Описание биологических ритмов в хрономедицине
Сложность формы кривой хода процесса на протяжении цикла обусловливает соответствующие сложности ее описания в хрономедицине. Полностью эта проблема не решена. В самом первом приближении кривую описывают синусоидой (косинусоидой). Сложную кривую нередко разлагают на сумму нескольких компонент-спектр процесса. Выявление его составляющих - задача технического порядка, биологическая трактовка более сложна.
Возможен случай, когда регистрируют колебания от одного источника (осциллятора). Если они изначально несинусоидальны (одноосцилляторная несинусоидальная модель), их форма аналитически все равно может быть описана как сумма синусоид. Возможен и другой случай, когда один прибор регистрирует колебания от двух и более осцилляторов (мультиосцилляторная модель). При анализе и этот сигнал тоже будет разложен на несколько синусоидальных составляющих. Формальные приемы не позволяют судить о действительной структуре модели. Для этого нужен биологический анализ. Иногда необходимые знания уже существуют, например, о связи зубцов электрокардиограммы с активностью конкретных отделов сердца. Сложный сигнал в этом случае рассматривают как сумму сигналов, от них исходящих.
Вопрос о конструкции осцилляторной модели при анализе спектра возникает постоянно. Это, конечно, не должно служить основанием для отрицания принципов формального описания колебаний и отказа от использования соответствующего математического аппарата. Проведем следующую параллель. Звуки речи могут быть записаны в виде очень сложной кривой, которая формально в свою очередь может быть представлена суммой многих синусоид. Именно учет их параметров позволяет создавать приборы, регистрирующие, передающие речь по линиям связи и затем вновь восстанавливающие из простых колебаний форму сложного собственно звукового сигнала. Подобным же образом сложный биоритм может быть проанализирован и представлен в форме спектральной модели.
Итак, задачи анализа биоритма сводятся к созданию спектральной модели, выявлению формы кривых отдельных составляющих, истолкованию модели с учетом природы явления, к определению, принадлежат ли выявленные составляющие к одному источнику колебаний или нескольким, а если так, то каким образом последние взаимодействуют и связаны между собой. Лишь некоторые задачи решаются математическими методами, большинство же - экспериментальными биологическими средствами. По сути дела мы встречаемся с извечной проблемой познания конструкции «черного ящика», о которой пытаемся судить по изменениям сигнала на его выходе после экспериментальных вмешательств в организацию схемы.
Известно, что организм представляет собой сложную многоуровневую иерархическую систему, которую можно рассматривать как соответствующим образом организованный комплекс осцилляторов (если, упрощая, во внимание принимают только осцилляторы с колебаниями, близкими к 24 ч, говорят о циркадианной системе). Моделирование подобных систем требует специальных приемов и очень перспективно для понимания регуляторных взаимосвязей и возможных путей их нарушения. Однако эта задача пока выходит за рамки реальных возможностей практической медицины. Тем не менее говоря о конечной цели хронобиолога как о познании биологической временной структуры, следует ясно понимать, что речь идет именно о структуре живого объекта на всех уровнях его периодической организации и о создании модели, наиболее полно (на существующем этапе развития науки и при существующем уровне знаний) отражающей этот объект. Непременным же средством достижения этой цели служит анализ сигналов, исходящих от изучаемого объекта, для чего, в свою очередь, необходимо адекватно их описывать.
Наблюдатель всегда имеет дело с конкретными наблюдениями, а их величину определяют как сам биологический процесс (полезный сигнал), так и случайные воздействия (помехи). Это аналогично представлению о звуковом тоне с мощностью Uss на фоне беспорядочного шума с мощностью Rss. Их сумма определяет общую мощность звука GSs- Отношение мощности тона к последней - доля полезного сигнала в общем.
При сравнении разных процессов учет абсолютных значений не всегда выявляет степень выраженности ритма. Поэтому амплитуду относят к мезору, а размах (и полуразмахи) - к уровню, вычисляя относительные амплитуду, размах и полуразмахи. Кроме акро-, орто-, бати- и парафазы целесообразно ввести понятие двух мезофаз - восходящей и нисходящей. Обе они соответствуют моменту, когда активность процесса равна мезору (или соответственно уровню), но первая наступает на подъеме активности процесса, вторая - на спаде. Если длительность периода между последовательными мезофазами одинакова, говорят, что ритм симметричен. В классической геометрии под фазой понимают именно восходящую мезофазу. Для биологов и медиков большой интерес представляет учет момента, когда процесс наиболее интенсивен, поэтому в хронобиологических исследованиях чаще всего регистрируют орто- или акрофазу.
