Биологические ритмы – Security FireWall is activated for your IP 185.5.250.113

Содержание

Биологические ритмы человека. Расчёт биоритмов

Биоритмы — цикличность процессов в живом организме. Основные внешние ритмы, влияющие на биоциклы человека — природные (Солнце, Луна…) и социальные (рабочая неделя…) Ведущие внутренние хронометры человеческого организма находятся: в голове (эпифиз, гипоталамус) и в сердце. Биоритмы могут меняться, синхронизируясь с внешними ритмами — циклами освещённости (смена дня и ночи, свет).

Человек со дня рождения находится в трех биологических ритмах – физическом, эмоциональном и интеллектуальном:

23-дневный ритм – это физический ритм, он определяет здоровье, силу и выносливость человека;
28-дневный ритм – это эмоциональный ритм, он влияет на состояние нервной системы, настроение, любовь, оптимизм и т.п.;
33-дневный ритм – это интеллектуальный ритм. Он определяет творческие способности личности. Благоприятные дни 33-дневного ритмического цикла характеризуются творческой активностью, человеку сопутствует удача и успех. В неблагоприятные дни происходит творческий спад.

Каждый из трех долговременных ритмических циклов начинается с рождения человека. Дальнейшее его развитие можно изобразить как синусоиду (график). Чем выше поднимается кривая, тем выше соответствующая этой отметке способность. Чем ниже она падает, тем ниже соответствующая ей энергия. Критическими считаются периодические дни, когда кривая находится на пересечении шкалы. Это неблагоприятное время.

Таким образом, расчет биоритмов совсем несложен. Отталкиваясь от точной даты своего рождения, посчитайте, сколько дней Вы прожили. Для этого 365 дней в году умножьте на количество прожитых лет, а число високосных лет умножьте на 366 дней. Високосными были: 1920, 1924, 1928, 1932, 1936, 1940, 1944, 1948, 1952, 1956, 1960, 1964, 1968, 1972, 1976, 1980,1984, 1988, 1992, 1996, 2000, 2004, 2008, 2012, 2016 годы.

Подсчитайте общую сумму прожитых дней. Теперь Вы знаете, сколько дней уже живете в этом мире. Разделите это число на количество дней того биоритма, который хотите рассчитать: 23, 28, 33. Остаток покажет Вам, в какой точке кривой Вы находитесь в настоящее время. Например, если остаток равен 12, то идет 12 день того биоритма, который Вы считаете. Это первая половина цикла, обычно она бывает благоприятной. Если цикл на нуле графика, то это плохой день. Кроме того, дни, когда линии биоритмов пересекают горизонтальную линию в центре графика – это так называемые критические дни, когда Ваши способности совершенно непредсказуемы. Человек в такие дни чувствует упадок сил и отсутствие энергии.

Каждый биоритм имеет 3 периода: период высокой энергии, период низкой энергии и критические дни биоритма. Рассмотрим поподробнее:

lichnorastu.ru

Биологические ритмы | Info-Farm.RU

Биологические ритмы — циклические колебания интенсивности и характера биологических процессов, их количественные и качественные изменения, происходящие на всех уровнях жизни.

Виды биологических ритмов

Все биологические ритмы по частоте повторения цикла делятся на три группы:

ритмы высокой частоты с периодом, не превышающим получасовой интервал (ритмы сокращения мышц, дыхания, биохимических реакций)
ритмы средней частоты с периодом от получаса до суток (смена сна и бодрствования, активности и покоя, колебания артериального давления и температуры тела)
ритмы низкой частоты (изменение метаболизма живых организмов в течение года) связаны с сезонными явлениями: изменением температурного, светового и режима влажности.

По факторам биологические ритмы подразделяются на внешние и

внутренние.

Внешние биоритмы

Внешние биоритмы связанные с расположением Земли в космическом пространстве. Они имеют разную периодичность — от доли секунды до определенного количества лет.

Солнечно-суточный

Суточные вращения Земли вокруг своей оси и изменение дважды в сутки освещенности, вызывает колебания температуры, влажности и других абиотических факторов. Суточный цикл присущ большинству физиологических процессов (размножение одноклеточных, колебания температуры тела, интенсивность метаболизма). У растений солнечный свет определяет периодичность процессов фотосинтеза, испарения воды растениями, время раскрытия и закрытия цветков. У животных биологические ритмы выражены преимущественно в чередовании периода активности и покоя. В зависимости от типа суточной активности животных делят на дневных (большинство) и ночных (совы, ежи, летучие мыши, большинство грызунов). Неактивными днем и активными ночью есть большинство животных пустынь (днем повышенная температура и низкая влажность).

При постоянных условиях солнечно-суточный ритм превращается в циркадианного ритм (навколодобовий). Такой ритм образуется у организмов выращенных в неизменных условиях после кратковременного изменения таких условий. Это доказывает врожденную склонность организмов к такому ритму. Например, циркадианного ритм возникает у дрозофил (Drosophila), выращенных в темноте, после одной вспышки света в течение 0,5 мс.

У животных найдены нейрогуморальные центры, координирующие суточную ритмику физиологических процессов. Выделяют монофазный и полифазный суточные ритмы. В процессе индивидуального развития многих животных и человека происходит переход от многофазного к однофазного ритма. Например, у новорожденных характерно довольно частое чередование сна и активности в течение суток. Важнейший для человека именно суточный ритм — чередование сна и бодрствования. Суточные биоритмы контролируются «биологическим часам» — приспособительным механизмом, обеспечивающим способность живых организмов ориентироваться во времени. Изучение биоритмов дает возможность человеку производить благоприятное режим труда и отдыха.

Лунно-суточный

Изменение в течение лунных суток (24 часа 50 минут) двух приливов и отливов. Важный цикл для жителей литорали. Во время отливов жители литорали закрывают свои раковины, прячутся в почву, меняют цвет тела, планктон совершает вертикальные движения в толще воды. Приточный ритм прослеживается в тесной связи с солнечно-суточным. Вместе с звездно-суточным (23 часов 54 минуты), имеет большое влияние на навигацию животных (птиц, насекомых).

Лунно-месячный

Циклическая смена интенсивности притяжения Луны в течение 29 суток 9:00, что хорошо прослеживается на побережьях в зоне литорали. В определенные фазы Луны размножаются тихоокеанские многощетинковые черви пололи (Eunice viridis). Во время высоких приливов рыбы атерины-грунион (Leuresthes tenuis) откладывают и закапывают в песок икру на побережье Калифорнии (США), мальки с которой выходят в следующий высокого прилива. С этим циклом достаточно тесно связаны циклы онтогенеза водных насекомых, водорослей.

Менструальный цикл женщин коррелирует с лунно-месячным циклом. Это было замечено еще в древности, поэтому образ ночного светила приобрел сакральное значение в культурах большинства народов мира.

Годовой

Цикл колебания численности и активности животных и растений в течение года. В основном регулируется изменениями длины светового дня, температуры и влажности воздуха. Сезонные вращения Земли вокруг Солнца, что приводит годовые циклы изменения климатических условий, в первую очередь температуры.

Осенью у растений формируются зимующие почки, деревенеют побеги на деревьях и кустарниках, происходит отток питательных веществ из листьев в другие органы, листья затем опадают; уменьшается количество насекомых; перелетные птицы улетают в теплые края. Зимой наступает зимний покой у растений; у холоднокровных животных зимуют взрослые организмы (комары, мухи, некоторые жуки), куколки (Капустница), яйца (непарный шелкопряд). У холоднокровных животных снижается содержание воды в организме, обмен веществ и использования кислорода, большое содержание питательных веществ в тканях (жиров и углеводов), повышается концентрация глицерина в тканях растений, который предотвращал замерзания клеточного сока. В теплокровных животных осенняя линька птиц и млекопитающих улучшает теплоизоляцию; перелетные и кочуя птицы мигрируют; летучие мыши и некоторые грызуны впадают в спячку или в зимний сон (медведи и барсуки).

Многолетние

Многолетние ритмы связаны с циклическими колебаниями планетарных факторов — непериодические изменения солнечной активности в течение нескольких лет. Выражаются в интенсивности размножения и колебания численности отдельных видов — массовые размножения перелетной саранчи, бабочек, мышевидных грызунов.

Внутренние биоритмы

Внутренние биоритмы (ритм дыхания, сердцебиения, пищеварения, выделения) относительно самостоятельные биологические циклы живых организмов.

Причины биологических ритмов

Существует две точки зрения на причины биологических ритмов:

способность организмов реагировать на течение времени в результате периодических биохимических и других процессов, происходящих в каждой клетке организма — наличие «биологических часов». Внешние факторы служат спусковым крючком для внутреннего механизма, они способны влиять на время начала фазы определенного ритма. При постоянных условиях внешней среды ритмичность полностью спонтанная. Примером может служить несовпадение циркадианного ритма и колебаний внешних геофизических факторов.
циклические изменения напряженности внешних геофизических факторов (геомагнитное поле, температурные колебания и т.д., суточное вращение Земли, приливно-отливные движения Луны). Живой организм только воспринимает циклы внешней среды. Изменения освещения, температуры, влажности могут корректировать биологические часы. При постоянных неестественных условиях может возникнуть регулярное сдвиги биологических ритмов.

История исследования

В 1960-е годы Мишель Сифр, французский спелеолог и «спелеонавт» проводил серию исследований биоритмов, находясь в глубокой пещере в одиночестве и без возможности определения времени и даты. В результате его исследований было открыто, что человеческий организм самостоятельно способен поддерживать близкий до 24 часов биологический цикл. Также было открыто двухсуточный цикл, когда в течение 22 суток средняя продолжительность физиологической суток Сифра составила около 48 часов.

Теория человеческих «трех биоритмов»

Согласно теории «трех главных человеческих биоритмов», каждый человек сочетает в себе набор различных биоритмов: физический, эмоциональный и интеллектуальный. Все биоритмы стартуют одновременно в момент рождения и сразу же начинают расти, потом уменьшаются, затем вновь растут, периодически возвращаясь к исходному значению. Все изменения происходят для всех биоритмов периодически, но не синхронно. Обычно, полный цикл физического биоритма повторяется каждые 23 дня, эмоционального — через 28 дней, а интеллектуальный биоритм имеет период в 33 дня.

Академические исследования отрицают теорию «трех биоритмов». Многочисленные экспериментальные проверки 1970-80х лет полностью опровергли «теорию» как неспособную. В наше время теория трех ритмов научным обществом не признается в и рассматривается как псевдонаука.

Сторонниками теории биоритмы рассматриваются как фундаментальное свойство органического мира, обеспечивает способность организмов к адаптации и выживания в циклически меняющихся условиях внешней среды. В организме человека отчетливо выделяются колебания, имеющие периоды уровне или близкие по продолжительности суток, недели, месяца, сезона или года.

Видео по теме

info-farm.ru

Биологические ритмы человека. Как связаны биологические ритмы и работоспособность :: SYL.ru

В ходе многочисленных научных опытов было доказано, что смена ночи и дня тесно связана с режимами бодрствования и отдыха. Самой природой предусмотрены определенные биологические ритмы организма, которые человек не в силах самостоятельно изменить без ущерба для здоровья и жизни. Природные изменения в сутках представляют собой основу магнитного поля всей Земли.

