Берілген мақалаДа термодинамика әДістері мен заңДарын тірі жүйелер ағзасынДағы физиологиялық, биохимиялық процестерге қолДану мүмкінДігі қарастырылаДы. Сонымен қатар, стресс факторларДың әсерінен тірі жүйелерДегі тәуліктік ырғақтарДың ДинамикасынДағы өзгерістерге эксперименталДық және математикалық талДаулар қарастырылған. Стрестік жағДайлар циркаДианДық ырғақтарДың фазалық архитектоникасының бұзылыстарымен сипатталынаДы; Десинхроноз жалпы аДаптациялық синДромның маңызДы компоненті болып табылаДы. Ал, Десинхроноз Деңгейі мен Дәрежесін физикалық шама - энтропия көмегімен есептеп білуге болаДы, себебі ол - ретсізДіктің өлшемі болып табылатын жүйе жағДайының термоДинамикалық функциясы. Стресс кезінДе Дамитын реакция ішкі секреция безДерінің белсенДілігінің күшеюімен тікелей байланысты, сонДа симпато-аДреналДы жүйенің іске қосылуы жүреДі. Стресс факторы ретінДе гипокинезия, қозғалыстың шектелуі таңДалынДы. Гипокинезияның ұзақтығы катехоламинДерДің Дәрежесіне әрқалыпты әсер етеДі, ол стрестік реакцияның Дамуына, күшіне, жыл мезгілінің ұзақтығына Да байланысты.
Кіріспе. Жалпы эволюциялық даму жолында барлық ағзалар табиғи және жасанды жағдайлардың кең спектрінің әсеріне бейімделген. П.К. Анохиннің түсінігі бойынша, жүйе тіршілік ететін және оның бір бөлігі болып табылатын, қандай да бір «кеңістікті-уақытты континуум» бар [1,2,3,4]. Тірі жүйелердің тіршілігінің шарты - тірі материяға тән биологиялық іс-әрекеттерінің ырғақтылығы[5]. Жалпы, ағзаның көптеген процестерінің координациясында үлкен рөлді нейроэндокринді жүйенің циклдық әрекеті атқаратындығы белгілі, ал ол өз кезегінде орталық реттеу механизмінің мен ағзаның көп функцияларының интеграциясының іске асуында ОЖЖ-мен тығыз байланысты [6,7]. Сондай-ақ, көптеген мәліметтер бойынша бүйрекүсті безінен гормондардың бөлінуі тек ОЖЖ ғана емес, жыл мезгілі мен тәуліктік уақыттарға тәуелді өзгеріп отыратындығы белгілі болған. Гормондардың тәуліктік ауытқуы, олардың хроноқұрылымы стреске аса сезімталдық әсер көрсетеді. Сонда, стрестік жағдайлар циркадиандық ырғақтардың фазалық архитектоникасының бұзылысын сипаттаса; десинхроноз жалпы адаптациялық синдромның негізгі компоненті болып табылады екен [8]. Ал, десинхроноз деңгейі мен дәрежесін физикалық шама - энтропия көмегімен есептеп білуге болады, себебі ол - ретсіздіктің өлшемі болып табылатын жүйе жағдайының термодинамикалық функциясы. Жүйе ретсіздігі қаншалықты жоғары болса, оның энтропиясы да соншалықты артық болады [9]. Бұған дейінгі кейбір зерттеушілермен жасалған зерттеу жұмыстары, адамның тіршілік әрекеттері шыныменен термодинамикалық сипаттқа ие екендігін және термодинамикалық заңдылықтарды адам физиологиясын модельдеуде қолдануға болатындығын көрсетіп кеткен [10,11,12]. Осыған байланысты ғалымдардың хронобиологияға деген едәуір қызығушылығы түсінікті, алайда, осы бағытта орындалған көптеген маңызды жұмыстарға қарамастан, жаңа зерттеу қадамдары үшін де орынды мәселелер табылып отырады [13,14,15].
