Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Фазалық жауап графигі
Graph of phase response
Фазалық жауап қисығы (PRC) – бұл тосқауылдың әсерінен туындаған тербелістің цикл кезеңіндегі уақытша өзгерісті (фазалық жауап) оны қабылдаған фазаға байланысты көрсетеді. PRC-лер түрлі салаларда қолданылады; биологиялық тербелістердің мысалдары – жүрек соғуы, тәуліктік ырғақтар және қыбыр-жылғаудың болмауы кезінде кейбір нейрондарда байқалатын үнемі қайталамалы оқшаулау.
A phase response curve (PRC) illustrates the transient change (phase response) in the cycle period of an oscillation induced by a perturbation as a function of the phase at which it is received. PRCs are used in various fields; examples of biological oscillations are the heartbeat, circadian rhythms, and the regular, repetitive firing observed in some neurons in the absence of noise.
Күнделікті серуенде
Адамдар мен жануарларда организмнің ішкі циркадтық сағатының сыртқы ортадағы тұрақты үлгіге (көбінесе күннің циклымен анықталатын) фазалық қатынасын реттейтін реттеу жүйесі бар. Көптеген организмдерде тұрақты фазалық қатынас қажет, бірақ кейбір жағдайларда қажетті фаза маусымға байланысты өзгеруі мүмкін, әсіресе маусымдық көбейтіну әдеттері бар сүтқоректілерде. Циркадтық ырғақтарды зерттеуде PRC (фазалық жауап қисығы) хронобиотиктің қолданылу уақытының (ішкі циркадтық сағатқа қатысты) және емдеудің циркадтық фазаға тигізетін әсерінің күші арасындағы байланысты көрсетеді. Нақтырақ айтқанда, PRC – бұл график, ол әдетте субъектінің ендогендік күнінің уақытын x осьте, ал фазалық ығысудың мөлшерін (сағаттармен) y осьте көрсетеді. Әр қисық 24 сағаттық цикл ішінде бір шыңы мен бір төмен нүктесіне ие. Циркадтық уақыт фазалық ығысу шамасына қатысты көрсетіледі. Емдеу әдетте ретина мен теріге түсетін жарықтың белгілі бір қарқындылығы, түсі және ұзақтығы, немесе мелатониннің белгілі бір дозасы мен құрамы ретінде сипатталады. Клиникалық жағдайда осы қисықтармен жиі кеңеседі. Әдетте, организмдегі (адам немесе жануар) әртүрлі физиологиялық ырғақтар синхронды болады, көбінесе басқарылғын биологиялық сағатқа қатысты. Ерекше маңызға ие – ұйқы мен ояну циклы. Әртүрлі ұйқы бұзылыстары мен сыртқы стресстер (мысалы, ұшақпен саяхаттау салдары) осы синхрондалуға кедергі келтіруі мүмкін. 24 сағаттық ұйқы-ояну циклі бұзылысы бар адамдар көбінесе тұрақты ішкі сағатты сақтап қалуда қиындықтарға тап болады. Екстремалды хронотиптер әдетте тұрақты сағатты сақтайды, бірақ олардың табиғи сағаты әлеуметтік ортаның күтуімен сәйкес келмейді. PRC қисықтары терапиялық араласу үшін бастапқы нүкте береді. Ұйқы уақытын өзгертуге қолданылатын екі кең таралған емдеу – көзге бағытталған жарық терапиясы және әдетте ауызға алынатын мелатонин гормонының енгізілуі. Күнделікті бірін немесе екеуін де қолдануға болады. Фазалық түзету әдетте бір-бірінен кейін күнделікті енгізілгенде жинақталады және бір мезгілде әртүрлі емдеулер қолданылғанда кем дегенде жартылай қосылады. Егер негізгі бұзылу тұрақты болса, әдетте күнделікті араласу қажет. Ұшақпен саяхаттау салдарындағы бұзылулар үшін араласу негізінен табиғи синхрондалуды жеделдетуге қызмет етеді және қажетті синхрондалуға қол жеткізілгеннен кейін тоқтатылады. Еске сала кетейік, эксперименттік жағдайлардағы фазалық жауап қисықтары әдетте сынақ тобының жиынтық нәтижелері болып табылады, сынақ тобында жеңіл немесе маңызды айырмашылықтар болуы мүмкін, ұйқы бұзылысы бар адамдар көбінесе әдеттен тыс жауап береді және хронобиотиктің құрамы эксперименттік жағдайға тән болуы мүмкін және клиникалық тәжірибеде кеңінен қолданылмайды (мысалы, мелатонин үшін біртіндеп босатылатын бір құралымның босату жылдамдығы басқасына қарағанда өзгеше болуы мүмкін); сондай-ақ, шама дозаға тәуелді болғанымен, барлық PRC графиктері дозалардың кең ауқымын қамтымайды. Төмендегі талқылаулар жарық пен мелатонинге қатысты PRC-мен шектеледі.