Если процесс аналитически не описан, указанные понятия применять не рекомендуется и целесообразно говорить о подъемах и спадах процесса, называя самый высокий из них пиком, а самый глубокий - впадиной. Разность между величиной пика и впадины - разброс, уровню соответствует эмпирически найденная медиана распределения наблюдений по оси ординат или даже их среднее значение у.
Каждый параметр ритма имеет размерность и единицы измерения. Мезор, уровень, уровень фона, амплитуда, размах, полуразмах, разброс измеряют в тех же величинах, что и первичные результаты наблюдений. Для измерения длины периода служат единицы времени (год, месяц, неделя, сутки, час, минута, секунда). Для измерения фазы применяют разные единицы. Расчетную фазу 0 можно определять непосредственно во времени. Это удобно при длительности периода 24 ч, 1 нед или 1 год. Если период не равен календарному циклу, измерение фазы в единицах времени перестает быть очевидным.
Более общим является представление фазы в долях периода. Длительность этого периода принимают за полный круг, выражая доли в градусах или радианах. Если за длительность периода принять величину, соответствующую продолжительности какого-нибудь биологического цикла (например, менструального), то последняя тем самым становится единицей измерения и может быть принята в качестве хронобиологической единицы времени.
В связи со сказанным заслуживает внимания довольно распространенное выражение «биологическое время». Смешивать понятия самого времени и единицы его измерения недопустимо. Время - общефизическая и, более того, общефилософская категория, одно из универсальных свойств материи (наряду с понятием пространства). Общие свойства материи потому и являются таковыми, что они присущи любому объекту, время не меняет своих свойств при взаимодействии с живыми объектами. В критикуемом выражении «биологическое время» определение перед существительным детализирует последнее, так что слово «биологическое» при понятии «время» невольно подчеркивает некую реально не существующую специфику.
Что же касается измерения времени, то эта способность присуща лишь живым существам. В качестве единиц измерения они используют как природные циклические явления, так и длительность эндогенных циклов собственного организма (именно поэтому возможно говорить о хронобиологических единицах времени). Разная длительность эндогенных циклов у разных особей одного вида приводит к тому, что физически одинаковый отрезок времени субъективно может восприниматься как более длинный или более короткий. Таким образом, время едино во всей Вселенной, какого-либо особого биологического времени нет, но о субъективной (или биологической) оценке времени говорить правомочно.
Возможен случай, когда регистрируют колебания от одного источника (осциллятора). Если они изначально несинусоидальны (одноосцилляторная несинусоидальная модель), их форма аналитически все равно может быть описана как сумма синусоид. Возможен и другой случай, когда один прибор регистрирует колебания от двух и более осцилляторов (мультиосцилляторная модель). При анализе и этот сигнал тоже будет разложен на несколько синусоидальных составляющих. Формальные приемы не позволяют судить о действительной структуре модели. Для этого нужен биологический анализ. Иногда необходимые знания уже существуют, например, о связи зубцов электрокардиограммы с активностью конкретных отделов сердца. Сложный сигнал в этом случае рассматривают как сумму сигналов, от них исходящих.
Вопрос о конструкции осцилляторной модели при анализе спектра возникает постоянно. Это, конечно, не должно служить основанием для отрицания принципов формального описания колебаний и отказа от использования соответствующего математического аппарата. Проведем следующую параллель. Звуки речи могут быть записаны в виде очень сложной кривой, которая формально в свою очередь может быть представлена суммой многих синусоид. Именно учет их параметров позволяет создавать приборы, регистрирующие, передающие речь по линиям связи и затем вновь восстанавливающие из простых колебаний форму сложного собственно звукового сигнала. Подобным же образом сложный биоритм может быть проанализирован и представлен в форме спектральной модели.
Итак, задачи анализа биоритма сводятся к созданию спектральной модели, выявлению формы кривых отдельных составляющих, истолкованию модели с учетом природы явления, к определению, принадлежат ли выявленные составляющие к одному источнику колебаний или нескольким, а если так, то каким образом последние взаимодействуют и связаны между собой. Лишь некоторые задачи решаются математическими методами, большинство же - экспериментальными биологическими средствами. По сути дела мы встречаемся с извечной проблемой познания конструкции «черного ящика», о которой пытаемся судить по изменениям сигнала на его выходе после экспериментальных вмешательств в организацию схемы.
