Логотип журнала "Провизор"








Ритмы жизни

Л. В. Львова, канд. биол. наук

Ритмически совершает Вселенная бег свой по пути бесконечности, закону аритмического движения следуют космические процессы… Как день сменяет ночь, так бдение приходит на смену сна… ритмически протекают в организме жизненные процессы и нет ни одного среди них, который, не став патологическим, мог бы нарушить закон своего ритма.

А. А. Богомолец, 1928 год

Хронобиология — наука молодая. Существует она около ста лет. И все эти годы исследователи пытаются разобраться в механизмах, отвечающих за ритмичность биологических процессов в живых организмах

Истоки

Периодичностью биологических процессов ученые интересовались издавна.

Периодические колебания листьев некоторых растений в полной темноте де Мейран описал еще в 1729 году. Несколько позже, в 1751 году, благодаря шведскому естествоиспытателю Карлу Линнею появились первые цветочные часы с крайне простым устройством: циферблат был поделен на секторы, засаженные цветами, раскрывающимися в определенный час.

Так что первые сведения о биологических ритмах были получены из наблюдений за растениями. И все же учение о ритмах жизни зиждется не на ботанических изысканиях — основателем хронобиологии принято считать немецкого врача Христофора Вильяма Гуфелянда, который в 1797 году обратил внимание коллег на универсальность ритмических процессов в биологии и при этом не преминул подчеркнуть, что изо дня в день наша жизнь повторяется в определенных ритмах, что каждый день представляет ее краткое изложение и что суточный цикл вращения Земли вокруг Солнца регулирует жизнедеятельность всего живого, в том числе и физиологические процессы человеческого организма.

Подобные взгляды, по-видимому, и привели к тому, что долгое время биоцикличность рассматривалась как пассивная реакция на ритмичность неких внешних процессов. В начале ХХ века исследователи лет двадцать искали неведомый фактор «Х» — предположительную причину периодичности физиологических процессов, протекающих при постоянных освещенности и температуре.

Фактора «Х» найти не удалось. Зато несколькими годами позже шведский исследователь Фольсгрен в опытах на кроликах обнаружил суточный ритм гликогена и желчеобразования. А советские ученые — Е. Е. Введенский, А. И. Ухтомский, И. П. Павлов и В. В. Парина — теоретически обосновали механизмы возникновения ритмических процессов в нервной системе и показали, что ее (т. е. нервной системы) ритм определяет прежде всего ритм возбуждения и торможения. Примерно в те же годы появились и другие работы, доказывающие активность периодических процессов в живых организмах. Все это позволило считать суточный ритм спонтанной, возможно, генетически запрограммированной периодичностью, не зависящей от внешних явлений.

Однако эта точка зрения тоже не выдержала испытания временем — сегодня большинство ученых склоняется к мысли о том, что эндогенная (т. е. внутренняя) по своей природе ритмичность биологических процессов подвержена влиянию факторов внешней среды. Большой популярностью среди хронобиологов пользуется мультиосцилляторная модель регуляции ритмических процессов в организме. Суть ее состоит в следующем.

Некоторые ритмические колебания (осцилляции) представляют собой внутренние, генетически обусловленные свойства клеток. В сложном многоклеточном организме все эти осцилляции подчиняются вполне определенной иерархии, благодаря которой организм и работает как единое целое. За сохранность этой иерархии отвечают нейрогуморальные механизмы, которые и сами следуют строжайшему режиму.

Иными словами, с помощью нейрогуморальных механизмов фазовые взаимоотношения ритмов согласовываются таким образом, чтобы однонаправленные процессы «поддерживали» друг друга, а разнонаправленные, несовместимые — находились в противофазе. Без «координатора» (или, как говорят хронобиологи, осциллятора) с подобной задачей справиться невозможно.

Если подойти к проблеме «координатора» с позиций филогенеза, то становится понятно, что у животных, находящихся на нижних ступенях эволюции, не найти лучшего «координатора», нежели эпифиз вместе со своим гуморальным агентом — мелатонином, выделяющимся под воздействием темноты и разрушающимся на свету. Благодаря этому свойству, его и можно рассматривать как основную сигнальную систему, доносящую до всех клеток организма информацию о времени дня и световой фазе суточного цикла. Однако по мере подъема организма по эволюционной лестнице, сопровождающегося формированием у него нервной системы, появляется еще один претендент на роль «координатора» — супрахиазматические ядра гипоталамуса (которые анатомически и функционально связаны с эпифизом).

