Биологические ритмы человека

    Биологические ритмы — фундаментальное свойство органического мира, обеспечивающее его способность к адаптации  и выживанию в циклически меняющихся условиях внешней среды. Биологический ритм — это самоподдерживающийся автономный процесс периодического чередования состояний организма и колебаний интенсивности физиологических процессов и реакций. Благодаря биоритмам обеспечивается внутреннее движение, развитие организма, его устойчивость к воздействию факторов окружающей среды. Это осуществляется за счет ритмичного чередования процессов анаболизма и катаболизма (И.Е. Оранский, 1988). Борьба противоположностей, обуславливающая движение (развитие), лежит в основе адаптационных процессов, обеспечивающих синхронизацию физиологических функций организма с разнообразными изменениями окружающей среды. Исследование биоритмов позволяет оценивать реактивность, функциональное состояние и адаптационные возможности организма (Ф.И. Комаров и соавт., 1989).

    Изучением биоритмов живых систем, их связи  с ритмами, существующими в природе, занимается относительно недавно возникшая наука — хронобиология (биоритмология), составной частью которой является хрономедицина.

    Хрономедицина с помощью использования хронобиологичес-ких  параметров в основном решает задачи, связанные с улучшением диагностики, профилактики и лечения патологических состояний у людей (Ф.И. Комаров и соавт., 1989).

    В нашей стране опубликовано много  работ, посвященных вопросам биоритмологии (Б.С. Алякринский, 1975, 1983; Н.И. Моисеева и др., 1981, 1985; В.М. Дильман, 1981, 1986; М.Т. Туркменов, 1983; Н.Р. Деряпа и др., 1985; СИ. Степанов, 1986; Ф.И. Комаров, 1989). Поскольку в биоритмологическом аспекте здоровье представляет собой оптимальное соотношение взаимосвязанных ритмов физиологических функций организма и их соответствие закономерным колебаниям среды обитания, анализ изменений этих ритмов и их рассогласования помогает глубже понять механизмы возникновения и развития патологических процессов, улучшить раннюю диагностику болезней и определить наиболее целесообразные временные схемы терапевтических мероприятий.

    Существует  несколько классификаций биоритмов, в зависимости от критериев, положенных в их основу.

    По  принадлежности к классу явлений  ритмы подразделяются (Оранский И.Е., 1988):

    I. Ритмы неживой природы.

    II. ритмы живой природы:

    1) ритмы растений;

    2) ритмы животных;

    3) ритмы человека.

    В настоящее время в человеческом организме обнаружено более 500 биоритмов  на различных структурных уровнях  — клеточном, тканевом, органном, организменном (A.M. Воложин, Ю.К.Субботин, 1998).

    Биоритмы  характеризуются широким диапазоном периодов — от миллисекунды до нескольких десятков лет. В связи с этим различают  низко-, средне- и высокочастотные  биоритмы (К.М. Смирнов и соавт., 1980; И.Е. Оранский, 1988; F. Halberg, 1969):

    1. Ритмы высокой частоты — от долей секунды до 30 мин (осцилляции на молекулярном уровне, ритмы электроэнцефалограммы, сокращения сердца, дыхание, перистальтика кишечника).

    2. Ритмы средней частоты — от 30 мин до 6 дней — включают:

    а) ультрадианные (от 30 мин до 20 ч). Сюда относятся колебания главных компонентов мочи и крови с частотой одного цикла около 20 ч, повторение стадий быстрых движений глаз через каждые 90 мин сна, процессы секреции;

    б) циркадианные (околосуточные) (от 20-28 ч). Они синхронизированы с вращением Земли вокруг оси, сменой дня и ночи (ритмы «сон—бодрствование», суточные колебания различных физиологических параметров — температуры тела, АД, частоты клеточных делений и др.). Эти ритмы наиболее устойчивые и сохраняются в течение жизни организма;

    в) инфрадианные (от 28 ч до 6 суток) ритмы наименее изучены (недельный ритм выделения с мочой некоторых гормонов).

    3. Ритмы низкой частоты — от 7 дней и выше:

    а) циркасептидианные (7 дней) (околонедельный);

    б) циркавигинтидианные (21 день);

    в) циркатригинтидианные (30 дней) (лунный);

    г) циркануальные (около 1 года);

    д) макроритмы (обусловленные циклами  солнечной активности с периодами 2 года, 3 года, 5 лет, 8 лет, 11 лет, 22 года, 35 лет);

    е) мегаритмы (свыше 10 лет).

