 |
 |
|
 |
|
|
БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
циклические колебания интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Б. р. наблюдаются почти у всех животных и растений, как одноклеточных, так и многоклеточных, у некоторых изолированных органов и отдельных клеток. Одни Б. р. (биение сердца, частота дыхания и т.д.) относительно самостоятельны (см. Физиологические ритмы), другие — собственно Б. р. — дают возможность организмам приспосабливаться к циклическим изменениям окружающей среды (суточным, сезонным и др.).
Солнечно-суточный (24 ч) ритм свойствен большинству физиологических процессов (частоте деления клеток, колебаниям температуры тела, интенсивности обмена веществ и энергии у животных и человека и др.). Он проявляется в состоянии и поведении живых организмов (см. Активности цикл); при этом меняется двигательная активность животных, положение листьев и цветочных лепестков у растений, расходование гликогена в печени млекопитающих и другие биохимические процессы (рис. 1, 2). У животных обнаружены нейро-гуморальные центры, координирующие суточную периодичность физиологических процессов. В зависимости от количества периодов активности в течение суток различают монофазный и полифазный суточные ритмы. В течение индивидуального развития (онтогенеза) многих животных и человека происходит переход от полифазного ритма к монофазному (так, для грудных детей характерно многократное чередование бодрствования и сна в течение суток).
Лунно-суточный (24,8 ч), или приливный, ритм типичен для большинства животных и растений прибрежной морской зоны и проявляется совместно с солнечно-суточным ритмом в колебаниях двигательной активности, периодичности открывания створок моллюсков, вертикальном распределении в толще воды мелких морских животных и т.п. Солнечно- и лунно-суточный ритмы, так же как и звёздно-суточный (23,9 ч), имеют большое значение в навигации животных (например, перелётных птиц, многих насекомых), «использующих» астрономические ориентиры.
Лунно-месячный ритм (29,4 сут) соответствует периодичности изменения уровня морских приливов и проявляется в ритмичности вылупления из куколок насекомых, выплаживающихся в прибрежной зоне, в цикле размножения червя Палоло, некоторых водорослей и многих других животных и растений. Близок лунно-месячному ритму и менструальный цикл женщин.
Годичный (сезонный) ритм изменения численности и активности животных роста и развития растений широко известен. Годичные ритмы у животных и растений во многих случаях регулируются изменениями длины светового дня (см. Фотопериодизм), температуры и других климатических факторов.
Б. р. — не только непосредственная реакция на изменения внешних условий. Он сохраняется в искусственных условиях — при постоянном освещении, температуре, влажности и атмосферном давлении, причём продолжительность каждого периода Б. р. в таких условиях почти не зависит от интенсивности обменных процессов. Например, на суточный ритм спорообразования некоторых водорослей не влияют химические вещества, тормозящие обменные процессы; массовое вылупление мух дрозофил повторяется в темноте через каждые 24 ч и не зависит от температуры (при колебаниях её в пределах от 16 до 26°С); в аквариуме длительно сохраняется лунная периодичность открывания створок морских моллюсков; всхожесть семян, хранящихся в темноте и при постоянной температуре (в пределах от -22 до +45°С), отчётливо меняется соответственно сезону. В постоянных условиях солнечно-суточный ритм обычно превращается в т. н. циркадный ритм (См. Циркадные ритмы) с периодом, типичным для каждого объекта и несколько отличающимся от 24 ч. Циркадная периодичность возникает у выращенных в постоянных условиях организмов после кратковременного изменения этих условий, что доказывает врождённую предрасположенность к такому ритму, Так, близкая к обычной ритмическая активность возникает у дрозофил, выращиваемых в темноте, после одной вспышки света длительностью 0,5 мсек.
Существуют 2 точки зрения на природу Б. р.: 1) Б. р. основаны на происходящих в организме строго периодических физико-химических процессах — «биологических часах» (См. Биологические часы). Изменения внешних условий служат сигналами времени, которые могут сдвигать фазы ритма. При постоянстве условий ритмичность полностью спонтанна, что доказывается несовпадением циркадного ритма с колебаниями геофизических факторов. 2) Организм воспринимает циклы проникающих геофизических факторов (геомагнитное поле, космические лучи и т.д.). Собственная система измерения времени, если она имеется, играет вспомогательную роль. Изменения освещения и температуры могут сдвигать фазу Б. р. по отношению к геофизическому циклу. Под влиянием неестественных для организма, но постоянных условий может возникнуть регулярный сдвиг фазы Б. р.
