Общее представления о понятии «биологические ритмы»

Биологические ритмы — это периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений, свойственные почти всем живым организмам. Биологические ритмы передаются по наследству и носят более-менее регулярный характер. Их можнонаблюдать в отдельных клетках, тканях и органах, в целых организмах и в популяциях.

Биологической функцией таких ритмов являются обеспечение гомеостаза, динамического равновесия и адаптации в биологических системах. Биоритмы были выработаны в живых организмах в процессе естественного отбора.

Система этих биоритмов называется биологическими часами, которые обеспечивают подъемы и спады гормонов и ферментов и деятельность сердечно-сосудистой системы на протяжении 24 часов в сутки. В течение суток ход «часов» неравномерен, он способен замедляться или ускоряться, обеспечивая подъемы и спады активности в течении суточного цикла. На протяжении дня температура, артериальное давление, гормональный баланс, концентрация внимания, активность, процесс пищеварения, метаболизм, творческие способности, коммуникабельность, физическая форма, заживление ран, работа памяти, сон и многое другое колеблется в организме человека, подчиняются командам внутренних часов. Осознаем мы это или нет, все, что мы хотим или можем делать, контролируется физиологическими ритмами.

Эталонным среди прочих наших биоритмов является реакция нашей сетчатки на попадание солнечного света. Попадая на сетчатку, солнечный свет регистрируется на нейронах супрахиазматического ядра (СХЯ), находящегося в гипоталамусе. Тот, в свою очередь, запускает десятки других биоритмов в нашем организме.

Существует определенная классификация биологических часов, которые свойственны различным типам людей, по так называемым хронотипам.

Все перечисленные колебания были доказаны в ряде многочисленных экспериментов. Например, В 2011 году исследователи из Университета штата Мичиган и Колледжа Альбион для проверки влияния биовремени на умственные и творческие способности людей, в разное время суток давали испытуемым решить ряд задач, часть которых требовала аналитического, а часть – интуитивного подхода. Творческие задачи испытуемые лучше решали в периоды спада активности, когда были уставшими и с затуманенным сознанием. С аналитическими же задачами успешнее справлялись в периоды подъема, бодрые и готовые к любым испытаниям. Исследователи пришли к заключению, что творческое и аналитическое мышление регулируется биовременем. При этом периоды спада и подъема у людей из контрольной группы различались, поэтому лучше знать свои спады и подъемы при решении задач определенного типа.

Кроме того, проводились многочисленные исследования о влиянии времени приема различных препаратов на их эффективность. Одно из них, например, для проверки эффективности приема препаратов для гипертоников. Это исследование продолжалось свыше пяти лет с участием более 3000 мужчин и женщин с повышенным артериальным давлением. Было обнаружено, что у тех из испытуемых, кто принимал препараты на ночь, риск возникновения инфаркта и инсульта был ниже по сравнению с теми, кто принимал их с утра.

Иммунная система также подвержена циркадным колебаниям – было обнаружено, что она активируется в ночное время с заходом солнца. Помимо этого, в ночное время наблюдается спад стероидных гормонов, так называемых глюкокортикоидов (ГК), которые отвечают за метаболизм, энергетический обмен и активность. Их спад, в свою очередь, активирует молекулярные рецепторы эпидермального фактора роста (РЭФР) на поверхности клеток – в разблокированном состоянии он позволяет клеткам расти и делиться. Этот феномен был зафиксирован сотрудниками научно-исследовательского Института Вейцмана в Израиле в 2014 году. Исследование проводилось на мышах, т.к. у этих животных характер биоритмов совпадает с человеческим. Мышам, больным раком, в разное время суток вводили препараты-ингибиторы РЭФР и наблюдали, повлияет ли это на замедление роста опухолей в сочетании с медикаментозным лечением. И разница во времени оказалась значительной: опухоли у мышей, получавших медикаменты во время сна, были меньше, чем у тех, которым их вводили днем.

Несогласованность биоритмов разрушительна для физического и психологического самочувствия и эмоционального равновесия – этот феномен называется десинхронозом (от лат. de – «не», греч. syn – «вместе», chronos – «время»). Десинхроноз проявляется бессонницей и депривацией сна[1], приводит к депрессии, тревожности, переутомлению, несчастным случаям, сказывается на отношениях, карьере и здоровье.

1.2. Историческая справка о исследованиях в области биоритмов

О существовании биологических ритмов людям известно с древних времен.

Уже в «Ветхом Завете» даны указания о правильном образе жизни, питании, чередовании фаз активности и отдыха. О том же писали и ученые древности: Гиппократ, Авиценна и другие.

Основателем научного изучения периодичности биологических процессов принято считать немецкого врача К. В. Гуфеланда, который в 1797 году обратил внимание коллег на универсальность ритмических процессов в биологии: каждый день жизнь повторяется в определенных ритмах, а суточный цикл, связанный с вращением Земли вокруг своей оси регулирует жизнедеятельность всего живого, включая организм человека.

Первые систематические научные исследования в этой области начали проводиться в начале XX века, в том числе российскими учеными И. П. Павловым, В. И. Вернадским, А. Л. Чижевским и другими.

Например, Александр Чижевский в 1924 году опубликовал работы: «Физические факторы исторического процесса» и «Эпидемиологические катастрофы и периодическая активность Солнца». В них он описал циклы у живых организмов в связи с солнечным циклом и циклом лунных фаз.

К концу XX века факт ритмичности биологических процессов живых организмов по праву стал считаться одним из фундаментальных свойств живой материи и сущностью организации жизни. До последнего времени природа и все физиологические свойства биологических ритмов еще не выяснены, но уже точно понятно, что они имеют очень большое значение в процессах жизнедеятельности живых организмов.

Человеческий организм испытывает на себе множество факторов воздействия, а его сложное строение и разнообразие условий и образа жизни делают изучение в рассматриваемой области достаточно непростым и кропотливым процессом, поэтому исследования биоритмов пока представляют собой процесс накопления информации, выявления свойств и закономерностей методами статистики. В результате этих исследований в науке о биоритмах возникло два научных направления: хронобиология и хрономедицина.

Хронобиология (от др. -греч. χρόνος — «время») — область науки, которая исследует периодические (циклические) феномены, протекающие у живых организмов во времени, и их адаптацию к солнечным и лунным ритмам.

Хрономедицина – самостоятельная область науки, изучающая взаимосвязи биоритмов с течением различных заболеваний, разрабатывающая схемы лечения и профилактики болезней с учетом биоритмов и исследующая другие медицинские аспекты биоритмов и их нарушений.

Наиболее значимыми для развития хромомедицины являются исследования американского ученого Франца Халберга. В своих исследованиях он делал акцент на человеческие и медицинские аспекты. Ученый занимался лечением солдат в военном госпитале во время Второй мировой войны, где изучал ежедневные ритмы инфекции и выздоровления. Позже, в Медицинской школе Гарварда, он экспериментировал с мышами, изучал ежедневные колебания температуры тела, функционирование иммунной системы и способность бороться с токсинами.

В эксперименте 1959 года он разделил мышей на две группы и вводил им ядовитый раствор этанола, первой – с интервалами 4 часа в течение 24 часов, во второй – нерегулярно: на 12 часов раньше или на 12 часов позже. В первой группе умерла половина мышей, во второй же группе умерло 30 % мышей. Можно заметить, что только благодаря изменению времени инъекции выживание повысилось на 20 %. Если больше мышей умирают от введения токсических веществ в другое время суток, логично предположить, что больше мышей (и людей) могут выжить, если вводить им лекарство в определенное время суток. Благодаря этому эксперименту, в некоторых слоях научных и медицинских сообществ время приема медикаментов начало переосмысливаться и переоцениваться. Сегодня мы знаем, что немало лекарств, в том числе и таблетки, будут более эффективными, если принимать их в определенное время.

За свою долгую карьеру (Халберг скончался в 2013-м в возрасте 93 лет) он написал около трех тысяч статей по хронобиологии, проводил эксперименты с больными раком пациентами в Индии и изучал артериальное давление пациентов в Японии. Он контролировал время химиотерапии собственной жены, и благодаря разработанному им расписанию она прожила дольше, чем ожидалось.

Изучение в области хромобиологии актуальны и по сей день. И пускай результаты этих экспериментов пока еще не применяются повсеместно и не известны широкой публике, многие специалисты предполагают, что за этой наукой будущее. В последние 15 лет именно с десинхронозом ученые связывают так называемые «болезни цивилизации» (психические расстройства, сердечно-сосудистые и онкологические заболевания, диабет и ожирение).

Классификация биоритмов

1) По источнику воздействия природные биологические ритмы делятся на внешние или экологические (экзогенные) и внутренние (эндогенные).

1.1) Экзогенные ритмы имеют геофизическую природу, к ним относятся:

· суточные колебания;

· годичные (сезонные) ритмы;

· лунные ритмы;

· солнечные ритмы.

