Ритмы биологические (биологические часы)

Биологические ритмы - периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений.

Биологические ритмы можно наблюдать на всех уровнях организации живой материи: от внутриклеточного до популяционного. Биологические ритмы физиологических функций столь точны, что их часто называют «биологическими часами». Они развиваются в тесном взаимодействии с окружающей средой и являются результатом приспособления к тем факторам окружающей среды, которые изменяются с четкой периодичностью (вращение Земли вокруг Солнца и своей оси, колебания освещённости, температуры, влажности, напряженности электромагнитного поля Земли и т. п.).

Объективный анализ биологических ритмов предполагает измерение их различных параметров, в том числе амплитуды, частоты, периода колебаний и др. При этом считают, что приспособление живых организмов к среде обитания обязательно включает постоянное приближение значений биологических ритмов к параметрам циклических факторов среды. При классификации ритмических процессов в зависимости от их частоты ритмы объединяют в несколько групп: так называемые высокочастотные биологические ритмы, колебания средней частоты и биологические ритмы низкой частоты. Периоды колебаний высокочастотных биологических ритмов находятся в пределах от долей секунды до получаса. Примерами могут служить колебания биоэлектрической активности головного мозга, сердца, мышц, других органов и тканей. К этой же группе биологических ритмов можно отнести ритмику внешнего дыхания.

Большое число биологических ритмов объединяют в группу колебаний средней частоты с длительностью периодов от получаса до 28 часов. Биологические ритмы с периодом от получаса до нескольких часов носят название ультрадианных. Наиболее важные из них имеют период около 90 мин. Они прослеживаются уже у новорождённых, у которых приблизительно каждые 90 минут активность сменяется относительным покоем. У взрослых людей с такой же периодичностью происходит чередование различных стадий сна, а во время бодрствования - периодов относительно высокой работоспособности и относительного расслабления. Биологические ритмы с периодом 20-28 часов называют циркадианными (циркадными, или околосуточными). Примерами их могут служить периодические колебания температуры тела, частоты пульса, АД, работоспособности.

Выделяют также группу биологических ритмов низкой частоты - околонедельных, околомесячных, сезонных, окологодовых, многолетних и др. В основе выделения каждого из них лежат чётко регистрируемые колебания какого-либо функционального показателя. Например:

- околонедельному биологическому ритму соответствует уровень выделения с мочой некоторых физиологически активных веществ;

- околомесячному - овариально-менструальный цикл у женщин;

- сезонным ритмам - изменения продолжительности сна, мышечной силы и т. д.;

- окологодовым и многолетним биологическим ритмам - темпы роста и физического развития детей, показатели иммунитета и др.

Для многих физиологических процессов установлена и сезонная ритмичность. Например, максимальная рождаемость наблюдается в период с марта по май, минимальная - с ноября по февраль. Сезонные изменения играют существенную роль в течении ряда заболеваний. Например, в весенне-осеннее время чаще наблюдаются обострения язвенной болезни.

Помимо сезонных ритмов существуют ритмы с еще более длительным периодом. В течении туберкулёзного процесса отмечена 3-летняя периодичность: через 4, 7, 10, 13 лет от начала заболевания наиболее часто возникают обострения. Известна 5-6-летняя и 11-летняя периодичность возникновения некоторых заболеваний, связываемых с внешними факторами - метеорологическими, гелиогеографическими влияниями, в том числе с колебаниями магнитного поля и изменением солнечной активности.

Большинство ритмов формируется в процессе онтогенеза. Уже в организме новорожденного регистрируются функции, которые обладают околосуточным ритмом (с периодом от 23 до 25 ч). Однако появление такой ритмичности во многом зависит от уровня зрелости организма ребёнка: у недоношенных детей ритмичность развивается значительно позже, чем у детей, родившихся в срок.

Значительное влияние на процесс развития околосуточных колебаний у новорождённого оказывают условия окружающей среды. Так, строгое соблюдение режима кормления ребёнка ускоряет проявление околосуточной ритмичности. Синхронизация околосуточного ритма с социальным суточным циклом наступает у каждого ребёнка в разное время, примерно между 6-й и 16-й неделей после рождения.