Биологические ритмы — значение для жизни

Суточный ритм, состоящий из 24 часов, предполагает, что днем люди должны бодрствовать, а ночью — спать и восстанавливать свои силы и запас энергии. Еще на заре эпох человек укрывался в своем жилище ночью, которая несла опасность и риск для жизни. Когда заходило солнце, он начинал заниматься домашними делами, готовился ко сну. С появлением электричества мы изменили свое отношению, ведь теперь стало возможным продлевать активность и ложиться спать позже обычного. Биологические ритмы и работоспособность тесно связаны, а потому зачастую решение заняться важными делами ночью оказывается неэффективным. Природу не обманешь, и человек только днем способен активно работать.

Большинство физиологических функций нашего организма имеют свои собственные биологические ритмы. Именно поэтому выработка мочи и крови характеризуется самыми высокими показателями днем и низкими — ночью. Биологические ритмы человека, находясь в неблагоприятном положении в период с полуночи до 6-ти часов утра, определяют тот факт, что абсолютное большинство смертей происходит именно в это время.

Суточный ритм органов

Биологические ритмы человека — это изменения уровня активности жизненно важных процессов, повторяющихся с определенной периодичностью. Мудрые китайцы издавна считали, что жизненная энергия ци в разное время перетекает по различным частям нашего тела, а потому видели немалую пользу в воздействии на организм в определенное время (строго обозначенный ритм). Для стимуляции того или иного органа они применяли воздействие в активной фазе, для снижения энергии ци в органе — процедуры в период покоя. Биологические ритмы организма служат своеобразными часами, которые указывают на суточные колебания подъема энергии и спада. Такие наблюдения оказались необычайно полезными в медицине, так как помогают определить, когда в одно и то же время тот или иной орган работает более эффективно, а когда переходит на стадию релаксации (отдыха и восстановления). Как говорил Станиславский, природа биологических ритмов составляет всю основу человеческой жизни.

Ритмы желудка, поджелудочной железы и селезенки

Выполнив свою основную работу, кишечник остается в спокойном состоянии, а вот желудок всегда требует дополнительной энергии, так как трудится на самых высоких оборотах утром. Поэтому полноценно завтракать так полезно. Питаться утром можно любой, даже самой калорийной пищей, это не повредит самой стройной фигуре. Важно при этом обеспечить себе спокойную обстановку, иметь возможность отдохнуть.

С 9 до 11 часов наша поджелудочная и селезенка активно работают, а желудок уже отдыхает. Именно поэтому позже 9 утра слишком плотный завтрак однозначно вызовет отягощение и сонливость. Всем известно, что поджелудочная железа призвана осуществлять контроль сахара в человеческой крови. Решив съесть что-то сладенькое в этот период, мы запускаем этот орган, который стремится снизить уровень сахара в крови. Этим объясняется то, что сладкое только немного утоляет голод, но не надолго, и вместе с ненасытностью к нам приходит упадок сил и усталость. Стоит отметить, что пить сладкий кофе с целью «перекусить» и набраться сил — это замкнутый круг.

В эти часы человек наиболее чувствителен к осуждению, иронии и равнодушию. Наша селезенка в период с 9 до 11 активно производит кровяные шарики, которые во многом помогают обновлению и самолечению организма, а потому активная борьба с инфекцией и вирусами идет до самого полудня. Биологические ритмы в этом случае помогают наладить здоровье.

Ритмы мочевого пузыря и почек

Призванный проводить очистку всего организма, мочевой пузырь активно работает с 15 до 17 часов дня. В случае некоторых проблем с этим органом, рекомендуется проводить лечение до 19 часов вечера, так как именно в этот период происходит смена активных периодов работы мочевого пузыря и почек.

Почки лучше всего функционируют с 17 до 19 часов вечера. Очень полезно проводить рефлексогонные массажи в это время для их очищения и разгрузки. Пить вечером нужно поменьше, особенно вредными будут молоко и какао — наши почки не справляются с переработкой этих продуктов до сна. Научно доказано, что вреда от заурядного теплого молочка перед сном намного больше, чем реальной пользы. Ведь молоко — это пища, а вовсе не напиток, а потому может спровоцировать плохой сон и неприятные сновидения.

Ритмы сердца, кровообращения и аккумуляция общей энергии

Между 11 и 13 следует не переедать, так как это вредно для сердца, наиболее активно работающего в этот период. В этой фазе важно не перегружать организм перееданием — достаточно лишь немного притупить чувство голода, полное насыщение при этом наступает примерно через 5 мин. после приема пищи. Самую напряженную работу рекомендуется перенести на более позднее время.

Дети, которых успели уложить между 19 и 21 часами вечера, хорошо засыпают без проблем. После 21 часа родители могут часами спорить с малышами, пытаясь их отправить в кровать. Детей можно понять — ведь в этот период они думают обо всем, только не о сне. Это объясняют биологические ритмы, заложенные природой, так как активное кровообращение происходит именно в период с 7 до 9 часов вечера. Кроме того, в это время дети хорошо поддаются обучению, тянутся к новым знаниям. Мозг человека в этой фазе работает отлично.

Между 21 и 23 часами энергия человеческого тела аккумулируется. Нехватка равновесия в духовном и физическом плане может выражаться в том, что нам холодно и неуютно в прохладном помещении, когда человек чувствует себя некомфортно и не может заснуть. В это время наша энергия активизируется.

Ритмы желчного пузыря, печени

Оптимальное время для отдыха и очищения печени и желчного пузыря — ночь (примерно с 23 до 01). Непроизвольный подъем в данные часы говорит о проблемах с этими органами. Жирную пищу вечером употреблять не стоит, а лучше вообще отказаться от ужина. Оптимально функционировать печень и желчный умеют при отсутствии нагрузки со стороны желудка. Работа в ночную смену является просто ядом для людей с болезнями этих органов, ведь они не могут расслабиться и восстановиться.

Процесс очистки печени возможен только во время отдыха ночью, где-то между часом и 3-мя ночи. Не зря существует даже система лечения заболеваний этого органа при помощи сна. Перегружать ее в этот период крайне опасно, так же как и перегреваться во время ночного отдыха. Особенный вред наносит употребление алкоголя и курение ночью.

Ритмы легких, толстого и тонкого кишечника

Самый активный период работы человеческих легких приходится на 3-5 часов утра. Именно этот факт объясняет, что курильщики начинают кашлять под утро, тем самым очищаясь от ядовитой мокроты. Регулярно просыпаясь в то или иное время ночью (под утро), можно делать выводы о неполадках в своем организме.

Потребляемая человеком пища находится в тонком кишечнике примерно 2 часа, а в толстом — целых 20. Так, жидкий стул свидетельствует о проблемах в первом органе, а запор говорит о недостаточно активной работе второго. Самый лучший период очищения толстого кишечника — это 5-7 часов утра. Для стимулирования процесса дефекации можно использовать несложные приемы: 1 стакан теплой воды или сухофрукты в небольшом количестве.

Примерно в 13 часов многие из нас замечают, что накатывается внезапная усталость и вполне естественная лень — это результат ослабевания кровообращения и деятельности нашего сердца. В этот период большую часть нагрузки получает тонкий кишечник, активно переваривая пищу. Наша вегетативная нервная система в этот момент управляет процессом пищеварения, абсолютно не контролируясь сознанием. Именно поэтому так полезен в это время полуденный отдых и ограничение стрессов, чтобы предотвратить блокирование правильной деятельности кишечника.

Биологические ритмы и работоспособность

Имея представление о правильной работе того или иного органа и особенностях, которые мы рассмотрели выше, человек может четко распознать на основе своих личных ощущений несоответствие общепринятых норм действительности. Таким образом, своеобразные «внутренние часы» объясняют биологические ритмы и их влияние на организм. При этом не всегда тот образ жизни, который традиционно представляется нам полезнм и нормальным, соответствует норме. Суточные биологические ритмы объясняют наше немного странное поведение в течение дня. Именно поэтому теперь мы точно знаем, что чувство усталости, которое возникает в 13-15 часов дня, — это естественное физическое явление нашего организма. Так что не стоит терзаться, считая себя отъявленным лентяем.

Примером практического применения знаний о биологических ритмах служат научные исследования, проведенные среди рабочих одной фабрики. После ночной смены, ранним утром, медики сделали забор крови у сотрудников. Несмотря на то что все эти люди были абсолютно здоровы, результаты исследования показали значительное нарушение нормы в показателях. Влияние биологических ритмов на работоспособность объясняет тот факт, что именно в связи с нагрузкой в ночную смену они нарушаются и приводят к ухудшению общего состояния организма. Когда же провели подобный анализ у тех же сотрудников, отработавших несколько смен в дневное время, когда люди ночью нормально высыпались и приступали к труду отдохнувшими, показатели вполне соответствовали нормам. Таким образом, было научно доказано, что самая эффективная работа достигается в периоды с 8 до 10 утра и с 16 до 21 часа вечера. Снижение активности и, соответственно, производительности наблюдается с 13 до 15 часов дня. Работа в ночное время чрезвычайно вредна для человека, к тому же после 22 часов вечера самоотдача любого работника резко снижается, достигая своего минимума в период с 2 до 3 часов ночи. Такие утверждения относятся примерно к 60% людей, принимавших участие в эксперименте.

Значение сна и отдыха

Нельзя не принимать во внимание, что существуют такие индивидуумы, которые активизируются только к вечеру, плодотворно трудятся до поздней ночи, а потом спят допоздна. Или, наоборот, «ранние пташки», укладывающиеся спать рано и максимально активно работающие с утра. Каждой из таких групп людей характерен вечерний или утренний тип суточной активности. Такие особенности встречаются у 20% всего населения. Медицина труда активно использует эти знания, проводя специальные тесты среди потенциальных сотрудников перед приемом на работу в ночную или дневную смену.

В области паранауки (теоретические изыскания, не имеющие научного доказательства) довольно часто при рассмотрении биологического ритма человека берется во внимание разделение его на определенные типы:

Физический — повторяющийся каждые 23 дня.
Эмоциональный — через 28 дней.
Интеллектуальный — с интервалом в 33 дня.

В каждом из этих ритмотипов случаются положительные и отрицательные фазы. Так, при совпадении негативных периодов всех трех в одно время, речь идет о так называемых критических днях.

В попытке изменить суточные ритмы в ущерб их структуре и длительности проводилось немало научных опытов. Основным результатом таких экспериментов стало выделение понятия «дробные сутки». Например, речь идет о тихом часе в больницах, санаториях, детских садах и домах отдыха. В жарких странах население также часто пытается дробить сутки, складывая свои периоды активного времяпрепровождения и отдыха, сна из нескольких частей: работать в самое прохладное время (рано утром и вечером), а спать в жару. Яркий пример такого приспособления — дневная сиеста в ряде стран мира.

