photochemistry and Photobiology, 23, 227—243 (1976).

41. Yokoyama K-, Oksche A., Darden T. R-, Farner D. S. The sites of encephalic photoreception in photoperiodic induction of the growth of the testes in the white-crowned sparrow, Zonotrichia leucophrys gambelli, Cell and Tissue Research, 189, 441—467 (1978).

42. Zimmerman N. H., Menaker M. Neural connections of sparrow pineal: Role in circa dian control of activity, Science, 190, 477—479 (1975).

43. Zimmerman N. H., Menaker M. The pineal: A pacemaker within the circadian system of the house sparrow, Proceedings of the National Academy of Science USA, 76, 999—1003 (1979).

44. Zweig M., Snyder S. H., Axelrod J. Evidence for a non-retinal pathway of light to the pineal gland of new born rats, Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 56, 515—520 (1966).

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Глава 12. ОНТОГЕНЕЗ ЦИРКАДИАННЫХ РИТМОВ Ф. Дэвис Введение Онтогенез — это история жизни отдельного организма, которая включает его физическое построение из оплодотворенного яйца, функциональное созревание систем гомеостаза, размножения и поведения, а также угасание функций этих систем по мере старения. Поскольку практически все показатели жизнедеятельности— биохимические, физиологические и поведенческие— обнаруживают циркадианные колебания, онтогенез каждой отдельной функции, вероятно, включает появление и последующее изменение ее ритмичности. Однако при изучении онтогенеза циркадианной системы нельзя ограничиться простым описанием многочисленных ритмов и их изменения в процессе развития. Различные циркадианные ритмы связаны между собой.

Наблюдаемые ритмы, находятся ли они под контролем одного или нескольких ведущих осцилляторов (колебателей), согласованы во времени как между собой, так и с колебаниями внешних факторов. Колебатели, проводящие пути, связывающие их с наблюдаемыми ритмами, и механизмы захватывания — все это элементы «циркадианной системы», которая обеспечивает не только внутреннюю временную упорядоченность многообразных функций организма, но и его удивительную способность достаточно точно (в соответствии с потребностями) измерять астрономическое время.

Таким образом, описание онтогенеза циркадианных ритмов или, вернее, циркадианной системы должно включать описание— формально-обобщенное и конкретно-физиологическое — механизмов, ответственных за построение частей этой системы и их организацию в единое целое. Необходимо исследовать механизмы, направляющие, развитие всей системы, а также причины и последствия распада ее организации в старости. В этой главе онтогенез циркадианных ритмов будет рассмотрен именно под таким углом зрения. Нам нужно будет не только прийти к некоторым обобщениям, но и представить устройства циркадианной системы как пример сложной и целесообразной биологической организации.

Сроки наступления онтогенетических событий — измеряются ли они часами, неделями или месяцами — отражают неизмен Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Онтогенез циркадианных ритмов _293;

ность программы развития, которая не подчиняется циркадианным колебателям. Например, беременность у мышей продолжается примерно 21 сутки по астрономическому времени, а не циркадианный цикл. Длительность беременности не зависит от того, каким периодом захвачены у самки циркадианные ритмы — 21- или 24-часовым [48]. Только первый и последний моменты внутриутробной жизни (зачатие [28] и рождение [88]) могут быть привязаны к определенному времени суток;

в остальном же циркадианная система, по-видимому, не оказывает влияния на индивидуальное развитие у позвоночных. Правда, точные сроки наступления различных стадий развития могут зависеть от суточных вариаций скорости роста [10].

Возникновение организации В процессе развития складывается временная организация различных функций и состояний организма. Основная масса имеющихся данных касается того, как возникают отдельные циркадианные ритмы — внезапно или постепенно, одинаково или по-разному, путем изменения всех параметров (периода, фазы, амплитуды) или только одного из них. В большинстве случаев эти сведения мало что дают для понимания физиологических механизмов, ответственных за возникновение ритмов. Тем не менее такое описание позволяет выделить среди многообразия фактов наиболее фундаментальные явления и способствует постановке новых важных вопросов.

Измерение зарождающихся ритмов Наблюдаемые циркадианные ритмы характерны в основном для постнатального периода (см. табл. I и II в [21]).

Большинство исследованных показателей в первое время после рождения не обнаруживает ритмичности. Между тем отсутствие данных о ритмах во внутриутробном периоде может быть отчасти следствием недостаточности усилий по их выявлению. В самом деле, эмбрион и плод, несомненно, подвержены действию суточных колебаний внутриутробной среды, обусловленных не только ритмами температуры тела и подвижности матери, но также ритмами гормонов плаценты [85].

