Chronobiologie

Chronobiologie (ze starořeckého χρόνος  - „čas“) je odvětví biologie, které studuje cyklické procesy v biologických systémech různých úrovní organizace. V ruskojazyčných publikacích se také používá termín biorytmologie [1] .

Chronobiologický výzkum zahrnuje (ale není omezen na) práci v oblasti srovnávací anatomie, fyziologie, genetiky, molekulární biologie a behaviorální biologie [2] . Mezi další aspekty patří studium vývoje, rozmnožování, ekologie a evoluce druhů.

Předmět výzkumu

Od zrodu chronobiologie se zájem této vědy zabýval studiem těch rytmů, které vznikly v živých bytostech, aby přizpůsobily svou životní činnost periodickým změnám v okolním geofyzikálním prostředí. Tyto biologické rytmy se obvykle nazývají circa rytmy (z latinského  circa „asi, přibližně“), hlavní z nich jsou [3] :238 [4] :

Největší podíl výzkumu je věnován studiu cirkadiánních rytmů [3] :238 .

Chronobiologie je jednou z mála oblastí biomedicínské vědy, která si může nárokovat status exaktních věd . Jedním z rysů provádění výzkumu biologických rytmů, generovaného univerzálností a rozmanitostí studovaných jevů, je to, že je možné vybrat pro experimenty nejrozmanitější, někdy nepodobné „modelové“ organismy [3] :236-237 . V historii chronobiologie učinili objevy ti badatelé, kteří ve svých pátráních spojili studium lidských biorytmů s experimenty na relativně jednoduchých organismech s krátkou životností [3] :241 .

Historie

V roce 1729 popsal francouzský astronom Jean-Jacques de Meran periodický pohyb listů mimózy , květináč, který byl na několik dní umístěn do tmavé skříně. De Meran dospěl k chybnému (jak se později ukázalo) k závěru, že mimóza „cítí“ slunce, aniž by ho viděla [3] :233 .

V roce 1832 švýcarský botanik Decandol testoval de Meurandovy experimenty, ale pod pečlivou kontrolou vnějších vlivů, jako je světlo, teplota a vlhkost. Experimenty ukázaly, že doba cyklu pohybu listů mimózy za podmínek konstantního osvětlení byla o 2 hodiny kratší než denní. Tyto výsledky potvrdil v roce 1875 německý botanik Wilhelm Pfeffer , který na základě svých četných experimentů navrhl existenci v organismech samých, které nejsou závislé na slunečních hodinách pro počítání denní doby a délky dne. [3] :233-234 .

V roce 1919 bengálský polyhistor Jagadish Chandra Bose ve svých publikovaných výsledcích svého výzkumu poznamenal, že doba pohybu listů rostlin za stálého světla nebo v úplné tmě není rovna 24 hodinám a přizpůsobuje se této hodnotě přirozeným střídáním světlo a tma [3] :234 .

V roce 1922 popsal americký psychobiolog Kurt Richter cirkadiánní změnu v chování laboratorních hlodavců a poznamenal, že za konstantních podmínek prostředí si činnost krys zachovává rytmus, ale perioda rytmu se zkracuje na 24 hodin. Později (1965) zjistil, že tento rytmus je narušen při zničení hypotalamu [3] :235 .

V roce 1935 německý biolog Erwin Bünning zkřížil dvě linie fazolí, které vykazovaly periody 23 hodin a 26 hodin v konstantní tmě, a vytvořil hybridní potomky s hodnotou střední periody. V roce 1958 Bünning publikoval knihu Die physiologische Uhr popisující experimentální výsledky získané jím a dalšími. Kniha byla přeložena do jiných jazyků, včetně ruštiny, pod názvem „Rytmy fyziologických procesů (Fyziologické hodiny)“ (1961) [3] :234-235 .

Počátek formování chronobiologie jako vědy je spojen se symposiem o biologických hodinách, které z iniciativy jednoho z "otců" chronobiologie - Colina Pittendricha  - uspořádala Laboratoř v Cold Spring Harbor v roce 1960. Na sympoziu vystoupilo mnoho odborníků, kteří studovali biologické rytmy. Z přibližně 150 účastníků reprezentovalo 31 zahraničí [5] . Nejdůležitějším výsledkem sympozia bylo v roce 1961 vydání knihy „Biologické hodiny“, která obsahovala všechny přečtené zprávy a diskuse, které o nich vznikly. O tři roky později kniha vyšla v ruštině v redakci S. E. Shnol [3] :236 .

