В последние годы интенсивно развивается концепция о временной организации биологических систем. О ней впервые было сказано в сообщениях Ф. Халберга и К. Питтендрая на Международном симпозиуме по биологическим часам в Колд-Спринг-Харборе (США) в 1960 г.

В настоящее время эта идея рассматривается в приложении к организму человека, сложная временнáя организация которого, состоящая из многочисленных ритмов, создает стройную систему за счет "сцепления" (взаимодействия) ритмов между собой и с факторами внешней среды как в норме, так и при патологии.

Временнáя организация биологической системы образуется совокупностью всех ее ритмических процессов, взаимодействующих и согласованных во времени между собой и с изменяющимися условиями среды. Отдельный биоритм (см рис.1.) надо рассматривать как элемент временной организации, который совместно и в определенных взаимоотношениях с другими такими элементами образует временную организацию биологической системы, неравнозначную простой сумме составляющих ее элементов [Романов Ю. А., 1985].

По мнению хронобиолога Романова Ю. А. общая структура временнóй организации биологической системы независимо от сложности ее строения включает в себя

1. часть, связывающую временную организацию данной биологической системы с внешней средой и с окружающими ее биологическими системами;
2. часть, регулирующую временную организацию;
3. часть, воспринимающую сигналы регуляции;
4. рабочую (эффекторную) часть.

В общем виде эта структура может быть представлена как упорядоченная совокупность нескольких взаимосвязанных колебательных систем (осцилляторов). Каждый их них имеет собственные параметры ритма, длительность периода которых связана с иерархическим уровне, который занимает осциллятор в целостном организме.

В организме осцилляторы одного иерархического уровня функционируют параллельно, а разных уровней - последовательно (рис. 2). Если осциллятор изолировать от связи с другими осцилляторами, период его колебаний может измениться. В таких условиях проявляются его собственные (эндогенные) колебания, параметры которых зависят только от его собственной структуры (свободнотекущий ритм).

Таким образом, взаимодействующие осцилляторы имеют параметры ритмики, несколько отклоняющиеся от собственных. Нередко во взаимосвязанных системах ритмы имеют одинаковый период, а разность их фаз постоянна; их называют синхронизированными.

Синхронизация осуществляется благодаря наличию специальных управляющих структур - водителей ритма, или пейсмекеров (например, на рис. 2 осцилляторы 1 и 2 первого уровня), которые воздействуют на подчиненные им структуры так, что ритм первых изменяет эндогенный ритм вторых или, как иногда говорят, затягивает (захватывает) его.

Синхронизаторами выступают факторы внутренней и внешней среды, порождаемые физиологическими, геофизическими и социальными ритмами. Эти факторы, получившие определение "датчики времени", подстраивают физиологический свободнотекущий биоритм организма к изменяющимся условиям среды за счет сдвига его фазы. Они имеют строго определенное и постоянное соотношение (постоянный фазовый угол) между своим циклом и эндогенным ритмом живого организма.

Есть данные, что подстройка биоритмов к условиям среды происходит, как правило, в запрограммированные интервалы времени, когда организм особенно чувствителен к определенным изменениям внешней среды. И в зависимости от их изменений именно в это время фаза ритма сдвигается либо вперед, либо назад, как бы подлаживаясь к ним. Эти интервалы времени были названы временем потенциальной готовности. Подобные сдвиги фазы ритма возникают в каждом цикле. Отсюда вытекает очень важный вывод, что у биоритма нет четко определенного периода, но есть диапазон, в пределах которого этот период может меняться в зависимости от условий.

Физические датчики времени имеют обычно геофизическую природу, поскольку связаны с ритмикой движения Земли в солнечной системе и ее вращением вокруг оси, что вызывает закономерное изменение главных абиотических факторов - температуры, светового режима, влажности и др. [показать].

К физическим датчикам также относят факторы, порождаемые солнечной и лунной активностью. У человека датчиком времени становятся также социальные факторы (начало рабочего дня, время обеденного перерыва, часы работы предприятий и учреждений, общественная деятельность и т.п.).

Внешний фактор, ход которого неотчетлив и постоянно нарушается, не может служить хорошим сигналом для подстройки эндогенного ритма организма, т.е. не может быть датчиком времени. Эндогенный ритм организма, как правило, от подобных факторов изолирован. Аналогичным образом он изолирован и от общих обменных процессов в организме, ход которых неустойчив.

Датчик времени иногда называют времязадателем, принудителем или используют без изменений соответствующее слово "цейтгебер".