Дробные сутки были выработаны на протяжении веков, а потому они максимально комфортны для человека в тех или иных условиях проживания, в отличие от так называемых экспериментальных. В отличие от вышеназванных житейских суток, последние создаются для того, чтобы изучить, как организм может перестраиваться на изменения суточного режима и насколько быстро это может происходить. Смещение фазы сна и бодрствования в ходе опытов происходит легче, когда этот способ применяется плавно, с небольшими изменениями. Но в любом случае слаженность естественных процессов в организме нарушается, а потому человек в любом случае чувствует себя некомфортно. Причины биологических ритмов заложены самой природой, и нам неподвластно их изменить искусственно, без вреда для собственного здоровья и общего самочувствия.

В ходе опытов по перестройке организма на 48-часовые сутки было выявлено естественное противостояние: низкая работоспособность, быстрая утомляемость, внешние проявления усталости на лице. Таким образом, без вреда для своего здоровья человек не способен перестроиться на другой ритм суток, отличный от природного, когда день можно проводить активно, а ночью отдыхать, проводя во сне не меньше положенного минимума — 8 часов. Биологические ритмы и сон тесно связаны между собой.

Заключение

Не выспавшись как следует, мы плохо себя чувствуем, быстро устаем. Накопленная несколькими днями или неделями усталость может стать причиной замедления всех ритмов жизнедеятельности. Биологические ритмы и работоспособность человека тесно взаимосвязаны. Как ни старались ученые искусственно изменить естественный распорядок суток, им так это и не удалось. Суточные биологические ритмы всегда возвращались, благодаря невидимой наследственной генетике, в свой нормальный режим, заложенный природой. Яркий пример такого утверждения — научные опыты Колина Питтендрая, когда при помещении дрозофил в условия жизни, отличные от естественной среды их обитания, они стали быстрее умирать. Это в очередной раз доказывает то, что биологические ритмы в поддержании полноценного существования играют ведущую роль.

www.syl.ru

Биологические ритмы здоровья | Наука и жизнь

Все живые существа на Земле — от растений до высших млекопитающих — подчиняются суточным ритмам. У человека в зависимости от времени суток циклически меняются физиологическое состояние, интеллектуальные возможности и даже настроение. Ученые доказали, что виной тому колебания концентраций гормонов в крови. В последние годы в науке о биоритмах, хронобиологии было сделано многое, чтобы установить механизм возникновения суточных гормональных циклов. Ученые обнаружили в головном мозге «циркадный центр», а в нем — так называемые «часовые гены» биологических ритмов здоровья.

Наука и жизнь // Иллюстрации

‹

›

ХРОНОБИОЛОГИЯ — НАУКА О СУТОЧНЫХ РИТМАХ ОРГАНИЗМА

В 1632 году английский естествоиспытатель Джон Врен в своем «Трактате о травах» («Herbal Treatise») впервые описал дневные циклы тканевых жидкостей в организме человека, которые он, следуя терминоло гии Аристотеля, назвал «гуморы» (лат. humor — жидкость). Каждый из «приливов» тканевой жидкости, по мнению Врена, длился шесть часов. Гуморальный цикл начинался в девять часов вечера выделением первой гуморы желчи — «сhole» (греч. cholе — желчь) и продолжался до трех утра. Затем наступала фаза черной желчи — «melancholy» (греч. melas — черный, chole — желчь), за которой следовала флегма — «phlegma» (греч. phlegma — слизь, мокрота), и, наконец, четвертая гумора — кровь.

Конечно, соотнести гуморы с известными ныне физиологическими жидкостями и тканевыми секретами невозможно. Современная медицинская наука никакой связи физиологии с мистическими гуморами не признает. И все же описанные Вреном закономерности смены настроений, интеллектуальных возможностей и физического состояния имеют вполне научную основу. Наука, изучающая суточные ритмы организма, называется хронобиологией (греч. chronos — время). Ее основные понятия сформулиро вали выдающиеся немецкий и американский ученые профессора Юрген Ашофф и Колин Питтендриг, которых в начале 80-х годов прошлого века даже выдвигали на соискание Нобелевской премии. Но высшую научную награду они, к сожалению, так и не получили.

Главное понятие хронобиологии — дневные циклы, длительность которых периодична — около (лат. circa) дня (лат. dies). Поэтому сменяющие друг друга дневные циклы называются циркадными ритмами. Эти ритмы напрямую связаны с циклической сменой освещенности, то есть с вращением Земли вокруг своей оси. Они есть у всех живых существ на Земле: растений, микроорганизмов, беспозвоночных и позвоночных животных, вплоть до высших млекопитающих и человека.

Каждому из нас известен циркадный цикл «бодрствование — сон». В 1959 году Ашофф обнаружил закономерность, которую Питтендриг предложил назвать «правилом Ашоффа». Под этим названием оно вошло в хронобиологию и историю науки. Правило гласит: «У ночных животных активный период (бодрствование) более продолжителен при постоянном освещении, в то время как у дневных животных бодрствование более продолжительно при постоянной темноте». И действительно, как впоследствии установил Ашофф, при длительной изоляции человека или животных в темноте цикл «бодрствование — сон» удлиняется за счет увеличения продолжительности фазы бодрствования. Из правила Ашоффа следует, что именно свет определяет циркадные колебания организма.

ГОРМОНЫ И БИОРИТМЫ

В течение циркадного дня (бодрствования) наша физиология в основном настроена на переработку накопленных питательных веществ, чтобы получить энергию для активной дневной жизни. Напротив, во время циркадной ночи питательные вещества накапливаются, происходят восстановление и «починка» тканей. Как оказалось, эти изменения в интенсивности обмена веществ регулируются эндокринной системой, то есть гормонами. В том, как работает эндокринный механизм управления циркадными циклами, есть много общего с гуморальной теорией Врена.

Вечером, перед наступлением ночи, в кровь из так называемого верхнего мозгового придатка — эпифиза выделяется «гормон ночи» — мелатонин. Это удивительное вещество производится эпифизом только в темное время суток, и время его присутствия в крови прямо пропорционально длительности световой ночи. В ряде случаев бессонница у пожилых людей связана с недостаточностью секреции мелатонина эпифизом. Препараты мелатонина часто используют в качестве снотворных.

Мелатонин вызывает снижение температуры тела, кроме того, он регулирует продолжительность и смену фаз сна. Дело в том, что человеческий сон представляет собой чередование медленноволновой и парадоксальной фаз. Медленноволновый сон характеризуется низкочастотной активностью коры полушарий. Это — «сон без задних ног», время, когда мозг полностью отдыхает. Во время парадоксального сна частота колебаний электрической активности мозга повышается, и мы видим сны. Эта фаза близка к бодрствованию и служит как бы «трамплином» в пробуждение. Медленноволновая и парадоксальная фазы сменяют одна другую 4-5 раз за ночь, в такт изменениям концентрации мелатонина.

Наступление световой ночи сопровождается и другими гормональными изменениями: повышается выработка гормона роста и снижается выработка адренокортикотропного гормона (АКТГ) другим мозговым придатком — гипофизом. Гормон роста стимулирует анаболические процессы, например размножение клеток и накопление питательных веществ (гликогена) в печени. Не зря говорят: «Дети растут во сне». АКТГ вызывает выброс в кровь адреналина и других «гормонов стресса» (глюкокортикоидов) из коры надпочечников, поэтому снижение его уровня позволяет снять дневное возбуждение и мирно заснуть. В момент засыпания из гипофиза выделяются опиоидные гормоны, обладающие наркотическим действием, — эндорфины и энкефалины. Именно поэтому процесс погружения в сон сопровождается приятными ощущениями.

Перед пробуждением здоровый организм должен быть готов к активному бодрствованию, в это время кора надпочечников начинает вырабатывать возбуждающие нервную систему гормоны — глюкокортикоиды. Наиболее активный из них — кортизол, который приводит к повышению давления, учащению сердечных сокращений, повышению тонуса сосудов и снижению свертываемости крови. Вот почему клиническая статистика свидетельствует о том, что острые сердечные приступы и внутримозговые геморрагические инсульты в основном приходятся на раннее утро. Сейчас разрабатываются препараты, снижающие артериальное давление, которые смогут достигать пика концентрации в крови только к утру, предотвращая смертельно опасные приступы.

Почему некоторые люди встают «ни свет, ни заря», а другие не прочь поспать до полудня? Оказывается, известному феномену «сов и жаворонков» есть вполне научное объяснение, которое базируется на работах Жэми Зейцер из Исследовательского центра сна (Sleep Research Center) Станфордского университета в Калифорнии. Она установила, что минимальная концентрация кортизола в крови обычно приходится на середину ночного сна, а ее пик достигается перед пробуждением. У «жаворонков» максимум выброса кортизола происходит раньше, чем у большинства людей, — в 4-5 часов утра. Поэтому «жаворонки» более активны в утренние часы, но быстрее утомляются к вечеру. Их обычно рано начинает клонить ко сну, поскольку гормон сна — мелатонин поступает в кровь задолго до полуночи. У «сов» ситуация обратная: мелатонин выделяется позже, ближе к полуночи, а пик выброса кортизола сдвинут на 7-8 часов утра. Указанные временные рамки сугубо индивидуальны и могут варьировать в зависимости от выраженности утреннего («жаворонки») или вечернего («совы») хронотипов.

«ЦИРКАДНЫЙ ЦЕНТР» НАХОДИТСЯ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ

Что же это за орган, который управляет циркадными колебаниями концентрации гормонов в крови? На этот вопрос ученые долгое время не могли найти ответ. Но ни у кого из них не возникало сомнений, что «циркадный центр» должен находиться в головном мозге. Его существование предсказывали и основатели хронобиологии Ашофф и Питтендриг. Внимание физиологов привлекла давно известная анатомам структура головного мозга — супрахиазматическое ядро, расположенное над (лат. super) перекрестом (греч. chiasmos) зрительных нервов. Оно имеет сигарообразную форму и состоит, например, у грызунов всего из 10 000 нейронов, что очень немного. Другое же, близко расположенное от него, ядро, параветрикулярное, содержит сотни тысяч нейронов. Протяженность супрахиазматического ядра также невелика — не более половины миллиметра, а объем — 0,3 мм³.

В 1972 году двум группам американских исследователей удалось показать, что супрахиазматическое ядро и есть центр управления биологическими часами организма. Для этого они разрушили ядро в мозге мышей микрохирургическим путем. Роберт Мур и Виктор Эйхлер обнаружили, что у животных с нефункционирующим супрахиазматическим ядром пропадает цикличность выброса в кровь гормонов стресса — адреналина и глюкокортикоидов. Другая научная группа под руководством Фредерика Стефана и Ирвина Цукера изучала двигательную активность грызунов с удаленным «циркадным центром». Обычно мелкие грызуны после пробуждения все время находятся в движении. В лабораторных условиях для регистрации движения к колесу, в котором животное бежит на месте, подсоединяется кабель. Мышки и хомячки в колесе диаметром 30 см пробегают 15-20 км за день! По полученным данным строятся графики, которые называются актограммами. Оказалось, что разрушение супрахиазматического ядра приводит к исчезновению циркадной двигательной активности животных: периоды сна и бодрствования становятся у них хаотичными. Они перестают спать в течение циркадной ночи, то есть в светлое время суток, и бодрствовать циркадным днем, то есть с наступлением темноты.