Зерттеу материалдары мен әдістері. Зерттеу объектісі ретінде тұқымсыз, әртүрлі жынысты, жасы 2-ден 5 айға дейінгі, салмағы 300 г болатын егеуқұйрықтар қолданылды. Қандағы катехоламиндердің құрамының тәуліктік динамикасын анықтау үшін, егеуқұйрықтардың декапитациясы 24 сағаттық тәжірибенің әр сағаты сайын жасалынды (480 егеуқұйрық). Егеуқұйрықтарды 24-ші сағаттан бастаған дереу декапитациямен сойды, яғни гипокинезияның екінші тәулігінен бастап, әр сағат сайын. Қанды гепаринделген пробиркаларды жинап, 20 минут бойы 4000 айн/мин центрифугалады. Сарысу бөлініп алынып, анықтау үшін -20°С температурада сақталынды. Талдау адреналин және норадреналиннің болуына қатысты жүргізілді.
Қандағы катехоламиндерді анықтау әдісі. Катехоламиндерді анықтаудың әртекті әдістері бар, олар - биологиялық, колориметрлік, хроматографиялық және флюорометрлік әдістер. Қазіргі уақыттарда айтарлықтай дамыған және ерекшесі катехоламиндерді флюорометрлік анықтау болып табылады. Катехоламиндерді анықтаудың флюорометрлік әдістің негізі ретінде Матлина өзінің бірлескен авторларымен бірге ұсынған әдіс қолданылды [16]. Аз концентрациядағы катехоламиндерді анықтау мақсатында, тәжірибеде жеткілікті мөлшерде сезімталдылық пен мүмкіндікке ие Hitachi-650-60 спектрофотометрі қолданылды.
Спектральды талдау жасау әдісі. Статистикалық маңызды ырғақтар параметрлерін анықтау үшін спектральды талдау әдісі қолданылды. Оның соңынан косинор талдау әдісі қолданылды. Спектральды талдау тәжірибелік мәліметтер бойынша процестің спектральды тығыздығының қызметін құрастыруға және жиіліктер бойынша жалпы дисперсиясының жіктелуін бағалауға мүмкіндік береді. Спектральды тығыздықтың құрастырылған қызметі көптеген ырғақтық процестердегі тәуліктік ырғақтардың статистикалық анық ультрадиандық құраушыларын бөлуге мүмкіндік береді.
Косинор талдау. Алынған тәжірибелік талдауларды математикалық өңдеу IBM PC AT-те Ерошенко В.Ш. мен Сорокин В.А. жасаған «Косинор» қолданбалы бағдарламалар пакетін қолданумен жүргізілді [17]. Жалпы бұл биоырғақтарды (Косинор) талдау тәсілі идеясы Ф. Халбергке тиесілі [18,19,20]. Себебі, кез келген периодтық процесті преиодтық қосылғыштардың үздіксіз қосындысы түрінде суреттеуге болатындықтан, Ф. Халберг тәуліктік ырғақтарды зерттеуде тәжірибеліктерді сол қатардың бірінші мүшесімен - 24 сағаттық период гармоникасымен аппроксимациялауды, яғни жуықтауды ұсынған. Екінші этапта жеке деректер орташаланылып, математикалық күтілімдер мен сенімділік интервалдары, тербелістердің амплитудалары мен акрофазалары анықталады [21,22]. Алынған нәтижелер Microsoft Excel бағдарламасы арқылы статистикалық түрде өңделді және орташа арифметикалық параметрлер өзгерісі Фишер-Стьюденттің жұпсыз критериін қолдану арқылы есептелінді (p<0.05*, p<0.01**, p<0.001***). Энтропиялық көрсеткіштер MATLAB (matrix Laboratory, АҚШ, Нью-Мексико) - техникалық есептерді шешуге арналған қолданбалы бағдарламалар пакеті көмегімен есептелінді. Бұл пакетті миллионнан аса инженерлік және ғылыми жұмысшылар қолданады [23].