    Низкочастотные  ритмы процессов жизнедеятельности, так же как и суточные (циркадианные), широко представлены в организме и имеют связь с геофизическими и социальными факторами. В основе выделения каждого из биоритмов лежат четко регистрируемые колебания какого-либо функционального показателя. Например, околонедельному биоритму соответствует уровень выделения с мочой некоторых гормонов, околомесячному — овариально-менструальный цикл у женщин, сезонным биоритмам — изменение продолжительности сна, мышечной силы, заболеваемости и др., окологодовым — рост и физическое развитие детей, показатели иммунитета. Мегаритмы проявляются в изменении численности популяций, видов животных, вспышках эпидемий.

    В зависимости от уровней гомеостатических механизмов биоритмы человека можно  подразделить на следующие классы (Н.И. Моисеева, В.М. Сысуев, 1981):

    1. Биоритмы клеточных образований,  клеток, тканей.

    2. Биоритмы органов.

    3. Организменные биоритмы.

    4. Биоритмы популяций.

    Частотные спектры разных уровней биоритмов  в значительной степени перекрываются, однако существует общая тенденция к увеличению длины периодов по мере усложнения биологических систем.

    С точки зрения взаимодействия организма  и среды выделяют два типа колебательных  процессов:

    1. Адаптивные ритмы (экологические), или биоритмы, т. е. колебания с периодами, близкими к основным геофизическим циклам, роль которых заключается в адаптации организма к периодическим изменениям внешней среды;

    2. Физиологические₉ или рабочие, ритмы, т. е. колебания, отражающие деятельность физиологических систем организма (сердцебиение, дыхание и т. д.).

    Период (частота) физиологического ритма может  изменяться в широких пределах в  зависимости от степени функциональной нагрузки. Период экологического ритма, напротив, сравнительно постоянен, закреплен  генетически.

    В биоритме всегда присутствуют две компоненты — экзогенная и эндогенная. Экзогенная компонента биоритма — это воздействие на организм любого внешнего фактора, эндогенная — обусловлена ритмическими процессами внутри организма. Эндогенный ритм непосредственно определяется генетической программой организма, которая реализуется через нервный и гуморальный механизмы.

    Биоритмы  имеют внутреннюю и внешнюю регуляцию.

    Внутренняя  регуляция биоритмов  определяется функционированием так называемых биологических часов. Для объяснения эндогенных механизмов биологических часов предложено несколько гипотез:

    1. «Хронон-гипотеза» была сформулирована К.Д. Ере и Е. Тракко. Согласно этой гипотезе, механизм околосуточных ритмов связан с наследственным аппаратом клетки, в частности с определенными участками дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

    2. «Мембранная теория». Согласно данной теории, цикличность наблюдаемых процессов регулируется состоянием липидно-белковых мембран и их проницаемостью для ионов калия, которая периодически изменяется. Мембранные структуры клетки, обладая рецепторными свойствами, контролируют биоритмы, связанные с фотопериодизмом и действием температурных факторов.

    3. «Мультиосцилляторная модель». Считается, что в организме существуют собственные биологические осцилляторы (пейсмекеры) и наблюдаемые периоды ритмов отражают работу биологических «часов». Источником такой активности является энергия метаболизма. Биологических часов в организме много (к настоящему времени у человека обнаружено более 300 ритмически меняющихся с периодом около 24 ч физиологических функций).

    В настоящее время общепризнано, что  циркадианная система организма  строится по мулътиосцилляторному принципу, согласно которому автономные генераторы суточных ритмов объединяются в несколько групп сцепленных осцилляторов, относительно независимых друг от друга, но имеющих иерархическую соподчиненность и синхронизированных по фазе и периоду. Что касается механизма биологических часов, то уже не вызывает сомнения сам факт наличия клеточных пейсмекеров (генераторов ритма), способных генерировать автоколебания с околосуточным периодом (Е.П. Гора, 1999).

    Мультиосцилляторный принцип организации повышает адаптивную пластичность организма, позволяя эффективно приспосабливаться к различным  по временной организации условиям среды.