Возможность обнаружить ритм какой-либо функции существенно зависит от того, с какой частотой производятся измерения. Если на протяжении суток получают всего две экспериментальные точки с интервалом 12 ч или сравнивают значения, усредненные за день и за ночь, то время появления наблюдаемого ритма может отражать смещение его фазы относительно моментов измерения или переход в захваченное состояние, а Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

294 Глава Рис. 1. Развитие ритма сна и бодрствования у одного младенца, которого кормили по его «собственному требованию», в условиях светового цикла, указанного вверху [46]. Черные линии в записи — время сна;

точки — время кормления. В правой половине запись повторена со сдвигом на один день, чтобы лучше был виден свободнотекущий ритм. Группы записей за каждую неделю разделены промежутками.

вовсе не развитие самого ритма. Например, если бы о развитии ритма сна и бодрствования у человека (рис. 1) судили, сравнивая средние значения за день и за ночь (по астрономическому времени), то ритм удалось бы зарегистрировать лишь намного позже того времени (6 недель), когда он уже появляется в свободнотекущем состоянии. Кроме того, изменение фазы ритма относительно астрономических суток в этом случае было бы воспринято как изменение амплитуды.

Необходимые Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Онтогенез циркадианных ритмов Рис. 2. Запись активности (бег в колесе) двух крыс в постоянной темноте с 15-го по 25-й день жизни (А) и с 15-го по 47-й день (Б). В обеих записях активность в первые 14 дней не показана. Звездочкой (14-й день) отмечено время последнего перехода от света к темноте.

условия для выявления ритма в популяции (например, при сравнении проб крови, взятых у разных особей в разное время) — наличие вполне сложившихся механизмов захватывания и достижение синхронности индивидуальных ритмов.

Если не считать некоторых особых случаев, циркадианный колебатель может быть обнаружен не раньше, чем созреет та функция, ритмы которой он контролирует. Однако Дегучи [24] использовал косвенный метод, дающий некоторые основания судить о наличии или отсутствии колебателя [24] ;

он исходил из предположения, что, если колебатель уже был захвачен в пренатальном периоде, то после рождения в постоянных уcловиях фаза свободнотекущего ритма будет зависеть от этого захватывания. Иллюстрацией такого подхода (правда, не от Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

296 _ _ _ _ _ _ _ Глава 12 _ носящейся к данным Дегучи) может служить рис. 2. В первые 11 суток пребывания крысят в постоянной темноте (ТТ) видимые ритмы отсутствовали (рис. 2, A);

позднее, однако, появился отчетливый циркадианный ритм, причем начало подвижности падало на такое время, как если бы этот ритм прежде был захвачен циклами освещения или ритмами матери. Таким образом, какое-то захватывание у этих крысят могло произойти раньше 15-дневного возраста, хотя наблюдаемых ритмов активности в то время еще не было.

В отличие от этого регистрация наблюдаемых ритмов в циклически изменяющейся среде не обязательно означает, что они отражают работу циркадианного колебателя. Цикличная среда может просто накладывать свой ритм на наблюдаемую функцию. Это видно на примере ритмов сна и бодрствования младенца, которые поначалу сильно зависят от режима кормления [36].

Развитие наблюдаемой ритмичности у человека Относительно развития суточных ритмов у человека можно сделать два обобщения (см. табл. I в [ 2 1 ] ). Во-первых, разные ритмы появляются в разном возрасте. Во-вторых, большинство этих ритмов проходит некоторую стадию созревания. Например, суточный ритм сна и бодрствования появляется на втором месяце после рождения [46], в то время как ритм кортикостероидов в плазме иногда отсутствует до двухлетнего возраста [30].

Развитие обоих ритмов может продолжаться вплоть до периода полового созревания. Таким образом, циркадианная система у человека, видимо, созревает очень долго. Любая интерпретация имеющихся данных, помимо этих простых, но нетривиальных обобщений, будет ненадежной и ограниченной, отчасти из-за трудностей, связанных с проблемой измерения. Изменения как свободнотекущих периодов отдельных ритмов, так и фазовых (внутренней соотношений между ритмами временной упорядоченности) у детей до сих пор специально не исследовались.


Тем не менее уже есть данные об амплитудах ритмов и о захватывании, заслуживающие дальнейшего обсуждения.

Захватывание. Развитие циркадианного ритма предшествует созреванию механизмов его захватывания, по крайней мере в случае, представленном на рис. 1. Хотя суточный режим освещения или социальный цикл, по-видимому, оказывает некоторое влияние на свободнотекущий ритм сна и бодрствования у младенца (с 6-й по 15-ю неделю), все же устойчивое захватывание раньше 22-й недели не наблюдается (впрочем, видимость эффекта модуляции в этом случае может создаваться еще одной Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Онтогенез циркадианных ритмов Рис. 3. Развитие суточного ритма локомоторной активности у одной крысысамца [42].