Супрахиазматическое ядро — структура уникальная. Если ее удалить из мозга грызунов и поместить в «комфортные условия» с теплой питательной средой, насыщенной кислородом, то несколько месяцев в нейронах ядра будут циклически меняться частота и амплитуда поляризации мембраны, а также уровень выработки различных сигнальных молекул — нейротрансмиттеров, передающих нервный импульс с одной клетки на другую.

Что помогает супрахиазматическому ядру сохранять такую стабильную цикличность? Нейроны в нем очень плотно прилегают друг к другу, формируя большое количество межклеточных контактов (синапсов). Благодаря этому изменения электрической активности одного нейрона мгновенно передаются всем клеткам ядра, то есть происходит синхронизация деятельности клеточной популяции. Помимо этого, нейроны супрахиазматического ядра связаны особым видом контактов, которые называются щелевыми. Они представляют собой участки мембран соприкасающихся клеток, в которые встроены белковые трубочки, так называемые коннексины. По этим трубочкам из одной клетки в другую движутся потоки ионов, что также синхронизирует «работу» нейронов ядра. Убедительные доказательства такого механизма представил американский профессор Барри Коннорс на ежегодном съезде нейробиологов «Neuroscience-2004», прошедшим в октябре 2004 года в Сан-Диего (США).

По всей вероятности, супрахиазматическое ядро играет большую роль в защите организма от образования злокачественных опухолей. Доказательство этого в 2002 году продемонстрировали французские и британские исследователи под руководством профессоров Франсис Леви и Майкла Гастингса. Мышам с разрушенным супрахиазматическим ядром прививали раковые опухоли костной ткани (остеосаркома Глазго) и поджелудочной железы (аденокарцинома). Оказалось, что у мышей без «циркадного центра» скорость развития опухолей в 7 раз выше, чем у их обычных собратьев. На связь между нарушениями циркадной ритмики и онкологическими заболеваниями у человека указывают и эпидемиологические исследования. Они свидетельствуют о том, что частота развития рака груди у женщин, длительно работающих в ночную смену, по разным данным, до 60% выше, чем у женщин, работающих в дневное время суток.

ЧАСОВЫЕ ГЕНЫ

Уникальность супрахиазматического ядра еще и в том, что в его клетках работают так называемые часовые гены. Эти гены были впервые обнаружены у плодовой мушки дрозофилы в аналоге головного мозга позвоночных животных — головном ганглии, протоцеребруме. Часовые гены млекопитающих по своей нуклеотидной последовательности оказались очень похожи на гены дрозофилы. Выделяют два семейства часовых генов — периодические (Пер1, 2, 3) и криптохромные (Кри1 и 2). Продукты деятельности этих генов, Пер- и Кри-белки, обладают интересной особенностью. В цитоплазме нейронов они образуют между собой молекулярные комплексы, которые проникают в ядро и подавляют активацию часовых генов и, естественно, выработку соответствующих им белков. В результате концентрация Пер- и Кри-белков в цитоплазме клетки уменьшается, что снова приводит к «разблокированию» и активации генов, которые начинают производить новые порции белков. Так обеспечивается цикличность работы часовых генов. Предполагается, что часовые гены как бы настраивают биохимические процессы, происходящие в клетке, на работу в циркадном режиме, но то, как происходит синхронизация, пока непонятно.

Интересно, что у животных, из генома которых генно-инженерными методами исследователи удалили один из часовых генов Пер 2, спонтанно развиваются опухоли крови — лимфомы.

СВЕТОВОЙ ДЕНЬ И БИОРИТМЫ

Циркадные ритмы «придуманы» природой, чтобы приспособить организм к чередованию светлого и темного времени суток и поэтому не могут не быть связаны с восприятием света. Информация о световом дне поступает в супрахиазматическое ядро из светочувствительной оболочки (сетчатки) глаза. Световая информация от фоторецепторов сетчатки, палочек и колбочек по окончаниям ганглионарных клеток передается в супрахиазматическое ядро. Ганглионарные клетки не просто передают информацию в виде нервного импульса, они синтезируют светочувствительный фермент — меланопсин. Поэтому даже в условиях, когда палочки и колбочки не функционируют (например, при врожденной слепоте), эти клетки способны воспринимать световую, но не зрительную информацию и передавать ее в супрахиазматическое ядро.

Можно подумать, что в полной темноте никакой циркадной активности у супрахиазматического ядра наблюдаться не должно. Но это совсем не так: даже в отсутствие световой информации суточный цикл остается стабильным — изменяется лишь его продолжительность. В случае когда информация о свете в супрахиазматическое ядро не поступает, циркадный период у человека по сравнению с астрономическими сутками удлиняется. Чтобы доказать это, в 1962 году «отец хронобиологии» профессор Юрген Ашофф, о котором шла речь выше, на несколько дней поместил в абсолютно темную квартиру двух волонтеров — своих сыновей. Оказалось, что циклы «бодрствование — сон» после помещения людей в темноту растянулись на полчаса. Сон в полной темноте становится фрагментар ным, поверхностным, в нем доминирует медленноволновая фаза. Человек перестает ощущать сон как глубокое отключение, он как бы грезит наяву. Через 12 лет француз Мишель Сиффрэ повторил эти эксперимен ты на себе и пришел к аналогичным результатам. Интересно, что у ночных животных цикл в темноте, наоборот, сокращается и составляет 23,4 часа. Смысл таких сдвигов в циркадных ритмах до сих пор не вполне ясен.

Изменение длительности светового дня влияет на активность супрахиазматического ядра. Если животных, которых в течение нескольких недель содержали в стабильном режиме (12 часов при свете и 12 часов в темноте), затем помещали в другие световые циклы (например, 18 часов при свете и 6 часов в темноте), у них происходило нарушение периодичности активного бодрствования и сна. Подобное происходит и с человеком, когда изменяется освещенность.

Цикл «сон — бодрствование» у диких животных полностью совпадает с периодами светового дня. В современном человеческом обществе «24/7» (24 часа в сутках, 7 дней в неделе) несоответствие биологических ритмов реальному суточному циклу приводит к «циркадным стрессам», которые, в свою очередь, могут служить причиной развития многих заболеваний, включая депрессии, бессонницу, патологию сердечно-сосудистой системы и рак. Существует даже такое понятие, как сезонная аффективная болезнь — сезонная депрессия, связанная с уменьшением продолжительности светового дня зимой. Известно, что в северных странах, например в Скандинавии, где несоответствие длительно сти светового дня активному периоду особенно ощутимо, среди населения очень велика частота депрессий и суицидов.

При сезонной депрессии в крови больного повышается уровень основного гормона надпочечников — кортизола, который сильно угнетает иммунную систему. А сниженный иммунитет неминуемо ведет к повышенной восприимчивости к инфекционным болезням. Так что не исключено, что короткий световой день — одна из причин всплеска заболеваемости вирусными инфекциями в зимний период.

СУТОЧНЫЕ РИТМЫ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ

На сегодняшний день установлено, что именно супрахиазматическое ядро посылает сигналы в центры мозга, ответственные за циклическую выработку гормонов-регуляторов суточной активности организма. Одним из таких регуляторных центров служит паравентрикулярное ядро гипоталамуса, откуда сигнал о «запуске» синтеза гормона роста или АКТГ передается в гипофиз. Так что супрахиазматическое ядро можно назвать «дирижером» циркадной активности организма. Но и другие клетки подчиняются своим циркадным ритмам. Известно, что в клетках сердца, печени, легких, поджелудочной железы, почек, мышечной и соединительной тканей работают часовые гены. Деятельность этих периферических систем подчинена своим собственным суточным ритмам, которые в целом совпадают с цикличностью супрахиазматического ядра, но сдвинуты во времени. Вопрос о том, каким образом «дирижер циркадного оркестра» управляет функционированием «оркестрантов», остается ключевой проблемой современной хронобиологии.

Циклично функционирующие органы довольно легко вывести из-под контроля супрахиазмати ческого ядра. В 2000-2004 годах вышла серия сенсационных работ швейцарской и американской исследовательских групп, руководимых Юли Шиблером и Майклом Менакером. В экспериментах, проведенных учеными, ночных грызунов кормили только в светлое время суток. Для мышей это так же противоестественн о, как для человека, которому давали бы возможность есть только ночью. В результате циркадная активность часовых генов во внутренних органах животных постепенно перестраивал ась полностью и переставала совпадать с циркадной ритмикой супрахиазматического ядра. Возвращение же к нормальным синхронным биоритмам происходило сразу после начала их кормления в обычное для них время бодрствования, то есть ночное время суток. Механизмы этого феномена пока неизвестны. Но одно ясно точно: вывести все тело из-под контроля супрахиазматического ядра просто — надо лишь кардинально изменить режим питания, начав обедать по ночам. Поэтому строгий режим приема пищи не пустой звук. Особенно важно следовать ему в детстве, поскольку биологические часы «заводятся» в самом раннем возрасте.

Сердце, как и все внутренние органы, тоже обладает собственной циркадной активностью. В искусственных условиях оно проявляет значительные циркадные колебания, что выражается в циклическом изменении его сократительной функции и уровня потребления кислорода. Биоритмы сердца совпадают с активностью «сердечных» часовых генов. В гипертрофированном сердце (в котором мышечная масса увеличена из-за разрастания клеток) колебания активности сердца и «сердечных» часовых генов исчезают. Поэтому не исключено и обратное: сбой в суточной активности клеток сердца может вызвать его гипертрофию с последующим развитием сердечной недостаточности. Так что нарушения режима дня и питания с большой вероятностью могут быть причиной сердечной патологии.

Суточным ритмам подчинены не только эндокринная система и внутренние органы, жизнедеятельность клеток в периферических тканях тоже идет по специфической циркадной программе. Эта область исследований только начинает развиваться, но уже накоплены интересные данные. Так, в клетках внутренних органов грызунов синтез новых молекул ДНК преимущественно приходится на начало циркадной ночи, то есть на утро, а деление клеток активно начинается в начале циркадного дня, то есть вечером. Циклически меняется интенсивность роста клеток слизистой оболочки рта человека. Что особенно важно, согласно суточным ритмам меняется и активность белков, отвечающих за размножение клеток, например топоизомеразы II α — белка, который часто служит «мишенью» действия химиотерапевтических препаратов. Данный факт имеет исключительное значение для лечения злокачественных опухолей. Как показывают клинические наблюдения, проведение химиотерапии в циркадный период, соответствующий пику выработки топоизомеразы, намного эффективнее, чем однократное или постоянное введение химиопрепаратов в произвольное время.

Ни у кого из ученых не вызывает сомнения, что циркадные ритмы — один из основополагающих биологических механизмов, благодаря которому за миллионы лет эволюции все обитатели Земли приспособились к световому суточному циклу. Хотя человек и является высокоприспособленным существом, что и позволило ему стать самым многочисленным видом среди млекопитающих, цивилизация неизбежно разрушает его биологический ритм. И в то время как растения и животные следуют природной циркадной ритмике, человеку приходится намного сложнее. Циркадные стрессы — неотъемлемая черта нашего времени, противостоять им крайне непросто. Однако в наших силах бережно относиться к «биологическим часам» здоровья, четко следуя режиму сна, бодрствования и питания.

