Наталья Иванова - Медицинская экология
Существует несколько классификаций биоритмов, в зависимости от критериев, положенных в их основу.
По принадлежности к классу явлений ритмы подразделяются (Оранский И. Е., 1988):
I. Ритмы неживой природы.
II. Ритмы живой природы:
а) растений;
б) животных;
в) человека.
В настоящее время в человеческом организме обнаружено более 500 биоритмов на различных структурных уровнях: клеточном, тканевом, органном, организменном (Воложин A. M., Субботин Ю. К., 1998).
Биоритмы характеризуются широким диапазоном периодов – от миллисекунды до нескольких десятков лет. В связи с этим различают низко-, средне– и высокочастотные биоритмы (Смирнов К. М. [и др.], 1980; Оранский И. Е., 1988; Halberg F., 1969):
1. Ритмы высокой частоты – от долей секунды до 30 мин (осцилляции на молекулярном уровне, ритмы электроэнцефалограммы, сокращения сердца, дыхание, перистальтика кишечника).
2. Ритмы средней частоты – от 30 мин до 6 сут включают:
а) ультрадианные – от 30 мин до 20 ч. Сюда относятся колебания главных компонентов мочи и крови с частотой одного цикла около 20 ч, повторение стадий быстрых движений глаз через каждые 90 мин сна, процессы секреции;
б) циркадианные (околосуточные) – от 20–28 ч. Они синхронизированы с вращением Земли вокруг оси, сменой дня и ночи (ритмы сон – бодрствование, суточные колебания различных физиологических параметров – температуры тела, артериального давления, частоты клеточных делений и др.). Эти ритмы наиболее устойчивые и сохраняются в течение жизни организма;
в) инфрадианные – от 28 ч до 6 сут. Эти ритмы наименее изучены (недельный ритм выделения с мочой некоторых гормонов).
3. Ритмы низкой частоты (от 7 дней и выше).
а) циркасептидианные – 7 дней (околонедельный);
б) циркавигинтидианные – 21 день;
в) циркатригинтидианные – 30 дней (лунный);
г) циркануальный – около 1 года;
д) макроритмы – обусловленные циклами солнечной активности с периодами 2 года, 3 года, 5 лет, 8 лет, 11 лет, 22 года, 35 лет;
е) мегаритмы – свыше 10 лет.
Низкочастотные ритмы процессов жизнедеятельности, так же как и суточные (циркадианные), широко представлены в организме и имеют связь с геофизическими и социальными факторами. В основе выделения каждого из биоритмов лежат четко регистрируемые колебания какого-либо функционального показателя. Например, околонедельному биоритму соответствует уровень выделения с мочой некоторых гормонов, околомесячному – овариально-менструальный цикл у женщин, сезонным биоритмам – изменение продолжительности сна, мышечной силы, заболеваемости и др., окологодовым – рост и физическое развитие детей, иммунитета. Мегаритмы проявляются в изменении численности популяций, видов животных, вспышках эпидемий.
В зависимости от уровней гомеостатических механизмов биоритмы человека можно подразделить на следующие классы (Моисеева Н. И., Сысуев В. М., 1981):
1. Биоритмы клеточных образований, клеток, тканей.
2. Биоритмы органов.
3. Организменные биоритмы.
4. Биоритмы популяций.
Частотные спектры разных уровней биоритмов в значительной степени перекрываются, однако существует общая тенденция к увеличению длины периодов по мере усложнения биологических систем.
С точки зрения взаимодействия организма и среды, выделяют два типа колебательных процессов:
1. Адаптивные ритмы (экологические), или биоритмы, то есть колебания с периодами, близкими к основным геофизическим циклам, роль которых заключается в адаптации организма к периодическим изменениям внешней среды.
2. Физиологические, или рабочие, ритмы, то есть колебания, отражающие деятельность физиологических систем организма (сердцебиение, дыхание и т. д.).
Период (частота) физиологического ритма может изменяться в широких пределах в зависимости от степени функциональной нагрузки. Период экологического ритма, напротив, сравнительно постоянен, закреплен генетически.
В биоритме всегда присутствуют две компоненты – экзогенная и эндогенная. Экзогенная компонента биоритма – это воздействие на организм любого внешнего фактора, эндогенная – обусловлена ритмическими процессами внутри организма. Эндогенный ритм непосредственно определяется генетической программой организма, которая реализуется через нервный и гуморальный механизмы.
