Cronobiologie

Cronobiologia (din greaca veche χρόνος  - „timpul”) este o ramură a biologiei care studiază procesele ciclice din sistemele biologice de diferite niveluri de organizare. Publicațiile în limba rusă folosesc și termenul de bioritmologie [1] .

Cercetarea cronobiologică include (dar nu se limitează la) lucrări în anatomie comparată, fiziologie, genetică, biologie moleculară și biologie comportamentală [2] . Alte aspecte includ studiul dezvoltării, reproducerii, ecologiei și evoluției speciilor.

Subiectul cercetării

De la nașterea cronobiologiei, interesul acestei științe a inclus studiul acelor ritmuri care au apărut la ființele vii pentru a-și adapta activitatea vitală la schimbările periodice ale mediului geofizic înconjurător. Aceste ritmuri biologice sunt de obicei numite ritmuri circa (din latinescul  circa „despre, aproximativ”), principalele dintre ele sunt [3] :238 [4] :

Cea mai mare parte a cercetării este dedicată studiului ritmurilor circadiene [3] :238 .

Cronobiologia este una dintre puținele domenii ale științei biomedicale care pot revendica statutul de științe exacte . Una dintre trăsăturile efectuării cercetărilor asupra ritmurilor biologice, generate de universalitatea și diversitatea fenomenelor studiate, este că este posibil să se aleagă pentru experimente cele mai diverse, uneori diferite organisme „model” [3] :236-237 . În istoria cronobiologiei, descoperirile au fost făcute de acei cercetători care au combinat în căutările lor studiul bioritmurilor umane cu experimente pe organisme relativ simple, de scurtă durată [3] :241 .

Istorie

În 1729, astronomul francez Jean-Jacques de Meran a descris mișcarea periodică a frunzelor de mimoză , o oală cu care a fost pus într-un dulap întunecat timp de câteva zile. De Meran a făcut o concluzie eronată (după cum sa dovedit mai târziu) că mimoza „simte” soarele fără să-l vadă [3] :233 .

În 1832, botanistul elvețian Decandol a testat experimentele lui de Meurand, dar sub controlul atent al influențelor externe, cum ar fi lumina, temperatura și umiditatea. Experimentele au arătat că perioada ciclului de mișcare a frunzelor de mimoză în condiții de iluminare constantă a fost cu 2 ore mai scurtă decât cea zilnică. Aceste rezultate au fost confirmate în 1875 de botanistul german Wilhelm Pfeffer , care, pe baza numeroaselor sale experimente, a sugerat existența în organisme proprii, care nu depind de ceasul solar pentru numărarea orei și a duratei zilei. [3] :233-234 .

În 1919, polimatul bengalez Jagadish Chandra Bose , în rezultatele publicate ale cercetării sale, a remarcat că perioada de mișcare a frunzelor plantelor în lumină constantă sau în întuneric complet nu este egală cu 24 de ore și se adaptează la această valoare prin alternanța naturală a lumina si intuneric [3] :234 .

În 1922, psihobiologul american Kurt Richter a descris o schimbare circadiană a comportamentului rozătoarelor de laborator, observând că, în condiții constante de mediu, activitatea șobolanilor își păstrează ritmul, dar perioada de ritm devine mai scurtă de 24 de ore. Mai târziu (1965) a stabilit că acest ritm este perturbat atunci când hipotalamusul este distrus [3] :235 .

În 1935, biologul german Erwin Bünning a traversat două linii de fasole care au prezentat perioade de 23 de ore și 26 de ore în întuneric constant și a produs descendenți hibrizi cu o valoare a perioadei intermediare. În 1958, Bünning a publicat cartea Die physiologische Uhr care descrie rezultatele experimentale obținute de el și de alții. Cartea a fost tradusă în alte limbi, inclusiv în rusă sub titlul „Ritmurile proceselor fiziologice (ceasul fiziologic)” (1961) [3] :234-235 .

Începutul formării cronobiologiei ca știință este asociat cu un simpozion despre ceasul biologic, care, la inițiativa unuia dintre „părinții” cronobiologiei - Colin Pittendrich  - a fost susținut de Laboratorul din Cold Spring Harbor. în 1960. La simpozion au făcut prezentări numeroși specialiști care au studiat ritmurile biologice. Din cei aproximativ 150 de participanți, 31 au reprezentat țări străine [5] . Cel mai important rezultat al simpozionului a fost publicarea în 1961 a cărții „Ceasul biologic”, care cuprindea toate rapoartele citite și discuțiile apărute despre acestea. Trei ani mai târziu cartea a fost publicată în limba rusă sub redacția lui S. E. Shnol [3] :236 .