Зерттеу нәтижелері мен оларды талқылау. Жүргізілген тәжірибелер бойынша қарастыратын болсақ, интактілі егеуқұйрықтар қаны саруысуының құрамындағы бүйрек үсті безі гормонының құрамы тәулік аралығы бойынша флуктуацияға ұшырайды екен. Интактілі егеуқұйрықтар сарысуындағы адреналиннің орташа тәуліктік құрамы шамамен 0,03 нг/мл құрайды, және гипокинезияның 2-ші тәулігінде де сондай мәнді көрсетеді. Орташаланған көрсеткіштер бойынша, жоғарыда айтып өткендей адреналиннің дәрежесі тәулік ішінде максимумнан минимумға қарай тәуліктің әр сағаттарында тербелмелі өзгерістерге ұшырады (1-кесте). Нақтырақ айтқанда, қалыпты жағдайда адреналин гормонының мөлшері 0,007±0,001 нг/мл-ден 0,047±0,003 нг/мл-ге дейін ауытқыды. Адреналиннің минимальды көрсеткіштері таңғы сағат 3 шамасына, ал максимальды көрсеткіші түскі сағат 3 шамасына сәйкес келді. Ал, тәжірибелік егеуқұйрықтардың қан сарысуындағы адреналин гормонының көрсеткіштері тәулік ішінде 0,010 ±0,001 нг/мл-ден 0,090±0,009 нг/мл-ге дейін ауытқыды. Минимальды көрсеткіштер таңғы 4 шамасында, ал максимальды көрсеткіштер түскі сағат 3-ке, яғни қалыпты жағдайға ұқсас болды. Алайда, биоырғақтар конфигурациясы бойынша да, гормон концентрациясы бойынша да бақылау тобындағы егеуқұйрықтардың жалпы көрсеткіштерінен айтарлықтай ерекшеленді. Интактілі егеуқұйрықтардың қан сарысуындағы норадреналиннің орта тәуліктік мөлшері шамамен 0,058 нг/мл құрайды, гипокинетикалық стрестің екінші тәулігінде норадреналиннің орта тәуліктік мөлшері 0,070 нг/мл-ға дейін артады. Нақтырақ айтқанда, қалыпты жағдайда норадреналин гормонының мөлшері 0,020±0,001 нг/мл-ден 0,115±0,015 нг/мл-ге дейін ауытқыды. Норадреналиннің минимальды көрсеткіштері түскі сағат 12 шамасына, ал максимальды көрсеткіші таңғы сағат 9 шамасына сәйкес келді. Ал, тәжірибелік егеуқұйрықтардың қан сарысуындағы норадреналин гормонының көрсеткіштері тәулік ішінде 0,020±0,002 нг/мл-ден 0,200±0,001 нг/мл-ге дейін ауытқыды. Минимальды көрсеткіштер таңғы 8 шамасында, ал максимальды көрсеткіштер түнгі сағат 1-ге, яғни қалыпты жағдайдан біршама ерекшеленді. Алайда, биоырғақтар конфигурациясы бойынша да, гормон концентрациясы бойынша да бақылау тобындағы егеуқұйрықтардың жалпы көрсеткіштерінен айтарлықтай ерекшеленді. Гипокинезия кезінде норадреналиннің тәуліктік динамикасының спектральды тығыздығы келесідей максимумдарға ие, олар - 6 сағаттық, 8 сағаттық және 22 сағаттық периодтар.
