|
УЧАСТИЕ БИОРИТМОВ ОРГАНИЗМА В ПРОЦЕССАХ РАЗВИТИЯ И СТАРЕНИЯ. ГИПОТЕЗА РЕЗОНАНСА
В.Е.Чернилевский (Тюц К.В.)
Сборник МОИП №41. Секция геронтологии. М., 2008, с.123-139.
Ключевые слова: биоритмы, резонанс, радикальное продление жизни.
Проведен анализ системы биоритмов (БР) с т.з. волновых процессов в звене управ ления развитием и старением организма. Резонансное взаимодействие главного водителя БР - супрахиазматического ядра (СХЯ) и других ядер гипоталамуса выражается в совпадении пачек разрядов нейронов СХЯ и других ядер, вследствие чего возникаютмощные регулярные выбросы рилизинг- , тропных и половых гормонов. Ритмы СХЯ синхронизованы с 24 час внешним ритмом и относительно стабильны. Периоды между пиковыми ритмами других ядер естественно увеличиваются в процессе развития организма. В момент полового созревания эти частоты совпадают с частотой СХЯ, во всей системе БР происходит резонанс, что выражается в высокой жизнеспособности организма. Далее периоды ритмов ядер продолжают увеличиваться, они теряют резонансную связь с СХЯ, происходит десинхронизация БР, которая проявляется в возрастной патологии и старении организма.
Объяснен феномен 12-суточнных резонансных "биений" циркадианных БР животных и человека. Он связан с захватом свободнотекущих БР внешним 24 час ритмом. Период "биений" значительно превышает периоды колебаний, структура "биения" БР отличаются стабильностью.
Для синхронизации БР и повышения резервов организма использован принцип суперкомпенсации и 12-дневные циклы физических тренировок, питания, голодания, тренировок дыхания, терморегуляции, применения лекарственных средств и использования эффективных систем долголетия. Указанные приемы расширения резервов применяются днем в чередовании с замедлением обмена веществ ночью (способ гипобиоза), что является решающим фактором суперкомпенсации в замедлении старения и радикальном продлении жизни человека за видовой предел.
Цель данной работы - анализ механизмов участия системы биоритмов (БР) в процессах развития и старения организма и использования резонансных явлений в для активации резервов и продления жизни.
Можно считать, что различие в длительности жизни разных видов определяется скоростью обновления и старения организма в шкале соб ственного биологического времени, которое является интегральной характеристикой временной организации ритмов биологических процессов. Имеется много данных о том, что формирование и согласование всех показателей жизнедеятельности млекопитающих и человека определяется системой БР организма, которые находятся под контролем нескольких пейсмекеров: супрахиазмати ческое (СХЯ), преоптическое и другие ядра гипоталамуса (Гт), разные у разных видов. Многие вопросы происхождения, взаимодействия разных ритмов и организации системы БР мало изучены. Остаются неясными механизмы участия БР в процессах развития, старения, обновления, адаптации, причинно-следственные связи между ними и какие именно структуры имеют к этому отношение. Нами проведен анализ этих вопросов на основании известных, подтвержденных многими учеными, данных биоритмологии [6,9, 10,14, 19], который позволяет предложить гипотезу об участии главных водителей системы БР в процессах развития и старения организма.
СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ БИОРИТМОВ
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 сопряженно 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 элек трической 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, перед-
ний 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 ответственые за фазы сна днем).
РОЛЬ БИОРИТМОВ В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ
Установлено, что у человека в возрасте примерно 1,6 года повышается уровень ЛГ и происходят выбросы ЛГ небольшой амплитуды, которые имеют пульсирующий характер с частотой 1,33 пиков в час (период около 50 мин) [20]. При этом увеличивается и уровень половых гормонов [10]. Значительное увеличение амплитуды ЛГ особенно ночью наблюдается у слепых детей, ослепленных крыс и у животных, выращенных в темноте [17]. Установлено, что у генетически незрячих мышей не происходит нормального развития СХЯ [29]. При этом ЦР у них протекают быстрее, в т.ч. и пики следования ЛГ-РГ, что можно объяснить функцией АркЯ без связи с СХЯ. Механизм этого явления не выяснен. Известно, что у новорожденных сон полифазный и доля активного сна составляет 50%, а у взрослых 20-25% (6). При этом период чередования фаз сна у детей составляет 50 мин, а у взрослых 90 мин. Эти периоды соответствуют чередованию импульсов ЛГ с периодом 50 мин в возрасте 1,6 лет и 90 мин у взрослых. Поэтому можно допустить, что в запуске импульсов ЛГ-РГ ночью участвуют, кроме АркЯ и СХЯ, и другие отделы мозга, ответственные за ритмы медленноволновых фаз сна. В процессе развития увеличиваются периоды фаз сна и периоды БР. Такое замедление БР с возрастом было обнаружено у хомяков и крыс [18,23].