Rezultatul perioadei de formare a noii științe a fost publicarea în manualul în mai multe volume de neurobiologie a volumului „Ritmuri biologice” (traducerea în limba rusă a fost făcută de A.M. Alpatov în 1984), editată de un alt „părinte” al cronobiologiei - Jürgen Aschoff . În 1964, la școala de vară organizată de Aschoff în Bavaria, s-a făcut una dintre primele încercări de unificare a termenilor în descrierea proceselor și fenomenelor bioritmologice [3] :236-237 .

În 1977, la inițiativa unui alt „părinte” al noii științe, care a propus denumirea de „cronobiologie”, a fost publicat Franz Halberg  - un dicționar de termeni cronobiologici. Halberg a fost cel care, în 1959, a inventat cuvântul „circadian” pentru a sublinia particularitatea propriei perioade de ritm într-un organism viu, care nu este exact egal cu 24 de ore. Potrivit lui A. A. Putilov, prea larg, după mulți, termenul „cronobiologie” în loc de, de exemplu, „bioritmologie” a fost adoptat de specialiști pentru ca aceștia să nu fie identificați cu reprezentanții teoriei populare de atunci, dar antiștiințifice ale „ trei bioritmuri ” [3 ] :237-238 .

Halberg a experimentat ritmurile biologice în domeniul medicinei și fiziologiei umane, în timp ce Pittendrich a preferat să testeze corectitudinea teoriilor și calculelor sale matematice pe animale precum musca fructelor ( Drosophila ) - cel mai frecvent obiect de cercetare în domeniul geneticii [ 5] .

În anii 1960, Michel Sifre a efectuat o serie de experimente cu multe luni de izolare a oamenilor într-o peșteră fără informații despre ora actuală („în afara timpului”). Experimentele au arătat păstrarea unui ciclu zilnic de aproximativ 24 de ore, urmat de o tranziție la unul de 48 de ore. În primul său experiment (1962), Sifre a combinat studiul unui ghețar subteran cu studiul modului în care ideea timpului s-ar schimba în astfel de condiții adverse în absența reperelor naturale și sociale [6] . Potrivit lui N. A. Gvozdetsky , a fost posibil să se exploreze ghețarul în mai multe etape, fără a se expune la o izolare atât de lungă, iar rezultate similare ale unui experiment fiziologic efectuat în același timp s-au putut obține izolat în condiții mai confortabile [7] . Ulterior, Cifr a primit sprijin și asistență financiară din partea guvernului, unde interesele departamentelor militare și civile au convergit și a atras alți participanți să efectueze experimente. În 1966, în timp ce pregătea un alt experiment, a reușit să stabilească contactul cu Halberg [6] .

Principala bază a cunoștințelor inițiale despre bioritmurile umane au fost rezultatele a sute de experimente de mai multe zile privind izolarea pe termen lung a unei persoane de influențele periodice externe, conduse de Aschoff în colaborare cu Rütger Wefer într-un buncăr special creat pentru acest lucru . scop. Cu toate acestea, în timpul experimentelor nu s-a luat în considerare faptul că, spre deosebire de animalele și plantele experimentale, participanților li s-a permis să aprindă iluminarea slabă dacă era necesar. Ulterior, s-a realizat că o astfel de „relaxare” a încălcat „puritatea” experimentelor de buncăr și, ca urmare, a condus la o concluzie eronată despre diferențele semnificative între proprietățile ritmurilor circadiene la oameni și animalele de laborator. Noțiunea de diferențe semnificative a fost ulterior respinsă nu numai de un control mai atent al regimului de iluminare în experimentele umane, ci și în cursul unor anchete pe Internet foarte simple, dar neobișnuit de masive [3] :241 .

Instrumente

În experimentele pentru a studia efectul diferitelor regimuri de lumină asupra ceasului biologic uman, acum a fost adoptat așa-numitul „protocol de desincronizare forțată”. Dezvoltarea acestei metode a început în 1939 la inițiativa unuia dintre „părinții” științei somnului  - Nathaniel Kleitman . Metoda a fost dezvoltată în continuare în lucrările cronobiologilor americani. În forma sa modernă, protocolul de desincronizare forțată a devenit utilizat pe scară largă datorită cercetărilor conduse de studentul lui Kleitman Charles A. Czeisler [3] :242 în anii 1980 .

Se crede că un instrument utilizat pe scară largă în cronobiologie, numit curba de răspuns la fază PRC), a fost pus în practică de Patricia de Courcy munca sa de cercetare în 1960. De atunci, a devenit un instrument standard în studiul ritmurilor biologice [8] .