Лит.: Бюннинг Э., Ритмы физиологических процессов, пер. с нем., М., 1961; Биологические часы. Сб. ст., пер. с англ., М., 1964.
В.Б. Чернышев.
0293866854.tif
1. Суточные изменения положения листьев бобовых растений при нормальном чередовании дня и ночи (А) и при постоянной темноте (Б). 2. Суточный цикл изменения окраски у манящего краба в нормальных условиях (А) и при постоянной темноте (Б).
|
| Современная Энциклопедия |
| БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ (биоритмы), циклические колебания интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Одни биологические ритмы относительно самостоятельны (например, частота сокращений сердца, дыхания), другие связаны с приспособлением организмов к геофизическим циклам - суточным (например, колебания интенсивности деления клеток, обмена веществ, двигательной активности животных), приливным (например, открывание и закрывание раковин у морских моллюсков, связанные с уровнем морских приливов), годичным (изменение численности и активности животных, роста и развития растений и др.). Наука о биологических ритмах - биоритмология. |
| Мультимедийная энциклопедия |
| Многие биологические процессы в природе протекают ритмично, т.е. разные
состояния организма чередуются с достаточно четкой периодичностью. Примеры
быстрых ритмов - сокращения сердца или дыхательные движения с периодом
всего в несколько секунд. У других жизненно важных ритмов, например
чередования бодрствования и сна, период составляет около суток. Если
биологические ритмы синхронизированы с наступлением приливов и отливов
(каждые 12,4 часа) или только одной из этих фаз (каждые 24,8 часа), их
называют приливными. У лунных биологических ритмов период соответствует
продолжительности лунного месяца, а у годичных - года. Сердечные
сокращения и другие формы быстрой ритмичной активности, не коррелирующей с
естественными изменениями в окружающей среде, обычно изучаются физиологией
и в этой статье рассмотрены не будут.
Биологические ритмы интересны тем, что во многих случаях сохраняются даже
при постоянстве условий среды. Такие ритмы называют эндогенными, т.е.
"идущими изнутри": хотя обычно они и коррелируют с ритмичными изменениями
внешних условий, например чередованием дня и ночи, их нельзя считать
прямой реакцией на эти изменения. Эндогенные биологические ритмы
обнаружены у всех организмов, кроме бактерий. Внутренний механизм,
поддерживающий эндогенный ритм, т.е. позволяющий организму не только
чувствовать течение времени, но и измерять его промежутки, называется
биологическими часами.
Работа биологических часов сейчас хорошо изучена, однако внутренние
процессы, лежащие в ее основе, остаются загадкой. В 1950-х годах советский
химик Б.Белоусов доказал, что даже в однородной смеси некоторые химические
реакции могут периодически ускоряться и замедляться. Аналогичным образом,
спиртовое брожение в дрожжевых клетках то активируется, то подавляется с
периодичностью ок. 30 секунд. Каким-то образом эти клетки взаимодействуют
друг с другом, так что их ритмы синхронизируются и вся дрожжевая суспензия
дважды в минуту "пульсирует".
Считается, что такова природа всех биологических часов: химические реакции
в каждой клетке организма протекают ритмично, клетки "подстраиваются" друг
под друга, т.е. синхронизируют свою работу, и в результате пульсируют
одновременно. Эти синхронизированные действия можно сравнить с
периодическими колебаниями часового маятника.
Циркадианные ритмы. Большой интерес представляют биологические
ритмы с периодом около суток. Они так и называются - околосуточными,
циркадианными или циркадными - от лат. circa - около и dies - день.
Биологические процессы с циркадианной периодичностью весьма разнообразны.
Например, три вида светящихся грибов усиливают и ослабляют свое свечение
каждые 24 часа, даже если искусственно держать их при постоянном свете или
в полной темноте. Ежесуточно изменяется свечение одноклеточной морской
водоросли Gonyaulax. У высших растений в циркадианном ритме протекают
различные метаболические процессы, в частности фотосинтез и дыхание. У
черенков лимона с 24-часовой периодичностью колеблется интенсивность
транспирации. Особенно наглядные примеры - ежесуточные движения листьев и
раскрывания-закрывания цветков.