У человека к 5 годам, импульсы ЛГ исчезают и появляются вновь перед ПС ночью с частотой 0,67 имп/час, а после ПС и днем [21]. Это можно объяснить с т.з. теории колебаний. Известно, что регулярные ритмы с основной частотой fo имеют гармоники f1, f2,…, кратные fo. Так как основная частота СХЯ fo=0,67 пачек/час, то 1-й гармоникой будет f1=1,33. Основная частота АркЯ в возрасте 1,6 лет равна 1,33 пачек/час. При совпадении 1-й гармоники СХЯ с основной частотой АркЯ будет происходить резонансное увеличение активности АркЯ с частотой 1,33. При превышении этой активности порогового значения должен происходить небольшой выброс ЛГ-РГ, выделение ЛГ и половых гормонов. Далее с возрастом, к 5 годам, частота пачек АркЯ уменьшается, а частота СХЯ не меняется. Поэтому резонансные явления не происходят, пики ЛГ-РГ отсутствуют и уровень гонадотропинов уменьшается. Экспериментальные и клинические наблюдения подтверждают, что СХЯ, а не гипофиз и гонады сдерживают ПС в этот период, т.к. это ингибирование происходит у гонадэктомированных животных. Перед ПС основная частота импульсов АркЯ, уменьшаясь, приближается к частоте СХЯ 0,67 пачек/час и резко повышается резонансная активность АркЯ с выбросом ЛГ-РГ ночью с периодом 70-90 мин [6]. Т.о. можно объяснить повышение амплитуды ЛГ во время сна в возрасте 1,6 лет, перед ПС и у слепых людей и животных.
Здесь ставится под сомнение общепринятое мнение, что ночное повышение уровня мелатонина эпифиза сдерживает ПС, т.к. при этом импульсы ЛГ происходили бы днем, а не ночью. Известно, что максимальная секреция и других тропных гормонов гипофиза происходит ночью, а на кривых БР этих гормонов во время медленной фазы сна появляютя пики с периодом между ними 90 мин.
Во время ПС частоты ритмов СХЯ и АркЯ совпадают, резонансное увеличение амплитуды ритмов ЛГ-РГ достигает максимальных значений и ритмы ЛГ следуют ночью и днем. Дневное появление ритмов ЛГ можно объяснить тем, что к ПС происходит созревание ядер гипоталамуса и АркЯ может функционировать самостоятельно без СХЯ (хотя СХЯ усиливают эффект), т.к. неонатальное нарушение СХЯ не изменяет начала ПС [26]. Имеются отдельные наблюдения, что другие ядра взаимодействуют с СХЯ аналогично как и АркЯ, но на других частотах, а к моменту ПС эти частоты подстраиваются к частоте СХЯ (период между импульсами 1,5 час). В результате к ПС возрастают амплитуды импульсов всех нейрогормонов Гт с одной частотой, близкой частоте СХЯ, а также ЦР всех гормонов. Происходит резонанс во всей системе БР. У человека обнаружены 90-110 мин колебания различных показателей, связанные с фазами сна и обмена веществ (90 мин циклы сокращения желудка, циклы мочеотделения и др.) [6].
РОЛЬ БИОРИТМОВ В ПРОЦЕССЕ СТАРЕНИЯ
ПС является критическим периодом, завершением развития организма, после которого начинается перестройка системы БР. Имеются данные о том, что после ПС с возрастом частота пачек импульсов СХЯ мало изменяется, а частота пачек импульсов АркЯ и других ядер продолжает уменьшаться, они всё менее согласуются с частотой СХЯ, период ритмов увеличивается гетерохронно, что является характерным признаком старения организма. Можно считать, что асимметричное отклонение распределения БР в сторону пожилого возраста связано с асимметрией большинства БР, обусловленной особенностями биологических структур и процессов. Большинство неравновесных процессов асимметричны, поэтому происходит их дестабилизация и параметры организма отклоняются разнонаправленно от исходного состояния.
Большинство биологических процессов довольно жестко ограничены с одной стороны и менее жестко с другой. Например, отклонения частоты пульса, дыхания и уровень артериального давления ограничены нижним пределом, концентрация гормонов в крови снижается постепенно от пикового значения.
На основании этих данных нами была предложена гипотеза о механизме старения как следствии десинхронизации БР в онтогенезе [15]. В возрасте полового созревания БР многих физиологических процессов, концентрации гормонов в крови и нейромедиаторов в мозгу достигают оптимума и синхронности вследствие резонансных процессов при совпадении частоты импульсов СХЯ с частотой осцилляторов органов. Это проявляется в усилении функций организма, повышенной адаптации и жизнеспособности. После созревания у млекопитающих амплитуда большинства БР снижается, изменяются фазовые отношения между БР и их согласованнность, они приобретают свободный бег со сдвигом фаз в сторону пожилого возраста, вплоть до инверсии акрофаз ЦР (инсулина, тироксина, кортизола и тирозинаминотрансферазы у мышей, крыс и человека), наблюдается блуждание фаз БР [6].