Кесте 1 - Егеуқұйрықтардың қан сарысуындағы адреналиннің тәуліктік динамикасының құрамы, нг/мл
|
Тәулік уақыты, сағ |
Адреналин, нг/мл |
|
|
Бақылау (қалыпты), п= |
Тәжірибелік (гипокинезия), п= |
|
|
10 |
0,013±0,002 |
0,013±0,018 |
|
11 |
0,020±0,001 |
0,030±0,003 |
|
12 |
0,013±0,002 |
0,043±0,008 |
|
13 |
0,013±0,002 |
0,055±0,002 |
|
14 |
0,013±0,002 |
0,072±0,002 |
|
15 |
0,047±0,003 |
0,090±0,009 |
|
16 |
0,018±0,004 |
0,010±0,001 |
|
17 |
0,017±0,003 |
0,043±0,004 |
|
18 |
0,023±0,003 |
0,022±0,030 |
|
19 |
0,023м0,004 |
0,040±0,004 |
|
20 |
0,033+0,009 |
0,030+0,001 |
|
21 |
0,020±0,003 |
0,025±0,002 |
|
22 |
0,023±0,002 |
0,020±0,004 |
|
23 |
0,020±0,001 |
0,018±0,005 |
|
00 |
0,023±0,004 |
0,030±0,004 |
|
01 |
0,010±0,001 |
0,065±0,006 |
|
02 |
0,010±0,001 |
0,015±0,002 |
|
03 |
0,007±0,001 |
0,032±0,008 |
|
04 |
0,013±0,001 |
0,010±0,001 |
|
05 |
0,016+0,001 |
0,011±0,001 |
|
06 |
0,012±0,002 |
0,015±0,002 |
|
07 |
0,020±0,001 |
0,030±0,009 |
|
08 |
0,017±0,002 |
0,025±0,007 |
|
09 |
0,025±0,004 |
0,030±0,009 |
1 16 L
Кесте 2 - Егеуқұйрықтардың қан сарысуындағы норадреналиннің тәуліктік динамикасының құрамы, нг/мл
|
Тәулік уақыты, сағ |
Норадреналин, нг/мл |
|
|
Бақылау (қалыпты), п= |
Тәжірибелік (гипокинезия), п= |
|
|
10 |
0,040±0,005 |
0,190±0,049 |
|
11 |
0,033±0,003 |
0,025±0,002 |
|
12 |
0,020±0,001 |
0,195±0,003 |
|
13 |
0,081±0,019 |
0,030±0,004 |
|
14 |
0,040±0,003 |
0,140±0,018 |
|
15 |
0,030±0,005 |
0,105±0,042 |
|
16 |
0,067±0,010 |
0,065+0,016 |
|
17 |
0,043±0,004 |
0,043±0,009 |
|
18 |
0,027±0,003 |
0,130±0,031 |
|
19 |
0,070±0,018 |
0,125±0,034 |
|
20 |
0,040±0,003 |
0,090±0,004 |
|
21 |
0,083±0,019 |
0,047±0,007 |
|
22 |
0,060±0,006 |
0,080±0,001 |
|
23 |
0,039±0,003 |
0,050±0,009 |
|
00 |
0,033±0,002 |
0,055±0,008 |
|
01 |
0,035±0,005 |
0,200±0,001 |
|
02 |
0,034±0,002 |
0,040±0,004 |
|
03 |
0,040±0,006 |
0,040±0,009 |
|
04 |
0,040±0,008 |
0,040±0,009 |
|
05 |
0,045±0,007 |
0,040±0,001 |
|
06 |
0,040±0,003 |
0,065±0,002 |
|
07 |
0,100±0,006 |
0,095±0,002 |
|
08 |
0,050±0,008 |
0,020±0,002 |
|
09 |
0,115±0,015 |
0,025+0,002 |
Сурет 3 - Егеуқұйрықтардың қан сарысуындағы адреналиннің қалыпты тәуліктік динамикасының энтропиялық көрсеткіші, Дж/К
о
24 48 72 96 120 144 168 192 j
Сурет 4 - Егеуқұйрықтардың қан сарысуындағы адреналиннің гипокинезия кезіндегі тәуліктік
динамикасының энтропиялық көрсеткіші, Дж/К
3-суреттегі графикте бейнеленіп тұрғандай, адреналин гормонының тәуліктік динамикасының энтропиялық мәндері тәулік ішінде бір акрофаза, бір ортофазамен сипатталынып, осы жағдайда қалыпты жүретін болса, энтропия көрсеткіші, S = 0,2799 Дж/К болады. Ал, 4-
суреттегі графикте стрестің әсерінен адреналин гормонының тәуліктік динамикасы күрделі ауытқуға ұшырап, тәулік ішінде екі ортофаза мен үш акрофазаны көрсетеді. Осындай стрестік жағдай әсерін тоқтатпаса, энтропия көрсеткіші, S = 0,3258 Дж/К болады.
