Биологические ритмы и здоровье человека

Биологические ритмы, их классификация. Периодичные колебания интенсивности и характера биологических процессов и явлений называются биологическими ритмами (биоритмами). Наука, изучающая биоритмы, носит название биоритмология или хронобиология (от греч. chronos – время).

Биоритмы наблюдаются на всех уровнях организации живой материи - от внутриклеточных процессов до популяционных. В основе их лежат изменения метаболических факторов. К внешним факторам относятся: изменение освещенности (фотопериодизм), температуры (термопериодизм), магнитного поля, интенсивности космических излучений, приливы и отливы, сезонные и солнечно-лунные влияния. Внутренние факторы – это нейрогуморальные процессы, протекающие в определенном, наследственно закрепленном темпе и ритме.

Все биологическиеритмы можно разделить на три группы:

1. ритмы высокой частоты с периодом, не превышающим получасового интервала. Это ритмы сокращения сердечной мышцы, дыхания, биотоков мозга, биохимических реакций, перистальтики кишечника;

2. ритмы средней частоты с периодом от получаса до семи суток. Сюда входят смена сна и бодрствования, активности и покоя, суточные изменения в обмене веществ, колебания температуры, артериального давления, частоты клеточных делений, колебаний состава крови;

3. низкочастотные ритмы с периодом от четверти месяца до одного года: недельные, лунные и сезонные ритмы. К биологическим процессам этой периодичности относятся эндокринные изменения, зимняя спячка, половые циклы;

Различают ритмы «экологические», или адаптивные и «физиологические». Период (частота) физиологических ритмов (например, ритмов дыхания, биения сердца, артериального давления, электрической активности мозга) в зависимости от степени функциональной нагрузки может колебаться от долей секунды до получаса. Периоды экологических ритмов, напротив, сравнительно постоянны, закреплены генетически, по длительности совпадают с какими-либо естественными ритмами окружающей среды, меняющимися с четкой цикличностью (вращение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, вращение Луны вокруг Земли). К ним относят околосуточные (около 24 часов), приливные (около 24,8 и 12,4 часов), лунные (около 29,5 суток) и годичные (около 12 месяцев) ритмы.

Экологические ритмы выполняют функцию биологических часов, которые регулируют работу различных функциональных систем, и правильный ход которых для человека важен не только в суточном, но и в низкочастотном периоде.

По степени зависимости от внешних периодических процессов выделяют экзогенные, приобретенные, и эндогенные ритмы. Экзогенные ритмы обусловлены изменением факторов окружающей среды и могут исчезать при некоторых условиях. Приобретенные ритмы возникают в процессе индивидуального развития и сохраняются в течение определенного времени в постоянных условиях (изменение мышечной работоспособности в определенные часы суток). Эндогенные ритмы являются врожденными, сохраняются в постоянных условиях среды и передаются по наследству.

Ученые выделяют биоритмы с длиной периода в 23 дня (физический цикл), 28 дней (эмоциональный цикл) и 33 дня (интеллектуальный цикл).

В природе нет циклических процессов с недельным периодом, который является искусственно выработанным. В недельном ритме заметно меняется работоспособность: в понедельник относительно низкая производительность труда, во вторник, среду и четверг она возрастает, а затем (в пятницу и субботу) вновь снижается. В физиологии труда такая цикличность объясняется сменой основных 3 периодов работоспособности: вначале происходит «врабатывание», в результате чего достигается относительно высокий уровень работоспособности, который постепенно снижается в связи с развитием утомления.

В отличие от недельного месячный цикл существует объективно в окружающей нас природе. Это так называемый сидерический месяц – 27 ¹/₃ дня – к «неподвижным» звездам и 20 ¹/₂ дней – синодический месяц – или время от одного новолуния до другого. Близок к этим величинам и период вращения Солнца вокруг своей оси (27 дней). Околомесячные циклы, затрагивающие весь организм, более выражены у женщин, чем у мужчин.

Годовые ритмы очень устойчивы. Так, например, теплоотдача с поверхности кожи снижается зимой и повышается летом. Летом возрастают испарительные влаго- и теплопотери, а также выделение липидов с потом, снижается величина рН пота.

В основе сезонных биоритмов лежит изменение по сезонам года климатических и других природных факторов. Выделяют три группы причин с различным механизмом действия:

· адаптивные изменения функционального состояния организма, направленные на компенсацию годичных колебаний основных параметров окружающей среды и прежде всего температуры, а также качественного и количественного состава пищи;

· реакция на сигнальные факторы среды — продолжительность светового дня, напряженность геомагнитного поля, некоторые химические компоненты пищи;

· эндогенные механизмы сезонных биоритмов. Их действие является адаптивным, обеспечивая полноценное приспособление организма к циклическим изменениям параметров окружающей среды.