Десинхронизация БР (до 70% ритмов у людей 40-71 год) постепенно охватывает весь организм и проявляется в возрастной патологии и гетерохронности старения. Так, у мужчин более 65 лет частота пиков ЛГ и тестостерона уменьшается примерно вдвое. Имеются наблюдения, что при увеличении периодов пиков ЛГ в 2-3 раза у человека, обезьян и овец наступает климакс в возрасте ускоренного старения.
У старых мышей, крыс и людей установлены нарушения БР уровня гормонов в крови (СТГ, ФСГ, ЛГ, кортикостерона, пролактина, альдостерона и др.) и активности ферментов в печени, эстрального цикла и цикла ритма сна [6,10,18]. У пожилых происходит сдвиг фаз и снижение уровня ЦР тиреодных гормонов вплоть до инверсии БР [10]. Постепенно развиваются патологические изменения в органах и тканях, в т.ч. и в самих пейсмекерах. В пожилом возрасте и болезни Альцгеймера объем СХЯ и количество нейронов в нем существенно снижаются [14].
Изменяются механизмы регуляции секреции нейрогормонов, что приводит к накоплению их в Гт и к снижению в крови уровня тропных гормонов гипофиза [3-5]. У человека после 30 лет смещаются фазы сна и уменьшается доля медленно-волновой фазы сна [6]. У человека после 30 лет смещаются и сокращаются фазы сна, уменьшается глубина сна, происходят прерывания сна, время сна смещяется на более ранние засыпание и просыпание [6]. Это приводит к смещению ритмов АКТГ, СТГ, пролактина, гонадотропинов, кортизола и др. При этом повышения СТГ во время сна у пожилых не происходит. Для всех заболеваний характерно увеличение периодов многих БР и их рассогласование. Имеются наблюдения, что у долгожителей изменения ЦР менее выражены.
У незрячих детей и у крыс, выращенных в темноте, ПС наступает раньше [25,28,30], что можно объяснить недостаточной функцией СХЯ. Для них характерно ускоренное старение. Как отмечено выше, если у человека в возрасте 1 год происходят нарушения развития мозга с повышением активности АркЯ или оно не согласуется с СХЯ, то в возрасте 3-6 лет может наступить раннее ПС с одновременным соматическим развитием [10]. Это наблюдается редко как одна из форм прогерии и сопровождается ускоренным старением.
На основании проведенного анализа предлагается гипотеза резонанса.
Процесс развития организма сопровождается резонансным кодированным управлением системой БР организма по иерархическому принципу: главный водитель ритма СХЯ - ядра гипоталамуса и внегипоталамические структуры мозга - гипофиз - эндокринные железы - органы и ткани; каждая подсистема дополнительно управляется автономно с помощью отрицательныех и положительных связей;
Ритмы СХЯ согласованы с ЦР свет-темнота и смещаются в течение суток, согласуя другие ЦР.
Кодами управления БР являются пачки разрядов нейронов ядер Гт, которые следуют в каждом ядре с определенной частотой в течение суток.
При совпадении частот следования пачек СХЯ и одного из ядер (или двух), в последнем происходит резонансное повышение электрической активности, связанное с подключением резервных нейронов (частотная модуляция), вызывающее большой пик выделения рилизинг гормона Гт (амплитудная модуляция), пик тропного гормона гипофиза и пик уровня гормона в крови.
Разные ядра имеют свои частоты следования пачек. СХЯ имеют основные частоты (обертоны) пачек разные для отдельных ядер и гармоники (кратные) этих частот. С возрастом функция СХЯ мало изменяется, а частоты пачек других ядер Гт постоянно уменьшаются. Резонанс между пачками СХЯ и отдельных ядер возможен на основных частотах СХЯ и ядер (в момент созревания организма) или на 1-й гармонике СХЯ и основной частоте пачек ядра (в молодом возрасте). После зрелости период следования пачек ядер продолжает увеличиваться по отношению к СХЯ, что приводит в рассогласованию системы БР и выражается в возрастной патологии и старении организма. Это может быть обусловлено: биологией (или дефектами) развития органов и систем; волновой природой биологических процессов, так как биологическое время определяется циклическим характером БР; волновыми механизмами управления процессами синхронизации и десинхронизации БР.
Для замедления возрастных изменений и степени десинхронизации БР нами предлагается принцип резонансной синхронизации. Сама система БР обладает способностью к синхронизации. Наилучшая синхронизация наблюдается при совпадении частот 2-х и более осцилляторов и менее эффективная на 1-й, 2-й гармониках.
