Ритмичность в биологии. Значение биологических ритмов. Биоритмы человека

Наука, изучающая ритмичность в биологии, возникла в конце XVIII века. Ее основателем считается немецкий врач Христофор Вильям Гуфелянд. С его подачи длительный период биологические ритмы

Ритмичность в биологии: определение

Таким образом, рассматриваемое свойство является одним из фундаментальных характеристик живой материи. Ритмичность в биологии можно определить как колебания интенсивности процессов и физиологических реакций. Она представляет собой периодические изменения состояния среды живой системы, возникающие под действием внешних и внутренних факторов. Также их называют синхронизаторами.

Биоритмы, не зависящие от внешних (действующих на систему снаружи) факторов, являются эндогенными. Экзогенные, соответственно, не откликаются на воздействие внутренних (действующих внутри системы) синхронизаторов.

Причины

Как уже отмечалось, на первых этапах формирования новой науки ритмичность в биологии считалась обусловленной лишь внешними факторами. На смену этой теории пришла гипотеза внутреннего детерминирования. В ней внешним факторам отводилась незначительная роль. Однако достаточно быстро исследователи пришли к пониманию высокого значения обоих типов синхронизаторов. Сегодня считается, что биологические ритмы жизни, эндогенные по своей природе, подвержены изменениям под воздействием внешней среды. Эта идея стоит в центре мультиосцилляторной модели регуляции подобных процессов.

Суть теории

Согласно этой концепции, эндогенные генетически запрограммированные колебательные процессы испытывают воздействие со стороны внешних синхронизаторов. Огромное число внутренних ритмических колебаний многоклеточного организма выстроено в определенном иерархическом порядке. В основе его поддержания лежат нейрогуморальные механизмы. Они согласовывают фазовые взаимоотношения различных ритмов: однонаправленные процессы протекают синхронно, а несовместимые работают в противофазе.

Всю эту деятельность трудно себе представить без некоего осциллятора (координатора). В рассматриваемой теории выделяют три взаимосвязанные регулирующие системы: эпифиз, гипофиз и надпочечники. Эпифиз считается наиболее древним.

Предположительно у организмов, стоящих на низких ступенях эволюционного развития, эпифиз играет главную роль. Выделяемый им мелатонин вырабатывается в темноте и распадается на свету. Фактически он сообщает всем клеткам о времени дня. При усложнении организации эпифиз начинает играть вторую роль, уступая первенство супрахиазматическим ядрам гипоталамуса. Вопрос о соотношении в деле регуляции биоритмов обеих структур до конца не решен. В любом случае, согласно теории, у них существует «помощник» — надпочечники.

Виды

Все биоритмы делятся на две основные категории:

• физиологические представляют собой колебания в работе отдельных систем организма;

• экологические, или адаптивные необходимы для приспособления к постоянно меняющимся условиям окружающей среды.

Также распространенной является классификация, предложенная хронобиологом Ф. Хальбергом. За основу разделения биологических ритмов он взял их длительность:

• колебания высокой частоты — от нескольких секунд до получаса;

• колебания средней частоты — от получаса до шести дней;

• колебания низкой частоты — от шести дней до года.

Процессы первого типа — это дыхание, сердцебиение, электрическая активность головного мозга и другая аналогичная ритмичность в биологии. Примеры колебаний средней частоты — это изменения в течение дня обменных процессов, режима сна и бодрствования. Третий тип колебаний включает сезонные, годичные и лунные ритмы.

Внешние по отношению к человеку синхронизаторы делятся на социальные и физические. Первые — это распорядок дня и различные нормы, принятые на производстве, в быту или обществе в целом. Физические синхронизаторы представлены сменой дня и ночи, напряженностью электромагнитных полей, колебаниями температур, влажности и так далее.

Десинхронизация

Идеальное состояние организма возникает тогда, когда внутренние биоритмы человека работают в соответствии с внешними условиями. К сожалению, так бывает не всегда. Состояние, когда происходит рассогласование внутренних ритмов и внешних синхронизаторов, называют десинхронозом. Он также существует в двух вариантах.

Внутренний десинхроноз — рассогласование процессов непосредственно в организме. Распространенный пример — нарушение ритмов сна и бодрствования. Внешний десинхроноз — это рассогласование внутренних биологических ритмов и условий среды. Подобные нарушения возникают, например, при перелете из одного часового пояса в другой.

Десинхроноз проявляется в виде изменения таких физиологических показателей, как артериальное давление. Часто он сопровождается повышенной раздражимостью, отсутствием аппетита, быстрой утомляемостью. По мнению хронобиологов, как уже говорилось выше, любая болезнь — результат рассогласования тех или иных колебательных процессов.