Разнообразные циркадианные ритмы известны и у животных. Примером может
служить близкое к актиниям кишечнополостное - морское перо (Cavernularia
obesa), представляющее собой колонию из множества крошечных полипов.
Морское перо живет на песчаном мелководье, втягиваясь в песок днем и
разворачиваясь по ночам, чтобы питаться фитопланктоном. Этот ритм
сохраняется в лаборатории при неизменных условиях освещения.
Четко работают биологические часы у насекомых. Например, пчелы знают,
когда раскрываются определенные цветки, и навещают их ежедневно в одно и
то же время. Пчелы также быстро усваивают, в какое время им выставляют на
пасеке сахарный сироп.
У человека не только сон, но и многие другие функции подчинены суточному
ритму. Примеры тому - повышение и понижение кровяного давления и выделения
калия и натрия почками, колебания времени рефлекса, потливости ладоней и
т.д. Особенно заметны изменения температуры тела: ночью она примерно на 1°
С ниже, чем днем. Биологические ритмы у человека формируются постепенно в
ходе индивидуального развития. У новорожденного они довольно неустойчивы -
периоды сна, питания и т.д. чередуются бессистемно. Регулярная смена
периодов сна и бодрствования на основе 24-25 часового цикла начинает
происходить только с 15-недельного возраста.
Корреляция и "настройка". Хотя биологические ритмы и эндогенны, они
соответствуют изменениям внешних условий, в частности смене дня и ночи.
Эта корреляция обусловлена т.н. "захватыванием". Например, циркадианные
движения листьев у растений сохраняются в полной темноте лишь несколько
суток, хотя другие цикличные процессы могут продолжать повторяться сотни
раз несмотря на постоянство внешних условий. Когда выдерживаемые в темноте
листья фасоли, наконец, прекратили расправляться и опускаться, достаточно
короткой вспышки света, чтобы этот ритм восстановился и продержался еще
несколько суток. У циркадианных ритмов животных и растений времязадающим
стимулом обычно служит изменение освещенности - на рассвете и вечером.
Если такой сигнал повторяется периодически и с частотой, близкой к
свойственной данному эндогенному ритму, происходит точная синхронизация
внутренних процессов организма с внешними условиями. Биологические часы
"захватываются" окружающей периодичностью.
Изменяя наружный ритм по фазе, например включая свет на ночь и поддерживая
днем темноту, можно "перевести" биологические часы так же, как обычные,
хотя такая перестройка требует некоторого времени. Когда человек
переезжает в другой часовой пояс, его ритм сна-бодрствования меняется со
скоростью два-три часа в сутки, т.е. к разнице в 6 часов он
приспосабливается только через два-три дня.
В определенных пределах можно перенастроить биологические часы и на цикл,
отличающийся от 24 часов, т.е. заставить их идти с другой скоростью.
Например, у людей, долгое время живших в пещерах с искусственным
чередованием светлых и темных периодов, сумма которых существенно
отличалась от 24 часов, ритм сна и других циркадианных функций
подстраивался к новой продолжительности "суток", составлявшей от 22 до 27
часов, однако сильнее изменить его было уже невозможно. То же самое
относится и к другим высшим организмам, хотя многие растения могут
приспосабливаться к "суткам", продолжительность которых составляет целую
часть обычных, например 12 или 8 часов.
Приливные и лунные ритмы. У прибрежных морских животных часто
наблюдаются приливные ритмы, т.е. периодические изменения активности,
синхронизированные с подъемом и спадом воды. Приливы обусловлены лунным
притяжением, и в большинстве регионов планеты происходит два прилива и два
отлива в течение лунных суток (периода времени между двумя
последовательными восходами Луны.) Поскольку Луна движется вокруг Земли в
том же направлении, что и наша планета вокруг собственной оси, лунные
сутки примерно на 50 минут длиннее солнечных, т.е. приливы наступают
каждые 12,4 часа. Такой же период у приливных ритмов. Например, рак-
отшельник прячется от света в отлив и выходит из тени в прилив; с
наступлением прилива устрицы приоткрывают свои раковины, разворачивают
щупальцы актинии и т.п. Многие животные, в том числе некоторые рыбы, в
прилив потребляют больше кислорода. С подъемом и спадом воды
синхронизированы изменения окраски манящих крабов.
