Биологические ритмы и их закономерности. Хронобиология

С понятием «ритм» связана организация живой материи. «Ритмос» - соразмерность.

1751- часы цветов Карла Линнея.

В настоящее время все ученые знают, что одно из фундаментальных свойств организмов – ритмичность, которая проявляется в синтезе ДНК, РНК, белков, работе тканей, органов.

Наука, изучающая биоритмы – биоритмология. Это молодая, но быстро развивающаяся наука.

Биологический ритм - колебание ритма или скорости какого-либо биологического процесса, наступающее примерно через равные промежутки времени. Биологические ритмы присущи всем живым организмам.

С точки зрения взаимодействия организма и среды выделяют:

- адаптивные ритмы (экологические).

Колебания с периодами, близкими основным геофизическим ритмам. Адаптация организмов к изменяющимся условиям среды (лунные, годовые, сезонные, приливно-отливные ритмы). Благодаря этим ритмам организм заранее готовится к изменениям условий существования и ориентируется во времени.

- физиологические (рабочие) ритмы.

Колебания, отражающие деятельности рабочих систем органов организма.

 

Классификация биоритмов.

1. Ритмы высокой частоты.

Колебания совершаются с периодом от долей секунды до 30 минут. Ритмы ЭКГ, сокращения сердца, дыхания, перистальтики ЖКТ.

Ритмы средней частоты.

От 30 минут до 28 часов.

1) ультрадианные (до 20 часов);

2) циркадные (20-28 часов).

Около 1,5-3 часов хорошо изучены. Множество органных функций человека в пределах 30-120 минут. Внутрисонный цикл: чередование быстрого и медленного сна (около 90-100 минут). Оральное поведение (96 минут). Наблюдения были одинаковы у здоровых людей, шизофреников, больных ожирением. Период работы ноздрей 140-300-400 минут (в период покоя – легкая нагрузка – постельный режим). Меняется одновременно и состав слюны, левая ноздря повышает рН, правая наоборот, попеременно с работой ноздрей происходит изменение содержания адреналина и норадреналина в крови. Наиболее хорошо видны подобные ритмы при чередовании активной деятельности и приступов сонливости.

Циркадианные ритмы – видоизмененные суточные ритмы. Они врожденные, эндогенные, обусловленные свойствами организма и его генотипа. Обнаружены у всех организмов. У человека – двигательная активность, диурез, кровяное давление, пульс, изменение температуры тела, содержания Na, K, гормонов крови. Все показатели работы систем органов изменяются с околосуточной периодичностью. Всего более 500 функций и процессов происходят с такой ритмичностью.

Мезоритмы.

1) инфрадианные (28 часов-6 суток)

2) циркасептальные (около 7 суток)

Инфрадианные - рост бороды, сокращения сердца.

Циркасептальные впервые были выделены Халбером. Сейчас установлены: комары откладывают яйца через 7 дней, активность гормонов эпифиза, смертность от неинфекционных заболеваний, отторжение и приживание трансплантата.

Макроритмы

20 дней – год

Мегаритмы.

Периоды в десятки лет.

 

Из всего разнообразия ритмических процессов основное внимание сосредоточено на суточных и сезонных ритмах. Суточная и сезонная ритмичность происходит на всех уровнях биологических реакций. Ритмы служат 2-м целям: приспособление организмов к ожидаемым условиям среды, составление уникальной системы времени, интеграция всех ритмов воедино.

Понятие цикла подразумевает периодичность процесса. Время между одинаковыми состояниями соседних ритмов – период Т. Число циклов в единицу времени – частота. Величина, которая соответствует среднему значению полезного сигнала – мезер. Наибольшее отклонение от мезера - амплитуда. Момент времени, когда регистрируется конкретная величина – фаза. Момент наибольшего поднятия – акрофаза, момент наименьшего поднятия – батифаза. Длительность цикла обычно принимается за 360° или 2 ¶r.

Наиболее хорошо у человека изучен ритм работоспособности. Он служит основой всех режимов труда и отдыха. Исследования ритма работоспособности длятся уже более 100 лет. Вопрос, эндо - или экзогенный это ритм, а может у него – смешанный характер? Поскольку ритм сохраняется даже в бункере, большинство исследователей считают его эндогенным.

Есть 2 аспекта:

- если работоспособность рассматривается как потенциал личности, который является неотъемлемым свойством на протяжении длительного периода времени;
- актуальная работоспособность – возможность человека совершать работу в определенное время.

Изменения такого рода хорошо известны. Выделяют 3 типа людей:

- общий подъем работоспособности в течение большей части дня;

- начальный подъем, за которым следует общее снижение работоспособности;

- 2 подъема и один спад (модель – зигзаг).

Циркадианный ритм зависит в большей степени от задания, которое выполняет человек. Тесты, нагружающие кратковременную память, лучше решаются около 11 часов, некоторые тесты на внимание улучшаются в течение дня, тесты на заучивание (проверяются через 6 часов) зависят от температуры тела.

Частота возникновения инфарктов миокарда колеблется:

Первый максимум – 17-18 часов

Второй максимум – 1-2 часа ночи

Третий максимум – 9 часов утра.

Первый максимум соответствует максимальной работе сердца, второй – повышению свертываемости крови, третий – повышению физиологической функции органов (переход ото сна к бодрствованию).