Это особенно характерно для ритмов с периодами 4,6,8,12 час, кратных 24 час у мелких млекопитающих. Ритмы не кратные 24 час в природе практически отсутствуют. Вблизи полос синхронизации 2-х колебаний c частотами f1 и f2 могут появляться резонансные "биения" этих колебаний с частотой fo=(f1+f2)/2, амплитуда которых значительно увеличивается затем уменьшается с периодом То=Т1Т2/2(Т1-Т2), при этом То намного превышает Т1, Т2 и биения обладают большой стабильностью, в отличие от вариабельности отдельных ритмов. Здесь важную роль играет фазовая синхронизация, совпадение фаз. Для медленноволнового сна характерны т.н. "сонные веретена" с частотой 12-16 Гц [6]. Веретена наблюдаются и на ЭЭГ при синхронизации БР различных структур мозга, особенно во время сна. У молодых они четкие, у пожилых расплывчатые. Среди БР мозга во время сна обнаружен ритм с периодрм 15-20 с, способствующий оптимизации приспособительной деятельности организма. В фазе медленного сна повышается секреция гормонов анаболического действия. Это способствует клеточному обновлению и увеличению скорости митозов в разных тканях, синтезу белков и РНК, в т.ч. в мозгу, ядрах гипоталамуса. Для молодого возраста характерна высокая синхронность процессов анаболизма и катаболизма с повышенным обновлением. Это проявляется в регулярности околочасовых ритмов синтеза белка, активности ферментов, концентрации АТФ, цАМФ в клетках, секреции белков, дыхания клеток разных органив млекопитающих и человека. Природа околочасовых ритмов мало изучена. Есть основания полагать, что в основе замедления БР с возрастом лежит снижение темпа клеточного обновления.
У млекопитающих имеется важная особенность синхронизации БР, основаная на открытом более 100 лет назад феномене 12 суточной ритмичности роста животных.
За последние 60 лет в опытах на тысячах сельскохозяйственных и лабораторных животных установлено, что у разных видов и у человека большинство суточных колебаний морфологических, биохимических и физиологических показателей пластического и энергетического обмена, процессов катаболизма и анаболизма, самообновления и ежедневных привесов тела ритмически увеличиваются и уменьшаются по амплитуде с периодами 10-16 суток (в среднем 12 сут). У каждого организма эти периоды в течение всей жизни относительно постоянны, стабильны, мало зависит от возраста и других факторов. Считается, что причина этого феномена остается невыясненной [1].
Проведенный нами анализ опытных данных по биоритмологии с т.з. теории колебаний позволил объяснить это явление резонансными "биениями" в циркадианной системе организма. У человека при изоляции от влияния освещения проявляются свободнотекущие, естественные, БР организма с периодами 20-28 часов [6], которые группируются около интегрального периода 25 час, связанного с ритмами температуры тела и цикла сон- бодрствование.
При захвате этих ритмов внешним 24 час ритмом (принудителем через СХЯ) у всей системы ведомых ритмов со средним периодом 25 час должен происходить сдвиг фаз и резонансные биения суточных ритмов, амплитуда котоых увеличивается, затем уменьшается, в пределах 11,5-13,5 дней со средним периодом То=24х25/2(25-24) часов=12,5 сут. Описанный феномен должен наблюдаться у организмов, имеющих ЦР, то есть у всех эукариот. Структура этих биений достаточно стабильна и продолжительна. Это позволяет интегральным способом эффективно синхронизовать многие БР . Установлено, что 12 -суточные микроциклы тренировок гимнастов на увеличение силы рук были в 2 раза более эффективными, чем традиционные, 7-девные, циклы [1].
В работе [13] приводятся результаты опытов на тысячах животных: млекопитающих, птиц и рыб. Подбирали периоды голодания и кормления в соответствии с ритмами прироста животных. При этом у них наблюдалось замедление старения и значительное продление жизни.
СИНХРОНИЗАЦИЯ РИТМОВ И ПОВЫШЕНИЕ РЕЗЕРВОВ ОРГАНИЗМА
Основой жизнеспособности является неспецифическая устойчивость организма, для повышения которой и противодействия старению необходимо расширять резервные возможности. Для этого предлагаются: тренировки основных функциональных и регулирующих систем, режимы сна, питания, применение фармакологических средств и др. Воздействия должны быть циклическими.
В тренировках используется принцип суперкомпенсации (СК), который заключается в подборе чередования фаз тренировок и восстановления организма, преводящим к росту тренируемой функции и закреплении эффекта.
Во время интенсивной работы происходит распад белков и энергоресурсов. Этот процесс усиливает процессы восстановления и обновления. После работы активизируются процессы восстановления энергорезервов и синтеза белков, которые обеспечивают повышение функциональных возможностей разных систем, т.е. СК над дотренированным уровнем.
Ежедневное повторение тренировки проводится в фазе СК. В результате цикла тренировок резервы тренировочной функции повышаются до индивидуального предела. Различные системы и функции имеют различное время восстановления, поэтому необходимо подбирать оптимальные нагрузки различной интенсивности и длительности и использовать повышение нагрузки по мере тренированности. Необходимо использовать около- 12-дневный цикл тренировок, который подбирается индивидуально, используя специальную диагностику. На подъеме ритмов проводятся физические и дыхательные тренировки, уделяется внимание питанию, а на снижении ритмов проводится голодание, уделяется внимание режиму сна.
Физические нагрузки являются сильными синхронизаторами БР.
Бег 5 км ежедневно. Бег является одним из самых сильных средств усиления процессов анаболизма, физиологическим стимулятором выработки СТГ и гонадотропина, снижает уровень гормонов щитовидной железы, что приводит к замедлению распада белков и экономному расходованию энергоресурсов, повышает работоспособность и выносливость, обладает общеукрепляющим действием и улучшает здоровье. Опыты на взрослых хомяках показали, что периоды секреции СТГ и пролактина у бегающих животных уменьшаются в 2 раза, а период ПС увеличивается. У людей с повышенной физической активностью степень фазовой синхронизации большого числа гемодинамических параметров становится выше нормальной. У пожилых лимитирующим звеном для физических упражнений является сердечно-сосудистая система (ССС). Адекватные регулярные нагрузки способствуют увеличению сократительной функции миокарда, усилению холинергических влияний, повышению чувствительности нейрорефлекторных рецепторов, увеличению объема циркулирующей крови, уменьшению общего периферического сопротивления. У людей от 20 до 60 лет, занимающихся оздоровительным бегом, показатели ССС (АД, ЧСС, минутный объем сердца, ЭКГ и др.) мало зависят от возраста, снижается риск заболевания ИБС, повышается кровоснабжение мозга, улучшается функция ЦНС, нормализунтся сон, увеличивается время фазы медленного сна. Даже в позднем возрасте сохраняются довольно высокие показатели напряженности метаболизма, тонуса сосудов и замедляется старение. Однако заметного продления жизни бывших спортсменов не обнаружено.
Упражнения на силовую выносливость должны вызывать достаточно большое, но не предельное мышечное напряжение (70-75% от максимального). Продолжительность их должна быть настолько короткой, чтобы энергообеспечение осуществлялось за счет аэробных механизмов, и в то же время настолько длинной, чтобы обменные процессы успели активизироваться. Например, работа с отягощением выполняется 6-10 раз, продолжительность 1 подхода 30-60 сек, 4-10 подходов, 3-5 занятий в неделю, нагрузку увеличивать постепенно. Во время интенсивной силовой работы распад белков превышает их синтез. Это приводит к усилению процессов восстановления (правило В.А.Энгельгарда). Поэтому после работы происходит сверхвосстановление (суперкмпенсация), обновление белковых структур и рост мышечной массы.
Питание. Режим питания - сильный синхронизатор БР. При физических упражнениях питание должно быть правильным, регулярным, достаточным по калорийности, содержанию белков, жиров и углеводов, витаминов и микроэлементов. Необходимо соблюдать правильное сочетание продуктов при еде, не переедать, не есть на ночь. При заболеваниях необходимо соблюдать диету и индивидуальный подбор продуктов. Полезен мёд.
Гипоксические дыхательные тренировки
Адаптация организма к гипоксии и гиперкапнии (избытку СО2) сопровождается усилением анаболизма и замедлением катаболизма, повышением кислородного обеспечения тканей, в результате чего улучшаются функции органов и тканей, резко повышается работоспособность и здоровье, замедляется старение.
Задержка дыхания 3 раза в день по 5 задержек с перерывом 1-3 мин. После 2-х мес у некоторых людей в группах здоровья появлялись признаки омоложения: улучшение структуры кожи лица, разглаживание морщин, улучшение зрения и слуха, обмена веществ и др.
Базовый тренинг интервальной гипоксической тренировки направлен на повышение обеспечения кислородом тканей. Применяется газовая среда с содержанием О2 во вдыхаемом воздухе 13-15%, СО2 не более 5%, гипоксическая экспозиция 3 мин, пауза 3 мин, 3-6 повторений экспозиции в 1 серии, 3-4 серии в 1 сеансе, пауза между сериями - 5 мин, 1-2 сеанса в день. В результате улучшаются функции тканей, замедляется старение.
Тренировки в среднегорье (1200 м), отдых, прогулки, сон в горах
Жизнь в горах повышает резервы людей всех возрастных групп: способствует увеличению массы лёгочной ткани, образованию новых капилляров во всех органах и тканях, увеличению числа эритроцитов, повышению содержания миоглобина (в мышцах), активации анаэробного обмена, усилению продукции гормонов, увеличению числа митохондрий в клетках, т.е. повышению общего энергообмена. Адаптация к гипоксии и тренировки в горах повышают устойчивость к физическим нагрузкам.
Голодание 24 или 36 часов, 1 раз в неделю. Перед голоданием делается процедура очистки желудочно- кишечного тракта, а после голодания - постепенный переход к нормальному питанию. После голодания и последующего питания происходит суперкомпенсация - количество структурных белков превышает их уровень до голодания, повышается выработка гормона роста и повышается анаболический эффект. Этот способ улучшает здоровье, но недостаточен для замедления старения.