Până în 2007, studentul lui Aschoff Till Rönneberg , împreună cu Martha Merow și un grup de angajați, folosind pagina de internet creată, au reușit să intervieveze rapid zeci de mii de rezidenți germani despre ora de a merge la culcare și de a ajunge în zilele lor libere de la muncă și studii. S-a dovedit că nu sincronizatoarele sociale, cum ar fi ora unui anumit fus orar , ci momentele naturale de răsărit și apus sunt în continuare principalele semnale care determină timpul schimbării stărilor de somn și veghe. De exemplu, de această dată se schimbă treptat și destul de previzibil în direcția de la granița de est a fusului orar la granița de vest, în special pentru locuitorii din așezările mici [3] :241-242 .

Alte zone

Cronobiologii studiază adesea simultan procesele și fenomenele biologice care sunt fundamental diferite ca conținut în specii de ființe vii care sunt fundamental diferite în ceea ce privește nivelul de organizare biologică. Prin urmare, multe domenii ale biologiei și medicinei sunt într-o oarecare măsură legate de cercetarea cronobiologică și într-o anumită măsură dependente de progresul acestor studii [3] :236 .

Cronobiologia este o zonă interdisciplinară de cercetare. Interacționează cu alte domenii de studiu, cum ar fi cronomedicina, medicina somnului , endocrinologia , geriatria , medicina sportivă , medicina spațială și fotoperiodismul [9] [10] [11] .

Cronomedicina

Aceasta este o direcție medicală și biologică independentă, care se bazează pe cronobiologie și își folosește datele pentru a îmbunătăți prevenirea, diagnosticarea și tratamentul bolilor [12] . Sarcina principală a cronomedicinei este identificarea și corectarea desincronizării ca unul dintre factorii patogenetici în dezvoltarea bolilor sistemului nervos , cardiovascular , reproducător și endocrin [ 13] . Secțiunile de cronomedicină includ cronopatologie, cronofarmacologie, cronoterapie, cronodiagnostic și cronoprofilaxie [12] :

Note

  1. ↑ BIORRITMOLOGIE • Marea Enciclopedie Rusă - versiune electronică . bigenc.ru . Preluat: 3 martie 2021.
  2. ↑ Patricia J. DeCoursey, Jay C. Dunlap, Jennifer J. Loros (2003). Cronobiologie. 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. Cronobiologie și somn (Capitolul 9) // Ghid național în memoria lui A. M. Vein și Ya. I. Levin. - M .: Medcongress LLC, 2019. - S. 235-265.
  4. ↑ TSB ed. a 3-a. volumul 3 . www.bse.uaio.ru. _ Preluat: 12 martie 2021.
  5. ↑ 1 2 Putilov A. A. Istoria cronobiologiei  // Kommersant. (27 ianuarie 2021).
  6. ↑ 1 2 Gunswind I. N. Michel Sifr - cercetător timp . pdf.knigi-x.ru . Preluat: 6 martie 2021.
  7. ↑ Gvozdetsky N. A. Prefață // Sifr M. În adâncurile Pământului . — M.: Progres, 1982.
  8. ↑ Zivkovic, Bora; alias „Coturnix” (2007). „Tutorial ceas #3c - Darwin la timp”. Un blog non-stop. Science Blogs LLC)
  9. ↑ Postolache, Teodor T. Cronobiologie sportivă, O problemă de clinici în  medicină sportivă . - Saunders, 2005. - ISBN 978-1416027690 .
  10. ↑ Ernest Lawrence Rossi, David Lloyd. Ritmuri ultradiene în procesele de viață: anchetă în principiile fundamentale ale cronobiologiei și psihobiologiei  (engleză) . — Springer-Verlag Berlin și Heidelberg GmbH & Co. K, 1992. - ISBN 978-3540197461 .
  11. ^ Hayes, DK Chronobiology : Rolul său în medicină clinică, biologie generală și agricultură  . - John Wiley & Sons , 1990. - ISBN 978-0471568025 .
  12. ↑ 1 2 Kostenko E. V., Manevich T. M., Razumov N. A. Desincronoza ca unul dintre cei mai importanți factori în apariția și dezvoltarea bolilor cerebrovasculare . — 2013.
  13. ↑ Zaripov A. A., Yanovich K. V., Potapov R. V., Kornilova A. A. Modern ideas about desincronoză // Modern problems of science and education. - 2015. - Nr. 3.
  14. ↑ Patlina T.V. Cronomedicină , tipuri de desincronoză / Universitatea Medicală de Stat din Tyumen a Ministerului Sănătății al Federației Ruse. — 2018.

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice