Биологические ритмы живых организмов. Ритмичность в биологии

Биологические ритмы организма – это изменения характера и интенсивности биологических процессов в организме, которые имеют определенную периодичность. Они присутствуют в каждом живом организме и являются настолько точными, что их даже называют «биологическими часами» или же «внутренними часами». На самом деле, именно биоритмы управляют нашими жизнями, хотя мы в этом даже не отдаем себе отчета. Но ведь если задуматься, то важность биологических ритмов человека становится очевидной, ведь даже основной орган – сердце, работает в определенном ритме, который задается теми самыми «внутренними часами». Но что же такое эти биологические ритмы и какую именно роль они играют в человеческих жизнях, каково их значение? Давайте несколько более подробно разберемся в этих вопросах.

Виды биологических ритмов

Все биологические ритмы делятся по определенным типам. При этом существует несколько разнообразных классификаций, основывающихся на разных критериях. Самой распространенной, можно даже сказать, основной классификацией, является та, в которой критерием считается длина периода биологических ритмов.

Согласно этой классификации, существуют циркадианные, ультрадианные, инфрадианные, циркалунарные и лунно-месячные биологические ритмы. Циркадианные ритмы имеют периодичность около двадцати четырех часов и являются наиболее изученными из всех. Ультрадианные ритмы – околочасовые. Инфрадианные – ритмы, периодичность которых составляет больше, чем двадцать четыре часа. Остальные два биологических ритма связаны с лунными фазами.

Также есть классификация биоритмов по источнику происхождения. Они разделяются на физиологические, геофизические и геосоциальные. Физиологические – это биоритмы внутренних органов человека, которые не зависят от внешних факторов. Геофизические биоритмы уже входят в плотную зависимость от внешних факторов окружающей среды. А геосоциальные ритмы не являются врожденными в отличие от первых двух и формируются под влиянием, как факторов окружающей среды, так и под влиянием социальных факторов.

Роль биологических ритмов в жизни человека

Существует, весьма условная, по мнению ученых хронобиологов, теория трех биоритмов. Согласно ей, состояние человека определяется тремя биоритмами: физическим, интеллектуальным и эмоциональным. И бывают дни, когда одни биоритмы активнее других, так как все они обладают разной степенью периодичности. Именно поэтому в определенные дни и определенное время бывают всплески, например, физической активности при плохом настроении, или же выбросы позитивных эмоций, а, быть может, появляется огромно желание заняться какой-то умственной деятельностью.

То есть, от биоритмов полностью зависит активность человеческого организма и его состояние. Поэтому не стоит «насиловать» свой организм. Напротив, нужно прислушиваться к нему и грамотно использовать свои собственные ресурсы.

Например, сон и его значение, как биологического ритма, пожалуй, является одним из самых важных. Именно поэтому никак нельзя ложиться слишком поздно или спать слишком мало, ведь из этого следует нарушение абсолютно всех биоритмов организма. Вообще ученными установлено, что наилучший сон происходит в период с двадцати трех часов до семи. А ложиться после полуночи весьма вредно для умственной активности, то есть, интеллектуальных биоритмов.

Нельзя забывать и о том, что человек все же является частью природы, поэтому на него оказывают влияние и фазы луны. Например, многие люди ощущают упадок сил в новолуние и повышенную активность во время полнолуния.

Биологический ритм - это колебательный процесс, приводящий к воспроизведению биологического явления или состояния биологической системы через приблизительно равные промежутки времени.

Мы считаем вполне естественным и ничуть не удивляемся, когда, например, ощущаем вечером сонливость и отправляемся спать, подчиняясь по существу своим биологическим часам. Еще более понятным и не требующим особых пояснений кажется нам появление с наступлением темноты ощущения усталости, которое, собственно, и вызывает сонливость. Но если человек на протяжении нескольких недель находится, ничего не делая, в полутемном помещении, куда не проникают никакие звуки, то и тогда он будет засыпать и просыпаться примерно каждые 24 часа, как бы отмеряя сутки за сутками.

В жизнедеятельности растений и животных помимо сна немало проявлений и других ритмов: более 2400 лет назад Гиппократ писал о подъемах и падениях, присущих физическому состоянию людей, почти 300 лет назад (1729) французский математик и астроном Жан жак де Меран обнаружил 24-часовую периодическую активность у растений, в дальнейшем Христофор Гуфелянд (1797), рассматривая колебания температуры тела у здоровых и больных пациентов, высказал предположение о том, что в организме существуют "внутренние часы", ход которых определяется вращением Земли вокруг своей оси. Он впервые обратил внимание на универсальность ритмических процессов у биологических объектов и подчеркнул, что наша жизнь, очевидно, повторяется в определенных ритмах, а каждый день представляет маленькое изложение нашей жизни.