In humans and animals, there is a regulatory system that governs the phase relationship of an organism's internal circadian clock to a regular periodicity in the external environment (usually governed by the solar day). In most organisms, a stable phase relationship is desired, though in some cases the desired phase will vary by season, especially among mammals with seasonal mating habits. In circadian rhythm research, a PRC illustrates the relationship between a chronobiotic's time of administration (relative to the internal circadian clock) and the magnitude of the treatment's effect on circadian phase. Specifically, a PRC is a graph showing, by convention, time of the subject's endogenous day along the x axis and the amount of the phase shift (in hours) along the y axis. Each curve has one peak and one trough in each 24 hour cycle. Relative circadian time is plotted against phase shift magnitude. The treatment is usually narrowly specified as a set intensity and colour and duration of light exposure to the retina and skin, or a set dose and formulation of melatonin. These curves are often consulted in the therapeutic setting. Normally, the body's various physiological rhythms will be synchronized within an individual organism (human or animal), usually with respect to a master biological clock. Of particular importance is the sleep–wake cycle. Various sleep disorders and externals stresses (such as jet lag) can interfere with this. Humans with non 24 hour sleep–wake disorder often experience an inability to maintain a consistent internal clock. Extreme chronotypes usually maintain a consistent clock, but find that their natural clock does not align with the expectations of their social environment. PRC curves provide a starting point for therapeutic intervention. The two common treatments used to shift the timing of sleep are light therapy, directed at the eyes, and administration of the hormone melatonin, usually taken orally. Either or both can be used daily. The phase adjustment is generally cumulative with consecutive daily administrations, and — at least partially — additive with concurrent administrations of distinct treatments. If the underlying disturbance is stable in nature, ongoing daily intervention is usually required. For jet lag, the intervention serves mainly to accelerate natural alignment, and ceases once desired alignment is achieved. Note that phase response curves from the experimental setting are usually aggregates of the test population, that there can be mild or significant variation within the test population, that individuals with sleep disorders often respond atypically, and that the formulation of the chronobiotic might be specific to the experimental setting and not generally available in clinical practice (e. g. for melatonin, one sustained release formulation might differ in its release rate as compared to another); also, while the magnitude is dose dependent, not all PRC graphs cover a range of doses. The discussions below are restricted to the PRCs for the light and melatonin in humans.
Мелатонин
Мелатониннің фазалық жауап қисығы жарықтың фазалық жауап қисығынан шамамен он екі сағатқа қалысқан. Өздігінен ояну уақытында, экзогенді (сырттан берілген) мелатониннің фазаны кейінге қарай ықпалы шамалы болады. Фазалық кідірістің көлемі ояну уақытынан кейін шамамен сегіз сағатқа дейін артады, содан кейін әсер күшті фазалық кідірістен күшті фазалық алға жылжуға күрт өзгереді. Күн барысында фазалық алға жылжу әсері азаяды және ұйықтау уақытына дейін нөлге жетеді. Әдеттегі ұйықтау уақытынан ояну уақытына дейін экзогенді мелатонин циркадтық фазаға ешқандай әсер етпейді. Адам организмі өзінің мелатонинін (эндогенді) ұйықтауға шамамен екі сағат бұрын өндіре бастайды, егер жарық аз болса. Бұл – әлсіз жарықта мелатониннің пайда болуы, DLMO. Бұл PRC-нің фазалық алға жылжу бөлігін стимуляциялайды және организмді тұрақты ұйқы-ояну кестесінде ұстауға көмектеседі. Сондай-ақ, ол организмді ұйқыға дайындауға көмектеседі. Мелатониннің кез келген уақытта қолданылуы жеңіл гипноздық (ұйқыға түсіру) әсеріне ие болуы мүмкін. Егер болса, ұйқы фазасының уақытына күтілетін әсер PRC арқылы болжалады.
The phase response curve for melatonin is roughly twelve hours out of phase with the phase response curve for light. At spontaneous wake up time, exogenous (externally administered) melatonin has a slight phase delaying effect. The amount of phase delay increases until about eight hours after wake up time, when the effect swings abruptly from strong phase delay to strong phase advance. The phase advance effect diminishes as the day goes on until it reaches zero about bedtime. From usual bedtime until wake up time, exogenous melatonin has no effect on circadian phase. The human body produces its own (endogenous) melatonin starting about two hours before bedtime, provided the lighting is dim. This is known as dim light melatonin onset, DLMO. This stimulates the phase advance portion of the PRC and helps keep the body on a regular sleep wake schedule. It also helps prepare the body for sleep. Administration of melatonin at any time may have a mild hypnotic (sleep inducing) effect. The expected effect on sleep phase timing, if any, is predicted by the PRC.
Қосымша әсерлер
2006 жылғы зерттеуде Виктория Л. Ревелл және авторлар тобы таңертеңгі жарқыраған жарық пен кешкі мелатониннің үйлесімін, олардың екеуі де тиісті фазалық жауап қисықтарына (ФЖҚ) сәйкес фазалық алға жылжуға уақытталған, жарқыраған жарықтан гөрі үлкен фазалық алға жылжуға алып келетінін көрсетті, жалпы сомасы 21/2 сағатқа дейін. Барлық уақыттар шамамен есептелген және әр адамға қарай өзгереді. Атап айтқанда, жеке адамда осы қисықтардың жоғарғы нүктелері мен нөлдік қиылыстарының уақытын дәл анықтаудың қолайлы жолы жоқ. Жарық немесе мелатонин әсері күтілетіндей күрт өзгеретін уақытқа жақын қолданылса, және ауысу уақыты нақты белгісіз болса, күтілгеннен кері нәтиже беруі мүмкін.