Иллюстрация «Жизнь растений по биологическим часам.»
Не только животные, но и растения живут по «биологическим часам». Дневные цветы закрывают и открывают лепестки в зависимости от освещенности — это известно всем. Однако не каждый знает, что образование нектара тоже подчиняется суточным ритмам. Причем пчелы опыляют цветы только в определенные часы — в моменты выработки наибольшего количества нектара. Это наблюдение было сделано на заре хронобиологии — в начале ХХ века — немецкими учеными Карлом фон Фришем и Ингеборгом Белингом.

Иллюстрация «Схема «идеальных» суточных ритмов синтеза «гормона бодрствования» — кортизола и «гормона сна» — мелатонина.»
У большинства людей уровень кортизола в крови начинает нарастать с полуночи и достигает максимума к 6-8 часам утра. К этому времени практически прекращается выработка мелатонина. Приблизительно через 12 часов концентрация кортизола начинает снижаться, а спустя еще 2 часа запускается синтез мелатонина. Но эти временные рамки весьма условны. У «жаворонков», например, кортизол достигает максимального уровня раньше — к 4-5 часам утра, у «сов» позже — к 9-11 часам. В зависимости от хронотипа смещаются и пики выброса мелатонина.

Иллюстрация «График зависимости количества инфарктов со смертельным исходом.»
На графике представлена зависимость количества инфарктов со смертельным исходом среди больных, поступивших в клинику Медицинского колледжа университета Кентукки (США) в 1983 году, от времени суток. Как видно из графика, пик количества сердечных приступов приходится на временной промежуток с 6 до 9 часов утра. Это связано с циркадной активацией сердечно-сосудистой системы перед пробуждением.

Иллюстрация «Супрахиазматическое ядро.»
Если супрахиазматическое ядро поместить в «комфортные» физиологические условия (левый снимок) и записать электрическую активность его нейронов в течение суток, то она будет выглядеть как периодические нарастания амплитуды разрядов (потенциала действия) с максимумами каждые 24 часа (правая диаграмма).

Иллюстрация «Ночные животные — хомяки в период бодрствования находятся в постоянном движении.»
В лабораторных условиях для регистрации двигательной активности грызунов к колесу, в котором животное бежит на месте, подсоединяется кабель. По полученным данным строятся графики, которые называются актограммами.

Иллюстрация «Главный «дирижер» биологических ритмов — супрахиазматическое ядро (СХЯ) располагается в гипоталамусе, эволюционно древнем отделе мозга.»
Гипоталамус выделен рамкой на верхнем рисунке, сделанном с продольного разреза мозга человека. Супрахиазматическое ядро лежит над перекрестом зрительных нервов, через которые оно получает световую информацию из сетчатки глаза. Правый нижний рисунок — это срез гипоталамуса мыши, покрашенный в синий цвет. На левом нижнем рисунке то же самое изображение представлено схематически. Парные шарообразные образования — скопление нейронов, формирующих супрахиазматическое ядро.

Иллюстрация «Схема синтеза «гормона ночи» — мелатонина.»
Мелатонин вызывает засыпание, а его колебания в ночное время суток приводят к смене фаз сна. Секреция мелатонина подчиняется циркадной ритмике и зависит от освещенности: темнота ее стимулирует, а свет, наоборот, подавляет. Информация о свете у млекопитающих поступает в эпифиз сложным путем: от сетчатки глаза до супрахиазматического ядра (ретино-гипоталамический тракт), затем от супрахиазматического ядра до верхнего шейного узла и от верхнего шейного узла в эпифиз. У рыб, амфибий, рептилий и птиц освещенность может управлять выработкой мелатонина через эпифиз напрямую, поскольку свет легко проходит через тонкий череп этих животных. Отсюда еще одно название эпифиза — «третий глаз». Как мелатонин управляет засыпанием и сменой фаз сна, пока непонятно.

Иллюстрация «Супрахиазматическое ядро — контролер циркадной ритмики различных органов и тканей.»
Оно осуществляет свои функции, регулируя выработку гормонов гипофизом и надпочечниками, а также с помощью непосредственной передачи сигнала по отросткам нейронов. Циркадную активность периферических органов можно вывести из-под контроля супрахиазматического ядра, нарушив режим питания — принимая пищу по ночам.

www.nkj.ru

Биологические ритмы здоровья

Ученые обнаружили в головном мозге «циркадный центр», а в нем — так называемые «часовые гены» биологических ритмов здоровья.

Все живые существа на Земле — от растений до высших млекопитающих — подчиняются суточным ритмам. У человека, в зависимости от времени суток, циклически меняются физиологическое состояние, интеллектуальные возможности и даже настроение. Ученые доказали, что виной тому колебания концентрации гормонов в крови.

В последние годы в науке о биоритмах – хронобиологии – было сделано много открытий, чтобы установить механизм возникновения суточных гормональных циклов. Ученые обнаружили в головном мозге «циркадный центр», а в нем — так называемые «часовые гены» биологических ритмов здоровья.

ХРОНОБИОЛОГИЯ — НАУКА О СУТОЧНЫХ РИТМАХ ОРГАНИЗМА

Гуморальный цикл начинался в девять часов вечера выделением первой гуморы желчи — «сhole» (греч. cholе — желчь) и продолжался до трех утра. Затем наступала фаза черной желчи — «melancholy» (греч. melas — черный, chole — желчь), за которой следовала флегма — «phlegma» (греч. phlegma — слизь, мокрота), и, наконец, четвертая гумора — кровь.

Наука, изучающая суточные ритмы организма, называется хронобиологией (греч. chronos — время). Ее основные понятия сформулировали выдающиеся немецкий и американский ученые – профессора Юрген Ашофф и Колин Питтендриг, которых в начале 80-х годов прошлого века даже выдвигали на соискание Нобелевской премии. Но высшую научную награду они, к сожалению, так и не получили.

Дневные циклы – циркадные ритмы

Главное понятие хронобиологии — дневные циклы, длительность которых периодична — около (лат. circa) дня (лат. dies). Сменяющие друг друга дневные циклы называются циркадными ритмами.

Циркадные ритмы напрямую связаны с циклической сменой освещенности, то есть с вращением Земли вокруг своей оси. Они отслеживаются у всех живых существ на Земле: растений, микроорганизмов, беспозвоночных и позвоночных животных, вплоть до высших млекопитающих и человека.

Иллюстрация «Жизнь растений по биологическим часам»:

Не только животные, но и растения живут по «биологическим часам». Дневные цветы закрывают и открывают лепестки в зависимости от освещенности — это известно всем. Однако не каждый знает, что образование нектара тоже подчиняется суточным ритмам. Причем пчелы опыляют цветы только в определенные часы — в моменты выработки наибольшего количества нектара. Это наблюдение было сделано на заре хронобиологии — в начале ХХ века — немецкими учеными Карлом фон Фришем и Ингеборгом Белингом.

Каждому из нас известен циркадный цикл «бодрствование — сон». В 1959 году Ашофф обнаружил закономерность, которую Питтендриг предложил назвать «правилом Ашоффа». Под этим названием оно вошло в хронобиологию и историю науки.

Правило гласит: «У ночных животных активный период (бодрствование) более продолжителен при постоянном освещении, в то время как у дневных животных бодрствование более продолжительно при постоянной темноте«.

И действительно, как впоследствии установил Ашофф, при длительной изоляции человека или животных в темноте, цикл «бодрствование — сон» удлиняется за счет увеличения продолжительности фазы бодрствования. Из правила Ашоффа следует, что именно свет определяет циркадные колебания организма.

ГОРМОНЫ И БИОРИТМЫ

В течение циркадного дня (бодрствования) наша физиология, в основном, настроена на переработку накопленных питательных веществ, чтобы получить энергию для активной дневной жизни. Напротив, во время циркадной ночи питательные вещества накапливаются, происходят восстановление и «починка» тканей. Как оказалось, эти изменения в интенсивности обмена веществ регулируются эндокринной системой, то есть гормонами. В том, как работает эндокринный механизм управления циркадными циклами, есть много общего с гуморальной теорией Врена.

Вечером, перед наступлением ночи, в кровь из так называемого верхнего мозгового придатка – эпифиза – выделяется «гормон ночи» — мелатонин. Это удивительное вещество производится эпифизом только в темное время суток, и время его присутствия в крови прямо пропорционально длительности световой ночи.

В ряде случаев бессонница у пожилых людей связана с недостаточностью секреции мелатонина эпифизом. Препараты мелатонина часто используют в качестве снотворных.

Фазы сна и мелатонин

Мелатонин вызывает снижение температуры тела. Кроме того, он регулирует продолжительность и смену фаз сна. Человеческий сон представляет собой чередование медленноволновой и парадоксальной фаз.

Медленноволновый сон характеризуется низкочастотной активностью коры полушарий. Это — «сон без задних ног», время, когда мозг полностью отдыхает. Во время парадоксального сна частота колебаний электрической активности мозга повышается, и мы видим сны. Эта фаза близка к бодрствованию и служит как бы «трамплином» в пробуждение.

Медленноволновая и парадоксальная фазы сменяют одна другую 4-5 раз за ночь – в такт изменениям концентрации мелатонина.

Важность деятельности гормонов в ночное время

Наступление световой ночи сопровождается и другими гормональными изменениями:

повышается выработка гормона роста и снижается выработка адренокортикотропного гормона (АКТГ) другим мозговым придатком — гипофизом.
Гормон роста стимулирует анаболические процессы, например размножение клеток и накопление питательных веществ (гликогена) в печени.
Не зря говорят: «Дети растут во сне». АКТГ вызывает выброс в кровь адреналина и других «гормонов стресса» (глюкокортикоидов) из коры надпочечников, поэтому снижение его уровня позволяет снять дневное возбуждение и мирно заснуть.
В момент засыпания из гипофиза выделяются опиоидные гормоны, обладающие наркотическим действием, — эндорфины и энкефалины. Именно поэтому процесс погружения в сон сопровождается приятными ощущениями.
Перед пробуждением здоровый организм должен быть готов к активному бодрствованию. В это время кора надпочечников начинает вырабатывать возбуждающие нервную систему гормоны — глюкокортикоиды.

Наиболее активный из них — кортизол, который приводит к повышению давления, учащению сердечных сокращений, повышению тонуса сосудов и снижению свертываемости крови. Клиническая статистика свидетельствует о том, что острые сердечные приступы и внутримозговые геморрагические инсульты чаще всего приходятся на раннее утро. Сейчас разрабатываются препараты, снижающие артериальное давление, которые смогут достигать пика концентрации в крови только к утру, предотвращая смертельно опасные приступы.

«Совы» и «жаворонки»

Почему некоторые люди встают «ни свет, ни заря», а другие – не прочь поспать до полудня? Оказывается, известному феномену «сов и жаворонков» есть вполне научное объяснение, которое базируется на работах Жэми Зейцер из Исследовательского центра сна (Sleep Research Center) Станфордского университета в Калифорнии. Она установила, что минимальная концентрация кортизола в крови обычно приходится на середину ночного сна, а ее пик достигается перед пробуждением.

