Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ОКОЛОНЕДЕЛЬНЫЕ (ЦИРКАСЕПТАННЫЕ) РИТМЫ В ФИЗИОЛОГИИ (ОБЗОР)

Губин Д.Г. 1
1 ГБОУ ВПО Тюменский государственный медицинский университет
В обзоре рассматриваются как социальные, так и природные факторы, которые могут лежать в основе околонедельных (циркасептанных) ритмов (ЦСР) физиологических показателей человека и животных. Дан подробный анализ механизмов ЦСР, а также циркасемисептанных (околополунедельных) ритмов (ЦССР) сердечнососудистой системы, в частности показателей гемодинамики. Обсуждаются существующие гипотезы ЦСР: гипотеза взаимосвязи с циклическими процессами магнитных полей и геомагнитных возмущений; гипотеза взаимосвязи с гравитационными факторами и фазами Луны, а также концепция резонансной суперпозиции ритмов более высокой частоты. Отмечено, что данные гипотезы не являются взаимоисключающими. Проанализированы данные, демонстрирующие, усиление ЦСР на тех возрастных этапах, когда роль социального недельного режима труда минимальна, а также на фоне сопутствующих проявлений десинхронизации циркадианной ритмичности. Показана зависимость амплитуды циркадианного ритма некоторых показателей гемодинамики ото дня недели.
циркасептанные ритмы
вариабельность
кардиоваскулярная система
гелиогеофизические процессы
биосфера
возраст
десинхроноз.
1. Агаджанян Н.А., Губин Д.Г. Десинхроноз: механизмы развития от молекулярно-генетического до организменного уровня // Успехи физиологических наук. – 2004. – Т. 35, № 2. – С. 57-72.
2. Губин Г.Д., Губин Д.Г. Классификация десинхронозов по причинному фактору и механизмам развития. Два принципа хронотерапии десинхроноза // Фундаментальные исследования. – 2004. – № 1. – С. 50.
3. Губин Г.Д., Губин Д.Г., Комаров П.И. Старение в свете временной организации биологических систем // Успехи геронтологии. – 1998. – № 2. – С.67-73.
4. Губин Д.Г., Губин Г.Д., Гапон Л.И. Преимущества использования хронобиологических нормативов при анализе данных амбулаторного мониторинга артериального давления // Вестник аритмологии. – 2000. – № 16. – С. 84-94.
5. Губин Д.Г., Чибисов С.М. К вопросу об изменении часовых поясов и о переходе на летнее время в РФ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2010. – № 2. – С. 64-68.
6. Губин Д.Г. Экстрациркадианная диссеминация как общее проявление десинхроноза на различных уровнях организации // Вестник Российского Университета Дружбы Народов. Серия: Медицина. – 2012. – № S7. – С. 83-84.
7. Губин Д.Г. Молекулярные механизмы циркадианных ритмов и принципы развития десинхроноза // Успехи физиологических наук. – 2013. – Т. 44, № 4. – С. 65-87.
8. Губин Д.Г., Ветошкин А.С., Болотнова Т.В. и др. Взаимосвязь суточного профиля, вариабельности и структуры циркадианных ритмов артериального давления и частоты сердечных сокращений у вахтовиков Арктики // Медицинская наука и образование Урала. – 2015. – Т. 2, №2 (82). – С. 109-113.
9. Задумина Е.В. Хронофармакологические аспекты влияния препарата «Мелаксен» (мелатонин) на физиологические показатели у лиц пожилого и старческого возраста: дис. ... канд. мед. наук. – Тюмень, 2005. – 136 с.
10. Рапопорт С.И., Большакова Т.Д., Малиновская Н.К. и др. Магнитные бури как стрессовый фактор // Биофизика. – 1998. – Т.4, №43. – С. 632-639.
11. Чибисов С.М., Фролов В.А., Агаджанян Н.А. и др. Влияние гелиогеофизических факторов на биоритмы человека // Успехи современного естествознания. – 2006. – №9. – С. 21-28.
12. Чибисов С.М., Катинас Г.С. Циркадианные ритмы сердца до и после электрической кардиоверсии // Современные наукоемкие технологии. – 2008. – № 6. – С. 40-41.
13. Чибисов С.М., Катинас Г.С., Рагульская М.В. Биоритмы и космос: мониторинг космобиосферных связей. – М., 2013. – 442 с.
14. Arntz H-R., Willich S.N., Schreiber C. et al. Diurnal, weekly and seasonal variation of sudden death. Population-based analysis of 24061 consecutive cases // European Heart Journal. – 2000. – Vol. 21. – P. 315-320.