Výsledkem období formování nové vědy bylo vydání svazku „Biologické rytmy“ ve vícedílném manuálu o neurobiologii (překlad do ruštiny A. M. Alpatov v roce 1984), který redigoval jiný „otec“ chronobiologie – Jürgen Aschoff . V roce 1964 na letní škole pořádané Aschoffem v Bavorsku došlo k jednomu z prvních pokusů o sjednocení pojmů v popisu biorytmologických procesů a jevů [3] :236-237 .

V roce 1977 byl z iniciativy dalšího „otce“ nové vědy, který navrhl název „chronobiologie“,  vydán Franz Halberg Byl to Halberg, kdo v roce 1959 vymyslel slovo „cirkadiánní“, aby zdůraznil zvláštnost vlastní rytmické periody v živém organismu, která se přesně nerovná 24 hodinám. Podle A. A. Putilova příliš široký, podle mnohých termín „chronobiologie“ místo např. „biorytmologie“ převzali specialisté, aby nebyli ztotožňováni s představiteli tehdy populární, ale protivědecké teorie tzv. " tři biorytmy " [ 3 ] :237-238 .

Halberg experimentoval s biologickými rytmy v oblasti medicíny a fyziologie člověka, zatímco Pittendrich raději testoval správnost svých teorií a matematických výpočtů na zvířatech, jako je ovocná muška ( Drosophila ) - nejčastější objekt výzkumu v oblasti genetiky [ 5] .

Michel Sifre provedl v 60. letech 20. století sérii experimentů s mnohaměsíčním zavřením lidí v jeskyni bez informací o aktuálním čase („mimo čas“). Experimenty prokázaly zachování přibližně 24hodinového denního cyklu s následným přechodem na 48hodinový. Ve svém prvním experimentu (1962) Sifre spojil studium podzemního ledovce se studiem toho, jak by se myšlenka času změnila v takových nepříznivých podmínkách bez přírodních a společenských památek [6] . Podle N. A. Gvozdetského bylo možné ledovec prozkoumat v několika krocích, aniž by se člověk vystavoval tak dlouhému uvěznění, a podobné výsledky fyziologického experimentu provedeného ve stejnou dobu bylo možné získat izolovaně a za pohodlnějších podmínek [7] . Následně Cifr získal podporu a finanční pomoc od vlády, kde se sblížily zájmy vojenského a civilního oddělení, a přilákal další účastníky k provádění experimentů. V roce 1966 se mu při přípravě dalšího experimentu podařilo navázat kontakt s Halbergem [6] .

Hlavním základem prvotních poznatků o lidských biorytmech byly výsledky stovek vícedenních experimentů na dlouhodobou izolaci člověka od vnějších periodických vlivů, které provedl Aschoff ve spolupráci s Rütger Wefer v bunkru speciálně vytvořeném pro tento účel. účel. Během experimentů se však nepočítalo s tím, že na rozdíl od pokusných zvířat a rostlin bylo účastníkům v případě potřeby umožněno zapnout tlumené osvětlení. Následně se zjistilo, že taková „relaxace“ narušuje „čistotu“ experimentů v bunkru a ve výsledku vede k chybnému závěru o významných rozdílech mezi vlastnostmi cirkadiánních rytmů u lidí a laboratorních zvířat. Představa o výrazných rozdílech byla později vyvrácena nejen pečlivější kontrolou světelného režimu při pokusech na lidech, ale i v průběhu velmi jednoduchých, ale neobvykle masivních internetových průzkumů [3] :241 .

Nástroje

V experimentech ke studiu vlivu různých světelných režimů na lidské biologické hodiny byl nyní přijat takzvaný „protokol nucené desynchronizace “. Vývoj této metody začal v roce 1939 z iniciativy jednoho z „otců“ vědy o spánku  – Nathaniela Kleitmana . Metoda byla dále rozvinuta v pracích amerických chronobiologů. Ve své moderní podobě se protokol nucené desynchronizace stal široce používaným díky výzkumu, který vedl Kleitmanův student Charles A. Czeisler [3] :242 v 80. letech 20. století .

Předpokládá se, že široce používaný nástroj v chronobiologii zvaný křivka fázové odezvy PRC) byl poprvé uveden do praxe Patricií de Courcy své výzkumné práci v roce 1960. Od té doby se stal standardním nástrojem při studiu biologických rytmů [8] .