У «жаворонков» максимум выброса кортизола происходит раньше, чем у большинства людей, — в 4-5 часов утра. Поэтому «жаворонки» более активны в утренние часы, но быстрее утомляются к вечеру. Их обычно рано начинает клонить ко сну, поскольку гормон сна — мелатонин поступает в кровь задолго до полуночи.

У «сов» ситуация обратная: мелатонин выделяется позже, ближе к полуночи, а пик выброса кортизола сдвинут на 7-8 часов утра.

Указанные временные рамки сугубо индивидуальны и могут варьировать в зависимости от выраженности утреннего («жаворонки») или вечернего («совы») хронотипов.

«ЦИРКАДНЫЙ ЦЕНТР» НАХОДИТСЯ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ

Внимание физиологов привлекла давно известная анатомам структура головного мозга — супрахиазматическое ядро, расположенное над (лат. super) перекрестом (греч. chiasmos) зрительных нервов. Оно имеет сигарообразную форму и состоит, например, у грызунов, всего из 10 000 нейронов, что очень немного. Другое же, близко расположенное от него, ядро, параветрикулярное, содержит сотни тысяч нейронов. Протяженность супрахиазматического ядра также невелика — не более половины миллиметра, а объем — 0,3 мм³.

Супрахиазматическое ядро – управляющий биочасами человека

В 1972 году двум группам американских исследователей удалось показать, что супрахиазматическое ядро и есть центр управления биологическими часами организма.

Для этого Роберт Мур и Виктор Эйхлер разрушили ядро в мозге мышей микрохирургическим путем. Они обнаружили, что у животных с нефункционирующим супрахиазматическим ядром пропадает цикличность выброса в кровь гормонов стресса — адреналина и глюкокортикоидов.

Другая научная группа под руководством Фредерика Стефана и Ирвина Цукера изучала двигательную активность грызунов с удаленным «циркадным центром». Обычно мелкие грызуны после пробуждения все время находятся в движении. В лабораторных условиях для регистрации движения к колесу, в котором животное бежит на месте, подсоединяется кабель. Мышки и хомячки в колесе диаметром 30 см пробегают 15-20 км за день! По полученным данным строятся графики, которые называются актограммами.

Оказалось, что разрушение супрахиазматического ядра приводит к исчезновению циркадной двигательной активности животных: периоды сна и бодрствования становятся у них хаотичными. Они перестают спать в течение циркадной ночи, то есть в светлое время суток, и бодрствовать циркадным днем, то есть с наступлением темноты.

Супрахиазматическое ядро — структура уникальная. Если ее удалить из мозга грызунов и поместить в «комфортные условия» с теплой питательной средой, насыщенной кислородом, то несколько месяцев в нейронах ядра будут циклически меняться частота и амплитуда поляризации мембраны, а также уровень выработки различных сигнальных молекул — нейротрансмиттеров, передающих нервный импульс с одной клетки на другую.

Помимо этого, нейроны супрахиазматического ядра связаны особым видом контактов, которые называются щелевыми. Они представляют собой участки мембран соприкасающихся клеток, в которые встроены белковые трубочки, так называемые коннексины. По этим трубочкам из одной клетки в другую движутся потоки ионов, что также синхронизирует «работу» нейронов ядра. Убедительные доказательства такого механизма представил американский профессор Барри Коннорс на ежегодном съезде нейробиологов «Neuroscience-2004», прошедшим в октябре 2004 года в Сан-Диего (США).

Супрахиазматическое ядро и рак

Мышам с разрушенным супрахиазматическим ядром прививали раковые опухоли костной ткани (остеосаркома Глазго) и поджелудочной железы (аденокарцинома). Оказалось, что у мышей без «циркадного центра» скорость развития опухолей в 7 раз выше, чем у их обычных собратьев.

На связь между нарушениями циркадной ритмики и онкологическими заболеваниями у человека указывают и эпидемиологические исследования. Они свидетельствуют о том, что частота развития рака груди у женщин, длительно работающих в ночную смену, по разным данным, до 60% выше, чем у женщин, работающих в дневное время суток.

ЧАСОВЫЕ ГЕНЫ

Уникальность супрахиазматического ядра еще и в том, что в его клетках работают так называемые часовые гены. Эти гены были впервые обнаружены у плодовой мушки дрозофилы – в аналоге головного мозга позвоночных животных — головном ганглии, протоцеребруме. Часовые гены млекопитающих по своей нуклеотидной последовательности оказались очень похожи на гены дрозофилы.

Выделяют два семейства часовых генов — периодические (Пер1, 2, 3) и криптохромные (Кри1 и 2). Продукты деятельности этих генов – Пер- и Кри-белки – обладают интересной особенностью: в цитоплазме нейронов они образуют между собой молекулярные комплексы, которые проникают в ядро и подавляют активацию часовых генов и, естественно, выработку соответствующих им белков. В результате, концентрация Пер- и Кри-белков в цитоплазме клетки уменьшается, что снова приводит к «разблокированию» и активации генов, которые начинают производить новые порции белков. Так обеспечивается цикличность работы часовых генов.

Предполагается, что часовые гены как бы настраивают биохимические процессы, происходящие в клетке, на работу в циркадном режиме, но то, как происходит синхронизация, пока непонятно.

Интересно, что у животных, из генома которых генно-инженерными методами исследователи удалили один из часовых генов Пер2, спонтанно развиваются опухоли крови — лимфомы.

СВЕТОВОЙ ДЕНЬ И БИОРИТМЫ

Циркадные ритмы «придуманы» природой, чтобы приспособить организм к чередованию светлого и темного времени суток, и поэтому они не могут не быть связаны с восприятием света.

Информация о световом дне поступает в супрахиазматическое ядро из светочувствительной оболочки глаза – сетчатки. Световая информация от фоторецепторов сетчатки, палочек и колбочек по окончаниям ганглионарных клеток передается в супрахиазматическое ядро. Ганглионарные клетки не просто передают информацию в виде нервного импульса – они синтезируют светочувствительный фермент – меланопсин. Поэтому даже в условиях, когда палочки и колбочки не функционируют (например, при врожденной слепоте), эти клетки способны воспринимать световую, но не зрительную информацию и передавать ее в супрахиазматическое ядро.

Чтобы доказать это, в 1962 году «отец хронобиологии» профессор Юрген Ашофф, о котором шла речь выше, на несколько дней поместил в абсолютно темную комнату двух волонтеров — своих сыновей. Оказалось, что циклы «бодрствование — сон», после помещения людей в темноту, растянулись на полчаса. Сон в полной темноте становится фрагментарным, поверхностным, в нем доминирует медленноволновая фаза. Человек перестает ощущать сон как глубокое отключение, он как бы грезит наяву.

Через 12 лет француз Мишель Сиффрэ повторил эти эксперименты на себе и пришел к аналогичным результатам. Интересно, что у ночных животных цикл в темноте, наоборот, сокращается и составляет 23,4 часа. Смысл таких сдвигов в циркадных ритмах до сих пор не вполне ясен.

Супрахиазматическое ядро и уровень освещенности

Изменение длительности светового дня влияет на активность супрахиазматического ядра. Если животных, которых в течение нескольких недель содержали в стабильном режиме (12 часов при свете и 12 часов в темноте), затем помещали в другие световые циклы (например, 18 часов при свете и 6 часов в темноте), то у них происходило нарушение периодичности активного бодрствования и сна. Подобное происходит и с человеком, когда изменяется освещенность.

Существует даже такое понятие, как сезонная аффективная болезнь — сезонная депрессия, связанная с уменьшением продолжительности светового дня зимой. Известно, что в северных странах, например в Скандинавии, где несоответствие длительности светового дня активному периоду особенно ощутимо, среди населения очень велика частота депрессий и суицидов.

СУТОЧНЫЕ РИТМЫ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ

Одним из таких регуляторных центров служит паравентрикулярное ядро гипоталамуса, откуда сигнал о «запуске» синтеза гормона роста или АКТГ передается в гипофиз. Так что супрахиазматическое ядро можно назвать «дирижером» циркадной активности организма.

Но и другие клетки подчиняются своим циркадным ритмам. Известно, что в клетках сердца, печени, легких, поджелудочной железы, почек, мышечной и соединительной тканей работают часовые гены. Деятельность этих периферических систем подчинена своим собственным суточным ритмам, которые в целом совпадают с цикличностью супрахиазматического ядра, но сдвинуты во времени. Вопрос о том, каким образом «дирижер циркадного оркестра» управляет функционированием «оркестрантов», остается ключевой проблемой современной хронобиологии.

В результате, циркадная активность часовых генов во внутренних органах животных постепенно перестраивалась полностью и переставала совпадать с циркадной ритмикой супрахиазматического ядра. Возвращение же к нормальным синхронным биоритмам происходило сразу после начала их кормления в обычное для них время бодрствования, то есть в ночное время суток.

Механизмы этого феномена пока неизвестны. Но одно ясно точно: вывести все тело из-под контроля супрахиазматического ядра просто — надо лишь кардинально изменить режим питания, начав обедать по ночам. Поэтому строгий режим приема пищи не пустой звук. Особенно важно следовать ему в детстве, поскольку биологические часы «заводятся» в самом раннем возрасте.

Циркадная активность сердца

Биоритмы сердца совпадают с активностью «сердечных» часовых генов. В гипертрофированном сердце (в котором мышечная масса увеличена из-за разрастания клеток) колебания активности сердца и «сердечных» часовых генов исчезают. Поэтому не исключено и обратное: сбой в суточной активности клеток сердца может вызвать его гипертрофию с последующим развитием сердечной недостаточности. Так что нарушения режима дня и питания с большой вероятностью могут быть причиной сердечной патологии.

Влияние суточных ритмов на живые клетки

Суточным ритмам подчинены не только эндокринная система и внутренние органы. Жизнедеятельность клеток в периферических тканях тоже идет по специфической циркадной программе. Эта область исследований только начинает развиваться, но уже накоплены интересные данные.

Так, в клетках внутренних органов грызунов синтез новых молекул ДНК преимущественно приходится на начало циркадной ночи, то есть на утро, а деление клеток активно начинается в начале циркадного дня, то есть вечером.

Циклически меняется интенсивность роста клеток слизистой оболочки во рту человека. Что особенно важно, согласно суточным ритмам меняется и активность белков, отвечающих за размножение клеток, например топоизомеразы II α — белка, который часто служит «мишенью» действия химиотерапевтических препаратов. Данный факт имеет исключительное значение для лечения злокачественных опухолей. Как показывают клинические наблюдения, проведение химиотерапии в циркадный период, соответствующий пику выработки топоизомеразы, намного эффективнее, чем однократное или постоянное введение химиопрепаратов в произвольное время.

Ни у кого из ученых не вызывает сомнения, что циркадные ритмы — один из основополагающих биологических механизмов! Благодаря этому механизму, за миллионы лет эволюции все обитатели Земли приспособились к световому суточному циклу.