Именно по этой причине в ученом мире и господствует мнение о том, что у млекопитающих главенствующее место в регуляции суточных ритмов многих функций занимают супрахиаматические ядра гипоталамуса, а у организмов, стоящих на более ранних ступенях эволюции,— эпифиз. И все-таки физиологическое значение эпифиза, и тем более мелатонина, нельзя недооценивать.

Причин тому несколько.

Во-первых, в опытах по выяснению ведущей роли осциллятора нарушались естественные анатомические взаимоотношения эпифиза и супрахиазматических ядер гипоталамуса. Во-вторых, по некоторым данным, мелатонин помимо эпифиза вырабатывается в сетчатке и кишечнике и, следовательно, результаты опытов по удалению эпифиза нельзя считать доказательством отсутствия влияния мелатонина. В-третьих, множество экспериментальных работ свидетельствует о влиянии мелатонина на процессы старения и иммунитет и объяснить полученные данные можно как раз его гармонизирующим влиянием на организм. Кроме того, вполне возможно, что нейрогенное и эндокринное звенья ритморегулирующей системы супрахиазматические ядра гипоталамуса и эпифиз формируют совместно.

Но в любом случае, независимо от того утрачивает ли свои функции эпифиз или делит их с супрахиазматическими ядрами на более высоких ступенях эволюции, мультиосцилляторная модель предполагает наличие еще одного, вспомогательного осциллятора — надпочечников. Мотивируя его присутствие тем, что в надпочечниках ритмические процессы длительное время могут протекать самостоятельно (даже если орган лишен связи с организмом).

Синхронизация, синхронизация и еще раз синхронизация

Периодические изменения биологических процессов (как количественные, так и качественные), происходящие на разных уровнях организации живого — будь то молекулярно-генетический, клеточный, тканевый, органный или даже популяционно-биосферный уровень,— ученые окрестили биоритмами и в соответствии с выполняемой функцией разделили их на физиологические (т. е. рабочие циклы отдельных систем организма) и экологические, или адаптивные, связанные с приспособлением к периодическим воздействиям внешней среды.

Согласно классификации известного хронобиолога Ф. Хальберга все ритмические процессы организма в соответствии со своей длительностью подразделяются на несколько групп: ритмы высокой частоты с периодом до получаса, ритмы средней частоты с периодом от получаса до шести дней и ритмы низкой частоты с периодом от шести дней до одного года.

К первой группе относятся ритмы дыхания, работы сердца, электрических явлений в головном мозге и периодические колебания в цепи биохимических реакций. Ко второй — смена сна и бодрствования, активности и покоя, околосуточные изменения обмена веществ. Третья группа объединяет недельные, лунные и годичные ритмы, охватывающие циклы эксреции гормонов, сезонные изменения течения биохимических реакций и длительно-временные изменения работоспособности.

Но, как известно, периодические изменения свойственны не только человеческому организму, но и окружающей среде. Ритмы среды обитания называются синхронизаторами — физическими и социальными.

Под физическими синхронизаторами подразумевается чередование света и тьмы, напряженности электрических и магнитных полей, суточные и сезонные колебания температуры и влажности воздуха, атмосферного давления и т.п. Под социальными — распорядок производственной и бытовой деятельности.

И физические, и социальные синхронизаторы, постоянно взаимодействуя с биоритмами человеческого организма, накладывают на них отпечаток. (Взять хотя бы биоритмы функции почек. По имеющимся данным, показатели биоритмов почечной функции зависят от условий труда и меняются у людей, адаптированных к работе в ночную смену. А суточный ритм выделения воды, ионов натрия, калия и хлора различен в разных географических зонах.)

В норме биоритмы синхронизированы с условиями внешней среды. Но иногда может наступить рассогласование биологических ритмов с физическими и социальными синхронизаторами (или, как их еще называют, датчиками времени). В хронобиологии такое явление известно как десинхроноз.

Десинхроноз бывает внутренним и внешним.

Внутренний десинхроноз характеризуется рассогласованием биоритмов внутри организма. Примерами подобного десинхроноза может служить изменение ритма питания по отношению к обмену веществ или рассогласование ритмов сна и бодрствования, приводящее к раздражительности, бессоннице и плохому самочувствию.

Внешний десинхроноз возникает при рассогласовании внутренних биоритмов и условий среды, что, к примеру, происходит при трансконтинентальных перелетах, сопровождающихся сменой часового пояса.

Обычно о появлении рассогласования и перестройки биоритмов судят по объективным показателям — изменению артериального давления, нарушению сна, плохому аппетиту — и субъективным ощущениям раздражительности и повышенной утомляемости.

