9.6. Биологические ритмы. Значение хронобиологии в медицине

С древних времён обращалось внимание на ритмический характер многих биологических явлений и процессов. Однако лишь к середине ХХ века было сформулировано представление о временной организации живых систем и началось интенсивное изучение биологических ритмов.

Биологические ритмы - это периодические воспроизведения изменений характера и интенсивности биологических процессов и явлений. Они в той или иной форме присущи всем живым организмам и отмечаются на всех уровнях организации. У растений ритмы проявляются, например, в суточном движении листьев, лепестков, осеннем листопаде и т.д. Ритмы животных чётко выражены в периодичности двигательной активности и многих других функций (колебания температуры, секреция гормонов, синтез РНК, деления клеток и др.). Ритмический характер имеют многие физиологические процессы (суточные колебания артериального давления и показателей свёртываемости крови, количественные показатели лимфы). Биологические ритмы наследственно закреплены и являются важнейшим фактором адаптации и эволюции в целом.

Биологические ритмы могут возникать как реакция на периодические изменения среды (экзогенные ритмы) либо генерируются самим организмом (эндогенные ритмы). Последние возникают на основе саморегулирующихся процессов в живых системах (клетках, тканях и т.д.). Внешние воздействия оказывают на эндогенные ритмы ограниченное влияние, сдвигая фазу этих биологических ритмов и меняя их амплитуду.

Экзогенные ритмы имеют внутренний компонент, который сохраняется в постоянных лабораторных условиях на фоне температурных сдвигов и изменений химического состава и других условий среды. При этом их период не зависит от интенсивности обменных процессов. Так, у помещённых в лабораторный аквариум морских моллюсков длительно сохраняется приливная и лунная периодичность открывания створок раковин.

Экзогенные ритмы способны «подстраиваться» к изменениям цикличности внешних условий, однако лишь в определённом (ограниченном) временном диапазоне. Такая подстройка возможна потому, что в течение каждой фазы ритма имеются определённые интервалы времени (время потенциальной готовности), когда организм готов к восприятию сигнала извне, например, яркого света или темноты, резкого похолодания и т.д. Поэтому если сигнал несколько запаздывает или приходит преждевременно, то фаза ритма сдвигается: начинается и заканчивается позднее или, наоборот, раньше.

Исходя из продолжительности периода, биологические ритмы подразделяют на:

а) околочасовые ритмы с периодичностью один или несколько (до 6-ти) часов; они свойственны, например, внутриклеточному метаболизму (синтезу белков и т.п.);

б) ультрадианные ритмы с периодичностью 7-15 часов (например, процесс синтеза, накопления и выделения секрета);

в) суточные (циркадные, циркадианные), или околосуточные ритмы с периодом 20-28 часов. Они рассматриваются большинством учёных как собственная спонтанная и генетически закреплённая цикличность биологических процессов в организме, которые приобрели суточную периодичность под влиянием экзогенных факторов (например, суточные колебания артериального давления и свёртываемости крови и др.). Суточные ритмы ограничивают осуществление тех или иных функций определённым временем суток. Суточные ритмы сформировались в конечном итоге как адаптация к смене в течение 24 часов тёмной и светлой фаз суток. Однако они имеют, по-видимому, эндогенное происхождение и отчётливо проявляющуюся эндогенную составляющую. Последнее подтверждается результатами эксперимента с добровольцами, которых помещали жить на несколько недель в пещеру; при этом личные сутки у всех испытуемых удлинялись и составляли 28, 32, 36 и более часов;

г) инфрадианные ритмы с периодичностью 23-28 дней (например, лунный ритм у женщин с периодичностью 28 дней);

д) окологодичные (цирканные) ритмы - повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений с периодом от 10 до 13 месяцев. Эти ритмы часто расходятся с периодичностью изменений внешней среды, что указывает на их обусловленность эндогенным фактором.

Биологические ритмы изучает хронобиология и специальный её раздел - биоритмология. Несмотря на интенсивное развитие хронобиологии с середины ХХ века, многие её ключевые проблемы остаются нерешенными. Нет единого взгляда, в частности, на природу биологических часов - способности живого к отсчёту времени на различных уровнях организации, которая присуща любой клетке эукариот. По-видимому, в основе такой способности лежит строгая периодичность протекающих в клетке физико-химических процессов - т.е. эндогенные биологические ритмы. Многие исследователи считают, что природа биологических часов обусловлена способностью организмов воспринимать циклические колебания геофизических факторов (суточную и сезонную периодичность электрического и магнитного полей Земли, солнечной и космической радиации и др.). Другие полагают, что эндогенные ритмы у млекопитающих регулируются гипоталамо-гипофизарной системой, или же пейсмекерами, которые расположены в головном мозге и управляют ритмами клеток, органов и целостного организма.

Строго циклические изменения биохимических и физиологических процессов очень часто приурочены к циклическим изменениям во внешней среде. Наиболее ярко это проявляется в суточных ритмах. Ритмический характер многих физиологических процессов обусловливает ритмический характер общего физического состояния и психологических функций, а в конечном итоге - ритмический характер жизнедеятельности человека. Нарушения установившихся ритмов жизнедеятельности могут снижать работоспособность, оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье.

Нарушение приуроченности биоритмов человека к периодическим изменениям во внешней среде получило название десинхроноза. В качестве примеров можно привести перелёт в другой часовой пояс. Последствиями десинхроноза могут являться обострения хронических заболеваний, повышенная утомляемость и снижение работоспособности.

Достижения биоритмологии имеют важное значение для организации рационального режима труда и отдыха человека, особенно в экстремальных условиях (работа в ночную смену, в полярных условиях и в космосе, перелёт в другие часовые пояса и т.п.), когда нарушается приуроченность эндогенных биологических ритмов к циклическим изменениям внешней среды. Суточные ритмы клеточной пролиферации учитываются, например, в онкологических клиниках при назначении лекарств, действующих на делящиеся клетки.