Многие приливные ритмы сохраняются, иногда в течение нескольких недель,
даже если держать животных в аквариуме. Значит, по сути своей они
эндогенные, хотя в природе "захватываются" и подкрепляются изменениями во
внешней среде.
У некоторых морских животных размножение коррелирует с фазами Луны и
происходит обычно один раз (реже - дважды) на протяжении лунного месяца.
Польза такой периодичности для вида очевидна: если яйца и сперма
выбрасываются в воду всеми особями одновременно, шансы на оплодотворение
достаточно высоки. Этот ритм эндогенный и, как считается, задается
"пересечением" 24-часового циркадианного ритма с приливным, период
которого 12,4 или 24,8 часа. Такое "пересечение" (совпадение) происходят с
интервалами 14-15 и 29-30 суток, что соответствует лунному циклу.
Лучше всего известен и, вероятно, наиболее заметен среди приливных и
лунных ритмов тот, что связан с размножением груниона - морской рыбы,
мечущей икру на пляжах Калифорнии. В течение каждого лунного месяца
наблюдаются два особенно высоких - сизигийных - прилива, когда Луна
находится на одной оси с Землей и Солнцем (между ними или с
противоположной от светила стороны). Во время такого прилива грунион
нерестится, закапывая икринки в песок у самого края воды. В течение двух
недель они развиваются практически на суше, куда не могут добраться
морские хищники. В следующий сизигийный прилив, когда вода покрывает
буквально нашпигованный ими песок, из всех икринок за несколько секунд
вылупляются мальки, тут же уплывающие в море. Очевидно, что такая
стратегия размножения возможна, только если взрослые грунионы чувствуют
время наступления сизигийных приливов.
Менструальный цикл у женщин длится четыре недели, хотя не обязательно
синхронизирован с фазами луны. Тем не менее, как показывают эксперименты,
и в этом случае можно говорить о лунном ритме. Сроки менструаций легко
сдвинуть, использовав, например, специальную программу искусственного
освещения; однако они будут наступать с периодичностью, очень близкой к
29,5 суток, т.е. к лунному месяцу.
Низкочастотные ритмы. Биологические ритмы с периодами, намного
превышающими один месяц, трудно объяснить на основе биохимических
флуктуаций, которыми, вероятно, обусловлены ритмы циркадианные, и механизм
их пока неизвестен. Среди таких ритмов наиболее очевидны годичные. Если
деревья умеренного пояса пересадить в тропики, они некоторое время будут
сохранять цикличность цветения, сбрасывания листьев и периода покоя. Рано
или поздно эта ритмичность нарушится, продолжительность фаз цикла будет
все более неопределенной и в конечном итоге исчезнет синхронизация
биологических циклов не только разных экземпляров одного и того же вида,
но даже разных ветвей одного дерева.
В тропических областях, где условия среды практически постоянны в течение
всего года, местным растениям и животным часто свойственны долговременные
биологические ритмы с периодом, отличным от 12 месяцев. Например, цветение
может наступать каждые 8 или 18 месяцев. По-видимому, годичный ритм - это
адаптация к условиям умеренной зоны.
Значение биологических часов. Биологические часы полезны организму
прежде всего потому, что позволяют ему приспосабливать свою активность к
периодическим изменениям в окружающей среде. Например, краб, избегающий
света во время отлива, автоматически будет искать убежище, которое защитит
его от чаек и других хищников, добывающих пищу на обнажившемся из-под воды
субстрате. Чувство времени, присущее пчелам, координирует их вылет за
пыльцой и нектаром с периодом раскрывания цветков. Аналогичным образом,
циркадианный ритм подсказывает глубоководным морским животным, когда
наступает ночь и можно подняться ближе к поверхности, где больше пищи.
Кроме того, биологические часы позволяют многим животным находить
направление, пользуясь астрономическими ориентирами. Это возможно, только
если известно одновременно положение небесного тела и время суток.
Например, в Северном полушарии солнце в полдень находится точно на юге. В
другие часы, чтобы определить южное направление, надо, зная положение
солнца, сделать угловую поправку, зависящую от местного времени. Используя
свои биологические часы, некоторые птицы, рыбы и многие насекомые
регулярно выполняют такие "расчеты".
