Появление БР в онтогенезе связано с созреванием различных структур, при этом наблюдается иерархия ритмов: некоторые структуры мозга являются пейсмекерами - генераторами ритмов, участвующими в согласовании многих эндогенных БР между собой и с внешними ритмами; многие органы и структуры имеют собственные ритмы, которые согласованно и сопряжено с другими ритмами участвуют во временной организации системы БР [6,9].
Установлена автономная генерация ритмов ядер Гт, срезов различных отделов мозга, клеток эпифиза, сердца и других органов [9,14]. Много данных указывают на то, что ведущую роль во временной организации всех БР играют суточные колебания активности нервной и эндокринной систем [6,10,14]. При этом многие БР являются циркадианными (ЦР) с периодами от 20 до 28 час (например, ритм температуры тела человека 25 час). Биохимические циклы, околочасовые ритмы синтеза белка, ритмы митозов, сердечный ритм и другие определяются скоростью биологических процессов [7,8]. При этом наблюдается синхронизация околочасовых ритмов синтеза белков и клеточных популяций в органах [7]. Механизм такой синхронизации не до конца ясен. Можно предположить, что ритмы этих процессов выработались в эволюции под влиянием околочасовых ритмов центральных ритмоводителей. Некоторые циклы обратимы (автоколебания в биохимических системах, циклы обменных процессов и превращения энергии). Однако временная организация клеток, органов и систем подчиняется биологической стратегии онтогенеза (морфогенез, созревание и т.д.) и внешним ритмам (24 час, сезонным и др.). Поэтому необратимое изменение структур и биологических процессов в онтогенезе еще до старения приводит к изменению БР. Установлено снижение с возрастом амплитуды околочасовых ритмов и интенсивности синтеза белка у животных, что проявляется в недостаточном обновлении тканей [8]. Для большинства БР (гормонов, ритмов митозов, активности ферментов и др.) характерно увеличение периодов (уменьшение частоты) в онтогенезе, особенно при старении; некоторые БР имеют полифазный характер (2 и более акрофаз), который в онтогенезе меняется на однофазный [6]. При воздействии внешних факторов БР проявляют большую мобильность, сдвиги фаз и изменение амплитуд.
Для выяснения механизмов синхронизации и десинхронизации БР в онтогенезе требуется анализ БР самих пейсмекеров.
Анализ БР с т.з. волновых процессов усложняется тем, что эндогенные ритмы имеют нерегулярный и околопериодический характер. Наиболее обоснованной считается мультиосцилляторная гипотеза организации системы БР - наличие нескольких независимых пейсмекеров, среди которых выделяются два: 1-й контролирует ритм температуры тела, 2-й - ритм сон-бодрствование, и другие связанные с ними БР [2]. Многие факты указывают на лидирующую роль в системе БР млекопитающих СХЯ, которые обеспечивают согласование по частоте и фазе БР большинства систем организма между собой и ЦР свет- темнота, сон- бодрствование [6,9,14]. Вопрос о том как СХЯ согласует БР в онтогенезе остается открытым.
Для анализа БР важно разделить онтогенез на период развития до зрелости и после него. Критическим переходным моментом здесь является половое созревание (ПС) организма. Происходит половая дифференцировка по мужскому и женскому типу различных органов и систем [3-5,12]. При этом ведущим процессом здесь является половая дифференцировка мозга.
Ключевую роль в этих процессах, а также в нормальном функционировании организма в целом, начиная с оплодотворения, в развитии и старении играют половые гормоны [4,12]. В раннем постнатальном периоде происходит созревание СХЯ и возникают многочисленные физиологические ритмы, согласованные с СХЯ [9,12,14]. Окончательно система БР формируется к моменту ПС.
Известно, что у человека и животных СХЯ гетерогенны по клеточному составу, характеризуются зональностью распределения разных нейропептидсодержащих клеток и обладают функциональной гетерогенностью [9]. Через ретино-гипоталамический тракт СХЯ получают информацию о внешней освещенности, в соответствии с которой обеспечивают синхронизацию ЦР, согласование частоты и фазы БР [6]. От СХЯ идут эфферентные проекции к аркуатному (АркЯ), паравентрикулярному (ПВЯ) и другим ядрам Гт, ответственным за выделение гипофизарных гормонов, а также к более чем 20 отделам мозга [2,9,14]. АркЯ и преоптитческая область (ПОО) Гт у самок крыс являются соответственно тоническим и циклическим (эстральным) центрами стимуляции выделения ЛГ и ФСГ гипофизом. Аксоны нейронов ПОО идут к АркЯ, в котором происходит суммарное возбуждение от двух ядер [3,5]. Основным местом синтеза ЛГ-РГ и ФСГ-РГ и депо различных нейрогормонов является срединное возвышение Гт, к которому проецируются аксоны СХЯ, АркЯ, ПВЯ, СОЯ и других ядер Гт, и которое обеспечивает поступление нейрогормонов в портальную систему гипофиза [5,6,9,14]. Половые гормоны включаются в систему регуляции по принципу обратной связи через
АркЯ и гипофиз.
Установлено, что нейроны СХЯ обладают автономной спонтанной активностью с частотой 1-20 имп/с, регистрируемых в виде отдельных разрядов, пачек и групп импульсов с разными периодами между пачками импульсов [2]. Принято считать, что в СХЯ источником ритма являются пейсмекерные клетки, в которых периодически возникают деполяризация и гиперполяризация мембран [9].