Известно, что организм представляет собой сложную многоуровневую иерархическую систему, которую можно рассматривать как соответствующим образом организованный комплекс осцилляторов (если, упрощая, во внимание принимают только осцилляторы с колебаниями, близкими к 24 ч, говорят о циркадианной системе). Моделирование подобных систем требует специальных приемов и очень перспективно для понимания регуляторных взаимосвязей и возможных путей их нарушения. Однако эта задача пока выходит за рамки реальных возможностей практической медицины. Тем не менее говоря о конечной цели хронобиолога как о познании биологической временной структуры, следует ясно понимать, что речь идет именно о структуре живого объекта на всех уровнях его периодической организации и о создании модели, наиболее полно (на существующем этапе развития науки и при существующем уровне знаний) отражающей этот объект. Непременным же средством достижения этой цели служит анализ сигналов, исходящих от изучаемого объекта, для чего, в свою очередь, необходимо адекватно их описывать.
Наблюдатель всегда имеет дело с конкретными наблюдениями, а их величину определяют как сам биологический процесс (полезный сигнал), так и случайные воздействия (помехи). Это аналогично представлению о звуковом тоне с мощностью Uss на фоне беспорядочного шума с мощностью Rss. Их сумма определяет общую мощность звука GSs- Отношение мощности тона к последней - доля полезного сигнала в общем.
При сравнении разных процессов учет абсолютных значений не всегда выявляет степень выраженности ритма. Поэтому амплитуду относят к мезору, а размах (и полуразмахи) - к уровню, вычисляя относительные амплитуду, размах и полуразмахи. Кроме акро-, орто-, бати- и парафазы целесообразно ввести понятие двух мезофаз - восходящей и нисходящей. Обе они соответствуют моменту, когда активность процесса равна мезору (или соответственно уровню), но первая наступает на подъеме активности процесса, вторая - на спаде. Если длительность периода между последовательными мезофазами одинакова, говорят, что ритм симметричен. В классической геометрии под фазой понимают именно восходящую мезофазу. Для биологов и медиков большой интерес представляет учет момента, когда процесс наиболее интенсивен, поэтому в хронобиологических исследованиях чаще всего регистрируют орто- или акрофазу.
Если процесс аналитически не описан, указанные понятия применять не рекомендуется и целесообразно говорить о подъемах и спадах процесса, называя самый высокий из них пиком, а самый глубокий - впадиной. Разность между величиной пика и впадины - разброс, уровню соответствует эмпирически найденная медиана распределения наблюдений по оси ординат или даже их среднее значение у.
Каждый параметр ритма имеет размерность и единицы измерения. Мезор, уровень, уровень фона, амплитуда, размах, полуразмах, разброс измеряют в тех же величинах, что и первичные результаты наблюдений. Для измерения длины периода служат единицы времени (год, месяц, неделя, сутки, час, минута, секунда). Для измерения фазы применяют разные единицы. Расчетную фазу 0 можно определять непосредственно во времени. Это удобно при длительности периода 24 ч, 1 нед или 1 год. Если период не равен календарному циклу, измерение фазы в единицах времени перестает быть очевидным.
Более общим является представление фазы в долях периода. Длительность этого периода принимают за полный круг, выражая доли в градусах или радианах. Если за длительность периода принять величину, соответствующую продолжительности какого-нибудь биологического цикла (например, менструального), то последняя тем самым становится единицей измерения и может быть принята в качестве хронобиологической единицы времени.
В связи со сказанным заслуживает внимания довольно распространенное выражение «биологическое время». Смешивать понятия самого времени и единицы его измерения недопустимо. Время - общефизическая и, более того, общефилософская категория, одно из универсальных свойств материи (наряду с понятием пространства). Общие свойства материи потому и являются таковыми, что они присущи любому объекту, время не меняет своих свойств при взаимодействии с живыми объектами. В критикуемом выражении «биологическое время» определение перед существительным детализирует последнее, так что слово «биологическое» при понятии «время» невольно подчеркивает некую реально не существующую специфику.
Что же касается измерения времени, то эта способность присуща лишь живым существам. В качестве единиц измерения они используют как природные циклические явления, так и длительность эндогенных циклов собственного организма (именно поэтому возможно говорить о хронобиологических единицах времени). Разная длительность эндогенных циклов у разных особей одного вида приводит к тому, что физически одинаковый отрезок времени субъективно может восприниматься как более длинный или более короткий. Таким образом, время едино во всей Вселенной, какого-либо особого биологического времени нет, но о субъективной (или биологической) оценке времени говорить правомочно.