15. Ayers J.W., Althouse B.M., Johnson M. et al. Circaseptan (Weekly) Rhythms in Smoking Cessation Considerations // JAMA Intern Med. – 2014. – Vol. 174. – № 1. – P. 146-148. doi:10.1001/jamainternmed.2013.11933.
16. Ayers J.W., Althouse B.M., Johnson M. et al. What’s the Healthiest Day? Circaseptan (Weekly) Rhythms in Healthy Considerations // American Journal of Preventive Medicine. – 2014. – Vol. 47. – P. 73-76.
17. Bharwaj S., Verma S., Anjum B., Bharwaj K. Variations in 7-day/24-h circadian pattern of ambulatory blood pressure and heart rate of type 2 diabetes patients // J Diabetes Invest. – 2014. – № 5. – Р. 728-733.
18. Cornelissen G., Broda H., Halberg F. Does Gonyaulax polyedra measure a week? // Cell Biophysics. – 1986. – Vol.8. – P. 69-85.
19. Cornelissen G., Portela A., Halberg F., et al. Toward a chronome of superfused pike pineals: about-weekly (circaseptan) modulation of circadian melatonin release // In Vivo. – 1995. – Vol.9. –P. 323-330.
20. Cornelissen G., Halberg F., Wendt H.W. et al. Resonance of about weekly human heart rate rhythm with solar activity change // Biologia. – 1996. – Vol. 51. – P. 749-756.
21. Cornélissen G., Halberg F., Gubin D., Milano G. Chronomedical aspects of oncology and geriatrics // In Vivo. – 1999. – Т. 13, №1. – С. 77-82.
22. Cornelissen G., Halberg F., Breus T. et al. Non-photic solar associations of heart rate variability and myocardial infarction // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. – 2002. – Vol. 64. – P. 707-720.
23. Cornelissen G., Halberg F, Pöllmann L. et al. Circasemiannual chronomics: half-yearly biospheric changes in their own right and as a circannual waveform // Biomedicine & Pharmacotherapy. – 2003. – Т. 57. – № SUPPL. 1. – Р 45-54.
24. Cornelissen G., Watson D., Mitsutake G. et al. Mapping circaseptan and circadian changes in mood // Scripta Medica Facultatis Medicae Universitatis Brunensis Masarykianae. – 2005. – Vol. 78. – № 2. – P. 89-98.
25. Gnecchi-Ruscone T, Piccaluga E., Guzzetti S. et al. Morning and Monday: critical periods for the onset of acute myocardial infarction // Eur Heart J. – 1994. – № 15.
26. Guan J., You C., Liu Y. et al. Characteristics of Infradian and Circadian Rhythms in the Persistent Vegetative State // Journal of International Medical Research. – 2011. – Vol. 39. – P. 2281-2287.
27. Gubin D, Cornelissen G, Halberg F, Gubin G, Uezono K, Kawasaki T. The human blood pressure chronome: A biological gauge of aging // In Vivo. – 1997. – Vol. 11. – P. 485-494.
28. Gubin D.G., Cornelissen G., Halberg F. et al. Half-weekly and weekly blood pressure patterns in late human ontogeny // Scripta Medica Facultatis Medicae Universitatis Brunensis Masarykianae. – 1997. – Vol. 70. – P. 207-216.
29. Gubin D.G., Cornelissen G., Weinert D. et al. Circadian disruption and vascular variability disorders (VVD): Mechanisms linking aging, disease state and Arctic shift-work: Applications for Chronotherapy // World Heart Journal. – 2013. – Vol. 5. – P. 285-306.
30. Gubin D.G., Cornelissen G., Weinert D. et al. Circadian disruption and vascular variability disorders (VVD): Mechanisms linking aging, disease state and Arctic shift-work: Applications for Chronotherapy // In: Circadian Cardiology with Focus on Both Prevention and Intervention. Hristova K., Shehab A., Cornelissen G., Singh RB (eds). Nova Science Pub Inc. New York. – 2015. – 437 p.
31. Gubin DG, Gubin GD. Some general effects of aging upon circadian parameters of cardiovascular variables assessed longitudinally by ambulatory monitoring // Chronobiology International. – 2001. – Vol. 18. – № 6. – P. 1106-1107.
32. Halberg F., Engeli M., Hamburger C. et al. Spectral resolution of low-frequency, small-amplitude rhythms in excreted 17-ketosteroid; probable androgen-induced circaseptan desynchronization // Acta Endocrinol. (Suppl). – 1965. – Vol. 103. – P. 5-54.