Хронобиологи десинхронизацию биоритмов считают сигналом бедствия: по их мнению, любое заболевание является нарушением той или иной функции организма и изменения ее суточной ритмичности.

К слову, весьма мощным десинхронизатором является алкоголь.

Правда, судя по данным российских исследователей, в малых дозах алкогольные напитки практически безвредны, поскольку не вызывают серьезных сдвигов в биоритмах организма. Другое дело — большие дозы. Особенно «принятые» утром и днем. Или, что еще опаснее, систематическое употребление алкоголя, ведущее к развитию тотального и хронического десинхроноза, который помимо всего прочего ухудшает еще и общий фон имеющихся негативных изменений в организме.

Что касается средних доз, то их прием вызывает кратковременное (длящееся около трех часов) повышение активности, улучшение настроения и самочувствия. Затем наступает резкий спад, который ощущается в течение двух суток. И только на третьи сутки восстанавливаются суточные ритмы физической работоспособности и функций эндокринной системы. Да и то только в молодости и зрелости — у пожилых людей восстановление суточных ритмов происходит гораздо дольше.

День и ночь — сутки прочь

Особое внимание хронобиологи уделяют изучению суточных ритмов физиологических процессов. И это неудивительно. Знание суточных ритмов весьма полезно в оптимальной организации режима труда и отдыха (хроногигиена), в диагностике (хронодиагностика) и лечении заболеваний (хронотерапия) и, наконец, оно (т. е. знание ритмов) помогает научно обосновать дозировки лекарственных препаратов (хронофармакология).

Суточную периодичность имеют более трех сотен физиологических процессов человеческого организма.

Одни процессы в течение суток могут претерпевать весьма существенные изменения и при этом не выходить за рамки нормы. (К примеру, вполне допустимым считается превышение среднесуточной величины концентрации биологически активных веществ в крови в 1,5 раза.) Другие же могут лишь незначительно колебаться в ту или другую сторону относительно среднего уровня. Пример тому температура тела, играющая важную роль в адаптации человека к постоянно меняющимся условиям внешней среды.

В течение суток температура тела меняется волнообразно: от часа ночи до пяти часов утра температура тела минимальна. К 18 часам она достигает своего максимального значения.

При этом амплитуда колебаний не выходит за рамки 0,6-1°С.

Меняется в течение суток и разница температуры кожи лба и периферических участков рук. Если утром эта разница составляет около 3,1°С, то днем она уменьшается на две десятых градуса, а ночью падает до 1,7°С. Наибольшей стабильность в этой «паре» отличается кожа лба — ее температура почти не меняется на протяжении суток. Функцию же своеобразного «резервуара тепла» берет на себя кожа конечностей: при температуре окружающей среды от 19 до 33°С именно через нее и осуществляется терморегуляция.

Сердечно-сосудистая система тоже реагирует на любые изменения среды. И не только своей естественной ритмической деятельностью — изменения сказываются и на ее суточных ритмах. По имеющимся данным, работоспособность сердечно-сосудистой системы резко снижается дважды в сутки — около часа дня и девяти часов вечера.

Суточные колебания физиологических процессов отражаются и на деятельности кроветворных органов. Но по-разному: ранним утром наибольшей активностью обладает костный мозг. Тогда как пик активности селезенки и лимфатических узлов приходится примерно на 8 часов вечера.

Определенному ритму подчиняется и эндокринная система.

Как показали эксперименты, в утренние часы, еще до начала двигательной активности, в крови увеличивается содержание адреналина. А в 9 часов уровень гормона в крови достигает максимума, чем, кстати говоря, и объясняется достаточно высокий уровень психической активности в первой половине дня.

Что до половых гормонов, то у мужчин увеличение секреции гонадотропинов происходит несколько раз в сутки. У женщин в период ночного сна происходит плавное нарастание уровня лютеинизирующего гормона.

Около полуночи усиливается деятельность задней доли гипофиза, с чем, к слову, и связана активизация родовой деятельности в это время суток.

Как недавно выяснилось, активность ферментных систем тоже меняется на протяжении суток, что обусловлено изменением концентрации водородных ионов: с трех до пятнадцати часов внутренняя среда организма находится преимущественно в кислой фазе, а с пятнадцати до трех — в щелочной.

Суточная периодичность присуща и пищеварительной системе.