Хотя человек и является высокоприспособленным существом, что и позволило ему стать самым многочисленным видом среди млекопитающих, цивилизация неизбежно разрушает его биологический ритм. И в то время как растения и животные следуют природной циркадной ритмике, человеку приходится намного сложнее. Циркадные стрессы — неотъемлемая черта нашего времени, противостоять им крайне непросто. Однако в наших силах бережно относиться к «биологическим часам» здоровья, четко следуя режиму сна, бодрствования и питания. опубликовано econet.ru

Автор: Владимир Гриневич, доктор медицинских наук

econet.ru

Биологические ритмы человека

Страница 1 из 4

Биологические ритмы — периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений в живых организмах. Биологические ритмы физиологических функций столь точны, что их часто называют «биологическими часами».

Есть основание полагать, что механизм отсчета времени заключен в каждой молекуле человеческого тела, в том числе в молекулах ДНК, хранящих генетическую информацию. Клеточные биологические часы называют «малыми», в отличие от «больших», которые, как считают, расположены в головном мозге и синхронизируют все физиологические процессы в организме.

Ритмы, задаваемые внутренними «часами» или водителями ритма, называются эндогенными, в отличие от экзогенных, которые регулируются внешними факторами. Большинство биологических ритмов являются смешанными, т. е. частично эндогенными и частично экзогенными.

Во многих случаях главным внешним фактором, регулирующим ритмическую активность, служит фотопериод, т. е. продолжительность светового дня. Это единственный фактор, который может быть надежным показателем времени, и он используется для установки «часов».

Конкретная природа «часов» неизвестна, но нет сомнений, что здесь действует физиологический механизм, который может включать как нервные, так и эндокринные компоненты.

Большинство ритмов формируются в процессе индивидуального развития (онтогенеза). Так, суточные колебания активности различных функций у ребенка наблюдаются до его рождения, их можно зарегистрировать уже во второй половине беременности.

Биологические ритмы реализуются в тесном взаимодействии с окружающей средой и отражают особенности приспособления организма к циклично изменяющимся факторам этой среды. Вращение Земли вокруг Солнца (с периодом около года), вращение Земли вокруг своей оси (с периодом около 24 ч), вращение Луны вокруг Земли (с периодом около 28 дней) приводят к колебаниям освещенности, температуры, влажности, напряженности электромагнитного поля и т. п., служат своеобразными указателями, или датчиками, времени для «биологических часов».

Биологические ритмы имеют большие различия по частотам или периодам. Выделяют группу так называемых высокочастотных биологических ритмов, периоды колебаний которых находятся в пределах от доли секунды до получаса. Примерами могут служить колебания биоэлектрической активности головного мозга, сердца, мышц, других органов и тканей. Регистрируя их с помощью специальной аппаратуры, получают ценную информацию о физиологических механизмах деятельности этих органов, которая используется также для диагностики заболеваний (электроэнцефалография, электромиография, электрокардиография и др.). К этой же группе можно отнести ритм дыхания.

Биологические ритмы с периодом 20-28 ч называются циркадианными (циркадными, или околосуточными), например, периодические колебания на протяжении суток температуры тела, частоты пульса, артериального давления, работоспособности человека и др.

Выделяют также группу биологических ритмов низкой частоты; это околонедельные, околомесячные, сезонные, окологодовые, многолетние ритмы.

В основе выделения каждого из них лежат четко регистрируемые колебания какого-либо функционального показателя. Например, околонедельному биологическому ритму соответствует уровень выделения с мочой некоторых физиологически активных веществ, околомесячному — менструальный цикл у женщин, сезонным биологическим ритмам — изменения продолжительности сна, мышечной силы, заболеваемости и т. д.

Наиболее изучен циркадианный биологический ритм, один из самых важных в организме человека, выполняющий как бы роль дирижера многочисленных внутренних ритмов.

Циркадианные ритмы высокочувствительны к действию различных отрицательных факторов, и нарушение слаженной работы системы, порождающей эти ритмы, служит одним из первых симптомов заболевания организма. Установлены циркадианные колебания более 300 физиологических функций организма человека. Все эти процессы согласованы во времени.

Многие околосуточные процессы достигают максимальных значений в дневное время каждые 16-20 ч и минимальных — ночью или в ранние утренние часы. Например, ночью у человека самая низкая температура тела. К утру она повышается и достигает максимума во второй половине дня.

Основной причиной суточных колебаний физиологических функций в организме человека являются периодические изменения возбудимости нервной системы, угнетающей или стимулирующей обмен веществ. В результате изменения обмена веществ и возникают изменения различных физиологических функций (рис. 25.1). Так, например, частота дыхания днем выше, чем ночью. В ночное время понижена функция пищеварительного аппарата.

Рис. 25.1. Суточные биологические ритмы в организме человека

Установлено, что суточная динамика температуры тела имеет волнообразный характер. Примерно к 18 ч температура достигает максимума, а к полуночи снижается: минимальное ее значение между часом ночи и 5 ч утра. Изменение температуры тела в течение суток не зависит от того, спит человек или занимается интенсивной работой.

Температура тела определяет скорость биологических реакций, днем обмен веществ идет наиболее интенсивно. С суточным ритмом тесно связаны сон и пробуждение. Своеобразным внутренним сигналом для отдыха ко сну служит понижение температуры тела. На протяжении суток она изменяется с амплитудой до 1,3°С.

Измеряя через каждые 2-3 ч на протяжении нескольких суток температуру тела под языком (обычным медицинским термометром), можно довольно точно установить наиболее подходящий момент для отхода ко сну, а по температурным пикам определить периоды максимальной работоспособности.

Днем растет частота сердечных сокращений (ЧСС), выше артериальное давление (АД), чаще дыхание. Изо дня в день к моменту пробуждения, как бы предвосхищая возрастающую потребность организма, в крови повышается содержание адреналина — вещества, которое увеличивает ЧСС, повышает АД, активизирует работу всего организма; к этому времени в крови накапливаются биологические стимуляторы. Снижение концентрации этих веществ к вечеру — непременное условие спокойного сна. Недаром нарушения сна всегда сопровождаются волнением и тревогой: при этих состояниях в крови нарастает концентрация адреналина и других биологически активных веществ, организм длительное время находится в состоянии «боевой готовности». Подчиняясь биологическим ритмам, каждый физиологический показатель в течение суток может существенно менять свой уровень.

www.fizkulturaisport.ru

Биологические ритмы — Медицинская энциклопедия

Биологи́ческие ри́тмы

Периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений; свойственны живой материи на всех уровнях ее организации — от молекулярных и субклеточных до биосферы.

Временную организацию биологических систем, роль фактора времени в осуществлении биологических явлений и в поведении живых систем, природу, условия возникновения и значение Б. р. для организмов изучает биоритмология — одно из направлений сформировавшегося в 60-е гг. раздела биологии — хронобиологии. На стыке биоритмологии и клинической медицины находится так называемая хрономедицина, изучающая взаимосвязи Б. р. с течением различных заболеваний, разрабатывающая рациональные схемы лечения и профилактики болезней с учетом Б. р. и исследующая другие медицинские аспекты Б. р. и их нарушений.

Адаптация организмов к окружающей среде в процессе эволюционного развития шла в направлении как совершенствования их структурной организации, так и согласования во времени и пространстве деятельности различных функциональных систем. Исключительная стабильность периодичности изменения освещенности, температуры, влажности, геомагнитного поля и других параметров окружающей среды, обусловленных движением Земли и Луны вокруг Солнца, позволила живым системам в процессе эволюции выработать стабильные и устойчивые к внешним воздействиям временные программы, проявлением которых служат Б. р. Полагают, что такие ритмы, обозначаемые иногда как экологические, или адаптивные (такие, как суточные, приливные, лунные и годовые), закреплены в генетической структуре. В искусственных условиях (например, при непрерывном освещении или темноте) периоды таких ритмов отклоняются от периодов соответствующих ритмов окружающей среды, проявляя тем самым свой собственный период.

Для обозначения ритмов, которые синхронны с ритмами среды, употребляют термины циркадианный (околосуточный), циркатидальный (околоприливный), циркалунарный (окололунный), циркааннуальный (окологодовой).

Для описания ритма используют следующие параметры: период или частоту (количество колебаний в единицу времени), амплитуду — максимальное отклонение от средней, фазу — положительную или отрицательную, акрофазу — время максимального отклонения.

Выделяют ритмы высокой, средней и низкой частоты. Высокочастотные ритмы включают Б. р. с периодом от долей секунды до 30 мин. К ним относят ритмы электрической активности головного мозга, мышц, сердца, ритм дыхательных движений. Регистрация высокочастотных ритмов органов и тканей — электроэнцефалография, электрокардиография, электромиография и др. — широко используется при диагностике различных заболеваний и оценке функционального состояния соответствующих органов и систем.

Б. р. средней частоты включают ритмы с периодом от 30 мин до 6 сут. В этой группе различают: ультрадианные ритмы (период от 30 мин до 20 ч), среди которых наиболее известны ритмы с периодом около 90 мин — ритмы чередования активности и покоя у новорожденных, чередования фаз медленного и быстрого сна, общей двигательной активности, экскреторной функции почек; циркадианные (период 20—28 ч), к которым относят изменения температуры тела, частоты сердечных сокращений, величины АД, степени работоспособности на протяжении суток.

Группу Б. р. низкой частоты составляют околонедельные, околомесячные, окологодовые и многолетние ритмы. Околонедельному ритму подчиняется ритм выделения с мочой ряда физиологически активных соединений, например 17-кетостероидов и эстрона, околомесячному — овариально-менструальный цикл у женщин. Окологодовые и многолетние ритмы выявляют при анализе заболеваемости, рождаемости, продолжительности сна, показателей иммунитета, роста и развития детей и т.д. Выраженность годовых (сезонных) ритмов нарастает по мере увеличения географической широты и отчетливо проявляется у организмов, населяющих умеренные и полярные зоны, где сезонные различия наиболее отчетливы.

Ритмический характер изменения ряда функций не обнаруживается в первое время после рождения и формируется лишь спустя некоторый период. Так, суточный ритм сна и бодрствования появляется на втором месяце жизни, ритм кортикостероидов в плазме крови иногда отсутствует до двухлетнего возраста. Становление ритмов может продолжаться вплоть до периода полового созревания. Время появления ритмичности зависит от уровня зрелости новорожденного. У недоношенных детей ритмичность формируется значительно позже по сравнению с родившимися в срок. Ведущими датчиками времени, с которыми сталкивается новорожденный, являются уход и кормление. Изменения параметров Б. р. по мере старения ограничиваются в основном изменением амплитуды ритмов, вплоть до исчезновения некоторых из них (например, ритм экскреции гормона роста, тестостерона, лютеинизирующего гормона). Следствием смещения фаз ритмов в процессе старения являются увеличение доли дневного сна, увеличение частоты прерывания ночного сна, раннее пробуждение.