свободнотекущей компонентой ритма). Однако Мартен дю Пан [59] показал, что в возрасте 11 недель переход от постоянного освещения к чередованию света и темноты приводит к быстрому захватыванию ритма сна и бодрствования. По данным Хелльбрюгге [36], утренние фазы захваченных ритмов некоторых показателей (таких, как частота пульса, температура тела, бодрствование, электрическое сопротивление кожи) с возрастом постепенно запаздывают: подъем их до дневного уровня происходит все позже и позже.

Амплитуда. По мере созревания ритма его амплитуда обычно возрастает. Это может быть результатом повышения максимального уровня (например, в случае мочеотделения [36]), снижения минимума (пульс, температура тела [36, 67] ) или того и другого одновременно. Физиологический механизм изменения амплитуды неизвестен (см., однако, следующий раздел);

неясно и значение различий между ритмами.

Развитие функции, имеющей два дискретных уровня («всё или ничего»), такой как сон — бодрствование (рис. 1), происходит путем реорганизации эпизодических событий, которые вначале распределяются случайно или проявляют ультрадиан Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

298_Глава ный ритм. Эту реорганизацию, которая отчетливо видна на рис. 1 в первые недели (но иногда продолжается менее явно на протяжении нескольких лет), можно описать как «сгущение»

данного состояния в одно время суток и одновременное «разрежение» в другое время. Возможны по меньшей мере два механизма этой реорганизации: 1) действительное слияние какихто эпизодических событий в определенной части суток и 2) увеличение амплитуды или эффективности циркадианного колебателя, который модулирует внешние проявления данных событий. Второй вариант наглядно представлен на рис. 3, где развитие ритма подвижности у крысы происходит путем усиления суточной модуляции, наложенной на ультрадианный ритм.

Суточные ритмы гормона роста [29] и лютеинизирующего гормона [45] у человека тоже появляются в результате избирательного усиления одного из ультрадианных эпизодов секреции.

Однако из того факта, что различные ритмы возникают в разном возрасте или что их амплитуды увеличиваются по разному, отнюдь не следует, что они находятся под контролем разных циркадианных колебателей. Эти различия могут зависеть от того, как быстро и в какой мере отдельные наблюдаемые ритмы попадают под влияние одного и того же центрального колебателя.

Физиология появления ритмичности у крыс Развитие циркадианных ритмов у позвоночных животных изучали главным образом на крысах, большей частью в условиях чередования света и темноты (см. табл. II в [21]). У крыс, как и у человека, различные ритмы появляются в разном возрасте и проходят этап созревания. Они созревают примерно в такой последовательности:

1) ритмы, отражающие навязанный режим кормления, например ритм прибавления веса;

2) ритмы эпифиза и симпатической нервной системы;

3) эндокринные ритмы, находящиеся под контролем гипофиза;

4) ритмы произвольного поведения, например локомоции и потребления воды, а также показателей сна, связанных с корой мозга.

Эта последовательность не обязательно отражает моменты возникновения самих функций или полное созревание их ритмичности. Она может отражать общий ход развития регуляторных и адаптивных систем организма — от вегетативных до корковых и поведенческих. Если, что весьма вероятно (см.

хя. 11), за многими из этих ритмов стоит один-единственный Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Онтогенез циркадианных ритмов Рис. 4. Развитие ритма ферментативной активности эпифиза у крыс (слева) н цыплят (справа)· Светлые кружочки — день, черные — ночь. Активность ацетилсеротонин-метилтрансферазы (АСМТ) выражена в процентах к ее среднесуточной активности в день, указанный стрелкой. Этот день — последний, когда еще не выявлялось значительной разницы между днем и ночью.

(возможно, центральный циркадианный колебатель находящийся в супрахиазменных ядрах гипоталамуса), то разновременное появление различных ритмов должно быть результатом последовательного созревания необходимых проводящих путей или управляющих механизмов.

Развитие ритма эпифиза. Ритм эпифиза, его биохимические проявления и регуляция у взрослой крысы изучены достаточно подробно (обзор: [9]). Ритм активности эпифизарного фермента ацетилсеротонин-метилтрансферазы (АСМТ) контролируется следующим образом. Источник ритма находится в центральной нервной системе (возможно, в супрахиазменном ядре гипоталамуса) и оказывает влияние на эпифиз через симпатические пути, идущие от верхних шейных ганглиев. Стимуляция -адренэргических рецепторов эпифиза норадреналином активирует систему аденилатциклазы, что приводит к повышению активности АСМТ.