In a 2006 study Victoria L. Revell et al. showed that a combination of morning bright light and afternoon melatonin, both timed to phase advance according to the respective PRCs, produce a larger phase advance shift than bright light alone, for a total of up to 21/2 hours. All times are approximate and vary from one individual to another. In particular, there is no convenient way to accurately determine the times of the peaks and zero crossings of these curves in an individual. Administration of light or melatonin close to the time at which the effect is expected to change sense abruptly may, if the changeover time is not accurately known, produce an opposite effect to that desired.
Жаттығу
2019 жылғы зерттеуде Шон Д. Янгстедт және авторлар тобы адамдарда "Жаттығу циркадтық фазаны өзгертеді, бірақ қосымша мәліметтер қажет. [ ] МТ6 (мелатонин туындысы) басталуы және акрофазасы үшін маңызды фазалық-жауап қисықтары анықталды, олар кешкі 7:00-ден 22:00-ге дейін айтарлықтай фазалық кешігулермен, ал таңғы 7:00-де және 13:00-ден 16:00-ға дейін айтарлықтай фазалық алға жылжулармен сипатталды."
In a 2019 study Shawn D. Youngstedt et al., showed that in humans "Exercise elicits circadian phase‐shifting effects, but additional information is needed. [ ] Significant phase–response curves were established for aMT6(melatonin derivative) onset and acrophase with large phase delays from 7:00 pm to 10:00 pm and large phase advances at both 7:00 am and from 1:00 pm to 4:00 pm"
Шығу тегі
"Фазалық жауап қисығы" терминін алғаш рет 1960 жылы Патриция ДеКурси қолданды. Ұшатын қоянның "күнделікті" белсенділік ырғақтары, үнемі қараңғыда ұсталып, жарық импульстарына жауап берді. Жауап күннің уақытына қарай өзгерді – яғни, жануарлардың субъективті "күнінде" жарық берілген кезде. ДеКурси фазалық ығысудың мөлшері мен бағытына (алға жылжу немесе кешігуге) қатысты барлық деректерін бір қисыққа түсіргенде, ол фазалық жауап қисығын (ФЖҚ) жасады. Одан бері ол биологиялық ырғақтарды зерттеудегі стандартты құрал болып табылады.
The first published usage of the term "phase response curve" was in 1960 by Patricia DeCoursey. The "daily" activity rhythms of her flying squirrels, kept in constant darkness, responded to pulses of light exposure. The response varied according to the time of day – that is, the animals' subjective "day" – when light was administered. When DeCoursey plotted all her data relating the quantity and direction (advance or delay) of phase shift on a single curve, she created the PRC. It has since been a standard tool in the study of biological rhythms.
Нейрондарда
Фазалық жауап қисығын талдау, тұрақты импульстік нейрондардың ішкі қасиеттерін және тербелістік мінез-құлқын түсінуге мүмкіндік береді. Нейрондық ФЖҚ-лар (PRC) таза оң (PRC I түрі) немесе теріс бөліктері бар (PRC II түрі) деп жіктелуі мүмкін. Маңыздысы, нейронның ФЖҚ түрі оның кіріс-шығыс функциясы (оқуға қабілеттілігі) және синхронизациялық мінез-құлқының көрсеткіші болып табылады: PRC II түріндегі нейрондардың желілері өзара оқыс байланыстар арқылы өзара әрекеттесуді синхронизациялай алады, бірақ PRC I түріндегілер мұндай мүмкіндікке ие емес. Тірі, тұрақты импульстік нейрондардағы ФЖҚ-ны (PRC) эксперименттік жолмен бағалау үшін, электр тогының қысқа мерзімді импульсі сияқты шағын күйзеліске жауап ретінде импульстар арасындағы интервалдың өзгеруін өлшеу қажет. Нейронның ФЖҚ (PRC) тұрақты емес, нейронның оқу жиілігі немесе нейромодуляторлық күйі өзгерген кезде өзгеруі мүмкін.
Phase response curve analysis can be used to understand the intrinsic properties and oscillatory behavior of regular spiking neurons. The neuronal PRCs can be classified as being purely positive (PRC type I) or as having negative parts (PRC type II). Importantly, the PRC type exhibited by a neuron is indicative of its input–output function (excitability) as well as synchronization behavior: networks of PRC type II neurons can synchronize their activity via mutual excitatory connections, but those of PRC type I can not. Experimental estimation of PRC in living, regular spiking neurons involves measuring the changes in inter spike interval in response to a small perturbation, such as a transient pulse of current. Notably, the PRC of a neuron is not fixed but may change when firing frequency or neuromodulatory state of the neuron is changed.