Наиболее изучен циркадианный (околосуточный) биологический ритм. 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:

- частота сердечных сокращений является максимальной в 15-16 ч,

- частота дыхания - в 13-16 ч,

- уровень систолического АД - в 15-18 ч,

- количество эритроцитов в крови - в 11-12 ч,

- лейкоцитов - в 21-23 ч,

- гормонов в плазме крови (АКТГ, кортизол, 17-гидроксикортикостерон) - в 8-12 ч,

- белка крови (общего) - в 17-19 ч,

- билирубина (общего) - в 10 ч,

- холестерина - в 18 ч и т. д.

Ночью у человека самая низкая температура тела. К утру она повышается и достигает максимума во второй половине дня. На протяжении суток она изменяется с амплитудой до 1,3°. Поскольку температура тела определяет скорость биохимических реакций, её повышение свидетельствует о том, что днём обмен веществ идёт наиболее интенсивно и таким образом обеспечивает человеку возможность активной деятельности в светлую часть суток. С суточным ритмом температуры тела тесно связаны сон и пробуждение. Большинство людей склонно засыпать при снижении температуры тела и просыпаться при её повышении. При этом, чем раньше наступает температурный минимум в ночной период, тем короче сон.

Подчиняясь биологическому ритму, каждый физиологический показатель в течение суток может существенно изменяться, что учитывается при диагностике различных заболеваний. Незнание таких закономерностей может привести к диагностическим ошибкам, этот факт должен всегда учитываться при объяснении больным вреда самодиагностики и самолечения на её основе.

Лечение многих заболеваний должно строиться с учётом биологического ритма. Хронобиологи предложили, например, лечить расстройства сна, которыми страдают многие городские жители, следующим образом. Людей, страдающих бессонницей по ночам и с трудом борющихся со сном в дневное время, помещают в изолированные помещения, надёжно отрезанные от всех датчиков земного времени. В таких условиях ежедневно «передвигают» время отхода ко сну на три часа вперёд; хронотерапия продолжается до тех пор, пока время отхода ко сну не совпадает со временем отхода ко сну у здоровых людей. Лечение бронхиальной астмы хронобиологи рекомендуют проводить в тот момент, когда ряд показателей, характеризующих работу дыхательной системы, находится на самом низком уровне в течение суточного цикла, что определяется путём круглосуточной регистрации ритмов работы органов дыхания.

Наибольший диуретический эффект фуросемида наблюдается при приёме его в 10 часов, максимальное выведение с мочой калия - при приёме в 17 часов, натрия - в 13 часов. Гипогликемический эффект от введения инсулина больше всего выражен в 8-13 часов. Анализ суточного ритма содержания в организме гистамина - важнейшего медиатора аллергических реакций - показал, что наибольшая его концентрация отмечается в 21-24 часов. Этим объясняется повышенная частота возникновения аллергических проявлений именно в вечернее время. По этой же причине антигистаминные препараты рекомендуется принимать в вечерние часы.

В результате хронобиологических исследований намечены практические рекомендации по лечению стоматологических заболеваний. Анализ суточных колебаний чувствительности зубов к болевым и холодовым раздражителям свидетельствует о целесообразности проведения плановых лечебных и профилактических стоматологических процедур в утреннее время.

Уже традиционным становится применение различных гормонов по схемам, учитывающим биологические ритмы пациента. Так, гормональные препараты рекомендуется назначать в те часы, когда потребность организма в этих веществах максимальна; лечение, проводимое по такой схеме, оказывается наиболее эффективным, а дозы применяемых гормональных препаратов минимальными.

Биологические ритмы являются основой рациональной регламентации всего жизненного распорядка человека, так как высокая работоспособность и хорошее самочувствие могут быть достигнуты только в том случае, если соблюдать по возможности постоянный распорядок дня. Ритмичным, соответствующим правильному индивидуальному графику должен быть и приём пищи. Отклонение от правильного режима питания может приводить к существенному увеличению массы (веса) тела. 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 в те часы, когда появляется заметное чувство голода. Если принимать пищу общей калорийностью 2000 ккал только по утрам, то наблюдается снижение веса. Если ту же пищу принимают в вечерние часы, вес увеличивается.