Суточные биологические ритмы

Понимание логики колебаний физиологических процессов позволяет оптимально выстраивать деятельность. В этом смысле особенно велико значение биологических ритмов длительностью около суток. Их используют как для определения эффективного режима труда и отдыха, так и для медицинской диагностики, лечения, и даже выбора дозы препаратов.

В человеческом организме сутки — период колебания огромного числа процессов. Одни из них изменяются существенно, другие — минимально. Важно при этом, что показатели и тех, и других не выходят за рамки нормы, то есть не становятся угрожающими здоровью.

Температурные колебания

Терморегуляция — залог постоянства внутренней среды, а значит, правильной работы организма для всех млекопитающих, в том числе и человека. Изменение температуры происходит в течение суток, при этом диапазон колебаний совсем невелик. Минимальные показатели характерны для периода от часа ночи до пяти утра, максимальные регистрируются около шести часов вечера. Амплитуда колебаний составляет при этом чаще всего меньше одного градуса.

Сердечно-сосудистая и эндокринная системы

Работа главного «мотора» человеческого организма также подвержена колебаниям. Существуют две временные точки, в которые снижается активность сердечно-сосудистой системы: час дня и девять вечера.

Свои ритмы свойственны и всем органам кроветворения. Пик активности костного мозга приходится на раннее утро, а у селезенки — на восемь часов вечера.

Секреция гормонов тоже непостоянна на протяжении дня. Концентрация адреналина в крови возрастает ранним утром и достигает своего пика к девяти часам. Такая особенность объясняет бодрость и активность, которые чаще всего свойственны людям в первой половине дня.

Акушеркам известна любопытная статистика: родовая деятельность в большинстве случаев начинается около полуночи. Это также связано с особенностями работы эндокринной системы. К этому времени активизируется задняя доля гипофиза, вырабатывающая соответствующие гормоны.

Утром — мясо, вечером — молоко

Для приверженцев правильного питания будут любопытны факты, связанные с пищеварительной системой. Первая половина дня — время, когда усиливается перистальтика желудочно-кишечного тракта, увеличивается выработка желчи. Печень утром активно расходует гликоген и отдает воду. Из этих закономерностей хронобиологи выводят нехитрые правила: тяжелую и жирную пищу лучше есть в первой половине дня, а после обеда и вечером идеальны молочные продукты и овощи.

Работоспособность

Не секрет, что биоритмы человека влияют на его активность в течение дня. Колебания у разных людей имеют особенности, однако можно выделить и общие закономерности. Три «птичьих» хронотипа, связывающие биологические ритмы и работоспособность, пожалуй, известны всем. Это «жаворонок», «сова» и «голубь». Первые два — крайние варианты. «Жаворонки» полны сил и энергии с утра, легко встают и рано ложатся спать.

«Совы», как и их прототип, ведут ночной образ жизни. Активный период для них начинается примерно в шесть вечера. Ранний подъем им бывает очень трудно перенести. «Голуби» способны работать как днем, так и вечером. В хронобиологии их называют аритмиками.

Зная свой тип, человек может более эффективно управлять собственной деятельностью. Впрочем, существует мнение, что любая «сова» может стать «жаворонком» при желании и настойчивости, а разделение на три типа обусловлено, скорее, привычками, нежели заложенными особенностями.

Постоянное изменение

Биоритмы человека и других организмов не являются жесткими, навсегда закрепленными признаками. В процессе онто- и филогенеза, то есть индивидуального развития и эволюции, они изменяются с определенными закономерностями. Что отвечает за подобные сдвиги, до конца еще непонятно. Существует две основные версии на этот счет. Согласно одной из них, изменениями руководит заложенный на клеточном уровне механизм — его можно назвать биологическими часами.

Другая гипотеза основную роль в этом процессе отводит геофизическим факторам, которые еще предстоит изучить. Приверженцы этой теории объясняют различия биоритмов особей их положением на эволюционной лестнице. Чем выше уровень организации, тем интенсивнее обмен веществ. При этом характер показателей не меняется, но увеличивается амплитуда колебания. Саму же ритмичность в биологии и ее синхронизацию с геофизическими процессами они рассматривают как результат работы естественного отбора, приводящий к превращению внешнего (например, смена дня и ночи) во внутреннее (период активности и сна) колебание ритма.

Влияние возраста

Хронобиологам удалось установить, что в процессе онтогенеза, в зависимости от проходимой организмом стадии, меняются околосуточные ритмы. Каждому периоду постнатального развития соответствуют свои колебания внутренних систем. Причем изменение биологических ритмов подчинено определенной закономерности, описанной российским специалистом Г.Д. Губиным. Ее удобно рассмотреть на примере млекопитающих. У них подобные изменения связаны в первую очередь с амплитудами околосуточных ритмов. С первых этапов индивидуального развития они нарастают и достигают максимума в молодом и зрелом возрасте. Затем амплитуды начинают уменьшаться.