Для справки: Такое разнообразие определений отмечается в переводном издании коллективной монографии, написанной учеными США, Англии, ФРГ, Нидерландов и Канады // Биологические ритмы под ред. Ю.Ашоффа. М., Мир, 1984, перевод с анг. А.М.Алпатова, В.В.Герасименко, М.М.Поплавской под ред. проф. Н.А.Агаджаняна //
Так, на уровне целого организма: внешний периодический фактор (Zeitgeber) является ориентиром, сигналом времени,- это времязадатель, который в результате "информационного воздействия" на организм обеспечивает согласование (entrainment) - синхронизацию ритмов различных физиологических и психологических показателей (overt rhythms)- наблюдаемых ритмов. На уровне циркадианной системы (системы осцилляторов): внешний периодический фактор (Zeitgeber) является вынуждающей силой - это принудитель, который в результате "силового воздействия" на ведущий осциллятор (pacemaker) - колебатель - задает его период и фазу (entrainment), т. е. обеспечивает его захватывание. Колебатель в свою очередь захватывает зависимые от него ритмы (overt rhythms или slaves) - подневольные ритмы. Таким образом, в зависимости от того, ведется ли изложение на уровне организма в целом или его колебательной системы, Zeitgeber переводится как времязадатель или принудитель, entrainment - как синхронизация или захватывание, overt rhythms (slaves) - как наблюдаемые или подневольные ритмы. "Pacemaker" - циркадианный ведущий осциллятор - был переведен как "колебатель", чтобы отличить его от известных в физиологии ритмоводителей (пейсмейкеров), например в миокарде.
IMHO
Несмотря на то, что А. М. Алпатов [см. Агаджанян А. А., 1984], справедливо считая, что слово "датчик" применять не следует (в технических науках так называют приборы, воспринимающие состояние среды), предложил для внешнего периодического сигнала, воздействующего на уровень целостного организма, термин "времязадатель", а этот же сигнал при изучении процессов с позиций системы внутренних осцилляторов автор предложил называть принудителем, мы не будем плодить сущности и остановимся на более распространенном определении - "датчик времени". Кроме того, термин "времязадатель" неточно отражает суть явления, т.к. задается не время ( см. Основные параметры биологического ритма), а точка его отсчета.
Вместе с тем, по мнению академика АМН СССР Ф.И.Комарова, целесообразно четко различать понятия синхронизатора и синхронизирующего фактора, применяя первое по отношению к физически существующему осциллятору, а второе - к средствам реализации его воздействия. С этих позиций нецелесообразно исключать из категории синхронизаторов и водители ритма (пейсмекеры) внутренних органов. А. М. Алпатов предложил не применять понятие "пейсмекер" к ведущим осцилляторам на более высоких уровнях организации и назвал их колебателями. Первое предложение не вызывает возражений: устоявшийся частный термин, закрепленный в физиологии за осцилляторами органного уровня, вряд ли стоит делать более общим (каждый пейсмекер - осциллятор и синхронизатор, но не каждый синхронизатор - пейсмекер). В то же время если вводить новый термин "колебатель" для осцилляторов с циркадианными периодами, то и для многих других осцилляторов с колебаниями в иных диапазонах пришлось бы также вводить свои наименования. Семантически понятие колебателя в силу свойств русского языка отражает только действие на подчиненные объекты, которые он активно заставляет колебаться; сущность осциллятора как системы с эндогенными свойствами при этом "затушевана". Общее понятие осциллятора наиболее предпочтительно: это и колебательная система с собственными свойствами, и объект, который в определенных условиях может управлять периодикой других объектов (синхронизатор), и объект, который может перестраивать собственные колебания под влиянием поступающих на него внешних по отношению к нему синхронизирующих факторов. Любую колебательную систему в самом общем смысле достаточно обозначать как осциллятор, но необходимо уточнять иерархический уровень, занимаемый осциллятором по отношению к организму (или в самом организме), его значение как активного синхронизатора по отношению к подчиненным ему осцилляторам или же как объекта, синхронизируемого поступающими в него сигналами (синхронизирующими факторами или агентами), а также природу и механизм последних. Такая характеристика достаточно полна и не требует введения новых терминов взамен уже существующих. Во всех работах, посвященных изучению синхронизации колебательных систем, встречаются термины "затягивание" и "захватывание". Последний более "активен", поэтому оправдано его применение к отношениям осцилляторов, последовательно включенных в общей системе, где один управляющий, другой управляемый (осцилляторы первого и второго уровней на рис. 2). При таких условиях имеет смысл и термин "подневольный" по отношению к ритму второго из них. О затягивании (взаимном) целесообразно говорить, если оба осциллятора занимают в иерархии одинаковое место (например, осцилляторы второго уровня на рис. 2) и в результате взаимодействия у них устанавливается общий период колебаний (согласование ритмов). Эти процессы совершаются за счет изменения длительности периода колебаний Т и (после установления общности периодов) фазы ∅. Скорость и длительность процесса (скольжения фаз) зависят от инерционности систем. Изменение периода возможно лишь в определенных пределах, в каждом диапазоне есть свои границы затягивания по периоду. Если по окончании перехода фаза синхронизируемого процесса смещается на угол, равный изменению фазы синхронизатора, т. е. фазы их сдвига Δφ равны, затягивание полное. Поскольку в разных системах длительность перехода неодинакова, взаимное соотношение фаз устанавливается не сразу, необходимая для нормального функционирования согласованность во времени различных физиологических процессов нарушается, возникает десинхронизация (десинхронизм, или дисхронизм). Для такого состояния часто употребляют термин "десинхроноз", однако он менее предпочтителен, так как в медицине слова с окончанием "оз" традиционно используют для обозначения дистрофических (в отличие от воспалительных) процессов (артроз и артрит, нефроз и нефрит и т. п.). Наиболее глубокие проявления дисхронизма связаны с рассогласованием не только фаз, но и длительности периодов колебаний осцилляторов [Катинас Г. С. и др., 1980]. Параметры ритмики установлены уже для нескольких сотен проявлений состояния организма. В ходе де- и ресинхронизации выделяют группы показателей, скорость перестройки которых одинакова. Не все из них можно регистрировать, используя простые инструментальные средства. Если в группе, взаимно связанной по скорости перестроек, существует один показатель, технически наиболее удобный для учета, то по его поведению можно судить и об остальных. Его ритм называют маркерным, а если с ним сравнивают другой ритм - отсчетным.

Временная организация биосистемы создает устойчивые отношения между различными ритмами (рис. 1)

продолжение