V roce 2007 byl Aschoffův student Till Rönneberg , spolu s Marthou Merow a skupinou zaměstnanců, pomocí vytvořené internetové stránky, schopen rychle vyzpovídat desítky tisíc německých obyvatel o čase, kdy jde spát ve dnech volna z práce a studia. Ukázalo se, že nikoli sociální synchronizátory, jako je čas daného časového pásma , ale okamžiky přirozeného východu a západu slunce jsou stále hlavními signály, které určují dobu měnících se stavů spánku a bdění. Například tentokrát se postupně a celkem předvídatelně mění ve směru od východní hranice časového pásma k západní hranici, zejména pro obyvatele v malých sídlech [3] :241-242 .

Ostatní oblasti

Chronobiologové často současně studují biologické procesy a jevy, které se obsahově zásadně liší u druhů živých bytostí, které se zásadně liší z hlediska úrovně biologické organizace. Mnohé oblasti biologie a medicíny jsou proto do jisté míry spojeny s chronobiologickým výzkumem a do jisté míry závislé na pokroku těchto studií [3] :236 .

Chronobiologie je interdisciplinární oblastí výzkumu. Interaguje s dalšími obory, jako je chronomedicína, spánková medicína , endokrinologie , geriatrie , sportovní medicína , vesmírná medicína a fotoperiodismus [9] [10] [11] .

Chronomedicína

Jedná se o nezávislý lékařsko-biologický směr, který vychází z chronobiologie a využívá svá data ke zlepšení prevence, diagnostiky a léčby nemocí [12] . Hlavním úkolem chronomedicíny je identifikace a náprava desynchronózy jako jednoho z patogenetických faktorů rozvoje onemocnění nervového , kardiovaskulárního , reprodukčního a endokrinního systému [13] . Mezi sekce chronomedicíny patří chronopatologie, chronofarmakologie, chronoterapie, chronodiagnostika a chronoprofylaxe [12] :

Poznámky

  1. ↑ BIORHYTMOLOGIE • Velká ruská encyklopedie - elektronická verze . bigenc.ru _ Staženo: 3. března 2021.
  2. ↑ Patricia J. DeCoursey, Jay C. Dunlap, Jennifer J. Loros (2003). Chronobiologie. Sinauer Associates Inc. ISBN 978-0-87893-149-1 .
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Putilov A. A. Chronobiologie a spánek (Kapitola 9) // Národní průvodce na památku A. M. Veina a Ya. I. Levina. - M .: Medcongress LLC, 2019. - S. 235-265.
  4. ↑ TSB 3rd ed. svazek 3 . www.bse.uaio.ru. _ Staženo: 12. března 2021.
  5. ↑ 1 2 Putilov A. A. Historie chronobiologie  // Kommersant. (27. ledna 2021).
  6. ↑ 1 2 Gunswind I. N. Michel Sifr - badatel doby . pdf.knigi-x.ru . Staženo: 6. března 2021.
  7. ↑ Gvozdetsky N. A. Předmluva // Sifr M. V hlubinách Země . — M.: Progress, 1982.
  8. ↑ Živkovič, Bora; aka "Coturnix" (2007). „Clock Tutorial #3c – Darwin On Time“ . Blog po celý den. Science Blogs LLC)
  9. ↑ Postolache, Teodor T. Sportovní chronobiologie, Vydání klinik sportovního  lékařství . - Saunders, 2005. - ISBN 978-1416027690 .
  10. ↑ Ernest Lawrence Rossi, David Lloyd. Ultradian Rhythms in Life Processes: Inquiry into Fundamental Principles of Chronobiology and Psychobiology  (anglicky) . — Springer-Verlag Berlin a Heidelberg GmbH & Co. K, 1992. - ISBN 978-3540197461 .
  11. ↑ Hayes, DK Chronobiology : Její role v klinické medicíně, obecné biologii a zemědělství  . - John Wiley & Sons , 1990. - ISBN 978-0471568025 .
  12. ↑ 1 2 Kostenko E. V., Manevich T. M., Razumov N. A. Desynchronóza jako jeden z nejdůležitějších faktorů výskytu a rozvoje cerebrovaskulárních onemocnění . — 2013.
  13. ↑ Zaripov A. A., Yanovich K. V., Potapov R. V., Kornilova A. A. Moderní myšlenky o desynchronóze // Moderní problémy vědy a vzdělávání. - 2015. - č. 3.
  14. ↑ Patlina T.V. Chronomedicína, typy desynchronózy / Státní lékařská univerzita Ťumeň Ministerstva zdravotnictví Ruské federace. — 2018.

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích