Биоритмы и их биологическое значение для организма

Общие представления о биоритмах. Ритмичность процессов прослеживается во всем и везде: по закону ритма живут человек и вся окружающая его природа, Земля, Космос.

Когда-то природа «завела» биологические часы живого так, чтобы они шли в соответствии с присущей ей самой цикличностью. Смена дня и ночи, чередование времен года, вращение Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца — изначальные условия развития организма. Биологический ритм стал общим принципом живого, закрепленным в наследственности, неотъемлемой чертой жизни, ее временной основой, ее регулятором.

Биоритмы — периодические изменения интенсивности и характера биологических процессов, которые самоподдерживаются и самовоспроизводятся в любых условиях.

Биоритмы характеризуются:

  • периодом — продолжительностью одного цикла колебаний в единицу времени;
  • частотой ритмов - частотой периодических процессов в единицу времени;
  • фазой - частью цикла, измеряемой в долях периода (начальная, конечная и т.д.);
  • амплитудой - размахом колебаний между максимумом и минимумом.

По продолжительности выделяют следующие циклы:

  • высокочастотные — продолжающиеся до 30 минут;
  • среднечастотные — от 0,5 до 24 часов, 20-28 часов и 29 часов — 6 суток;
  • низкочастотные — с периодом 7 суток, 20 суток, 30 суток, около одного года.

Таблица. Классификация биоритмов человека

Характеристика

Продолжительность

Ультрадианные (уровень работоспособности, гормональные сдвиги и др.)

16 ± 4 ч

Циркадианные (уровень работоспособности, интенсивность метаболизма и деятельности внутреннихорганов и др.)

24 ±4 ч

Инфрадианные

28 ч — 4 суток

Околонедельные (циркасептанные) (например, уровень работоспособности)

7 ± 3 суток

Околомесячные (циркатригинтанные)

30 ± 5 суток

Ультраннулярные

Несколько месяцев

Цирканнуальные

Около одного года

Для человеческого организма характерен целый спектр ритмопроявляющихся процессов и функций, который объели- нен в единую согласованную во времени колебательную систему, обладающую следующими особенностями: наличием связи между ритмами разных процессов; наличием синхронности, или кратности, в протекании тех или других ритмов; наличием иерархичности (подчинением одних ритмов другим).

На рис. 1 представлена схема биоритмов, которая отражает часть спектра ритмов жизнедеятельности человека. (На самом деле в человеческом организме ритмично все: работа внутренних органов, тканей, клеток, электрическая активность мозга, обмен веществ.)

У человека выявлены и исследованы среди многих других четыре основных биологических ритма:

Полутора часовой ритм (от 90 до 100 минут) чередования нейрональной активности мозга как во время бодрствования, так и во время сна, являющийся причиной полуторачасовых колебаний умственной работоспособности и полуторачасовых циклов биоэлектрической активности мозга во время сна. Через каждые полтора часа человек испытывает попеременно то низкую, то повышенную возбудимость, то умиротворенность, то беспокойство;

Суточный ритм (24 часа) влияет на состояние человека и выражается в цикле бодрствование — сон;

Месячный ритм. Месячной цикличности подчинены определенные изменения в организме женщины. Недавно установлен околомесячный ритм работоспособности и настроения мужчин;

Годовой ритм. Отмечаются циклические изменения организма ежегодно во время смены времен года. Установлено, что в разное время года различно содержание гемоглобина и холестерина в крови; мышечная возбудимость выше весной и летом и слабее осенью и зимой, максимальная светочувствительность глаза тоже наблюдается весной и ранним летом, а к осени и зиме падает.

Высказываются предположения, что существуют ритмы 2-, 3- и 11-летние — 22-летние, наиболее вероятной считается связь их с метеорологическими и гелиогеографическими явлениями, обладающими примерно такой же цикличностью.

Кроме ритмов, приведенных выше, жизнь человека подчиняется социальным ритмам. К ним люди приучаются постоянно. Один из них — недельный. Дробя в течение многих веков каждый месяц на недели — шесть рабочих дней, один день для отдыха, человек сам приучил себя к нему. Этот режим, не существующий в природе и появившийся в результате социальных причин, стал неотъемлемой меркой жизни человека и общества. В недельном цикле меняется прежде всего работоспособность. Причем одинаковая закономерность прослеживается у групп населения, различающихся по возрасту и характеру труда: у рабочих и инженеров на промышленных предприятиях, у школьников и студентов. Понедельник начинается с относительно низкой работоспособности, от вторника к четвергу — самый гребень недели — она набирает максимальный подъем, а с пятницы опять падает.

Рис. 1. Ритмы жизнедеятельности человека

Биологическое значение биоритмов. Биоритмы выполняют в организме человека по крайней мере четыре основные функции.