Голодание 7-10 дней 4 раза в год. Усиливает работоспособность и повышает здоровье.
Сухое голодание (без потребления воды): 24-36 час в неделю. Одним из показателей старения является уменьшение метаболической воды в организме. В данном способе количество метаболической воды увеличивается за счет окисления жиров (суперкомпенсация). После голодания ощущается прилив сил, повышается работоспособность, улучшается память, зрение, слух, обаняние, вкус, наблюдаются и другие признаки омоложения кожи лица и тела, замедляется старение.
Тренировка терморегуляции. Обливание холодной водой 1-2 раза в день от 1 сек до 3 мин в зависимости от температуры воды от 11оС до комнатной применяется после утреннего и вечернего душа. Обливание очень холодной водой производится из ведра.
Кипяченая или родниковая вода определенной температуры готовится заранее. Другими способами холодовой тренировки являются: купание в реке, в море, воздушные ванны, легкая одежда из хлопка, льна. Данные способы усиливают теплопродукцию и теплоотдачу, повышают обмен веществ, функции нервной, ССС и иммунной систем, улучшают здоровье.
Психотренинг. Следствием десинхронизации биоритмов с возрастом является нарушение функции ЦНС и психики. Для достижения устойчивой психики применяются: аутогенная тренировка и другие психотехники, волевой настрой, психогигиена (состояние внутреннего покоя и расслабления, полное мышечное расслабление), интеллектуальный тренинг (обучение и интерес ко всему), эмоциональный тренинг (смехотерапия), физические тренировки и прогулки на природе, режим сна.
Сон. Во время медленноволновых фаз сна синхронизуются биоритмы организма, а днем они десинхронизуются. Режим сна является сильным синхронизатором многих БР. Для обеспечения глубокого и полноценного сна необходимы условия: затемненное помещение с хорошей звукоизоляцией, вентиляцией (без сквозняков), комфортная температура и влажность воздуха, удобная кровать, чистая постель и легкая одежда.
Длительность сна должна быть 7-8 часов, необходимо соблюдать одно и то же время засыпания и просыпания. Восстановление ритмов сна можно достичь синхронизацией биоритмов организма, расширяя резервные возможности (физические и дыхательные тренировки, психотехники и др.). Бессонницу у людей среднего возраста удается ликвидировать постепенным (в течение 7-14 дней) сдвигом времени засыпания и просыпания вперед, по часовой стрелке (например, с 3 до 23 часов). Решение проблемы раннего засыпания и раннего просыпания от сна у пожилых не всегда удается достичь с помощью расширения резервных возможностей. Не поддается аналогичной прокрутке время сна против часовой стрелки, тем более по часовой.
Нарушение сна у пожилых сдвигает все внутренние БР и нарушает их связь с внешними ритмами. Вообще при старении многие БР приобретают свободный бег с периодами 20-28 и более часов, которые группируются около среднего периода 25 час, т.е. запаздывают на 1 час в сутки и подстраиваются по фазе через 25 дней.
Для синхронизации ритмов при таких отклонениях предлагается способ - путешествие во времени. Система Земля- Солнце является машиной внешнего времени, в которой живет и стареет человек в своем, биологическом, времени. При этом внешнее время не меняется и определяется положением Земли относительно Солнца, а биологическое замедляется. Поэтому проблема решается с двух сторон: использовать все способы синхронизации внутренних ритмов с помощью расширения резервных возможностей, а синхронизацию с внешними ритмами осуществлять перемещением вокруг Земли в западном направлении. Например, человек ложится спать в 21 час и просыпается в 5 часов (вместо 23 часа и 7 час). Поэтому следует переместиться на 2 временных часа на запад, опережая Солнце на 2 часа. Этим достигается синхронизация с внешним временем, а внутренние ритмы будут подстраиваться под новое, необходимое, время. Так как внутренние ритмы медленно подстраиваются, то требуется период адаптации. Далее для улучшения синхронихации ритмов следует постепенно путешествовать в западном направлении вокруг Земли. Имеется много наблюдений, что перелёты в западном направлении легче переносится, чем в восточном. Перемещаться следует медленно и лучше около экватора, где, как известно, больше очагов долгожительства. Кроме того, для активации СХЯ гипоталамуса и согласования БР с циклом свет-темнота требуется больше солнечного света. Данный способ не применялся для замедления старения и продления жизни.
Фармакологические средства повышения резервов
Многие средства повышения резервов у спортсменов относятся к анаболикам, усиливающим синтез белков. Применение их обычными людьми, особенно пожилыми, требует крайней осторожности и специциальной диагностики. Их следует применять несистематически, в малых дозах, в сочетании с упражнениями для развития определенных функций или систем. Многие анаболики вырабатываются самим организмом, а при различных упражнениях их уровень повышается, например гормон роста после бега.