Строгий распорядок дня предполагает и преодоление импульсов ко сну или дремоте в период бодрствования, т. к. самые короткие периоды сна или дремоты у многих людей могут нарушать ночной сон. Однако есть люди, для которых дневной или вечерний отдых необходим, и он не нарушает ночного сна. В таком случае надо сохранять индивидуальный распорядок дня. В циркадианном биологическом ритме меняется и работоспособность человека. Она имеет два подъёма: с 10 до 12 часов и с 16 до 18 часов. Ночью работоспособность понижается, особенно с 1 до 3 часов ночи.

У лиц, работающих в ночную смену, наблюдаются различные изменения функционального состояния организма. При работе ночью в одних случаях состояние вегетативных функций соответствует этой фазе циркадианного ритма, т. е. их уровень понижен, в других - вегетативные показатели приближаются к дневным и, следовательно, происходит обусловленная работой перестройка циркадианного ритма. Второй тип реакции обнаруживается, как правило, при более напряжённой работе, сопровождается меньшими признаками утомления и чаще отмечается у лиц с большим стажем работы в сменном производстве.

Ритмические колебания работоспособности менее стереотипны и чаще изменяются, чем ритм вегетативных функций. Однако частые изменения рабочих смен вызывают невротические расстройства. Около 20% людей не могут приспособиться к сменному графику работы, а у остальных полной адаптации к работе преимущественно в ночную смену не наступает за целый год сменного труда. В то же время специально разработанные режимы труда и отдыха помогают сохранить в течение длительного времени высокую работоспособность. Показано, в частности, что чередование только утренней и вечерней смен переносится гораздо легче, чем работа в три смены или только ночью.

Не всем людям свойственны однотипные колебания работоспособности. Одни (так называемые «жаворонки») энергично работают в первой половине дня, другие («совы») - вечером. Люди, относящиеся к «жаворонкам», вечером испытывают сонливость, рано ложатся спать, но, рано просыпаясь, чувствуют себя бодрыми и работоспособными. «Совы» же, напротив, засыпают поздно, утром просыпаются с трудом, им свойственна наибольшая работоспособность во второй половине дня, а некоторым - поздним вечером или даже ночью. Индивидуальный ритм работоспособности полезно знать каждому человеку. Знание периодов максимальной работоспособности позволяет использовать их для выполнения наиболее сложных и ответственных заданий.

При нарушении координации тех или иных биологических ритмов возникает своеобразное патологическое состояние, называемое десинхронозом. Оно является следствием нарушения околосуточных ритмов (например, при работе в ночные смены, в полярных широтах, при перелетах в другие временные пояса). Появление реактивных самолетов и массовый характер трансмеридиональных полетов сделали эту проблему особенно острой.

В результате специальных исследований установлено, что минимальная негативно действующая величина временного сдвига составляет 2 часа. Скорость приспособления человека к новому социальному циклу - не более 1-2 часов в сутки. Однако молодые люди быстрее приспосабливаются к новому ритму бодрствование - сон, чем лица старше 30 лет. Значительная перестройка биологических ритмов необходима при перелетах через 4-5 часовых поясов. По данным французских авторов, у 78% летчиков, летающих на большие расстояния, отмечаются явления десинхроноза.

Существует несколько довольно простых правил, выполнение которых облегчает адаптацию к изменению временного пояса. Если изменение часового пояса происходит не на долгое время, то целесообразно сохранить близкий к постоянному месту жительства режим труда и отдыха. Если же на новом месте предстоит работа, требующая максимального напряжения сил, то необходимо заранее (за 3-10 дней) постепенно изменять режим труда и отдыха на месте постоянного жительства, приспосабливая его к новому временному поясу.

 

Справочные статьи: акклиматизация

Будьте здоровы!