33. Halberg G., Cornelissen P., Wrbsky et al. About 3.5-day (circasemiseptan) and about 7-day (circaseptan) blood pressure features in human prematurity // Chronobiologia. – 1994. – Vol.21. – P. 146-151.
34. Halberg F., Cornelissen G., Otsuka K. et al. Rewards in practice from chrono-meta-analyses ‘recycling’ heart rate, ectopy, ischemia and blood pressure information // Journal of Medical Engineering and Technology. – 1997. – Т. 21, № 5. – С. 174-184.
35. Halberg F., Cornélissen G., Wall D. et al. Engineering and governmental challenge: 7-day/24-hour chronobiologic blood pressure and heart rate screening: Part II // Biomedical Instrumentation and Technology. – 2002. – Vol. 36, № 3. – С. 183-197.
36. Halberg F., Cornélissen G., Regal P. et al. Chronoastrobiology: proposal, nine conferences, heliogeomagnetics, transyears, near-weeks, near-decades, phylogenetic and ontogenetic memories // Biomedicine & Pharmacotherapy. – 2004. – Vol. 58. – SUPPL. 1. – Р. 150-187.
37. Halberg F., Cornelissen G., McCraty R., Al-Abdulgader A.A. Time Structures (Chronomes) of the Blood Circulation, Populations’ Health, Human Affairs and Space Weather // World Heart Journal. – 2011. – Vol. 3. – P. 1-41.
38. Herold M., Cornelissen G., Rawson M.J. et al. About-Daily (Circadian) and About-Weekly (Circaseptan) Patterns of Human Salivary Melatonin // Journal of Anti-Aging Medicine. – 2000. – Т. 3, № 3. – С. 263-267.
39. Meyer-Rochow V.B., Brown P.J. Possible natural circaseptan rhythm in the beach beetle Chaerodes trachyscelides White // Acta Neurobiol. Exp. – 1998. – Vol. 58. – P. 287-290.
40. Mikulecky M., Bounias M. Worker honeybee haemolymph lipid composition and synodic lunar periodicities // Braz. J. Med. Biol. – 1987. – Vol. 30. – P. 275-279.
41. Muir N., Pownall R. Identification of a seven day biological cycle in rat // J. Pharm. Pharmac. – 1983. – Vol. 36. – P. 185-188.
42. Nielsen T.A., Kuiken D., Alain G. et al. Immediate and delayed incorporations of events into dreams: further replication and implications for dream function // J. Sleep. Res. – 2004. – Vol. 13. – №4. – P. 327-336.
43. Pollmann L. Wound healing a study of circaseptan reactive periodicity // Chronobiol. Int. – 1984. – Vol. 1. – № 2. – P. 151-157.
44. Sanchez de la Peña S., Halberg F., Galvagno A., et al. Circadian and circaseptan (about-7-day) free-running physiologic rhythms of a woman in social isolation // Proceedings 2nd Ann. IEEE Symp. on Computer-Based Medical Systems; Minneapolis. June 26–27, 1989; Washington DC: Computer Society Press. – 1989. – Р. 273-278.
45. Schweiger H.G., Berger S., Kretschmer H. et al. Evidence for circaseptan and circasemisepten growth response to light/dark cycle shifts in nucleated and enucleated Acetabularia cells, respectively // Proc.Natl.Acad.Sci USA. – 1986. – Vol.83. – P. 8619-8623.
46. Spruyt E., Verbelen J-P., De Greef J.A. Expression of Circaseptan and Circannual Rhythmicity in the Imbibition of Dry Stored Bean Seeds // Plant Physiol. – 1987. – Vol. 84. – P. 707-710.
47. Touitou Y., Selmaoui B. The effects of extremely low-frequency magnetic fields on melatonin and cortisol, two marker rhythms of the circadian system // Dialogues Clin Neurosci. – 2012. – Vol. 14. – № 4. – P. 381-399.
48. Ulmer W., Cornélissen G., Halberg F. Physical Chemistry and the Biologic week in the Perspective of Chrono-oncology // In Vivo. – 1995. – Vol. 9. – P. 363-374.
49. Valandro L., Zordan M., Polanska M. et al. Relevance of Lunar Periodicity in Human Spontaneous Abortions // Gynecol. Abstet. Invest. – 2004. – Vol. 58. – P. 179-182.
50. Willich S.N., Lowel H., Lewis M. et al. Weekly variation of acute myocardial infarction // Circulation. – 1994. – Vol. 90. – P. 87-93.

Околонедельные ритмы по существующей классификации также носят название циркасептанных ритмов (ЦСР). Они характеризуют настолько разнообразные проявления как продукция гормонов, скорость метаболических процессов, смертность от инфекционных и неинфекционных заболеваний, отторжение трансплантированных органов, продолжительность ишемических эпизодов при стенокардии, способность зерен растений поглощать влагу и т.д. В настоящее время наши представления о природе недельных ритмов продолжают расширяться, но все же, до сих пор остаются весьма поверхностными. Однако даже для физиологических функций человека помимо очевидной социальной составляющей в генезе ЦСР следует признать присутствие несоциальных природных факторов, которые заслуживают углубленного дальнейшего изучения.

Действительно, ЦСР, а также циркасемисептанные (ЦССР, полунедельные) компоненты спектра проявляют ряд признаков, свидетельствующих в пользу возможности существования их отчасти эндогенной природы. Так, ЦСР обнаружены на разных уровнях организации живого, в том числе у одноклеточных [18, 45], насекомых [39, 40], а также in vitro для секреции мелатонина изолированным эпифизом щуки [19]. ЦСР характеризуют динамику заживления ран [43], динамику маркеров злокачественных опухолей [21], метаболизм кофеина [21], а также механизмы памяти и воспоминания снов [42]. Наиболее существенный аргумент в пользу эндогенности ЦСР (на примере экскреции 17-кортикостероидов с мочой у человека) – это обнаружение его фазового дрейфа в условиях отсутствия привычных датчиков времени [20, 22, 32].

Хотя очевидного и общепризнанного геофизического фактора для ЦСР пока не найдено, существуют весьма любопытные данные, представленные биофизиками. Обнаружена значительная кросс-спектральная когерентность пиков данных ритмов с вертикальным компонентом вектора индукции межпланетарного магнитного поля, Bz; индексом геомагнитных возмущений, Kp и солнечной активностью [12, 13, 20, 22]. В частности была выявлена взаимосвязь между индексом Kp и циркасептанной динамикой частоты сердечных сокращений (ЧСС) [37], а также экскрецией 17-кетостероидов с мочой [22]. Кроме того, анализ в компьютерной модели показывает, что магнитное поле в 10-9 Тл (1 нанотесла), т.е. соответствующее величине магнитной индукции внешнего космоса, предсказывает существование циркасептанного периода диффузии ионов K+ и Ca2+ (τ~180 и 160 ч. соответственно) [48]. Также сообщалось, что уровень мелатонина во время магнитных бурь может снижаться, в частности у больных ИБС [10], таким образом, магнитные поля, вероятно, оказывают некоторое влияние на продукцию мелатонина. Нами, в частности, были обнаружены ЦСР и ЦССР мелатонина в слюне [38]. Y. Touitou и соавт., показали, что магнитные поля способны оказывать существенное влияние на продукцию мелатонина у крыс, однако данный эффект зависит от видовой принадлежности, а также изменяется с возрастом [47]. Поскольку мелатонин является принципиальным хронобиотиком, влияющим на амплитудно-фазовые характеристики суточного ритма, можно экстраполировать эти данные для объяснения способности магнитных полей модулировать параметры циркадианных ритмов. В условиях длительной изоляции от социальных и 24-часовых датчиков времени был выявлен ЦСР ЧСС с доверительным интервалом свободно-текущего периодом t отличным от 168 часов [44]. Данное наблюдение также свидетельствует в пользу того, что природе ЦСР могут быть свойственны геокосмические факторы. ЦСР и ЦССР характеризуют динамику настроения у студентов [24], что может быть косвенно взаимосвязано с динамкой уровня серотонина и мелатонина. На фоне двухнедельного применения мелатонина доля инфрадианных и в частности ЦС ритмов у лиц старческого возраста может снижаться [9].