Циркадные ритмы. Живые организмы приспосабливались воспринимать колебания внешней среды и, соответственно им, настраивали свои физиологические процессы. Это происходило, в основном, под влиянием трех факторов – вращения Земли вокруг Солнца и своей оси, вращения Луны относительно Земли, перемещения звезд по небосводу. Первый фактор определяется солнечными сутками (24 часа), второй – лунными (24,8 часа), третий – звездными, или сидерическими сутками (23,9 часа), накладываясь друг на друга, эти факторы воспринимались живыми организмами как ритмика, близкая, но не точно соответствующая 24-часовому периоду. Это и явилось одной из причин некоторого отклонения эндогенных биологических ритмов от точного суточного периода. Поэтому, эти ритмы называются циркадными ритмами, т.е. приближающимися к суточному ритму (от лат. circa – около и dies – день, сутки). Он близок, но не равен суткам и колеблется у разных людей в пределах 20-28 часов. У человека таких ритмов около 300. Основной из них – это цикл сна и бодрствования, с которым синхронизированы многие другие, например, суточные колебания температуры тела, выделения многих гормонов, мочеотделения, подъема и спада умственной и физической работоспособности.

Хорошо изучены суточные колебания умственной и физической работоспособности. Многочисленные исследования свидетельствуют об уменьшении как интеллектуальной, так и физической работоспособности в ночное время. Работоспособность человека чаще всего измеряется физиологической кривой работоспособности. На ней прослеживаются два главных периода активности: между 10-12 часами и 16-18 часами уровень физиологических функций высок, а к 14 часам и в вечерние часы наблюдается падение работоспособности. Однако не все люди испытывают однотипные колебания работоспособности в течение суток. Одни лучше работают в первой половине дня, другие – вечером. В связи с этим выделяют следующие хронотипы человека: жаворонки (к ним относятся 20-25% людей), совы (30-40%), аритмики (35%).

Интенсивность большинства жизненных процессов нарастает днем и снижается ночью, следовательно, фаза максимального их суточного ритма приходится на дневные, а фаза минимального – на ночные часы. Однако существуют процессы, которые ночью протекают более активно, нежели днем (процессы роста тканей, волос; усилен тонус мышц, закрывающих веки и кольцевого мускула, запирающего мочевой пузырь). Ночью снижаются энергозатраты. Вследствие падения интенсивности газообмена снижается частота сердечных сокращений, а вместе с ней и скорость кровотока. Одновременно ночью уменьшается и кровяное давление.

Условно суточный цикл можно разделить на три части:

· фаза восстановления, охватывающая первую половину сна;

· фаза подготовки к активной деятельности разворачивающаяся во второй половине сна;

· фаза активности по нейрофизиологическим критериям, характеризующаяся высоким уровнем бодорствания.

Десинхроноз. Состояние организма, связанное с рассогласованием циркадных ритмов, носит название десинхроноз. Различают два вида десинхроноза: внешний и внутренний. Десинхроноз внешний происходит при быстрой смене часовых поясов. При этом привычное время сна, а соответственно и работы, запаздывает при перелете на запад и наступает раньше обычного при перелете на восток. Организм не может сразу перестроиться в соответствии с этим внезапным сдвигом. Его органы и системы перестраиваются с разной скоростью, поэтому время полного приспособления к новым временным условиям может колебаться весьма существенно. В среднем оно составляет несколько недель, но иногда может длиться несколько месяцев.

Хронобиологи разработали меры борьбы с нарушениями суточного ритма организма в связи с перелетами через несколько часовых поясов. Так как свет и темнота оказывают сильнейшее воздействие на биологические часы организма, то их можно настраивать на любой часовой пояс с помощью сеансов яркого освещения определенной продолжительности. Такого эффекта можно добиться простым способом: проводя по прибытии на место определенное время при дневном освещении. Некоторые хронобиологи рекомендуют устанавливать специальное освещение в самолетах, отелях и конференццентрах, чтобы смягчить десинхронизирующее действие перелетов на несколько часовых поясов.

Внутренний десинхроноз возникает в тех случаях, когда человек не придерживается правильного режима чередования труда и отдыха, при сдвиге сна на непривычные часы суток. Он развивается легко, но избавиться от него трудно. Его сущность заключается в нарушении естественных взаимоотношений циркадных ритмов разных органов и систем. Он может носить постоянный характер. Десинхроноз является составной частью любого адаптационного процесса и ответа организма на стрессовый раздражитель.

Понятием десинхроноз обозначается феномен периодически возникающих в совершенно здоровом организме нарушений слаженности циркадных ритмов, связанных с переходными сезонами года – весной и осенью. В переходные сезоны происходит передвижка фаз от летней позиции к зимней и обратно. Сезонный десинхроноз не достигает такой степени выраженности, как при быстрой смене нескольких часовых поясов, но он может провоцировать сезонные обострения ряда хронических заболеваний, прежде всего – язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки.

Хрономедицина. В настоящее время большое внимание уделяется хрономедицине – направлению медико-биологической науки, которое ставит целью использовать закономерности биоритмов для улучшения профилактики, диагностики и лечения болезней человека.