В первой половине дня печень расходует запасенный гликоген, превращая ее в простые сахара, отдает воду, интенсивно продуцирует мочевину и накапливает жиры. Во второй половине дня, когда печень ассимилирует сахара, накапливает гликоген и воду, ее клетки почти втрое увеличиваются в объеме. В разное время суток существенно меняется и количество секретируемой желчи. И поскольку максимальное количество выделяемой желчи приходится на первую половину дня, это время считается наиболее оптимальным для потребления жирной пищи. За счет ритмических изменений объемов образующейся в желудке соляной кислоты в утренние часы уменьшается (в сравнении с вечерними часами) кислотность желудочного сока. Вместе с тем в первой половине дня усиливаются моторная функция желудка и перистальтика кишечника.

Исходя из этого, хронобиологи рекомендуют белковую пищу потреблять в первой половине дня, а углеводную и молочную — во второй. Что же касается общих рекомендаций, то обобщив результаты исследований периодических изменений человеческого организма (особенно относящиеся к умственной, психической и активности), они пришли к выводу, что пик активности человека приходится на первую половину дня (примерно до 12-13 часов). Во второй половине дня (примерно в 15-16 часов) происходит спад активности. Вечером (примерно до 20-21 часа) активность несколько возрастает, а поздним вечером и ночью — резко снижается до минимума.

Таковы общие рекомендации. Но подходят они далеко не всем. Хотя бы потому, что существует предположение о существовании трех основных хронотипов, базирующееся на изучении показателей функционального состояния различных систем организма человека.

К первому хронотипу относятся люди утреннего типа — «жаворонки».

Просыпаются «жаворонки» рано. Утром они бодры и жизнерадостны. Пик их работоспособности приходится на первую половину дня. Вечером они впадают в сонливость и рано ложатся спать.

Ко второму хронотипу принадлежат люди вечернего типа — «совы».

Ведут себя «совы» совсем не так, как «жаворонки».

Спать они ложатся очень поздно. Утренняя заторможенность, зачастую сочетающаяся у «сов» с головной болью, отнюдь не способствует продуктивной работе в первой половине дня — работоспособность у них повышается только после шести часов вечера. Иногда пик работоспособности приходится на ночь.

Третий хронотип объединяет людей, испытывающих одинаковые колебания уровня физиологических возможностей на протяжении суток.

«Голуби», или аритмики, как называют их хронобиологи, одинаково эффективно работают и днем, и вечером.

Судя по результатам исследований российских хронобиологов В. А. Доскина и Н. А. Лаврентьева, обследовавших большую группу людей разного возраста, чаще всего встречаются «жаворонки» (среди обследованных их доля составила 41%). «Голубей» и «сов» среди обследованных оказалось примерно поровну (т. е. 29% и 30% соответственно).

Рождаются люди «жаворонками» и «совами» или их такими делает жизнь? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Однако, если верить многочисленным исследованиям, существует взаимосвязь между хронотипом и родом деятельности человека.

Служащие, в основном, являются «жаворонками». Люди умственного труда — «совами». А люди, занимающиеся физической деятельностью,— «голубями». Вместе с тем, студенческая среда, по данным немецкого исследователя Г. Хампа, чрезвычайно разнородна. Около половины студентов (точнее говоря, 48%) принадлежит к категории «голубей». На долю «сов» приходится 35% и 17% составляют студенты — «жаворонки».

В поисках биологических часов

Предположение о том, что и в процессе эволюции (филогенеза), и  в процессе индивидуального развития организма (онтогенеза) биологические ритмы претерпевают изменения возникло еще в конце XIX века. Сейчас это уже не предположение, а экспериментально подтвержденный факт. Однако вопрос о биологических часах, задающих темп этих изменений, и поныне остается открытым.

Одни исследователи склонны рассматривать биоритмы как результат пока еще плохо изученных геофизических факторов.

Другие (и таких большинство) считают, что биологические часы локализованы в клетке. И при этом ссылаются на то, что суточные ритмы свойственны не только клеточным культурам растений и беспозвоночных, но и млекопитающих.

Их оппоненты филогенетическим подходом тоже не пренебрегают. Только трактуют наблюдаемые явления иначе. К примеру, поступательное развитие биоритмов клеток печени в процессе эволюции позвоночных, проявляющееся в увеличении амплитуды обменных процессов в гепатоцитах, они объясняют следующим образом: чем выше организация животного, чем выше общий уровень его жизненной энергии, тем больше возрастает интенсивность обменных процессов в гепатоцитах.