Захватывание ритма АСМТ происходит через сетчатку и далее через прямой ретиногипоталамический тракт к супрахиазменному ядру.

Развитие структур, участвующих в контроле активности АСМТ, приблизительно совпадает по времени с появлением ритма эпифиза, хотя их дальнейшее созревание может продолжаться еще долго (см. табл. III в [21]). На рис. 4 слева показано развитие амплитуды суточных колебаний активности Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

300 Глава АСМТ у крыс. Эта величина, существенная уже на 4-е сутки, резко возрастает на 7-е сутки благодаря падению дневного уровня. Ювайлер и др. [100] высказали предположение, что это связано с функциональным созреванием симпатической иннервации эпифиза: помимо усиления стимуляции в ночные часы, симпатические нервы обеспечивают базальный уровень поглощения норадреналина или какого-то агониста (возможно, поступающего с кровью из неизвестного источника);

который до созревания иннервации хронически стимулировал активность АСМТ.

Если у крысы развитие ритма АСМТ отражает созревание нервных структур, то у цыплят дело обстоит иначе. Хотя у них роль симпатической иннервации эпифиза не вполне ясна, она все же иная, чем у крыс [11, 75]. Как видно из правой части рис. 4, ритм АСМТ у цыплят появляется в основном благодаря повышению ночного уровня. Следует отметить, что если бы появление ритма в таком органе, как эпифиз, зависело только от взаимной синхронизации уже ритмичных компонентов (например, клеток), то происходило бы одновременно снижение нижнего уровня и повышение верхнего.

Поскольку у крысы ритм активности АСМТ появляется еще до полного морфологического созревания супрахиазменного ядра [51], завершение закладки синапсов в этом ядре, видимо, несущественно для его участия в создании циркадианных ритмов.

Изложенная схема развития ритмичности в эпифизе крысы является, конечно, упрощенной. Хотя было показано, что ритм АСМТ в эпифизе новорожденных крысят зависит, как и у взрослых животных, от симпатической иннервации [44], есть данные о том, что такой зависимости нет в случае ритма серотонина [57, 58]. Кроме того, судя по недавно полученным данным, ритм серотонина сохраняется в эпифизе новорожденного крысенка in vitro по крайней мере сутки, но исчезает в эпифизе от взрослой крысы [14]. Эта возможная утрата автономной ритмичности в процессе развития и переход к зависимости от центрального колебателя могла бы служить примером общего направления онтогенеза (а также филогенеза) циркадианной системы, которое состоит в прогрессирующей централизации механизмов контроля.

Развитие ритмичности надпочечников. На рис. представлены результаты двух исследований, касающихся развития разницы между утренним и вечерним уровнями кортикостерона в плазме у крыс. Подобно ритму активности АСМТ в эпифизе, ритм кортикостерона появляется в результате одновременного падения утренних значений и нарастания вечерних. Как показано в этих и других исследованиях (см., например, [91]), ритмич Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Онтогенез циркадианных ритмов _ Рис. 5. Развитие ритма концентрации кортикостерона в плазме кровн у крыс.

Белые кружочки — утро, черные — вечер. Содержание гормона выражено в процентах к среднесуточной величине в день, указанный стрелкой. Этот день последний, когда еще не выявлялось заметного ритма.

ность в надпочечниках складывается значительно позже, чем в эпифизе.

Хотя развитие оси гипоталамус — гипофиз — надпочечники изучено довольно подробно, мы еще не знаем, какое физиологическое событие завершает процесс созревания, ведущий к появлению ритмичности. Информационные каналы этой оси (по крайней мере те, которые действуют при стрессе) развиваются раньше, чем ритмичность [38, 52, 54]. Кроме того, если ритмы эпифиза и надпочечников определяются одним и тем же нейронным колебателем (например, супрахиазменными ядрами [64]), то развитие ритма надпочечников вряд ли лимитируется созреванием этого колебателя. Данные об онтогенезе ритма кортиколиберина [42] наводят на мысль, что ритмичность в оси гипофиз — надпочечники зависит от созревания циркадианных осцилляторов, периферических по отношению к центральному колебателю.


Процесс развития ритмичности в этой оси весьма сложен, и на него могут влиять как внутренние, так и внешние факторы. Рэмели [78] описал у крыс-самок изменения ритма кортикостерона, затрагивающие форму, амплитуду и фазу относительно цикла освещения. Эти изменения начинаются с момента появления ритма около 18-го дня [76] и продолжаются до полового созревания [78]. Кроме того, развитие ритмичности надпочечников может быть ускорено электрошоком [1| или инъекциями тироксина {50] в первые дни после рождения;

его мож Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

302 _ Глава но также подавить или замедлить, воздействуя на новорожденных кортикостероидами или АКТГ [47, 56, 61, 92].