Первая функция — оптимизация жизнедеятельности организма. Цикличность — базисное правило поведения биосистем, необходимое условие их функционирования. Это связано с тем, что биологические процессы не могут интенсивно протекать длительное время; они представляют собой чередование максимума и минимума, ибо доведение функции до максимума лишь в определенные фазы каждого периода цикла экономнее, чем стабильное непрерывное поддержание такого максимума. В биосистемах за всякой активностью должно следовать ее снижение для отдыха и восстановления.

Поэтому принцип ритмической смены активности, при которой происходит расход энергетических и пластических ресурсов, и ее торможения, предназначенного для восстановления этих расходов, изначально заложен при возникновении (рождении) любой биологической системы, включая человека.

Вторая функция — отражение фактора времени. Биоритмы — биологическая форма преобразования шкалы объективного, астрономического времени в субъективное, биологическое время. Целью его является соотнесение циклов жизненных процессов с циклами объективного времени. Основными характеристиками биологического времени как особой формы движущейся материи являются его независимость от нашего сознания и взаимосвязь его с физическим временем. Благодаря этому осуществляются временная организация биологических процессов в организме и согласование их с периодами колебаний внешней среды, что обеспечивает адаптацию организма к окружающей среде и отражает единство живой и неживой природы.

Третья функция — регуляторная. Ритмование — это рабочий механизм создания функциональных систем в центральной нервной системе (ЦНС) и базисный принцип регуляции функций. Согласно современным представлениям, создание рабочих механизмов в ЦНС обеспечивается синхронизацией ритмической высокочастотной деятельности составляющих ее нервных клеток. Таким образом осуществляется объединение отдельных нервных клеток в рабочие ансамбли, а ансамблей — в общую синхронную функциональную систему. Ритмование разрядов мозга имеет принципиальное значение для преобладания главной в данный момент реакции среди прочих. Так создается доминанта, господствующая в данное время функциональная система ЦНС. Она объединяет в едином ритме различные центры и определяет текущую последовательную их деятельность путем навязывания «своего» ритма. Так в структурах мозга создаются нервные программы, определяющие поведение.

Четвертая функция — интеграционная (объединительная). Биоритм — это рабочий механизм объединения всех уровней организации организма в единую суперсистему. Интеграция реализуется по принципу иерархичности: высокочастотные ритмы низкого уровня организации подчиняются средне- и низкочастотным уровням более высокого уровня организации. Иначе говоря, высокочастотные биоритмы клеток, тканей, органов и систем организма подчиняются базовому среднечастотному суточному ритму. Это объединение осуществляется по принципу кратности.

Общая характеристика биоритмов

Жизнь человека неразрывно связана с фактором времени. Одна из эффективных форм приспособления организма к внешней среде — ритмичность физиологических функций.

Биоритм — автоколебательный процесс в биологической системе, характеризующийся последовательным чередованием фаз напряжения и расслабления, когда тот или иной параметр последовательно достигает максимального или минимального значения. Закон, по которому происходит этот процесс, может быть описан различными функциями, а в самом простом варианте — синусоидальной кривой.

К настоящему времени у человека и животных описано около 400 биоритмов. Естественно, что возникла необходимость их классифицировать. Предложено несколько принципов классификации биоритмов. Чаще всего классифицируют их на основании частоты колебаний (осцилляции), или периодов. Выделяют следующие основные ритмы:

  • Высокой частоты, или микроритмы (от долей секунды до 30 мин). Примером могут служить осцилляции на молекулярном уровне (синтез и распад АТФ и др.), частота сокращений сердца (ЧСС), частота дыхания, периодичность перистальтики кишечника.
  • Средней частоты (от 30 мин до 28 ч). В эту группу входят ультрадианные (до 20 ч) и циркадные, или циркадианные (околосуточные — 20-28 ч) ритмы. Пример — чередование сна и бодрствования. Циркадианный ритм является основным ритмом физиологических функций человека.
  • Мезоритмы (длительностью от 28 ч до 6-7 дней). Сюда относятся циркасептальные ритмы (около 7 дней). С ними связана работоспособность человека, они в значительной степени обусловлены социальным фактором — рабочей неделей с отдыхом на 6-7-й день.
  • Макроритмы (от 20 дней до I года). К ним относятся циркануальные (цирканные), или окологодовые ритмы. В эту группу входят сезонные и околомесячные ритмы (лунный ритм, овариально-менструальный цикл у женщин и т.д.).
  • Мегаритмы (длительностью в десяток или многие десятки лет). Наиболее известный из них — 11-летний ритм активности Солнца, с которым связаны некоторые процессы на Земле — инфекционные заболевания человека и животных (эпидемии и эпизоотии).

Характеристику каждого биоритма можно описать методами математического анализа и изобразить графически. В последнем случае речь идет о биоритмограмме, или хронограмме.

Как видно из рис. 2, биоритмограмма имеет синусоидальный характер. В ней различают временной период, фазы напряжения и расслабления, амплитуду напряжения, амплитуду расслабления, ак- рофазу данного биоритма.

Временной период — важнейшая характеристика биоритма. Это отрезок времени, по истечении которого происходит повторение функции или состояния организма.