Прогрессивное развитие учения о биологических ритмах провело к возникновению новой междисциплинарной фундаментальной науки - хронобиологии, которая изучает закономерности осуществления процессов жизнедеятельности организма во времени. Учение о биологических ритмах стало составной частью хронобиологии. Однако до настоящего времени, несмотря на внедрение методов хронобиологии в другие области исследования живых систем и формирование в медико-биологической науке новых направлений (хрономедицна, хронофармакология, хронопатология и т.д.), ученые так и не выработали единый словарь для новой науки, в результате чего проявления хронобиологических феноменов нередко именуют неодинаково, а термины, уже закрепленные, применяют в ином смысле или пытаются пересмотреть более или менее устоявшиеся термины. В процессе ознакомления с предметом мы рассмотрим эти противоречия.

Понятия хронобиологии и биоритмологии близки, но не тождественны. Согласно наиболее универсальному определению, принятому Международным обществом изучения биологических ритмов, хронобиология - наука, объективно исследующая на количественной основе механизмы биологической временнóй структуры, включая ритмические проявления жизни на всех уровнях организации живой системы. Действительно, хотя изучение периодичности жизненных явлений образует основу хронобиологических подходов, не всегда принимается во внимание, что колебания сочетаются с более медленными изменениями, которые не обязательно периодичны.

Биоритмология - наука, изучающая условия возникновения, природу, закономерности и значение биологических ритмов. Биоритм представляет собой колебания какого-либо биологического процесса (состояния), наступающие через приблизительно равные промежутки времени, когда процесс (состояние) возвращается к исходному проходя цикл. Повторяемость состояния (например, деление клетки) в ритме относительна. На самом деле каждый цикл повторения по своему содержанию отличается от предыдущего, но воспроизводится по тем же закономерностям.

Понятия "цикл" и "ритм" близки, их употребление определяется семантическими оттенками, что зависит от контекста. Под цикличностью чаще имеют в виду только повторяемость событий, употребляя термин "ритм", обычно подразумевают, что, кроме периода, известны и другие его параметры.

Интенсивность процесса на протяжении цикла меняется по сложным и у разных процессов неодинаковым законам, так что кривые, ее отражающие (форма волны), имеют сложную конфигурацию, например конфигурация электрокардиограммы, для описания которой требуется привлечение теорий предельных циклов и релаксационных колебаний.

Простейшая кривая, описывающая циклы (ритмы), – это синусоида, характеризующаяся определенными параметрами , используемыми для описания биологического ритма.

Классификация биоритмов

Проявлением и характеристикой, позволяющей судить о временной организации человека, является его хронотип. Чаще всего под этим термином понимают околосуточную динамику показателей, характеризующих общее состояние организма. Хронотип человека индивидуален, т.к. обусловлен, с одной стороны генетическими механизмами, а с другой – взаимодействием организма со средой.

Чаще всего хронотип человека определяют по уровню работоспособности - активной фазы биологического ритма "сон-бодрствование". Различия в этом ритме позволили распределить людей на "утренние" группы ("жаворонки"), "вечерние" группы ("совы") и "аритмичные" группы ("голуби"). "Совы" – поздно засыпают и поздно просыпаются, максимум суточных биоритмов активности и покоя у них сдвинут на более поздние часы в отличии от "жаворонков", которые рано просыпаются и рано засыпают. У "голубей" пик активности приходится примерно на середину дневного периода. На протяжении жизни временная организация человека может меняться: с возрастом смещаться в сторону "жаворонка" Происходит это вследствие изменения скорости секреции гормонов (в частности, гормона мелатонина, отвечающего за нормальное ритмическое течение биологических процессов организма). Именно отсюда склонность пожилых рано вставать и пораньше ложиться, а у молодых - бодрствовать допоздна и утром подольше поспать.

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Филиппенковская средняя общеобразовательная школа

Биологические ритмы

Подготовила ученица 10 класса

Бойко Оксана

Проверил учитель биологии

Чалый Н.С.

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

Биологические ритмы можно наблюдать на всех уровнях организации живой материи: от внутриклеточного до популяционного; развиваются в тесном взаимодействии с окружающей средой и являются результатом приспособления к тем факторам окружающей среды, которые изменяются с чёткой периодичностью (вращение Земли вокруг Солнца и своей оси, колебания освещённости, температуры, влажности, напряжённости электромагнитного поля Земли и т.п.)

Объективный анализ биологических ритмов предполагает измерение их различных параметров, в т.ч. амплитуды, частоты, периода колебаний и др.

Выделяют 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, др. 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. С такой периодичностью происходит чередование различных стадий сна, а во время бодрствования - периодов относительно высокой работоспособности и относительного расслабления. Биологические ритмы с периодом 20-28 ч называют околосуточными (циркадианными, или циркадными). Примерами их могут служить периодические колебания температуры тела, частоты пульса.

Выделяют так же группу биологических ритмов низкой частоты – около недельных около месячных, сезонных, около годовых, 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 в-в;

околомесячному - овуально - менструальный цикл у женщин;

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

окологодовые и многолетние биологические ритмы - темпы роста и физического развития детей и т.д.