Хотя ритмы кортикостерона плазмы и кортиколиберина сразу после своего появления развиваются параллельно [39], в период полового созревания ритм кортиколиберина претерпевает изменение фазы, а ритм кортикостерона — нет [42]. Это изменение фазы, так же как и увеличение амплитуды ритма кортикостерона [18, 86], особенно выражено у крыс-самок, что приводит к стойким половым различиям. Возможная причинная связь между половым созреванием и ритмичностью надпочечников рассмотрена в работе Рэмели [78].

Изменение фазы, в процессе развития. Наряду с ритмом кортиколиберина и некоторые другие ритмы претерпевают разительные изменения фаа в ходе развития. Два из них, а именно ритмы тирозинаминотрансферазы в печени [43, 94] и прибавления в весе [53], примерно в конце периода вскармливания матерью совершают инверсию фазы на 180°, возможно, из-за перемены режима питания. Ритмы серотонина [3, 69] и ацетилхолинэстеразы [62, 66] в мозгу проявляют если не инверсию, то по крайней мере значительный сдвиг фазы, но несколько позже, в связи с развитием ритма подвижности.

Ни значение, ни механизмы этих изменений до сих пор не ясны;

неизвестно, влияют ли они на другие процессы развития, и нет данных о каких-либо последствиях нарушения нормального хода событий.

Развитие циркадианной системы Если мы осознали, что циркадианная система, как и вся организация жизнедеятельности во времени, претерпевает развитие, то неизбежно встает решающий вопрос: чем определяется специфическая структура программы, лежащей в основе всего бесконечного разнообразия наблюдаемых ритмов?

Или, проще говоря, почему события происходят в определенное время? Вопросы типа «Почему животное ведет ночной, а не дневной образ жизни?» или «Почему уровень кортикостерона в плазме достигает пика именно в это время суток?» требуют ответов не только в функциональном плане, но и в плане развития. Они подобны морфологическим вопросам, например:

«Почему хрусталик образуется именно в этом участке эктодермы? Можно ли считать, что зрелая временная организация— это свойство наследственно детерминированной системы, или же в ее формировании участвует и внешняя среда?»

Очевидно, что ответ на этот вопрос может включать одновременно обе альтернативы. Как и в случае морфологического развития, система здесь, вероятно, принимает свою окончательную форму в результате постоянного взаимодействия ее частей.

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Онтогенез циркадианных ритмов В предыдущих разделах мы не обсуждали вопрос о развитии циркадианного колебателя. Свойства колебателя, такие как свободнотекущий период, лабильность или механизм захватывания, в период развития не исследовались, и остается неясным, в какой мере упомянутые выше изменения фаз наблюдаемых ритмов отражают изменения стоящих за ними колебателей. Составной (многоосцилляторный, см. [72] ) колебатель, вероятно, представляющий собой популяцию взаимодействующих нейронов, должен проходить некоторый, пусть короткий, этап развития.

Одним из подходов к пониманию этого развития может быть изучение факторов, которые на него влияют. Этот подход будет использован в следующем разделе, где рассмотрены факторы среды, возможно существенные для развития временной организации.

Роль внешней среды в онтогенезе ритмов Хотя циркадианные ритмы эндогенны, они поддаются захватыванию колебаниями различных параметров среды;

реакция циркадианной системы на внешние воздействия составляет существенную часть ее механизма. Даже совсем малое возмущение в среде (скажем, вспышка света [71]) может вызвать длительное изменение в циркадианной системе, например изменить ее свободнотекущий период. Однако неизвестно, в какой мере внешняя среда способна влиять на процесс развития циркадианной системы.

Циклы освещения Животным вовсе не обязательно подвергаться действию суточных циклов освещения во время развития, чтобы в зрелом возрасте проявлять циркадианные ритмы. Формирование нормальной ритмичности в условиях постоянного света (СС) или постоянной темноты (ТТ) было продемонстрировано у грызунов [4, 15, 79], кур [5], ящериц [40] и человека [59, 60]. В других работах было показано, что крысы, выросшие при постоянном освещении, попадая затем в условия чередования света и темноты, обнаруживают циркадианную ритмичность с нормальными фазами, т. е. с активностью в ночные часы [77, 84, 101]. Таким образом, врожденной оказывается не только сама ритмичность, но и общий механизм захватывания.