Словом, по мере подъема по эволюционной лестнице, характер отдельных показателей внутриклеточного обмена веществ в печени остается неизменным. В зависимости от уровня организации животного меняется лишь величина этих сдвигов (хронобиологи называют ее амплитудой). По мнению приверженцев геофизической доктрины, именно наблюдаемое изменение амплитуды и позволяет считать суточный ритм биологических процессов признаком целесообразным, адаптивным, эволюционно приобретенным и развивающимся. Саму же ритмичность жизненных явлений, синхронизированную с геофизическими ритмами, на их взгляд, можно рассматривать как результат действия естественного отбора, под давлением которого «происходит процесс превращения внешнего во внутренне, закрепление его в генотипе и становление так называемого эндогенного».

Как было на самом деле, сказать трудно. Но факт остается фактом: биологические ритмы генетически детерминированы. Причем реализуется генетическая программа обычно после рождения, в процессе индивидуального развития организма. К примеру, у кур первые признаки суточного ритма гепатоцитов появляются дней через десять после рождения. Потом интенсивность биологических процессов печени постепенно нарастает и к 60-80 -суточному возрасту достигает максимума.

Более того, результаты изучения параметров ряда гомеостатических систем животных и человека свидетельствуют о том, что каждому возрастному периоду постнатального онтогенеза — инфантильному, ювенильному, молодому, зрелому, предстарческому и старческому — свойственны свои собственные, неповторимые циркадные ритмы. Эти данные прекрасно «вписываются» в концепцию российского хронобиолога Г. Д. Губина, в соответствии с которой все основные параметры суточных ритмов — МЕЗОРы, амплитуды, хронодезмы, внутренние и расчетные акрофазы1 — в процессе онтогенеза претерпевают изменения. И не просто изменения, а изменения, подчиняющиеся определенной закономерности. С этих позиций жизненный цикл организма можно уподобить спирали, число витков которой вначале увеличивается, достигает максимума, а потом сокращается. У млекопитающих подобные изменения затрагивают главным образом амплитуды циркадных ритмов всех уровней, начиная от клеточного и заканчивая организменным: на ранних этапах онтогенеза они (т. е. амплитуды), постепенно нарастая, достигают своего максимума в молодом и зрелом возрасте и после этого также постепенно идут на спад. Однако изменением амплитуды дело не ограничивается. С возрастом меняются последовательности акрофаз и величины хронодезм. В молодом и особенно в зрелом возрасте все изученные показатели гомеостатических систем имеют максимальные хронодезмы, что указывает на максимальный диапазон возрастной нормы. Проще говоря, организм зрелого человека, в котором биортимы отличаются высокой степенью согласованности, обладает наибольшим «запасом» здоровья и довольно легко справляется с неблагоприятными воздействиями. В процессе старения, по мере нарастания «разъюстировки» биологических ритмов запас здоровья уменьшается.

Исходя из этого, для оценки биологического возраста и «количества» здоровья хронобиологи предлагают использовать скорость угасания амплитуды суточных ритмов и изменения их внутренних акрофаз. При этом знание онтогенетических метаморфоз суточных ритмов индивида позволит спрогнозировать скорость течения его собственного времени и оценить характерную для него возрастную «траекторию» здоровья.

Насколько реально осуществить биоритмическое тестирование, говорить пока рано. Тем более, что в качестве эталона при оценке отклонений в состоянии здоровья планируется использовать биоритмологические карты здоровых людей, составленные с учетом возраста и климато-географических регионов их проживания.

Но предпосылки тому есть. Достаточно вспомнить о десинхронизации суточных биоритмов, свидетельствующей о неполадках здоровья или о скорости восстановления исходной биоритмики — довольно высокой в молодости и зрелом возрасте и низкой в старости.

1МЕЗОР (аббревиатура английского Midline Estimating Statistic of Rhythm) — статистическая срединная ритма Амплитуда — величина максимального отклонения от МЕЗОРа Акрофаза расчетная — момент времени, соответствующий максимальному значению биологиче­ского ритма Акрофаза внутренняя — акрофаза, рассчитанная по отношению к акрофазе некого другого физиологического процесса Хронодезм — циркадный размах колебаний изученных показателей с учетом небольших отклонений их верхних и нижних границ, известный еще как диапазон возрастной нормы.





© Провизор 1998–2017



Грипп у беременных и кормящих женщин
Актуально о профилактике, тактике и лечении

Грипп. Прививка от гриппа
Нужна ли вакцинация?
















Крем от морщин
Возможен ли эффект?
Лечение миомы матки
Как отличить ангину от фарингита






Журнал СТОМАТОЛОГ



џндекс.Њетрика