Это не единственные изменения ритмов, связанные с возрастом. Меняются также последовательности акрофаз (акрофаза — точка времени, когда наблюдается максимальное значение параметра) и величины диапазона возрастной нормы (хронодезма). Если учитывать все эти изменения, становится очевидным, что именно в зрелом возрасте биоритмы прекрасно согласованы и организм человека способен противостоять различным внешним влияниям, сохраняя свое здоровье. С течением времени ситуация меняется. В результате рассогласования различных ритмов запас здоровья постепенно заканчивается.

Хронобиологи предлагают использовать подобные закономерности для прогнозирования болезней. На основе знания об особенностях колебаний околосуточных ритмов человека на протяжении жизни теоретически возможно построение некоего графика, отражающего запас здоровья, его максимумы и минимумы во времени. Подобное тестирование — дело будущего, по мнению большинства ученых. Однако существуют теории, позволяющие построить нечто подобное такому графику уже сейчас.

Три ритма

Приоткроем немного завесу тайны и расскажем о том, как определить свои биоритмы. Расчет в них делается на основе теории психолога Германа Свобода, врача Вильгельма Фисса и инженера Альфреда Тельчера, созданной ими на рубеже XIX и XX веков. Суть концепции в том, что существует три ритма: физический, эмоциональный и интеллектуальный. Они возникают в момент рождения и на протяжении всей жизни не меняют своей частоты:

• физический — 23 дня;

• эмоциональный — 28 дней;

• интеллектуальный — 33 дня.

Если построить график их изменений с течением времени, он примет вид синусоиды. Для всех трех параметров часть волны над осью Ох соответствует подъему показателей, под ней располагается зона спада физических, эмоциональных и умственных возможностей. Биоритмы, расчет которых можно произвести по подобному графику, в точке пересечения с осью сигнализируют о начале периода неопределенности, когда сильно падает устойчивость организма к воздействиям внешней среды.

Определение показателей

Расчет биологических ритмов на основе этой теории можно произвести самостоятельно. Для этого необходимо подсчитать, сколько вы уже прожили: умножить возраст на количество дней в году (не забудьте, что в високосном их 366). Полученную цифру нужно разделить на частоту того биоритма, график которого вы строите (23, 28 или 33). Получится некоторое целое число и остаток. Целую часть снова умножьте на продолжительность конкретного биоритма? f полученное значение вычтите из количества прожитых дней. Остаток будет числом дней периода в настоящий момент.

Если полученное значение не превышает одной четвертой от продолжительности цикла, — это время подъема. В зависимости от биоритма оно предполагает бодрость и физическую активность, хорошее настроение и эмоциональную устойчивость, творческое вдохновение и интеллектуальный подъем. Значение, равное половине продолжительности периода, символизирует время неопределенности. Попадание в последнюю треть длительности любого биоритма означает нахождение в зоне спада активности. В это время человеку свойственно быстрее уставать, возрастает опасность болезней, если речь идет о физическом цикле. В эмоциональном плане наблюдается снижение настроения вплоть до депрессии, ухудшение способности сдерживать сильные внутренние порывы. На уровне интеллекта период спада характеризуется трудностью в принятии решений, некоторой заторможенностью мысли.

Отношение к теории

В научном мире концепция трех биоритмов в таком формате, как правило, критикуется. Отсутствуют достаточные основания для предположения, что в организме человека нечто может быть настолько неизменным. Об этом говорят все обнаруженные закономерности, которым подчиняется ритмичность в биологии, характеристики внутренних процессов, свойственные разным уровням живых систем. Поэтому описанную методику расчета и всю теорию чаще всего предлагается рассматривать как интересный вариант времяпрепровождения, но не серьезную концепцию, на основе которой стоит планировать свою деятельность.

Биологический ритм сна и бодрствования, таким образом, не единственный, существующий в организме. Колебаниям подвержены все системы, составляющие наше тело, причем не только на уровне таких крупных формирований, как сердце или легкие. Ритмичные процессы заложены еще в клетках, а потому свойственны живой материи в целом. Наука, изучающая подобные колебания, пока достаточно молода, но уже стремится объяснить многие закономерности, существующие в человеческой жизни и во всей природе. Уже накопленные данные позволяют предположить, что потенциал хронобиологии на самом деле очень высок. Возможно, в ближайшее время ее принципами станут руководствоваться и врачи, назначая дозы лекарств в соответствии с особенностями фазы того или иного биологического ритма.