Тот факт, что у младенца (см. рис. 1) проявляется свободнотекущий ритм при регулярных циклах освещения, еще раз указывает на независимость развивающейся циркадианной системы от среды.

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

304_ Глава Рис. 6. Свободнотекущий период ( ), который измеряли с 10-дневнымн интервалами после перехода к постоянной темноте (ТТ) после циклов СТ с периодами Т, отличными от 24 ч [22]. Белые кружки — средние величины для мышей (n=16), находившихся с момента зачатия на режиме с Т— 20 (СТ 11,67:8,33);

черные кружки — то же для мышей при режиме с Т=28 (СТ 16,33:11,67). Вертикальные отрезки — стандартные ошибки средних.

Все мыши и их матери были захвачены циклами с периодами, не равными 24 ч.

Между тем нельзя все же считать доказанным, что циклы освещения совершенно не влияют на развитие циркадианных ритмов. Хотя в экспериментах Хофмана [41] выращивание ящериц при 18- и 36-часовых «сутках» не сказывалось на свободнотекущем периоде у взрослых животных, влияние подобных циклов освещения может зависеть от того, было ли достигнуто захватывание на какой-то критической стадии развития;

по существу, неизвестно, удавалось ли в этих экспериментах захватывать циркадианные ритмы ящериц.

Показано, что выращивание мышей при циклах СТ с периодом 21 ч приводит к более быстрому захватыванию ритмов по сравнению с животными, с самого начала находившимися на [48]. По другим данным, обычном суточном режиме выращивание крыс при 27-часовых «сутках» изменяло последующий свободнотекущий период [16], хотя не ясно, не был ли этот эффект лишь временным, подобно известным «последействия» [71] при захватывании ритмов у эффектам взрослых животных. Как видно из рис. 6, по крайней мере у одной линии мышей выращивание Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Онтогенез цйркадианных ритмов_ 305»

при 20- и 28-часовых «сутках» оказывает лишь временное влияние на свободнотекущий период циркадианного колебателя, задающего ритм подвижности. Тем не менее ввиду сложности механизмов захватывания у грызунов [72] не исключено, что для некоторых видов в известной мере необходима «тонкая настройка»

циркадианной системы внешними циклами.

У человека появление циркадианной ритмичности, видимо, в большей мере зависит от уровня зрелости младенца, чем от времени с момента рождения и от длительности пребывания в цикличной среде. У недоношенных детей ритмичность развивается позже [37].

Мать как циркадианный времязадатель У крыс материнское поведение, несомненно, ритмично, хотя выраженность (амплитуда) этих ритмов меняется по мере развития детенышей [3, 49]. Не исключено, что ритмы матери подстраиваются под развивающиеся ритмы крысят. Вместе с тем было показано, что крыса-мать сильно влияет на их суточные ритмы прибавки в весе, причем не только в тот период, когда она определяет режим их питания, но и после перехода их на твердую пищу [53]. С другой стороны, неизвестно, действительно ли мать захватывает циркадианные ритмы питания крысят, или она каким-то иным образом влияет на время их кормления. Дегучи [24, 25] показал, что крыса не захватывает, но может изменять ритм активности АСМТ в эпифизе своих детенышей [24, 25]. Хотя кормящая мать не навязывает свою фазу детенышам, которые пребывают после рождения в постоянной темноте, она может воздействовать на фазы их ритмов относительно циклов освещения. Наблюдавшаяся синхронизация свободнотекущих ритмов детенышей при постоянной освещении [24, 91] могла быть обусловлена влиянием матери, пренатальных циклов освещения, самого факта рождения или какого-то сочетания этих факторов, а также взаимодействием крысят в гнезде. Вопрос о том, насколько сильным принудителем может быть материнское поведение и в какой мере ритмы детенышей и матери приспосабливаются друг к другу, остается открытым.

У человека главные факторы среды, в которую попадает новорожденный, — это уход и кормление. Эта забота о ребенке может осуществляться согласно строгому распорядку, с очевидными последствиями для режима сна и бодрствования [35, 59], или же свободно — в соответствии с требованиями малыша.

Сэндер и др. [83] изучали влияние различных методов ухода за новорожденными на их ритмы сна и бодрствования. Оказалось, что в условиях яслей, где малышам уделяют меньше Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

306 _ Глава 12_ внимания и соблюдается общий режим кормления, циркадианные ритмы появляются быстрее, чем в случае, когда за ребенком ухаживает одна постоянная няня. Кроме того, в последнем случае ритмы сна в целом менее регулярны, чем при уходе, осуществляемом родной матерью. Появление регулярных циркадианных или ультрадианных ритмов может зависеть от степени взаимного приспособления ритмов младенца и того, кто за ним ухаживает.