Суточные ритмы кардиореспираторной системы. Интенсивность окислительного фосфорилирования зависит от доставки в органы кислорода. Известно, что у людей максимальные ЖЕЛ, а также максимальная величина вдоха и выдоха приходятся на 2/2 дня. Это означает, что во 2/2 дня происходит увеличение работы мышц, дыхания, работы легких, проницаемости легочных альвеол.

Частота сердечных сокращений ночью минимальна и составляет 48-50 ударов в минуту. Максимальна к 18 часам. В это время сильнее всего расширены капилляры, повышается кровяное давление, поэтому спортсмены легче преодолевают трудности и их тренировки успешны.

Суточные ритмы обмена веществ. Некоторые показатели обмена веществ, которые не реагируют при приеме пищи, меняются. Другие меняются даже при полном голодании или порционном кормлении.

Углеводно-жировой обмен. Несмотря на прием сахара его содержание в крови примерно постоянно, колебания составляют не более 10% в день. В период покоя преимущественно используются липиды, в период активности включается углеводный обмен. Для этого требуется переключение с одного вида обмена на другой.

Белковый обмен. Для циркадианный ритмов характерно преобладание катаболических процессов – в активности, анаболических - в покое.

В течение суток также изменяется интенсивность синтеза ДНК. Чаще – утром, митозы также более активно происходят утром.

Водно-электролитный обмен. Максимальное выведение воды в моче, а также калия, натри, кальция и хлора изменяется ритмично даже при приеме пищи через каждый час. Суточные ритмы обмена кальция связаны со скоростью роста костной ткани. Она наиболее активно растет в период покоя.

 

Онтогенез ритмов.

При анализе отношений организма и среды выявили, что эндогенные ритмические процессы наследуются. В иранизме здорового ребенка с момента рождения есть циркадианные ритмы. Проявление их зависит от уровня доношенности ребенка, у недоношенных ритмичность развивается позднее. Изменяются следующие ритмы: ритмы выведения мочи, содержания аминокислот в моче и т.д. к 6-14 неделям уже ритмичные показатели. Разные ритмы появляются в разное время – гетерохрония. Большинство ритмов проходят стадию созревания. Например, суточный ритм сна и бодрствования. Циркадианная система созревает у человека довольно поздно и по определенной программе. В пострепродуктивном периоде циркадианная система постепенно утрачивается. В угасании ее тоже наблюдается гетерохрония. Распад ритмов происходит в обратном направлении, т.е. в обратном порядке их становления. За 2-3 дня до смерти циркадианная система полностью разрушена.

Биологические ритмы обладают индивидуальными особенностями. Существует классификация людей по способности проявлять умственные и физические способности.

1-й тип, утренний, «жаворонки». Суточные ритмы их смещены на несколько часов раньше от средней величины.

2-й тип, вторая половина дня активна, «совы». Максимум активности смещен несколько позднее от средних значений.

Безразличность работы характерна для «голубей», представляющих средний тип.

В проявлении ритмической индивидуальности участвуют гены. Изучение различных факторов ведется давно.

- смена труда;

- длительные перелеты;

- длительное пребывание в нехарактерной зоне.

Многие не могут приспособиться к смене труда (около 20% людей). «Совы» лучше приспособлены к сменному труду. Широтные перелеты плохо влияют на многих людей. Перелеты с Запада на Восток переносятся тяжелее, чем наоборот.

Режим труда и отдыха - принудительная регламентация сна и бодрствования. Ритм сна и бодрствования оказывается близким к эндогенным ритмам – он усваивается. Если нет – приводит к десинхронизации и далее к патологии.

Военные активно изучают эти ритмы.

 

Окологодовые, сезонные ритмы.

Изучены сезонные колебания возбудимости гемодинамики, возбудимости нервной системы, отношений к Холодовой нагрузке. Изменение размеров эритроцитов подчиняется этим ритмам. Меняется уровень работоспособности. Пик – начало осени. При одинаковой интенсивности тренировки наилучшие результаты получаются осенью и весной.

 

Окологодовые ритмы.

Эволюционно создали возможность выживания при сезонных изменениях среды обитания. Они позволили живым организмам широко распространиться по Земле и занять соответствующие экологические ниши. Психическая, мышечная возбудимость, показатели обмена веществ, частота гипертонических кризов максимальны в мае- июне- сентябре, нарушение мозгового кровообращения – в зимние и осенние месяцы, заболевания ДПК – весной и осенью. Известно, что если женщина с раком молочной железы прооперирована в апреле, в течение 5 лет метастазы обнаружатся в 50-75% случаев, а если в июне – только в 30%. Дети, которые рождены в разные месяцы, имеют предрасположенность к определенным заболеваниям. Кроме того, они имеют разную степень здоровья. С апреля по июнь – более здоровы, но имеют отклонения психики, зимой – дефекты органов чувств и физические дефекты.

Заболевания, связанные с нарушениями биологических ритмов – десинхронозы.

Могут быть явные и скрытые.

Явный десинхроноз отличается присутствием упадка сил, быстрой утомляемостью, учащением пульса, артериального давления, дыхания.

Скрытый десинхроноз приводит к дискомфорту, нарушениям сна и аппетита. Это предболезненноле состояние.

Иногда имеет место тотальный десинхроноз. При этом происходят общие изменения всех систем органов.

Соответственно бывает и частичный десинхроноз, в этом случае имеют место сбои отдельных органов и их функций.

Хронический десинхроноз происходит из-за частого отступления от привычного режима жизни.

Острый – возникает из-за сильного, грубого нарушения режима труда и отдыха, сна, питания. Самый резкий наблюдается у детей и стариков.