Основные теории о природе биоритмов.

Современные биологи не имеют единого мнения относительно природы биоритмов. Большинство авторов считает, что природа биоритмов эндогенна, так как в процессе эволюции могли выжить те организмы, которые уловив изменения в природных условиях, в такт им настроили свой ритмический аппарат и передали это свойство потомкам. Подтверждением этого взгляда является исследование биоритмов у однояйцевых близнецов, выросших в разных семьях. Разлученные близнецы развивались по сходным биологическим часам: одинаково прибавляли в весе, имели одинаковый пульс.

Американский профессор Фрэнк А.Браун и его сторонники считают, что биологические ритмы - это результат непрерывного воздействия экзогенных космических и геофизических факторов проникающего характера, таких как космические лучи, атмосферное давление, электромагнитные поля, ионизация атмосферы. Интенсивность этих потоков связана с фазами Луны и циклами солнечных пятен.

Сторонники третьей точки зрения считают, что биологические ритмы приобретаются в результате обучения, запускаются самыми ранними впечатлениями от суточного цикла сразу после рождения и продолжают действовать в течение всей жизни. Уже в организме новорожденного регистрируются функции, которые обладают околосуточным ритмом (с периодом от 23 до 25 ч). У недоношенных детей ритмичность развивается значительно позже, чем у детей, родившихся в срок. Значительное влияние на процесс развития околосуточных колебаний у новорожденного оказывают условия окружающей среды. Так, строгое соблюдение режима кормления ребенка ускоряет проявление околосуточной ритмичности. Синхронизация околосуточного ритма с социальным суточным циклом наступает у каждого ребенка в разное время, примерно между 6-й и 16-й неделей после рождения.

Физиологические и генетические механизмы формирования биоритмов.

В 1972 году американские исследователи Роберт Мур и Виктор Эйхлер показали, что циркадным ритмом млекопитающих управляет супрахиазматическое ядро (СХЯ). Оно расположено в гипоталамусе на уровне основания носа позади глаз над перекрестом зрительных нервов, связана с шишковидной железой (эпифизом – железа внутренней секреции в промежуточном мозге). Его считают центральным водителем ритма, который настраивается с помощью световых сигналов, поступающих от сетчатки глаза. СХЯ обрабатывает информацию о длине светового дня и посылает с игнал в эпифиз, где секретируется гормон мелатонин. Мелатонин - естественный хронобиотик (регулятор биологического ритма). Его называют "гормон ночи" (гормона сна), так как он образуется преимущественно в темное время суток. Около двух часов ночи концентрация мелатонина максимальна - в 30 раз больше, чем днём. Зимой, когда световой день короткий – этого гормона вырабатывается больше, чем в летнее время. Снижение концентрации мелатонина наблюдается во время магнитной бури. Циркуляция мелатонина является важным нейроэндокринным маркером начала, окончания и продолжительности периода темноты для биологической организации позвоночных. Установлено, что мелатонин является антиоксидантом, нейтрализующим свободные радикалы, улучшает иммунитет, препятствует росту раковых опухолей, замедляет процессы старения органов и тканей организма, способствует восстановлению и нормальной работе нервной системы человека. Препарат "мелатонин" назначают в качестве снотворного, для нивелирования влияния магнитных бурь на больных с сердечно-сосудистой патологией.

Координация многочисленных ритмических процессов в организме осуществляется благодаря циклической деятельности гипоталамо-гипофизарной системы. Гипоталамус посредством рилизинг-гормонов регулирует тропные функции аденогипофиза. В соответствии с циркадными ритмами центрального гипоталамо-гипофизарного звена изменяется секреторная активность периферических эндокринных желез.

Молекулярный часовой механизм в супрахиазматическом ядре представлен несколькими основными «часовыми» генами, обеспечивающих циркадианный ритм (Per1, Per2, PerЗ, Cry-1, Cry-2, Clock, Bmal1/Мор3, Tim и др.). Активация генов постепенно ослабляется через механизм обратной связи. Гены Period (Per) были впервые обнаружены в 1971 году с помощью техники картирования генов на Х хромосоме дрозофилы, а ген Сlock (circadian locomotoroutput cycles kaput - «циркадный прерыватель циклов двигательной активности») - в начале 1990-х годов.