Не исключено, что синхронизация ритмов матери и ребенка начинается еще до рождения, хотя на этот счет нет бесспорных данных [90].

Внутренняя среда Мы уже говорили о влиянии кортикостероидов и тироксина «а развитие циркадианных ритмов у крыс. Относительно других гормонов, особенно половых стероидов, имеются лишь косвенные данные. Описан, например, половой диморфизм ритмов по амплитуде и фазе [18, 42, 76, 93];

хорошо известна общая роль половых гормонов в дифференциации полов [31]. Есть данные о том, что половой диморфизм может затрагивать свойства колебателя, задающего ритмы подвижности у хомячков (например, верхний предел захватывания) [23] ;

при этом половые различия сохраняются у кастрированных взрослых животных, что говорит о ранней дифференциации. У крыс описан половой диморфизм супрахиазменных ядер, хотя степень его зависимости от половых гормонов остается неясной [19, 31, 68].

Моско и Мур [68] исследовали общую пластичность функции, предположительно выполняемой супрахиазменными ядрами;

они показали, что разрушение этих ядер у новорожденных крысят навсегда исключает их функцию в циркадианной организации [68].

Таким образом, эта функция, в отличие от функций других областей мозга [89], совершенно не восстанавливается. Кроме того, без супрахиазменного ядра не развивается ретиногипоталамический тракт. До сих пор не ясно, влияет ли ранняя деафферентация этих ядер (например, при ослеплении) на их морфологию, а также на другие элементы или свойства адркадианной системы (если не считать утраты захватывания) [51,87,96].

Старение Циркадианная организация, несомненно, изменяется с возрастом [17];

чаще всего это проявляется (как и в процессе развития) в изменении амплитуды ритмов. По мере старения амплитуда снижается и ритм может даже исчезнуть, обычно в результате постепенного снижения пиков. Это можно видеть на примере ритмов температуры тела у мышей и крыс [99], аудиогенных судорог [35] и потребления кислорода [80] у мышей, а Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

Онтогенез циркадианных ритмов 307" также ритмов гормона роста [20, 29], тестостерона и лютеинизирующего гормона [13, 45] и экскреции калия [55] у человека. В отличие от этого амплитуда ритма кортизола в плазме может оставаться неизменной [86]. В процессе старения наблюдается ряд изменений в картине сна [95]: возрастает доля сна в дневное время и частота прерывания ночного сна;

смещается фаза ночного сна, что проявляется в более раннем пробуждении утром.

Помимо таких изменений отдельных ритмов еще больший интерес представляет повышение с возрастом вероятности спонтанной внутренней десинхронизации [98]. Ашофф и др. [6] показали, что ритмы температуры тела и сна — бодрствования у человека в постоянных условиях могут переходить к свободному бегу с разными циркадианными периодами [6]. Возрастное распределение случаев такой внутренней десинхронизации асимметрично и отклоняется в сторону пожилого возраста по сравнению с распределением случаев более обычного синхронного состояния [98]. Видимо, способность циркадианной системы поддерживать согласованность может изменяться с возрастом, что ведет к изменению фазовых отношений между ритмами и снижению способности приспосабливаться к новым (например, к сдвигу фазы). Предположения о режимам подобных возрастных изменениях у человека или животных [34, 82], но без достаточного высказывались неоднократно обоснования фактами. Между тем есть данные о том, что у более старых крыс смещение фазы происходит медленнее [26, 74]. Кроме того, у крыс на протяжении жизни меняются фазовые отношения между ритмами ацетилхолина, ацетилхолинэстеразы и холинацетилазы в центральной нервной системе, а также фазы этих ритмов относительно циклов освещения [63]. Как отмечал Вивер [98], изменения в циркадианной системе человека, возможно, частично обусловлены отсутствием в старости социальных контактов и жесткого режима, которые обычно выступают в роли принудителей [98].

Питтендрих и Дан [70] показали, что сам циркадианный колебатель может меняться с возрастом [70]. Они наблюдали сокращение свободнотекущего периода ритма подвижности у мышей и хомячков, причем не только при наступлении старости, но у хомячков также вскоре после полового созревания на протяжении всего репродуктивного периода жизни. Это означает, что старение в случае внутреннего колебателя представляет собой процесс, охватываюший весь онтогенез организма. Каковы последствия такого изменения периода для всей циркадианной организации, пока не известно;

возможно, что оно приводит к внутреннему рассогласованию, а также к изменению взаимоотношений животного со средой.

Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

308 Глава 12.