Не приходится сомневаться, что перелетным птицам, чтобы находить дорогу к
мелким островам в океане, требуются навигационные способности. Вероятно,
они используют свои биологические часы для определения не только
направления, но и географических координат.
См. также <<ПТИЦЫ>>.
Проблемы, связанные с навигацией, встают не только перед птицами.
Регулярные длительные миграции совершают тюлени, киты, рыбы и даже
бабочки.
Практическое применение биологических ритмов. Рост и цветение растений
зависят от взаимодействия между их биологическими ритмами и изменениями
средовых факторов. Например, цветение стимулируется главным образом
продолжительностью светлого и темного периодов суток на определенных
стадиях развития растения. Это позволяет отбирать культуры, пригодные для
тех или иных широт и климатических условий, а также выводить новые сорта.
В то же время известны успешные попытки изменения биологических ритмов
растений в нужном направлении. Например, птицемлечник аравийский
(Ornithogallum arabicum), цветущий обычно в марте, можно заставить
распускаться под Рождество - в декабре.
С распространением дальних воздушных путешествий многие столкнулись с
феноменом десинхронизации. Пассажир реактивного самолета, быстро
пересекающий несколько часовых поясов, обычно испытывает чувство усталости
и дискомфорта, связанное с "переводом" своих биологических часов на
местное время. Сходная десинхронизация наблюдается у людей, переходящих из
одной рабочей смены в другую. Большинство отрицательных эффектов
обусловлено при этом присутствием в организме человека не одних, а многих
биологических часов. Обычно это незаметно, поскольку все они
"захватываются" одним и тем же суточным ритмом смены дня и ночи. Однако
при сдвиге его по фазе скорость перенастройки различных эндогенных часов
неодинакова. В результате сон наступает, когда температура тела, скорость
выделения почками калия и другие процессы в организме еще соответствуют
уровню бодрствования. Такое рассогласование функций в период адаптации к
новому режиму ведет к повышенной утомляемости.
Накапливается все больше данных, свидетельствующих о том, что длительные
периоды десинхронизации, например при частых перелетах из одного часового
пояса в другой, вредны для здоровья, однако насколько велик этот вред,
пока не ясно. Когда сдвига по фазе избежать нельзя, десинхронизацию можно
свести к минимуму, правильно подобрав скорость наступления сдвига.
Биологические ритмы имеют очевидное значение для медицины. Хорошо
известно, например, что восприимчивость организма к различным вредным
воздействиям колеблется в зависимости от времени суток. В опытах по
введению мышам бактериального токсина показано, что в полночь его
смертельная доза выше, чем в полдень. Аналогичным образом изменяется
чувствительность этих животных к алкоголю и рентгеновскому облучению.
Восприимчивость человека тоже колеблется, однако в противофазе: его
организм беззащитнее всего в полночь. Ночью смертность прооперированных
больных втрое выше, чем днем. Это коррелирует с колебаниями температуры
тела, которая у человека максимальна днем, а у мышей - ночью.
Такие наблюдения наводят на мысль, что лечебные процедуры следует
согласовывать с ходом биологических часов, и определенные успехи здесь уже
достигнуты. Трудность в том, что биологические ритмы человека, особенно
больного, пока недостаточно исследованы. Известно, что при многих
заболеваниях - от рака до эпилепсии - они нарушаются; яркий тому пример -
непредсказуемые колебания температуры тела у больных. Пока биологические
ритмы и их изменения как следует не изучены, использовать их на практике,
очевидно, нельзя. К этому стоит добавить, что в некоторых случаях
десинхронизация биологических ритмов может быть не только симптомом
болезни, но и одной из ее причин.
демонстрирует суточные ритмы раскрывания и закрывания цветков. К наиболее
очевидным ритмичным феноменам с длинными периодами относятся ежегодные
миграции многих видов животных, включая этих бабочек-данаид: каждую осень
они улетают на юг огромными стаями, чтобы весной вернуться назад - в
среднюю полосу США.
ЛИТЕРАТУРА
Биологические ритмы, тт. 1-2. М., 1984 |
| Медицинская энциклопедия |
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. |
|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