    Согласно исследованиям Ф.И. Комарова (1989), в организме осцилляторы одного иерархического уровня функционируют параллельно, а разных уровней — последовательно (рис. 34).

    Согласно  современным представлениям, в организме  действуют биологические часы трех уровней (Д.П. Билибин, В.А. Фролов, 2007).

    Первый  уровень связан с деятельностью эпифиза. Современные исследования показывают, что биологические ритмы находятся в строгой иерархической подчиненности основному водителю ритмов, расположенному в супрахиазматизматических ядрах гипоталамуса (СХЯ). Гормоном, доносящим информацию о ритмах, генерируемых СХЯ, до органов и тканей, является ме-латонин (по химической структуре — индол), преимущественно продуцируемый эпифизом из триптофана. Мелатонин также продуцируется сетчаткой, цилиарным телом глаза, органами ЖКТ. Активация регуляторной деятельности эпифиза относительно биоритмов «запускается» сменой дня и ночи (входным «рецептором» являются в том числе и глаза, хотя и не только они).

    Ритм  продукции мелатонина эпифизом носит циркадианный характер и определяется СХЯ, импульсы из которого регулируют активность норадренергических нейронов верхних шейных ганглиев, чьи отростки достигают пинеалоцитов. Мелатонин является мессенджером не только основного эндогенного ритма, генерируемого СХЯ и синхронизирующего все остальные биологические ритмы организма, но также и корректором этого эндогенного ритма относительно ритмов окружающей среды. Следовательно, любые изменения его продукции, выходящие за рамки нормальных физиологических колебаний, способны привести к рассогласованию как собственно биологических ритмов организма между собой (внутренний десинхроноз), так и ритмов организма с ритмами окружающей среды (внешний десинхроноз).

    Второй  уровень биологических часов связан с супраоптической частью гипоталамуса, который с помощью так называемого субкомиссурального тела имеет связи с эпифизом. Через эту связь (а может быть, и гуморальным путем) гипоталамус получает «команды» от эпифиза и регулирует биоритмы далее. В эксперименте было показано, что разрушение супраоптической части гипоталамуса ведет к нарушению биоритмов.

    Третий  уровень биологических часов лежит на уровне клеточных и субклеточных мембран. По-видимому, какие-то участки мембран обладают хронорегуляторным действием. Об этом косвенно свидетельствуют факты о влиянии электрических и магнитных полей на мембраны, а через них и на биоритмы.

    Таким образом, координирующую роль в синхронизации ритмов всех клеток многоклеточного организма играет гипоталамо-гипофизарная система (Д.П. Билибин, В.А. Фролов, 2007).

    Внешняя регуляция биоритмов  связана с вращением Земли вокруг своей оси, движением ее по околосолнечной орбите, с солнечной активностью, изменениями магнитного поля Земли и рядом других геофизических и космических факторов, причем среди экзогенных факторов, выполняющих функцию «датчиков времени», наиболее значимы свет, температура и периодически повторяющиеся социальные факторы (режим труда, отдыха, питания). Атмосферное давление и геомагнитное поле как датчики времени играют меньшую роль. Таким образом, у человека выделяется две группы внешних синхронизаторов — геофизические и социальные (Д.П. Билибин, В.А. Фролов, 2007).

    Ярким примером формирования эндогенных ритмов под влиянием синхронизаторов внешней  среды является влияние на новорожденного ребенка с его эндогенными  ритмами таких синхронизаторов, как звук, свет, пища и т. д., а по мере развития ребенка усиливается  роль социальных факторов. Сравнительно быстро у ребенка формируется суточный 24-часовой ритм физиологических процессов. Известный хронопедиатр Т. Хельбрюгге установил, что первые признаки суточной периодики выделения с мочой натрия и калия отмечаются на 4-20-й неделе, а креатинина и хлоридов — на 16-22-м месяце после рождения. На 2-3-й неделе происходит начало синхронизации с ритмом дня и ночи на протяжении суток такого показателя, как температура тела, а частота пульса — на 4-20-й неделе жизни ребенка.

    Биоритмы  в той или иной форме присущи всем живым организмам. В основе всякой ритмики лежит периодический волновой процесс. Простейшая кривая, описывающая биоритм, — синусоида.