Наиболее изучен циркадианный (околосуточный) Б. р. Экспериментальные и клинические данные дают основание полагать, что состояние этого ритма является универсальным критерием общего состояния организма. Установлены циркадианные колебания более 300 физиологических функций организма человека. Эти исследования позволили разработать и составить «циркадианную систему человека». Согласно этой системе, масса тела является максимальной в 18—19 ч, частота сердечных сокращений — в 15—16 ч. частота дыхания — в 13—16 ч, систолическое артериальное давление — в 15—18 ч, уровень эритроцитов в крови — в 11—12 ч, лейкоцитов — в 21—23 ч, гормонов в плазме крови (АКТГ, кортизол, 17-гидроксикортикостерон), циклического аденозинмонофосфата — в 8—12 ч, инсулина, ренина — в 18 ч, тестостерона — в 8—9 ч, тироксина — в 14—15 ч, общего белка крови — в 17—19 ч, фибриногена —в 18 ч, билирубина (общего) — в 10 ч, трансаминазы — в 8—9 ч, холестерина — в 18 ч, азота мочевины — в 22—23 ч. Утром замедляются, а вечером ускоряются психические процессы. В свою очередь, на ритмы физиологических и психических функций влияют смены сна и бодрствования, активности и покоя. Параметры суточной кривой работоспособности в период бодрствования (фаза, амплитуда, акро-фаза) зависят от множества факторов: типа личности, общей обстановки, приема пищи, уровня мотивации и т.д.

Циркадианная система включает множество отдельных подсистем, каждая из которых, вероятно, способна самостоятельно, независимо от других подсистем периодически изменяться. Формирование единой циркадианной системы обеспечивается, с одной стороны, за счет четкой внутренней упорядоченности фазовых соотношений составляющих ее ритмов, с другой — за счет синхронизирующего действия внешних датчиков времени. По мнению большинства исследователей, регуляцию ритмов циркадианной системы обеспечивает гипоталамо-гипофизарная система. При высокой степени сопряженности подсистем для синхронизации всей системы в целом не обязателен внешний датчик времени. Врожденная программа временной упорядоченности функций в процессе развития организма модифицируется в направлении приспособления к временному профилю среды. Способность «предсказывать» время суток позволяет организму опережающе предвидеть требования к гомеостатическим системам и заранее подключать для получения приспособительного результата те эффекторы, включение которых в ответную реакцию требует значительного времени. например, при нормальном сне температура тела и содержание кортикостероидов в плазме начинают повышаться задолго до окончания сна и пробуждение может наступить раньше, чем будет включен свет. Считают, что упорядоченность функций во времени позволяет организму разделять не только в пространстве, но и во времени несовместимые процессы, использовать одни и те же структуры, требующие в разное время различных локальных значений биохимических или физико-химических показателей (например, рН). Примерами высокоскоординированных во времени систем могут быть гипоталамо-гипофизарно-тиреоидная система, гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система, система поддержания оптимальной концентрации калия в плазме и межклеточном пространстве.

Нарушение временной упорядоченности ритмов биологической системы обозначают термином десинхроноз. Изучение механизмов возникновения десинхроноза имеет большое значение при организации режимов труда и отдыха у представителей различных специальностей, при проведении профилактических мероприятий с целью охраны здоровья. Десинхроноз может возникать как результат фазового рассогласования между ритмами биологической системы и теми периодическими изменениями в окружающей среде, которые для организма выступают как датчики времени (внешнеобусловленный десинхроноз, внешний десинхроноз), либо вследствие нарушения координации между ритмами в самой системе. Внешний десинхроноз можно наблюдать у лиц, совершивших перелет через 4—5 часовых поясов, у космонавтов во время космических полетов, при смене дневного режима работы на ночной. Выраженность десинхроноза зависит от индивидуальных особенностей, возраста, характера датчиков времени. Синхронизация ритмов организма с новыми датчиками времени происходит постепенно с приблизительной скоростью 1—2 ч в сутки и быстрее протекает у лиц моложе 30 лет. При перелете в западном направлении перестройка ритмов протекает в среднем быстрее, чем при перелетах в восточном направлении. Внешний десинхроноз, как правило, ведет к развитию внутреннего. Внутренний десинхроноз (выраженный или компенсированный) можно наблюдать также как следствие стрессовой реакции. Так, например, при воспалении легких, бронхиальной астме, гипертонической болезни, язвенной болезни желудка и ряде других заболеваний максимум экскреции кортикостероидов смещается с утренних часов на вечерние и ночные. Считают, что нарушение временной упорядоченности функций усугубляет течение болезни и является неблагоприятным прогностическим признаком. Существует мнение, что внутренний десинхроноз может, особенно в психиатрии, выступать как причина патологического состояния.

Лечение многих заболеваний должно строиться с учетом Б. р. Хронобиологи предложили, например, лечить расстройства сна следующим образом. Людей, страдающих бессонницей по ночам и с трудом борющихся со сном в дневное время, изолируют в помещении, где надежно отключены все датчики земного времени. В таких условиях ежедневно «передвигают» время отхода ко сну на три часа вперед. Эта хронотерапия продолжается в течение недели до тех пор, пока время отхода ко сну не совпадет со временем отхода ко сну у здоровых людей. При бронхиальной астме хронобиологи предложили проводить лечебные мероприятия в тот момент, когда ряд показателей, характеризующих работу дыхательной системы, находится на самом низком уровне в течение суточного цикла. Это определяется после круглосуточной регистрации ритмов работы органов дыхания. Такая лечебная тактика увеличивает в 3 раза число очень хороших результатов и сводит к минимуму случаи недостаточной эффективности лечения.

Проблема рационального применения фармакологических средств у человека обусловила формирование нового направления — хроно-фармакологии, которая изучает действие лекарственных препаратов как функцию биологического времени, разрабатывает рекомендации о динамических дозах лекарств и их комбинаций, оптимального времени их введения.

Так, например, наибольший диуретический эффект фуросемида возможен при приеме его в 10 ч, максимальное выведение с мочой калия — при приеме в 17 ч, натрия — в 13 ч. Гипогликемический эффект от введения инсулина больше всего выражен в 8—13 ч. Анализ суточного содержания гистамина в организме показал, что наибольшая его концентрация отмечается в 21—24 часа. Это объясняет повышенную чувствительность аллергиков к антибиотикам, гистамину, домашней пыли именно в вечернее время. Поэтому антигистаминные препараты рекомендуется давать пациентам в вечерние часы, чтобы предупредить нежелательные аллергические реакции. При вечерних суставных болях, вызванных ревматоидным артритом, наибольший аналгезирующий эффект дает утренний (8 ч) или полуденный (12 ч) прием индометацина, а при ночных болях этот препарат целесообразнее назначать вечером (19 ч).

Общепринятым стало применение различных гормонов по схемам, разработанным хронобиологами. Так, гормональные препараты рекомендуется назначать в те часы, когда потребность организма в этих веществах максимальна, стимулируя таким образом работу и собственных желез внутренней секреции. Лечение, проводимое по такой схеме, оказывается наиболее эффективным, а дозы гормональных препаратов минимальными. Наибольшая частота гипертонических кризов наблюдается, как правило, в вечерние и ночные часы, а большая часть больных с выраженной ишемической болезнью сердца приспосабливается к физической нагрузке хуже всего в утренние часы, что следует учитывать, назначая лечебно-профилактические мероприятия (например, повышая дозы в критические для обострения заболевания часы).

Учение о Б. р. обосновывает рациональность постоянного распорядка дня, с определенными часами для сна, работы, отдыха. Ритмичным, соответствующим правильному индивидуальному графику должен быть и прием пищи. Так, если принимать пищу общей калорийностью 2000 ккал только по утрам, то наблюдается снижение веса. Если та же пища принимается в вечерние часы, вес увеличивается. Для того чтобы сохранить постоянный вес тела, достигнутый к 20—25 годам, пищу следует принимать 4—5 раз в день в точном соответствии с индивидуальными суточными затратами энергии и в те часы, когда появляется заметное чувство голода.

Строгий распорядок дня предполагает, как правило, и преодоление импульсов ко сну или дремоте в период бодрствования, т. к. самые короткие периоды сна или дремоты у многих людей могут нарушить ночной сон. Вместе с тем это правили не следует распространять на тех, для кого дневной или вечерний отдых — сон необходим и не нарушает ночного сна.

В циркадианном Б. р. меняется и работоспособность человека. Обычно она имеет два подъема: с 10 до 12 ч и с 16 до 18 ч. Ночью работоспособность понижается, особенно в интервале от 1 до 3 часов ночи. У лиц, занятых в ночную смену, определяются различные изменения в функциональном состоянии организма. В одних случаях работа протекает на сниженном уровне вегетативных функций, соответствующем этой фазе циркадианного ритма, в других — уровень вегетативных показателей близок к их уровню днем и, следовательно, происходит обусловленная работой перестройка циркадианного ритма. Второй тип реакции обнаруживается, как правило, при более напряженной работе, сопровождается меньшими признаками утомления и чаще наблюдается у лиц с большим стажем работы в сменном производстве.

При работе в разные смены имеются серьезные трудности в организации полноценного отдыха после работы. Это связано прежде всего с необходимостью отдыхать и спать в другие часы, чем остальные члены семьи, друзья, знакомые. В этом случае желательны изолированное помещение для сна, а также возможность регулярно и своевременно принимать пищу. Причем горячая пища нужна также в рабочие часы (при перерыве во время ночной смены).

Ритмические колебания работоспособности менее стереотипны и чаще изменяются, чем ритм вегетативных функций. Однако частые изменения рабочих смен вызывают невротические расстройства, снижают удовлетворенность трудом и т.п. Около 20% людей вообще не могут приспособиться к сменному графику работы, а у остальных для полной адаптации к преимущественно ночной смене требуется больше года сменного труда. Специально разработанные режимы труда и отдыха помогают сохранить в течение длительного времени высокую работоспособность.

Одна из современных теорий Б. р. особое внимание уделяет так называемым расчетным низкочастотным ритмам: физическому — с периодом 23 дня, эмоциональному — 28 дней и интеллектуальному — 33 дня. По мнению авторов этой теории, ритмы «запускаются» в момент рождения и сохраняются затем с удивительным постоянством в течение всей жизни. Первая половина периода каждого ритма характеризуется нарастанием, а вторая — спадом физической, эмоциональной или интеллектуальной активности. Эта теория, как свидетельствуют ее создатели, позволяет предсказывать возможности организма в тот или иной день на длительный срок вперед. Однако нельзя согласиться ни с одним из постулатов этой гипотезы, в частности — абсолютной неизменностью и одновременным запуском всех ритмов. Установлено, что в процессе индивидуального развития функции организма созревают и угасают с возрастом не одновременно. Реальный вид кривой Б. р. очень далек от идеальной синусоиды, которой характеризуют расчетные ритмы. На фоне полного здоровья даже в зрелом организме Б. р. способны изменяться. Так, ритм биения сердца меняется на протяжении суток в зависимости от уровня обмена веществ, ритм температуры искажается при заболевании, менструальный цикл у здоровых женщин может варьировать в пределах 6 дней и т.п. Кроме того, по данным физиологов, физическая, эмоциональная и интеллектуальная форма активности человека столь тесно связаны, что их искусственное разделение не представляется возможным. Поэтому серьезной научной проверки эта гипотеза не выдержала.

Библиогр.: Биологические ритмы, под ред. Ю. Ашоффа, пер. с англ., т. 1—2, М., 1984; Биологические часы, под ред. С.Э. Шноля, пер. с англ., М., 1964; Проблемы космической биологии, под ред. В.Н. Черниговского, т. 41 — Биологические ритмы, М., 1980.

Источник: Медицинская энциклопедия на Gufo.me

gufo.me