Сигналами о таких колебаниях в природе могут быть: температура, освещенность, влажность, длительность и интенсивность солнечного и лунного излучения, магнитные колебания и др.

Примерами влияния суточных колебаний в организме человека были приведены в первой части реферата, однако в природе мы можем их также наблюдать, например, на цветах: каждое утро, незадолго до рассвета, они раскрывают свои бутоны, цветы начинают размножение и напитываются светом; вечером бутоны закрываются, растения начинают фотосинтез.

Примерами адаптации живой природы к сезонным изменениям могут быть зимняя спячка, миграция, размножение животных, цветение, листопад, подготовка к покою у животных.

Человек, даже с учетом всех созданных им удобств (продовольствие, отопление, искусственное освещение) также подвержен сезонным колебаниям. Одно из них – сезонное аффективное расстройство (САР), которое в народе называют зимней депрессией. Зимняя депрессия связана с множеством факторов, но главный из них – уменьшение светового дня. Постоянное пребывание в помещении с искусственным освещением влияет на сон, синтез витамина D, гормональный (серотониновый и мелатониновый) метаболизм и приводит к ряду изменений, проявляющихся в следующих симптомах:

Настроение: гнев, тревожность, апатия, общее недовольство, безнадежность, неспособность получать удовольствие, одиночество, потеря интереса, перепады настроения и печаль.

Сон: избыточная сонливость, бессонница и депривация сна.

Психологическое состояние: депрессия и постоянно повторяющиеся мысли.

Весь организм: изменение аппетита, утомляемость, беспокойство.

Поведение: плаксивость, раздражительность и социальная изоляция.

Вес: набор или потеря веса.

Когнитивные функции: недостаток концентрации внимания.

Основные ритмы в природе, наложившие свой отпечаток на все живое на Земле, возникли под влиянием вращения Земли по отношению к Солнцу, Луне и звездам.

Известно, что лунные ритмы (притяжение луны ) отражаются на отливы и приливы морей и океанов, их влияние хорошо заметно на морских растениях, животных и микроорганизмов.

Луна оказывает воздействие и на человеческий организм. Например, в дни перед полнолунием существенно снижается мелатонин (гормон сна), достигая своего нижнего порога в ночь полнолуния. Из-за этого у многих людей фаза медленный дельта-сон (глубокий сон) сокращается почти на треть, из-за чего может запуститься цепная реакция тревожности и бессонницы, которая длится неделями. До максимального уровня мелатонин поднимался на четырнадцатый или пятнадцатый день 29-дневного лунного цикла.

Психологи также отмечают изменения в поведении некоторых людей, связанные с фазами луны, в частности, известно, что в новолуние растёт число самоубийств, сердечных приступов и пр.

Из всех ритмических воздействий, поступающих из Космоса на Землю, наиболее сильным является воздействие ритмически изменяющегося излучения Солнца. Многочисленные исследования, проведенные отечественными и зарубежными учеными, показали, что во время наибольшей активности Солнца возникает резкое ухудшение состояние больных, страдающих гипертонической болезнью, атеросклерозом и инфарктом миокарда. В этот период времени происходят нарушения функционального состояния ЦНС, возникают спазмы кровеносных сосудов.

Французские ученые Г. Сардау и Г. Валло установили, что момент прохождения пятен[2] через центральный меридиан Солнца в 84% случаев совпадает с внезапными смертями, инфарктами, инсультами и другими осложнениями. Такое явление происходит в основном во время максимальной активности в период солнечного цикла, длительность которого составляет примерно 11 лет.

1.2) Эндогенные (физиологичексие) ритмы связаны с саморегуляцией в пределах одного организма (например, изменение температуры тела в течение суток). Эти ритмы в значительной мере являются генетически обусловленными. Они могут иметь периоды от долей секунды до нескольких минут, например, ритмы давления, биения сердца и артериального давления.

2. По продолжительности среди биоритмов выделяют инфрадианные и ультрадианные ритмы.

2.1) Инфрадианные ритмы – это ритмы длительностью больше суток (впадение в зимнюю спячку (животные), менструальные циклы у женщин, еженедельные социальные колебания).

2.2) Ультрадианные ритмы – это ритмы длительностью меньше суток (концентрация внимания, изменение болевой чувствительности, процессы выделения и секреции, цикличность фаз, чередующихся на протяжении 6-8-часового нормального сна у человека).