s
0.16
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
G 24 48 72 96 120 144 168 192 J
Ъ
Сурет 5 - Егеуқұйрықтардың қан сарысуындағы норадреналиннің қалыпты тәуліктік динамикасының
энтропиялық көрсеткіші, Дж/К
Сурет 6 - Егеуқұйрықтардың қан сарысуындағы норадреналиннің гипокинезия кезіндегі тәуліктік
динамикасының энтропиялық көрсеткіші, Дж/К
5-суреттегі графикте бейнеленіп тұрғандай, норадреналин гормонының тәуліктік динамикасының энтропиялық мәндері тәулік ішінде екі акрофаза, төрт ортофазамен сипатталынып, осы жағдайда қалыпты жүретін болса, энтропия көрсеткіші, S = 0,3307 Дж/К болады. Ал, 6- суреттегі графикте стрестің әсерінен норадреналин гормонының тәуліктік динамикасы күрделі ауытқуға ұшырап, тәулік ішінде бес ортофаза мен бірнеше акрофазаны көрсетеді. Осындай стрестік жағдай әсерін тоқтатпаса, энтропия көрсеткіші, S = 0,3571 Дж/К болады. Организмнің (физиологиялық жағдайы) қалыпты қызмет атқаруы үшін, белгілі бір «нормада» ғана хаостылық (хаотичность) (әр ағза және олардың жағдайы үшін әртүрлі) қажет болып табылады. Солай дей тұра, хаостылық, яғни энтропия S биологиялық жүйеде физиологиялық қалыпты жағдайда да, созылмалы патологиялық процесс жағдайда да белгілі бір тар шекте өзгере, жүйенің қозғалғыштығын және өзгеріп жатқан жағдайларға реакция жылдамдығын бағалай алады. Ол ағзаның функциональдық белсенділігін, соңында жай ғана тіршілік етуіне шартты жағдай болып табылады. Сәйкесінше, биологиялық ағзаның қызмет етуінде S энтропияның стационарлы деңгей So шамасында тербелісі жүреді. Патологияның дамуы осы көрсеткіштің AS >0 артуымен сипатталады. Созылмалы саты жаңа стационарлық жағдайға айналады да, патологияның одан әрі дамуы мүшенің өліміне әкеліп, жүйе энтропиясының катастрофиялық артуына әкеледі. Осылайша, термодинамикалық жүйе жағдайының критерийі ретінде энтропияны S қолдануға болады, себебі ол ашық жүйелердегі қайтымсыз процестердің бағытын ғана емес, тереңдігін де анықтауға мүмкіндік береді.
Қорытынды. Осылайша, ең алдымен егеуқұйрықтардың қалыпты және стрестік жағдайдағы қан құрамындағы бүйрек үсті безі гормондарының, яғни адреналин мен норадреналиннің тәуліктік динамикасы анықталынды. Зерттеудің соңы тәуліктік динамикасының энтропиялық көрсеткіштерін анықтаумен аяқталынды. Бұл зерттеулер алғаш болып жүргізіліп отыр. Босаңсыған күйден, яғни қалыпты күйден ауытқу оң және теріс болуы да мүмкін, себебі ол сыртқы ортадан берілген стрессорға және ішкі физиологиялық күйге тәуелді. Зерттеу нәтижесінде, энтропия көрсеткіштерін анықтау алғаш жүргізіліп отыр және ол, яғни физиологиялық энтропия - бұзылыс шамасы ретінде анықталынады. Оның өзгерісі стимулға ағза жауабының арнайылығын, мүше жауабының арнайылығын, әр ағза жауабының арнайылығын, вегетативті балансты ерекшелеп көрсете алады. Берілген зерттеулер бойынша стресс факторы әсерінен мүше жұмысы бұзылғандығы және энтропия көрсеткіштері артқандығы анықталынды. Энтропия артуы реттіліктік дәрежесінің төмендеуін және хаосты білдіреді.
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
- Коробков В.А. Физиология адаптации. - М.: Высш. Шк., 1980. - С. 519-526
- Тулеуханов С.Т. Биологические ритмы- фундаментальный закон живой природы // Известия НАН РК. Серия биологическая и медицинская.- Алматы: 2002. - №6(234). - С. 3-16.