Вопрос о том, является ли возрастное изменение циркадианной системы причиной или следствием снижения жизнеспособности,— это часть более широкого вопроса о значении временной организации жизнедеятельности для общего благополучия организма. Относительно животных наиболее прямые данные об этом получены на насекомых, у которых изучали зависимость длительности жизни от состояния циркадианной системы [8, 73, 81, 97]. В этих исследованиях экспериментаторы нарушали циркадианную организацию у мух — содержали их в условиях постоянного освещения или при световых циклах с периодами, отличными от 24 ч (у человека такой режим вызывает внутреннюю десинхронизацию [7, 98]), а также смещали фазу 24 часового цикла освещения каждые две недели (имитация перелетов в широтном направлении). Во всех случаях продолжительность жизни мух сокращалась. Кроме того, результаты экспериментов с несуточными режимами освещения, несмотря на вредное действие таких условий, позволяют думать, что длительность жизни (так же как и продолжительность беременности у мышей — см. первый раздел этой главы) не измеряется числом циркадианных циклов, а зависит от скорости какого-то непрерывного онтогенетического процесса.

Перспективы Циркадианная система, составляющая основу временной структуры организма, изменяется на протяжении всего онтогенеза.

Особенно четко продемонстрировано появление ритмов в период развития, тогда как изменения их в последующий период и при старении мало изучены. Дальнейший прогресс в понимании природы временной организации и ее онтогенеза в конечном итоге будет зависеть от познания циркадианной системы, в особенности устройства колебателя и механизмов связи между осцилляторами.

Уже заложена, однако, достаточная основа для плодотворного изучения онтогенеза отдельных звеньев циркадианной организации. Примером могут служить данные об эпифизе и супрахиазменных ядрах млекопитающих, а также детальный (хотя пока чисто описательный) анализ взаимоотношений между двумя или несколькими ритмами на протяжении всей жизни организма.

Такие проблемы, как природа циркадианной организации в старости, а также выявление факторов, влияющих на ход событий в периоды развития и старения, требуют самого пристального внимания.

По мере расширения и углубления исследований в области циркадианных ритмов онтогенетические вопросы будут приобретать большую определенность как в узкоспециальном, так и в более общем плане. С медицинской точки зрения открытие Биологические ритмы. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.— 414 с.

_ Онтогенез циркадианных ритмов фактов возрастного изменения временной организации означает, что изменяется и оптимальное время суток для лечебных воздействий. Кроме того, вредные последствия нарушений временной организации зависят от возраста и в глубокой старости, возможно, становятся критическими. В более широком плане, однако, еще важнее понимать механизмы циркадианного контроля, так как жизненные функции на всех уровнях имеют суточную составляющую. Такое понимание, включающее должную оценку роли временной организации во «внутреннем хозяйстве» живых систем, будет зависеть от познания как филогенетических, так и онтогенетических истоков циркадианной ритмичности.

Благодарность Эта глава посвящается профессору Колину Питтендриху по случаю его 60-летия как выражение моей признательности за то, что он ввел меня в экспериментальную науку и в область циркадианных ритмов. Я хотел бы также поблагодарить Джейн Кана за ее участие в работе над обзором литературы.

Литература 1. Ader R. Early experiences accelerate maturation of the 24-hour adrenocortical rhythm, Science, 163, 1225—1226 (1969).

2. Allen C., Kendall J. W. Maturation of the circadian rhythm of plasma corticosterone in the rat, Endocrinology, 80, 926—930 (1967).

3. Asano Y. The maturation of the circadian rhythm of brain norepinephrine and serotonin of the rat, Life Sciences, 10, 883—894 (1971).

4. Aschoff J. Tagesperiodik von Musestmmen unter konstanten Umgebungsbedingungen, Pflugers Archiv fur die Gesamte Physiologie, 262, 51—59 (1955).

5. Aschoff J., Meyer-Lohmann I. Angeborene 24-Stunden-Periodik bein Kucken, Pflugers Archive, 260, 170—176 (1954).

6. Aschoff J., Gerecke U., Wever R. Desynchronization of human circadian rhythm, Japanese J. of Physiology, 17, 450—457 (1967).

7. Aschoff J., Pppel E., Wever R. Circadiane Periodik des Menschen unter dem Einfluss von Licht-Dunkel-Wechseln unterschiedlicher Perioden, Pflugers Archive, 306, 58—70 (1969).

8. Aschoff J., Paul U. von, Wever R. Die Lebensdauer von Fliegen unter dem Einfluss von Zeitverschiebungen, Naturwissenschaften, 58, 574 (1971).



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 13 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.