Гормон роста, преимущественно анаболического действия. Применяется в малых дозах короткими курсами на фоне физических нагрузок. Имеются сообщения об "омоложении" старых людей (60-80 лет) подкожными инъекциями синтетического гормона роста.
При этом люди молодели на 15-20 лет, кожа становилась плотнее, увеличивалась мышечная масса, исчезали морщины, уменьшался уровень холестерина в крови, улучшалась работа всех оранов и тканей, повышалась умственная и физическая работоспособность. Существуют методы стимуляции выработки гормона роста самим организмом с помощью некоторых аминокислот, витаминов, минералов, а также физических нагрузок.
Витамины. Пантотенат кальция, снижает основной обмен, что приводит к росту общей массы тела за счет уменьшения доли окисляемых белков; понижает уровень сахара в крови, что способствует выработке гормона роста; усиливает тонус парасимпатической нервной системы, что приводит к увеличению силы нервно-мышечного аппарата, делает работу организма более экономной, повышает общую выносливость и переносимость нагрузок, обладает общеукрепляющим действием.
Карнитина хлорид обладает анаболическим действием, снижает основной обмен в результате замедления распада белков и углеводов, способствует восстановлению работоспособности после физических нагрузок.
Применяются также витамины U, К, никотиновая кислота, коферменты флавинат и кобамамид, витаминоподобные вещества (метилурацил, калия оротат, фосфаден, рибоксин, холина хлорид).
Глютаминовая кислота, аспарагин, гистидин, метионин способствуют анаболическому эффекту. Меньшее применение имеют ноотропы (пирацетам, пантогам и др.) и психоэнергизаторы (ацефен и др.).
Адаптогены. Применение препаратов левзеи, родиолы розовой, аралии, элеутероккока, жень-шеня, лимонника, заманихи, стеркулии требует учета динамики циркадных ритмов, дозы и времени приема (обычно утром). Кроме адаптогенного, они обладают и анаболическим действием, способствуют синхронизации БР, глубокому ночному сну и повышению работоспособности.
Продукты пчеловодства мёд, апилак, цветочная пыльца обладают умеренным анаболическим и тонизирующим действием, повышают функцию иммунной системы, умственную и физическую работоспособность, способствует долголетию.
Среди анаболиков предпочтение имеют растительные препараты, витамины и продукты пчеловодства. Лучшее анаболическое средство - физические тренировки.
Стимуляция кроветворения. Кровопускание ранее широко применялось с целью оздоровления организма. Применение медицинсктх пиявок, донорство или переливание крови стимулирует систему кроветворения, питания, газообмена, эндокринную и иммунную системы, терморегуляцию, водно-солевой обмен, повышает резервные возможности организма, способствует здоровью и долголетию.
Продление жизни
Тренировка резервных возможностей с целю достижения хорошего здоровья является начальным этапом для замедления старения и продления жизни. Управление процессом старения требует развития некоторых сверхвозможностей, которые демонстрируют мастера восточных психотехник и единоборств, отрабатывают их интенсивно с детства (не с целью продления жизни), в особых условиях, применяя специальные приемы. Для многих людей это недоступно и недостижимо. Нами проводится изучение возможности достижения таких состояний другими, доступными, способами. В частности, подобные состояния резкого замедления обмена веществ и старения с последующим омоложением организма широко распространено среди многих видов, в т.ч. у зимоспящих млекопитающих и приматов. Проведя подробный анализ естественного и искусственного гипобиоза, нами предложен доступный способ продления жизни (см. Проблемы гипобиоза… в этом Сборнике): с помощью тренировки замедления дыхания на фоне полного мышечного расслабления и дозированного голодания выработать автоматический ритм 2 дыхания в минуту и применять его в положении лёжа во время 7-8 час сна для замедления обмена веществ и старения. Чтобы эти процессы происходили более эффективно, днем на фоне замедленного автоматического дыхания применяются приведенные выше приемы для повышения резервных возможностей организма, а также системы долголетия, среди которых простой и наиболее эффективной является широко известная в мире "Око возрождения". Применение указанных приемов расширения резервов днем и замедления обмена веществ ночью является решающим фактором суперкомпенсации в замедлении старения и радикального продлении жизни человека.
ЛИТЕРАТУРА
1.Агаджанян Н.А., Шабатура Н.Н. Биоритмы, спорт, здоровье. М.:Физкультура и спорт. 1989. 208с.
2.Арушанян Э.Б., Батурин В.А., Попов А.В. Супрахиазматическое ядро гипоталамуса как регулятор циркадианной системы млекопитающих // Успехи физиол. наук. 1988. Т.19, №2. С.67-87.
3.Бабичев В.Н. Нейроэндокринная регуляция репродуктивной системы. Пущино. :РАН. 1995. 226 с.