Биоритмы имеют внутреннюю и внешнюю регуляцию.
Внутренняя регуляция биоритмов определяется функционированием так называемых биологических часов. Для объяснения эндогенных механизмов биологических часов предложено несколько гипотез.
1. «Хрононгипотеза» – была сформулирована К. Д. Ере и Е. А. Тракко. Согласно этой гипотезе механизм околосуточных ритмов связан с наследственным аппаратом клетки, в частности с определенными участками дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).
2. «Мембранная теория». Согласно данной теории цикличность наблюдаемых процессов регулируется состоянием липидно-белковых мембран и их проницаемостью для ионов калия, которая периодически изменяется. Мембранные структуры клетки, обладая рецепторными свойствами, контролируют биоритмы, связанные с фотопериодизмом и действием температурных факторов.
3. «Мультиосцилляторная модель». Считается, что в организме существуют собственные биологические осцилляторы (пейсмекеры) и наблюдаемые периоды ритмов отражают работу биологических. Источником такой активности является энергия метаболизма. Биологических часов в организме много (к настоящему времени у человека обнаружено более 300, ритмически меняющихся с периодом около 24 ч физиологических функций).
В настоящее время общепризнано, что циркадианная система организма строится по мультиосцилляторному принципу, согласно которому автономные генераторы суточных ритмов объединяются в несколько групп сцепленных осцилляторов, относительно независимых друг от друга, но имеющих иерархическую соподчиненность и синхронизированных по фазе и периоду. Что касается механизма биологических часов, то уже не вызывает сомнения сам факт наличия клеточных пейсмекеров (генераторов ритма), способных генерировать автоколебания с околосуточным периодом (Гора Е. П., 1999).
Мультиосциллярный принцип организации повышает адаптивную пластичность организма, позволяя эффективно приспосабливаться к различным по временной организации условиям среды.
Согласно исследованиям Комарова Ф. И., (1989) в организме осцилляторы одного иерархического уровня функционируют параллельно, а разных уровней – последовательно (рис. 3).
Внутренняя регуляция биоритмов. Согласно современным представлениям, в организме действуют биологические часы трех уровней (Билибин Д. П., Фролов В. А., 2007).
Первый уровень связан с деятельностью эпифиза. Современные исследования показывают, что биологические ритмы находятся в строгой иерархической подчиненности основному водителю ритмов, расположенному в супрахиазматических ядрах гипоталамуса (СХЯ). Гормоном, доносящим информацию о ритмах, генерируемых СХЯ, до органов и тканей, является мелатонин (по химической структуре – индол), преимущественно продуцируемый эпифизом из триптофана. Мелатонин также продуцируется сетчаткой, цилиарным телом глаза, органами ЖКТ. Активация регуляторной деятельности эпифиза относительно биоритмов «запускается» сменой дня и ночи (входным «рецептором» являются, в том числе, и глаза, хотя и не только они).
Рис. 3. Принцип взаимодействия осцилляторов:
I, II – природные синхронизаторы, внешние по отношению к организму; 11–23 – внутренние осцилляторы организма; первая фаза индекса – иерархический уровень, вторая – номер осциллятора на иерархическом уровне.
Толщина стрелок отражает силу влияния
Ритм продукции мелатонина эпифизом носит циркадианный характер и определяется СХЯ, импульсы из которого регулируют активность норадренергических нейронов верхних шейных ганглиев, чьи отростки достигают пинеалоцитов. Мелатонин является мессенджером не только основного эндогенного ритма, генерируемого СХЯ и синхронизирующего все остальные биологические ритмы организма, но также и корректором этого эндогенного ритма относительно ритмов окружающей среды. Следовательно, любые изменения его продукции, выходящие за рамки нормальных физиологических колебаний, способны привести к рассогласованию как собственно биологических ритмов организма между собой (внутренний десинхроноз), так и ритмов организма с ритмами окружающей среды (внешний десинхроноз).
Второй уровень биологических часов связан с супраоптической частью гипоталамуса, который с помощью так называемого субкомиссурального тела имеет связи с эпифизом. Через эту связь (а может быть, и гуморальным путем) гипоталамус получает «команды» от эпифиза и регулирует биоритмы далее. В эксперименте было показано, что разрушение супраоптической части гипоталамуса ведет к нарушению биоритмов.
