Нобелевскую премию по физиологии и медицине в нынешнем году получили американские генетики Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг — за исследования, показывающие колоссальную роль биоритмов в нашей жизни.
Самоё понятие биологических ритмов, или биоритмов (от греческого βίος — bios, «жизнь» и ῥυθμός — rhythmos, повторяющееся движение, ритм),означает периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений. Давно доказано, что они свойственны живой материи на всех уровнях её организации — от молекулярных и субклеточных до биосферы. Биоритмы являются фундаментальным процессом в живой природе.
Наука, изучающая роль фактора времени в осуществлении биологических явлений и в поведении живых систем, получила название биоритмологии. Это одно из направлений, сформировавшихся в 1960-е гг. в соответствующих раздел биологии — хронобиологию. На стыке биоритмологии и клинической медицины находится так называемая хрономедицина, изучающая взаимосвязи биоритмов с течением различных заболеваний, разрабатывающая схемы лечения и профилактики болезней с учетом биоритмов и исследующая другие медицинские аспекты биоритмов и их нарушений.
Биоритмы делятся на физиологические и экологические. И, если физиологические биоритмы описаны достаточно хорошо, то экологические, или адаптивные, до сих пор изучены недостаточно. Сюда относятся периодичность изменения освещенности, температуры, влажности, геомагнитного поля и других параметров окружающей среды, обусловленных движением Земли и Луны вокруг Солнца, что позволяет живым системам в процессе эволюции выработать стабильные и устойчивые к внешним воздействиям программы.
Ученые давно высказывали предположение, что способность приспосабливаться к такого рода изменениям окружающей среды закреплена в генетической программе человека и других живых существ. По сути, нынешние исследования доказали это предположение.
История открытия
Первые систематические научные исследования в этой области начали проводиться в начале XX века, в том числе российскими учеными И.П. Павловым, В.И. Вернадским, А.Л. Чижевским, а затем продолжены советскими учёными Ф.И. Комаровым и С.И. Рапопортом.
В издательстве МИА была издана замечательная книга под ред. С.А. Рапопорта, В.А. Фролова и Л.Г. Хетагуровой «Хронобиология и хрономедицина».
Во вводной статье автор пишет: «Со времени первого издания руководства «Хронобиология и хрономедицина» прошло 10 лет. За это время многое изменилось как в представлении о проблеме, так и в практической реализации теоретических разработок. Так, достигнуты серьезные успехи в понимании ритмической структуры организма, многочисленные исследования во многом прояснили роль эпифиза и продуцируемого им гормона мелатонина; подробно изучены различные типы биологических ритмов: околочасовые, циркадианные, сезонные, многолетние; дальнейшее развитие получили математические методы в хронобиологии и хрономедицине. В практическом плане сейчас, например, трудно себе представить клинику без внедрения достижений хрономедицины — холтеровского мониторирования, суточного мониторирования АД и рН желудочного сока. Точная диагностика и лечение ряда заболеваний сердечно-сосудистой системы и желудка невозможны без этих исследований. Разработано новое направление —биоритмологическое биоуправление, на основе которого создано принципиально новое поколение приборов, с большим успехом применяемое для диагностики и лечения различных заболеваний. Разработаны проблемы хронофармакологии и хронотерапии, биологических ритмов у новорожденных, космической биоритмологии и т.д».
Однако, несмотря на многочисленные исследования, многое в биоритмологии оставалось непонятным.
От миллисекунд до нескольких лет
Известно, что диапазон периодов биоритмов чрезвычайно широк: от миллисекунд до нескольких лет. Их можно наблюдать в отдельных клетках, в целых организмах или популяциях.
По длительности протекания биоритмы делятся на основные категории:
Инфрадианные — ритмы длительностью больше суток. Классические примеры: впадение в зимнюю спячку или менструальные ритмы у женщин.
Лунные циклы, где наблюдается влияние на отлив и прилив морей и океанов. Психологи отмечают изменения в поведении некоторых людей, связанные с фазами луны.
Ультрадианные ритмы — ритмы длительностью меньше суток. Примеры: концентрация внимания, изменение болевой чувствительности, процессы выделения и секреции, цикличность фаз, чередующихся во время сна.