Пейсмекерная активность СХЯ имеет четкую суточную динамику, однако акрофазы распределяются в разные часы суток. Установлено, что каждый нейрон-пейсмекер генерирует циркадную активность своего периода в интервале 16-36 ч [11]. В процессе развития СХЯ превращаются в функциональную сеть нейронов, в формировании которой первостепенное значение отводится мелатонину эпифиза, рецепторы которого обнаружены на нейронах-пейсмекерах СХЯ в достаточно высокой плотности, а также серотонину [11]. Нервные волокна серотонинергического происхождения буквально пронизывают СХЯ. Большинство нейронов (85%) АркЯ и ПОО, как эндогенных генераторов, имеют фоновую активность в виде пачек 3-25 имп/с [4,23]. При этом у большинства нейронов распределение разрядов в пачке взаимозависимо и не имеет случайного распределения. Пачки и группы импульсов имеют четкий регулярный периодический характер.
В плазме крови взрослого человека и многих видов млекопитающих наблюдаются ЦР концентрации гормонов СТГ, ТТГ, ЛГ, ФСГ, пролактина и др. Характерно, что на кривых ЦР этих гормонов регистрируются и четкие пики с периодами между ними от 1,5 до 3 час [10, 24]. С этими же периодами ядра Гт, ответственные за выделение этих гормонов, проявляют повышенную электрическую активность в виде пачек импульсов за счет включения большого числа резервных нейронов и увеличения числа разрядов в пачке, с последующим выбросом соответствующих нейрогормонов Гт [24].
Есть основания полагать, что частотно- кодируемое управление этими процессами исходит из СХЯ при совпадении одной из частот повторения пачек импульсов в СХЯ с частотой пачек в одном из ядер. Так, среди ядер Гт АркЯ и ПОО имеют отношение к ПС. В опытах на крысах установлено, что интегральная циркадная активность нейронов СХЯ и ПОО практически совпадает, демонстрируя синхронизацию нейронной активности этих осцилляторов по частотам, фазам и периодам ЦР [27]. АркЯ, ответственное за синтез и секрецию ЛГ-РГ, имеет связи с ПОО и с СХЯ. При этом АркЯ под влиянием ПОО проявляет суммарную активность нейронов этих ядер, что отражается на плавном характере ЦР ЛГ-РГ и ЛГ, ФСГ. При взаимодействии с СХЯ АркЯ выдает большие по амплитуде, резонансные, пики ЛГ-РГ, которые регистрируются большими импульсами, наложенными на плавные изменения ЦР ЛГ-РГ, большими пиками на ЦР Лг гипофиза и повышением уровня половых гормонов в крови в 100-1000 раз по сравнению с фоновым уровнем (без влияния СХЯ) [24]. Здесь имеет место амплитудная модуляция пульсовой секреции нейрогормонов.
Ранее нами было показано, что старение начинается с ПС, а ПС является следствием резонансного процесса при совпадении частот импульсов СХЯ и АркЯ [15]. Обосновано это тем, что у взрослого человека и животных были обнаружены ритмы секреции ЛГ с периодом между пиками 1,5 час, а также соответствие их 1,5 час ритмам ЛГ-РГ гипоталамуса. Установлено, что ритмы ЛГ являются следствием регулярного повышения электрической активности АркЯ, ответственного за освобождение ЛГ-РГ у человека. Разряды нейронов АркЯ во время ПС имеют относительно стабильную частоту 0,67 пачек в час (период между пачками 1,5 час), фоновая амплитуда которых недостаточна для освобождения ЛГ-РГ[24].
Одним из ритмов СХЯ является генерация пачек по 20-30 имп/с с частотой 0,67 пачек в час, которая не изменяется от рождения до ПС. Согласно теории колебаний, повышение электрической активности АркЯ обусловлено синхронным взаимодействием, совпадением частот, этого ведомого осциллятора с СХЯ как принудителем, т.е. фазовой модуляцией, вследствие чего в АркЯ возникают резонансные процессы, которые выражаются в резком повышении частоты потенциалов действия в виде пачки импульсов без изменения амплитуды. Есть основания полагать, что эти процессы связаны с включением большинства резервных нейронов АркЯ, вследствие чего происходит выброс ЛГ-РГ из Гт в портальную систему гипофиза, передний фронт которого соответствует выбросу ЛГ в кровь [22,24]. Аналогичный резонансный процесс был четко зарегестрирован у крыс при синхронном взаимодействии пачковых разрядов окситоцинергических нейронов ПВЯ и супраоптического ядер при участии СХЯ, в результате которого в сотни раз увеличивалось выделение окситоцина и молока [24]. Импульсы окситоцина наблюдались во время фазы медленного сна матери. В отличие от ЛГ-РГ импульсы выделения окситоцина следовали на большей частоте. Эти и другие данные указывают на то, что в контроле за периодом следования пачек импульсов могут подключаться, кроме СХЯ, другие ядра Гт и другие структуры мозга (в частности ответственные за фазы сна днем).
См. также:
Роль биоритмов в процессе развития
Роль биоритмов в процессе старения
Синхронизация ритмов и повышение резервов организма
Продление жизни
Литература
Обсудить на форуме