Кроме того инфрадианные и, в частности, ЦСР (с периодом от 140 часов и ниже) физиологических показателей могут возникать вследствие резонансной суперпозиции со стороны циркадианных и ультрадианных ритмов влияющих на них функций [1], что в принципе возможно на фоне возрастного, индуцированного и патологического десинхронозов [2], и, не исключено, что также и при манипуляциях с внешними датчиками времени [5]. Ультрадианные ритмы неизменно присутствуют в спектральном составе гемодинамических функций [4] и могут усиливаться на фоне состояний, провоцирующих циркадианную десинхронизацию. Кроме того, в условиях ослабления силы ведущего циркадианного осциллятора теоретически возможно компенсаторное усиление чувствительности организмов к «затягивающему» влиянию более слабых геофизических синхронизаторов, например некоторым геомагнитным показателям [7, 12, 29, 30]. В этом контексте весьма интересным выглядит также обнаружение циркасемианнуальной, или околополугодовой ритмичности ряда биологических функций [23]. Выраженные ЦСР и ЦССР для показателей гемодинамики преимущественно свойственны самым ранним и наиболее поздним этапам онтогенеза человека [3, 21, 27, 28, 33]. Кроме того, у пациентов с персистирующим вегетативным состоянием после черепно-мозговой травмы, наблюдавшихся с помощью мониторирования в течение 10 дней, ЦСР САД, ДАД и ЧСС превышает по амплитуде циркадианный, оставаясь ведущим в структуре вариабельности [26]. Околонедельная ритмичность характеризует продолжительность ишемических эпизодов на фоне стенокардии [34]. В экспериментах на кроликах показано, что в дни магнитных возмущений у животных наблюдаются проявления спектральной перестройки ряда физиологических ритмов [11] с признаками трансформации суточных ритмов в ритмы смежных частот, что напоминает проявления т.н. «экстрациркадианной диссеминации» [6, 7, 29, 30].

Гравитационная составляющая, связанная в частности с положением Луны, также может играть свою роль в возникновении и модуляции параметров ЦСР и ряда других инфрадианных ритмов. Например, анализ частоты 1329 спонтанных абортов в г. Падова, Италия обнаружил выраженный ЦСР и 205-дневный ритмы, соответствующий периоду и фазе перигеи Луны [49]. Фаза луны, возможно, играет роль и в возникновении ЦСР у насекомых [39] и даже растений. Так, сухие зерна бобовых впитывают воду с четкой 7-дневной ритмичностью, с акрофазой, приуроченной к смене фаз луны [46]. Этот же фактор, вероятно, объясняет 7-дневную динамику воспалительной реакции и выраженности послеоперационных [43] и посттравматических [41] отеков.

Недельные ритмы также характеризуют смертность от многих заболеваний. Наиболее известны ритмы частоты инфарктов миокарда с максимальным риском в начале недели, которые впервые были выявлены более 20 лет назад [25, 50]. Данные, полученные позднее при анализе динамики внезапной сердечной смерти в г. Берлине за 5-летний отрезок времени обнаружили ЦСР с пиком в понедельник и минимумом в воскресенье со средней амплитудой около 18,3% от среднего уровня, а также зависимость амплитуды от возраста и пола [14]. Недавно проведенный анализ поисковых запросов Google показал рост озабоченности населения своим здоровьем в начале недели (понедельник-вторник), после чего в течение недели этот показатель постепенно снижается [15, 16].