И, наконец, циркадные, или суточные ритмы, занимающие центральное место среди ритмических процессов всего живого.
Такие ритмы обнаружены у всех представителей животного царства и на всех уровнях организации. В опытах на животных установлено наличие ЦР двигательной активности, температуры тела и кожи, частоты пульса и дыхания, кровяного давления и диуреза. Суточным колебаниям оказались подвержены содержания различных веществ в тканях и органах, например, глюкозы, натрия и калия в крови, плазмы и сыворотки в крови, гормонов роста и др. По существу, в околосуточном ритме колеблются показатели эндокринные и гематологические, нервной, мышечной, сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем.
В этом ритме — содержание и активность десятков веществ в различных тканях и органах тела, в крови, моче, поте, слюне, интенсивность обменных процессов, энергетическое и пластическое обеспечение клеток, тканей и органов. Этому же ритму подчинены чувствительность организма к разнообразным факторам внешней среды и переносимость функциональных нагрузок. У человека выявлено около 500 функций и процессов, имеющих циркадную ритмику.
Немного мистики
Эти знания, как нередко случается со многими научными теориями, стали основой для появления псевдонаучных верований о влиянии биоритмов на судьбу человека. Появилось многочисленные предложения по дате рождения человека вычислить самые благоприятные и неблагоприятные «фазы» его жизни, дать ему рекомендации, что нужно и чего не нужно делать в тот или иной день. Нумерологические и астрологические аспекты биоритмологии во многом помешали её развитию в нашей стране как серьёзной науки. И по сей день хронобиология и хрономедицина в нашей стране, к сожалению, развиты недостаточно.
На уровне генома
Присуждение Нобелевской премии по физиологии и медицине за работу по раскрытию роли циркадных биоритмов, несомненно, внесло большое оживление в российском и мировом научном сообществе. По сути, раскрыты молекулярные механизмы, контролирующие циркадные ритмы — биологические закономерности, характеризующие процессы смены дня и ночи.
С помощью многочисленных исследований на животных американским ученым удалось обнаружить ген, контролирующий этот процесс. Сегодня известно, что этот ген кодирует белок, имеющий свойство накапливаться в клетках в течение ночи и разрушаться днём.
Затем им удалось выделить другие элементы, отвечающие за саморегуляцию «клеточных часов», и доказать, что биологические механизмы аналогичным образом работают практически у всех других многоклеточных организмов, включая людей.
Итак, сегодня можно считать доказанным, что внутри у каждого из нас «тикают» биологические часы, которые адаптируют нашу физиологию к разному времени суток. Именно от этого зависит наше самочувствие, поведение, метаболизм, уровень тех или иных гормонов в крови, температура тела и даже настроение. Механизм адаптации организма к изменяющимся условиям (его еще называют джетлаг) также работает на молекулярно-генетическом уровне. Он обнаружен у всех без исключения организмов, включая нас с вами.
И, хотя в ходе исследований удалось разобраться, как возникают и поддерживаются циркадные колебания, долгое время оставалось множество вопросов. Например, каким образом белок, образующийся в цитоплазме, добирается до ядра клетки с генетическим материалом? Что именно контролирует частоту циркадных колебаний?
В ходе многолетних исследований будущим нобелевским лауреатам удалось выявить ряд генов, отвечающих за образование белков, которые отвечали за обеспечение суточных процессов и приспосабливали организм к смене дня и ночи.
Это открытие можно считать революционным, поскольку открывает новые горизонты для лучшего понимания функционирования живых организмов, а значит, более успешного их лечения и профилактики возможных заболеваний. Ведь не секрет, что многие болезни возникают из-за неправильного образа жизни и, в том числе, нарушения естественных биологических процессов, когда адаптивные возможности организма оказываются ниже, чем хотелось бы. Вероятно, всё это станет ключом для новых открытий в области медицины. Хотя, как говорят сами лауреаты, «белых пятен» и тем для будущих исследований остаётся еще множество.
Более подробно о сути открытия можно почитать на сайте Нобелевского комитета.
Подготовила Наталия Лескова