Большинство ритмов формируются в процессе онтогенеза. Уже в организме новорождённого 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.

Наиболее изучены околосуточные биологические ритмы. Экспериментальные и клинические данные дают основание полагать, что состояние этих ритмов является универсальным критерием общего состояния организма. Установлены циркадианные колебания боле 300 физиологических функций организма человека.

Так, частота сердечных сокращений является максимальной в 15-16 ч, частота дыхания - в 13-16 ч, уровень систолического давления крови - в 15-18 ч, количество эритроцитов в крови - в 11- 12 ч, лейкоцитов - в 21-23 ч, ряда гормонов в плазме крови - 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. Поскольку температура тела определяет скорость биохимических. реакций, её повышение свидетельствует о том, что днём обмен в-в 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.

Лечение многих заболеваний должно строиться с учётом биологических ритмов. Предложено, 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 помещения, надёжно изолирующие человека от всех датчиков земного времени. В таких условиях ежедневно «передвигают» время отхода ко сну на три часа вперёд: лечение продолжается до тех пор, пока время отхода ко сну у здоровых людей.

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. Отклонение от правильного режима питания может приводить к существенному увеличению массы 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.

В циркадианном биологическом ритме меняется и работоспособность человека. Она имеет два подъёма: с 10 до 12 ч и с 16 до 18 ч. Ночью работоспособность понижается, особенно с 1 до 3 ч ночи.

У лиц, работающих в ночную смену, наблюдаются различные изменения функционального состояния организма. При работе ночью в одних условиях состояние вегетативных функций соответствует этой фазе 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. Ок. 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 переноситься гораздо легче, чем работа в три смены или только ночью.

Не всем людям свойственны однотипные колебания работоспособности. Одни (так наз. «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, наоборот, засыпают поздно, утром просыпаются с трудом, им свойственна наибольшая работоспособность во второй половине дня, а некоторым - поздним вечером или даже ночью.

Существует несколько простых правил, выполнение которых облегчает адаптацию к изменению временного пояса. Если изменение часового пояса происходит не недолгое 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 (3-10 дней) постепенно изменять режим труда и отдыха на месте постоянного жительства, приспосабливания его к новому временному поясу.

Кроме того, биологические ритмы способны изменяться. В целом убедительных доказательств в реальности теории расчётных ритмов нет.

биологичесий ритм регламенация распорядок

Приложение

Тест “Сова” или “Жаворонок”?

В каждом вопросе теста выбери один вариант ответа.

1. Трудно ли тебе вставать рано утром?

А. Да, почти всегда.

Б. Иногда.

Г. Крайне редко.

2. Если бы у тебя была возможность выбора, в какое время ты ложилась бы спать?

А. После 1 часа ночи.

Б. С 23 часов 30 минут до 1 часа.

В. С 22 часов до 23 часов 30 минут.

Г. До 22 часов.

3. Какой завтрак ты предпочитаешь в течение первого часа после пробуждения?

А. Плотный.

Б. Не слишком плотный.

В. Можешь ограничиваться вареным яйцом или бутербродом.

Г. Достаточно чашки чая или кофе.

4. Если вспомнить твои последние размолвки в школе и дома, то преимущественно, в какое время они происходили?

А. В первой половине дня.

Б. Во второй половине дня.

5. От чего ты могла бы отказаться с большей лёгкостью?

А. От утреннего чая или кофе.

Б. От вечернего чая.

6. Насколько легко нарушаются твои привычки, связанные с принятием пищи, во время каникул?

А. Очень легко.

Б. Достаточно легко.

В. Трудно.

Г. Остаются без изменений.

7. Если важно утром предстоят важные дела, насколько времени раньше ты ложишься спать по сравнению с обычным распорядком?

А. Более чем на 2 часа.

Б. На 1-2 часа.

В. Менее чем на час.

Г. Как обычно.

8. Насколько точно ты можешь определить промежуток времени, равный минуте?

А. Меньше минуты.

Б. Больше минуты.

Если ты набрала 0-7 баллов ты «жаворонок»; 8-13- аритмик; 14-20 – «сова».

1. Перечислите биологические ритмы, которые вам известны.

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

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;

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 (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.

Наука, изучающая ритмичность в биологии, возникла в конце XVIII века. Ее основателем считается немецкий врач Христофор Вильям Гуфелянд. С его подачи длительный период организма считались зависимыми исключительно от внешних цикличных процессов, в первую очередь от вращения Земли вокруг Солнца и собственной оси. Сегодня хронобиология пользуется популярностью. Согласно доминирующей в ней теории, причины биоритмов лежат как вне, так и внутри конкретного организма. Причем повторяющиеся во времени изменения свойственны не только отдельным особям. Они пронизывают все уровни биологических систем — от клетки до биосферы.

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 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 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 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 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

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 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.