4.Бабичев В.Н. Нейроэндокриннй эффект половых гормонов //Успехи физиол. наук. 2005. Т.35, №1. С.54-76.
5.Бабичев В.Н. Нейроэндокринология пола. М.: Наука. 1981. 223 с.
6.Биологические ритмы. Т.1,2. Ред. Ашофф Ю. М.:Мир. 1984. 414, 262 с.
7.Бродский В.Я. Околочастовые ритмы в клеточной популяции. Проблема синхронизации. //Бюлл. эксп. биол. и мед. 1997. Т.124, №12. С.604-609.
8.Бродский В.Я., Хавинсон В.Х., Золотарев Ю.А. и др. Ритм синтеза белка в культкрах гепатоцитов крыс разного возраста. //Изв. АН. Сер. биол. 2001. №5. С.517-521.
9.Владимиров С.В., Угрюмов М.В. Супрахиазматическое ядро гипоталамуса: роль в регуляции циркадианных ритмов, строение, нервные связи, развитие в онтогенезе //Успехи совр.биол. 1995. Вып.2. С.185-197.
10.Дедов И.И. Биоритмы гормонов. М.: Медицина. 1992. 256 с.
11.Замощина Т.А., Саратиков А.С. Участие супрахиазматических ядер гипоталамуса и моноаминергических структур мозга в организации циркадианной системы млекопитающих //Успехи соврем. биол. 2000. Т.120, №2. С.137-145.
12.Резников А.Г. Половые гормоны и дифференциация мозга. Киев.:Наука. 1982. 252 с.
13.Сараев В.Г. Роль физиологически активных веществ распада в биологии животных и человека //Успехи физиол. Наук. 1974. Том 5, №4. С.96-129.
14.Угрюмов М.В. Нейроэндокринная регуляция в онтогенезе. М. :Наука. 1989. 247 с.
15.Чернилевский В.Е., Гудошников В.И. Анализ представлений о механизмах полового созревания. Гипотеза резонанса //Реакция биологических систем на воздействия химических и физических факторов. М.:Наука. 1989. С.107-110.
16. Чернилевский В.Е. Искусственный гипобиоз как способ продления жизни
17.Boyar R.M., Finkelstein J.W. Synchronization of augmented luteinizing hormone secretion with sleep during puberty //New Engl. J.med. 1972. V.287. P.582-586.
18.Davis F.C., Menacer M. Hamster through time`s window: temporal structure of hamster locomor rhythmicity // Am. J. physiol. 1980. V.239. P.149-155.
19.Halberg F, Nelson W. Chronobiologic optimisation of aging //Aging and biol. rhythms. N.-Y.:Plenum Press. 1978. P.5-56.
20.Hall C.S. A primer of freudian psichology. N.-Y. :Mentor books. 1954. 110 p.
21.Johnson J.H., Davis C.L. Increased pituitary sensitivity to luteinizing hormone at puberty: an event of proestrus //Proc. soc. experim. biol. 1981. V.167. P.434-437.
22.Kaufman J.-M., Kesner J.S., Wilson R.C., Knobil E. Electrophisiological manifestation of luteinizing hormone-releasing hormone puls generator activing in the rhesus monkey: influence of α-adrenergic and dopaminergic blocking agents //Endocrinol. 1985. Vol.116, No.4. P.1327-1333.
23.Lehrer S. Twenty-one-hour light-dark cycle accelerates vaginal opening in the rat // Bull. N.Y. Acad. Med. 1981. V.57. P.705-708.
24.Lincoln D.W., Fraser H.M. Hypothalamic pulse generator //Recent progress in hormone research. 1985. Vol.41. P.365-419.
25.Magee K., Basinska J. Blindness and menarche // Life sci. 1970. No.9. P.7-12.
26.Mosko S.S., Moore R.Y. Neonatal ablation of the suprachiasmatic nucleus //Neuroendocrinol. 1979. Vol.29, No.5. P.350-361.
27.Pardey-Borrero B.M., Tamasy V., Timiras P.S. Circadian pattern of multiunit activity of the rat SCN during the estrous cycl //Neuroendocrinol. 1985. V.40, No.5. P.50-56.
28.Relkin R. Pineal function relation to absolute darkness and sexual maturation // Am. J. Phisiol. 1967. V.213. P.999-1002.
29.Silber J. Abnormal development of the suprachiasmatic nucleus of the hypotalamus in a strainof geneticaly anophthalmic mice // J. comp. neurol. 1977. V.176. P.589-606.
30.Zacharias L., Wurtman R. Blindnes: influence on the gonads of male hamsters //Sci. 1964. V.144. P.1154-1155.
Примечание автора. Материалы по данной теме публиковались автором с 1989 г. (указана в списке литературы). Одна из последних работ "Роль биоритмов в процессах старения и резервы продления жизни" //Сборник МОИП. Общая биология. 2003. Деп. в ВИНИТИ. №1585-В2004. М., 2004. С.28-38.
|