- Төлеуханов С.Т. Биологиялық ырғақ- тірі табиғаттың іргелі заңы // Ғылым көкжиегінде: ғылыми-көпшілік жинақ.- Алматы: 2006. - Б. 59-68.
- С.И. Рапопорт, В.А. Фролов, Л.Г. Хетагурова Хронобиология и хрономедицина. - М.: МИА, 2012. - 480 с.
- Warterhouse J., Folloi'd S76 inors D. Physiology of circadian rhythms // 31 International Congr. Physiol. Sciences. - Helsinki: 2017. - 457 р.
- Synguetakis M., ^lberg F., Baulieu E.-E., Robel P. Evolution circadianne de hydroxysteroides et de glucocorticosteroides dans le plasma et le cervean de Rat // C. r. Acad. Sci. - 2009. - №19. - P. 823-826.
- Жанабаев З.Ж. Критерии самоподобия и самоаффинности динамического хаоса // Вестник КазНУ. Серия физическая. - 2013- №1(44). - С. 58-66.
- Менакер М., Бинксли С. Нервный и эндокринный контроль циркадианных ритмов у позвоночных // Биолог. Ритмы. - М.: Мир, 1984. - Т. 1. - С. 275-291.
- Bridgman P.W. The Ыаиіге of ^e^od^m^ // Herpers and Row. - New York: 1961. - 17 р.
- Zhanabaev Z.Zh, Kozhagulov Y.T, Khokhlov S.A. Scale invariance criteria of dynamical chaos // International Journal of mathematics and physics 4. - 2013. - №2. - P. 29-37.
- Хайтун С. Д. Трактовка энтропии как меры беспорядка и ее воздействие на современную научную картину мира // Вопросы философии. - 2013. - №2. - С. 62-74.
- Чайка В. Я. Биоритмы человека - ключ к прогнозированию работоспособности, надежности, совместимости // Научнометодический сборник. - Караганда, 2013. - №3. - С. 55-59.
- Aschoff Y. B^log^l rhythms. - Y-L: 1981. - 320 р.
- Hsus E., Smolensky M. // Biologicsl clock and shift work: circadian dysregutation and potential long-term effects // Cancer Causes and Control. - 2006. - №5. - P. 489-500.
- Матлина Э.Ш. Флюорометрические методы определения адреналина и норадреналина в крови в моче // В кн.: Адреналин и норадреналин. - М.: 1964. - С. 268-276.
- Ерошенко В.Ш., Сорокин А.А. Пакет прикладных программ косинор-анализа и методические указания по его использованию // Информ. Бюл. ГФАП СССР. - 1980. - №5. - С. 38-45.
- Germano G., Cornelissen G., Scarpelli P. T., et аі. Age effects upon circadian characteristics of human blood pressure // Chronobiolog. - 1988. - vol. 15, №3. - P. 266-271.
- Brown F.A. The b^log^l clock. Two views. - NY-London: Acad., 1970. - 198 р.
- КІіа^а SBS, Jewett ME, Duffy JF, et аһ The timing of the human circadian clock is accurately represented by the core body temperature rhythm following phase shifts to а three-cycle light stimulus near the critical zone // J. Biol Rhythms. - 2000. - №15(6). - P. 524-530.
- Rimmer DW, Boivin DB, Shanahan TL, et аһ Dynamic resetting of the human circadian pacemaker by intermittent bright light // Am J Physiol. - 2000. - №3. - P. 279-286.
- Slomczynski W., Kwapier J., Zyczkowski K. Entropy Computing Via Integration over Fra^l Measures // Піаг^. - 2000. - Vol.10, №1. - P. 180-188.
- Аширбаев Х.К., Кабылбеков Х.А., Абдрахманова А.И., Кыдырбекова Ж.Б. Организация компьютерной лабораторной работы по исследованию электрического и магнитного полей с использованием пакета программ MATLAB // Известия НАН РК, серия физ.мат. - Алматы: 2017. - №4. - С. 206-213.