Рис. 2. Схема биоритмограммы на примере циркадного ритма ЧСС: 1 — временной период (сутки); 2 — фаза напряжения (день); 3 — фаза расслабления (ночь); 4 — амплитуда напряжения; 5 — амплитуда расслабления; 6 — акрофаза

Фазы напряжении и расслабления характеризуют усиление и снижение функции в течение суток.

Амплитуда — разница между максимальной и минимальной выраженностью функции в дневное (амплитуда напряжения) и ночное (амплитуда расслабления) время. Общая амплитуда — разница между максимальной и минимальной выраженностью функции в рамках всего суточного цикла.

Акрофаза — время, на которое приходится наивысшая точка (максимальный уровень) данного биоритма.

В некоторых случаях кривая приобретает уплощенный или платообразный вид. Это встречается при малой амплитуде напряжения. Другими разновидностями являются инвертированные и двухвершинные биоритмограммы. Инвертированные кривые характеризуются снижением исходного уровня в дневное время, т.е. изменением функции в направлении, противоположном обычному. Это неблагоприятный признак.

Двухвершинные кривые отличаются двумя пиками активности в течение дня. Появление второго пика рассматривается в настоящее время как проявление адаптации к условиям существования. Так, например, первый пик работоспособности человека (11 — 13 ч) — это естественное проявление биоритма, связанное с дневной активностью. Второй подъем работоспособности, наблюдаемый в вечерние часы, обусловлен необходимостью выполнения домашних и других обязанностей.

Происхождение и регуляция биоритмов

Происхождение биоритмов определяется двумя факторами — эндогенным (внутренним, врожденным) и экзогенным (внешним, приобретенным).

Постоянные циклические колебания в различных системах организма складывались в процессе длительной эволюции, и теперь они являются врожденными. К ним относятся многие функции: ритмическая работа сердца, дыхательной системы, мозга и т.д. Эти ритмы называют физиологическими. Выдвинуто несколько гипотез эндогенной природы биоритмов. Наибольшее число сторонников имеет мультиосцилляторная теория, согласно которой в пределах многоклеточного организма (человека) может функционировать главный (центральный) водитель ритма (биологические часы), навязывающий свой ритм всем остальным системам, не способным генерировать собственные колебательные процессы. Наряду с центральным водителем ритма возможно существование второстепенных осцилляторов, иерархически подчиненных ведущему.

Биоритмы, зависящие от циклических изменений окружающей среды, являются приобретенными, и их называют экологическими. Эти ритмы испытывают большое влияние космических факторов: вращение Земли вокруг своей оси (солнечные сутки), энергетическое влияние Луны и циклических изменений активности Солнца.

Биоритмы в организме складываются из эндогенного — физиологического и экзогенного — экологического ритмов. Средняя частота ритмов обусловлена сочетанием эндогенных и экзогенных факторов.

Считается, что центральным водителем ритма является эпифиз (железа внутренней секреции, находящаяся в промежуточном мозге). Однако у человека эта железа функционирует только до 15-16 лет. По мнению многих ученых, роль центрального синхронизатора (биологических часов) у человека берет на себя область головного мозга, называемая гипоталамусом.

Контроль смены состояния бодрствования и сна зависит в значительной степени от светового фактора и обеспечивается связями коры головного мозга и таламуса (центр, в котором собираются импульсы от всех органов чувств), а также активизирующими восходящими влияниями ретикулярной формации (сетчатые структуры мозга, выполняющие активизирующую функцию). Важную роль играют прямые связи сетчатки глаза с гипоталамусом.

Прямые и опосредованные связи коры головного мозга и гипоталамических структур обеспечивают возникновение системы гормонального контроля периферической регуляции, действующей на всех уровнях — от субклеточного до организменного.

Таким образом, в основе временной организации живой материи лежит эндогенная природа биоритмов, коррегируемая экзогенными факторами. Устойчивость эндогенного компонента биологических часов создается взаимодействием нервной и гуморальной (лат. humor- жидкость; здесь — кровь, лимфа, тканевая жидкость) систем. Слабость одного из этих звеньев может привести к десинхронозу (нарушению биоритмов) и последующим нарушениям функций.

Исследователями доказано, что для постоянного совершенствования и тренировки приспособительных механизмов организм периодически должен испытывать стресс, определенный конфликт с окружающей его физической и социальной средой. Если учесть, что периодичность заложена в самой природе живых систем, то становится ясным, что именно такое динамическое взаимодействие организма со средой обеспечивает его стабильность и устойчивую жизнеспособность. Основу всякой активной деятельности составляют процессы интенсивного расходования жизненных ресурсов организма, и в то же время эти реакции являются мощным стимулом для еще более интенсивных восстановительных процессов. Можно утверждать, что динамическая синхронизация — взаимодействие эндогенных и экзогенных ритмов — придает организму живучесть и устойчивость.


Смежные предметы