Белки-активаторы генов BMAL1 и CLOCK связываются с регуляторным участком ДНК (E-box), при этом «включаются в работу» часовые гены Per и Cry (Cryptochrome). Это происходит рано утром, а к полудню нарабатывается максимальное количество белков PER и CRY. Они увеличивают частоту сердечных сокращений, сужают сосуды, повышая, артериальное давление. Вследствие этого большее количество кислорода поступает в мозг, и нервные клетки вступают в активную фазу. Сонливость в течение дня – признак недостатка экспрессируемого генами белка. Белки накапливаются в клеточной цитоплазме, а в ночной период постепенно возвращаются в ядро и гасят активность белков BMAL1 и CLOCK, образуя с ними прочный комплекс, что приводит к блокировке генов Per и Cry. Потом белки PER и CRY постепенно распадаются, и молекулы BMAL1 и CLOCK высвобождаются, чтобы начать новый суточный цикл в клетке - включить часовые гены Per и Cry. Суммарная продолжительность такого циклического процесса составляет около 24 часов. По данным публикаций американских ученых в 2012 году, сложный цикл биохимических реакций, направленных на пробуждение запускает белок JARID1a, активируя по принципу каскада другие гены. Белок кодирует ген KDM5A.

Основой периодических изменений функций организма человека являются суточные биоритмы. Благодаря им человек может напряженно работать в часы оптимального состояния организма, используя периоды относительно низкого функционирования для восстановления сил. Амплитуда одних функций может значительно увеличиваться в течение суток, других - уменьшаться, а третьих - изменяться вокруг среднего уровня в ту или другую сторону. Например, допустимо превышение концентрации биологически активных веществ в крови на 50% среднесуточной величины, а температура тела может колебаться лишь в пределах 1°С.

Ведущую роль в координации циклических процессов в организме играют циркадианные колебания функциональной активности нервной системы. Суточные колебания тонуса вегетативной нервной системы тесно связаны с циклом свет-темнота и, соответственно, сон-бодрствование. Тонус симпатической части ВНС преобладает в период дневной активности, парасимпатической части – во время ночного сна. Биоритм этих систем связан с работой эпифиза, в котором продуцируется мелатонин, и другими структурами центральной нервной.

Н е менее важен температурный ритм. Ночью температура тела человека самая низкая, к утру она повышается и достигает максимума к 18 часам. Синхронны с температурным биоритмом ритмы артериального давления, частоты пульса, дыхания. Наибольшая частота сердечных сокращений наблюдается к 18 часам. В это же время отмечается повышение артериального давления крови. Наименьшие показатели пульса бывают около 4 часов, а артериального давления - примерно около 9 часов. Установлено, что утром повышается внутриглазное давление, наблюдается максимальное количество гемоглобина, сахара и адреналина в крови. Максимум адреналина обнаруживается в 9 часов, что обуславливает достаточно высокую психическую активность человека в первой половине дня. Максимум секреции тропных гормонов проявляется во время ночного сна. У мужчин увеличение секреции гонадотропинов на протяжении суток происходит несколько раз, а у женщин минимальный уровень лютеинизирующего гормона определяется в начале ночного сна, плавно нарастая в дальнейшем. Циклично работает и пищеварительная система. В первой половине дня усилены моторная деятельность желудка и перистальтика кишечника, печень расходует запасенный гликоген, максимально продуцирует желчь, поэтому это оптимальный период для переваривания и накопления белков и жиров. Во второй половине дня печень начинает ассимилировать сахара, накапливает гликоген и воду. Физиологически обоснованным является прием белковой пищи в первой половине дня, а углеводной и молочной - во второй.

Характерные изменения в течение суток претерпевает и биоэлектрическая активность мозга. Ночью у человека снижается память, мышечная сила, отмечается замедленность в действиях, увеличивается число ошибок при решении арифметических задач.

На М-образной физиологической кривой работоспособности отчетливо прослеживаются два главных периода активности (между 10 и 12 часами и 16 и 18 часами). К 14 часам и в вечерние часы работоспособность падает. Биологическое значение естественных суточных колебаний физиологических функций состоит в обеспечении высокой активности, выносливости и работоспособности человека днем и, соответственно, отдыха и восстановления ночью. В современной науке суточные ритмы человека используют в качестве универсального критерия оценки состояния здоровья.