Главными разделами хрономедицины являются хронопатология, хронофармакология, хронодиагностика и хронотерапия. В хронобиологии и хрономедицине имеется понятие хронобиологическая норма. Под ней понимается совокупность морфофизиологических показателей организма, в том числе и человека, которые характеризуют его состояние в целом и отдельных систем на основе данных изучения динамики биоритмов и определения среднепериодических величин этих показателей. В понятие хронобиологической нормы включают и те изменения, которые в качестве реакции происходят при перемене условий среды или при воздействии на организм различными факторами. Хронобиологическая норма обусловливается эндогенными регуляциями в организме, в том числе генетическим механизмом, а также взаимодействием организма со средой.

По характеру взаимодействия хронобиологической нормы организма с факторами внешней среды можно судить о лабильности хронобиологического статуса организма, его хронореактивности и способности к хроноадаптациям.

Хронопатология - это область экспериментальной и клинической хрономедицины, которая изучает пути и механизмы возникновения отклонения в биоритмах от нормального течения и роль этих нарушений в развитии заболеваний. Многие патологические процессы в организме человека сопровождаются нарушением временной организации физиологических функций и, наоборот, рассогласование биоритмов является одной из причин развития патологических изменений в организме. Было установлено, что чувствительность организма к различным фармакологическим воздействиям существенно изменяется в зависимости о времени суток, недельного и месячного периодов, сезона года.

Статистический анализ заболеваемости и смертности, который был проведен в разных странах, показал, что существует своего рода фенология болезней. Согласно ней вероятность обострения увеличивается для различных форм патологии в определенные сезоны года. Были составлены календари болезней на основе статистических данных о смертности от различных заболеваний. Показано, что сезонная динамика смертности в США, Великобритании, Дании, Японии и других странах имеет сходный характер. В этих странах смертность от инфекционных заболеваний (грипп, пневмония, туберкулез) возрастает в зимнее время. В этот же период увеличивается смертность от болезней сердечно-сосудистой и желудочно-кишечной систем, рака.

Хронофармакология. В настоящее время установлено, что суточные и сезонные ритмы человека имеют существенные региональные отличия. Появился новый раздел науки - экохронофармакология, который изучает проявления различных эффектов применения лекарств, в том числе их токсического действия в зависимости от экологической обстановки, особенностей питания, водопотребления, радиационного воздействия окружающей среды. Возникновение хронофармакологического направления в хронобиологии и хрономедицине было обусловлено установлением зависимости действия лекарственных веществ на организм и его системы от фазы биоритма. Хронофармакологические закономерности являются базой для выбора и проведения хронотерапевтических мероприятий. При этом следует располагать сведениями о хронобиологических закономерностях кинетики лекарственных веществ, о латентном периоде действия метаболических превращений лекарств под действием ферментов и других активных веществ, о взаимодействии лекарств с клеточными рецепторами.

При изучении хронофармакологического действия лекарств возникает необходимость в проведении системного анализа временной организации биологических процессов, которые оказываются в зоне действия применяемого лекарства. При терапии эндокринных заболеваний следует придерживаться принципов хронофармакологии: введение гормональных препаратов должно совпадать с ритмами их выработки в организме и метаболизма. Для этого необходимо систематическое исследование гормонального ритмического профиля больного. В настоящее время используют методы биоритмологии при лечении наркотической зависимости. Установлено, что у потребителей опия при отказе от наркотиков купирование острого абстинентного синдрома наступает к 14-16 суткам, независимо от сроков предшествующей наркотизации. После перенесенной абстиненции у таких больных наблюдаются специфические психопатологические расстройства, обычно депрессивного характера. Первые признаки обострения симптомов депрессии приходятся на период с 18 по 22 сутки после прекращения приема наркотиков. При этом нарастает аффективная лабильность, появляются наркотические сновидения, нарастает патологическое влечение. Такое состояние достигает своего пика к 28-34 дню. Подобные состояния в дальнейшем повторяются с определенной периодичностью. У людей, которые страдают наркотической зависимостью, обычно развиваются десинхронозы, которые вызваны изменениями образа жизни, привычек, нарушениями периода сна и бодрствования, отягощающие общее состояние организма. Устранение причин десинхроноза дает возможность организму быстро вернуться к своей хронобиологической норме. У каждого наркозависимого в функционировании организма имеются циклически повторяющиеся периоды, когда лечение может быть наиболее эффективным. Это позволит значительно снизить опасность рецидивов заболевания.

Хронотерапия - это проведение лечения заболевания людей с учетом их биоритмов. Различают групповую и индивидуальную хронотерапию. В первом случае для определения контингента больных выбирают время введения лекарств, когда проявляется наибольший эффект, например, при лечении кортикостероидами. В том случае, когда существуют патологические состояния, при которых изменение структуры биоритмов происходит по-разному, у различных лиц применяют схему введения лекарств для каждого больного. Индивидуальную хронотерапию с хорошим эффектом применяют при лечении бронхиальной астмы, хронической ишемической болезни сердца, гипертонической болезни, бронхитов.

Лекция №5