Нами был осуществлен анализ динамики параметров суточного ритма показателей гемодинамики: артериального давление, ЧСС, систолического объема (СО); минутного объема кровотока (МОК) и периферического сопротивления сосудов (ПС) в зависимости ото дня недели в разных возрастных группах (рис. 1). Анализ осуществлен на основе уникальной базы данных, полученной от 80 добровольцев без анамнеза артериальной гипертензии в возрасте от 16 до 106 лет, описанной ранее [29, 30]. Результаты показали, что среднее значение периодов наилучшей аппроксимации, приближается к циркасемисептанному диапазону, причем эти инфрадианные имеют значительную амплитуду.

Doc1.pdf

Doc2.pdf

Рис. 1. Сравнительная выраженность недельного ритма МЕЗОРа и циркадианной амплитуды ЧСС и САД в зрелом и пожилом возрастах. Примечание: для наглядности данные средних величин МЕЗОРа и амплитуды по каждому дню недели представлены в процентах к их соответствующему средненедельному значению

Среди лиц старше 60 лет (пожилой и старческий возраст) процент обнаружения значимых инфрадианных пиков в спектре САД, ДАД и АДср достоверно выше, нежели зрелого возраста, p<0,001. Примечательна закономерность изменения циркадианной амплитуды САД и ЧСС в течение недели. Данная закономерность отображена на рис. 1 где, видно, что даже если амплитуду отдельного дня недели представить в процентах к ее средней величине, то полученная кривая отобразит синусоидальный характер недельной динамики циркадианной амплитуды (CdA) ЧСС с максимумом в субботу-понедельник. Наличие ЦСР ЧСС CdA верифицируется косинор-анализом (p=0.04, 2А=19.6±4.9%, Ø=314º[-270;-359]).

Недельные изменения CdA происходят на фоне отсутствия таковых по МЕЗОРу ЧСС. Помимо ЧСС циркадианная амплитуда САД (но не МЕЗОР) также обнаруживает характерные отличительные особенности, зависящие ото дня недели (рис. 1). Минимальная амплитуда приходится на вторник, максимальная – на четверг-пятницу.

Поскольку ЦСР и ЦССР усиливаются как раз на тех возрастных этапах, когда роль социального недельного режима труда, ослабляется в связи с выходом на пенсию, результаты вновь заставляют задуматься о роли иных факторов помимо социального. Кроме того, среди лиц старших возрастных в условиях высокой лабильности показателей гемодинамики, а также на фоне усиления инфрадианных компонентов их вариабельности [6, 27, 29-31], значительно повышается актуальность проведения лонгитудинального АМАД. Значительный интерес представляет дальнейшее изучение особенностей хроноинфраструктуры и инфрадианных ритмов в зависимости от географической широты, хронотипа человека и в условиях вахтового режима труда в регионах Арктики и Крайнего Севера [5, 8, 29, 30].

Представленные данные также говорят о необходимости учета дня недели при проведении хронобиологических исследований, направленных на изучение циркадианных ритмов сердечнососудистой системы, в том числе при мониторинговых исследованиях. В частности, при проведении Холтеровского мониторирования, величина суточного индекса, значения вариабельности ЧСС, могут отличаться в зависимости ото дня недели, что следует учитывать при интерпретации этих результатов и при разработке соответствующих диагностических нормативов. С точки зрения информационной ценности ведущими специалистами в области хронобиологии и хрономедицины ранее был признан «золотой стандарт» именно недельного (7-дневного) мониторинга для АД и ЧСС, способный снабдить врача диагностически и клинически и ценной информацией, недоступной при иных подходах [17, 34, 35, 36].


Библиографическая ссылка

Губин Д.Г. ОКОЛОНЕДЕЛЬНЫЕ (ЦИРКАСЕПТАННЫЕ) РИТМЫ В ФИЗИОЛОГИИ (ОБЗОР) // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 1-8. – С. 1268-1272;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35379 (дата обращения: 28.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074