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.

Основные понятия хронобиологии

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

Существует множество классификаций биоритмов различных авторов, представленные по частоте, происхождению и др. Общим среди них является классификация ритмов по длине периода. В остальном наблюдается довольно сильный разброс в терминологии, когда внутренние (эндогенные) ритмы именуют экзогенными, экологическими, адаптивными, подразумевая под этим один и тот же процесс и пр.

Поэтому стоит рассмотреть указанные ритмы в аспекте приложения их к живым организмам без словоблудия могучего русского языка.

Свойства биоритмов Эндогенность Способность к самоподдержанию Способность захватываться внешними и внутренними циклами Пластичность

Итак, на основе имеющихся данных, ритмические проявления жизни наблюдаются на всех уровнях организации живой системы. Это значит, что в организме существует великое множество ритмов, которые действуют на уровне клеточных структур, клетки, тканей, органов, систем органов и всего организма, т.е. образуют в пространстве строго упорядоченную иерархическую структуру, что позволяет говорить о строении (предмет изучения морфологических дисциплин).

Биоритмы каждого уровня организма имеют собственную функциональную активность, направленную на обеспечение деятельности своего уровня и организма в целом (предмет физиологических дисциплин).

Будем называть все эти ритмы эндогенными, генетически фиксированными (человеку свое, мухам - свое, у рыбок свой ритм) физиологическими биоритмами. Эти ритмы способны к самоподдержанию за счет специализированного механизма - обособленного осциллятора; они составляют основу жизни организма; некоторые из этих ритмов поддерживаются в течение всей жизни и даже кратковременное их прерывание приводит к смерти; другие появляются в определенные периоды жизни индивидуума, причем часть из них находится под контролем сознания, а часть протекает независимо от него.

Осциллятор клеточной структуры, осциллятор клетки, осциллятор органа или царь всех осцилляторов - осциллятор организма генерит собственный эндогенный свободнотекущий ритм с определенным периодом (см. классификация биоритмов), который зависит от внутренних механизмов.

Считается, что длительность периодов каждого осциллятора связана с иерархическим уровнем, который занимает осциллятор в целостном организме. В соответствии с этой концепцией, для организма как целого наиболее характерна циркадианная ритмика, для частных систем тканевого и клеточного уровня - ультрадианная.

Внутриклеточным процессам, определяемым деятельностью клетки как целого, в ультрадианном диапазоне свойственны более медленные колебания, чем процессам, связанным с деятельностью клеточного ядра или органелл цитоплазмы. Это не противоречит многочисленным проявлениям циркадианной ритмики у одноклеточных растений и животных, так как у них каждая клетка представляет собой одновременно и целостный организм.

Выбивается из этого ансамбля только известная концепция о трех ритмах, созданная австрийским психологом Германом Свобода, немецким врачом Вильгельмом Фисс и австрийским инженером Альфредом Тельчер в конце XIX и начале XX века. Согласно этой концеции человеку, кроме перечисленных выше ритмов, присущи особые ритмы: 23-суточный (физический), 28-суточный (эмоциональный) и 33-суточный (интеллектуальный). Отношение к ней спорное.

Выше Солнца и Луны, прям на уровне господа бога, самодостаточные и неподвластные никому три ритма (23-28-33) - святая троица. А есcи не принимаешь на веру, то одна тебе дорога - убейся апстену, безбожник :) Для справки: автор данной записной книжки атеист.

Иерархия биоритмов и ритмических процессов По мнению Б. С. Алякринского (1979), в иерархии биоритмов надо выделить инертные и лабильные звенья по отношению к действию внешних периодически колеблющихся факторов. Лабильные по отношению к действию факторов внешней среды эндогенные физиологические свободнотекущие биоритмы захватываются геофизическими циклами и синхронизируются с ними, что сдвигает свободнотекущий ритм вперед или назад на определенное время, позволяя организму адаптироваться (приспосабливаться) к факторам окружающей среды. Эта особенность свободнотекущих биоритмов легла в основу обеспечения единства организма и окружающей среды, а синхронизированный с геофизическими ритмами физиологический эндогенный свободнотекущий ритм получил название экзогенного (экологического) биоритма, но лучше его называть физиологическим адаптивным биоритмом. геофизический (или социальный), экзогенный ритм внешняя среда, окружающая живые организмы солнечно-суточный ритм, лунно-суточный ритм, лунно-приливной ритм, звездно-суточный ритм, ритм труда и отдыха и т.д. Тип ритма Уровень проявления ритма Период ритма физиологический, эндогенный, свободнотекущий биоритм организм циркадианный ритм С. И. Степанова (1980) биоритмы разделяет на ритмы-водители и ритмы-ведомые. Соотношение лабильности первых и константности вторых определяет совершенство организации ритмической системы. система органов ультрадианный ритм орган ультрадианный ритм ткань ультрадианный ритм клетка ультрадианный ритм клеточные структуры ультрадианный ритм

Физиологические ритмы могут быть замаскированы апериодическими колебаниями исследуемого показателя (шумами) и другими ритмическими колебаниями (см. Основные параметры биологического ритма), форма их часто бывает сложной. Поэтому разработаны специальные методы анализа, позволяющие выявлять и изучать скрытую периодичность физиологических процессов (гармонический анализ, автокорреляционный анализ, скользящее суммирование и др.).

Наличие свободнотекущих ритмов хорошо демонстрируется в экспериментах с исключением естественного освещения когда, например, люди в одиночку или небольшими группами с исследовательскими целями или из любви к сенсационным рекордам забирались в особо глубокие пещеры и оставались там на протяжении продолжительного периода времени.

Наручные часы одного из добровольцев-одиночек продолжали идти 105 суток, на протяжении которых он находился в пещере под землей. Перед спуском он решил, что будет спать, как обычно, и ложиться всегда в одно и то же время. Однако вечерами ему долго не удавалось заснуть, и по утрам он вставал позже обычного. По прошествии трех недель испытуемый решил ложиться спать, лишь когда почувствует, что его клонит ко сну. У него развился устойчивый циркадный ритм с периодом 24,7 часа, сохранившийся до конца эксперимента.

Аналогичным образом и у испытуемых в специально оборудованном подземном жилище наблюдался циркадный цикл с периодом больше 24 часов. Четырех человек поселили в одном подземном помещении при постоянном освещении. На протяжении 13 суток их циклы совпадали по фазе, хотя один из испытуемых вставал рано. Но с третьей недели трое остальных испытуемых начали подремывать днем (что не запрещалось условиями проведения опыта), и начиная с 17-х суток их ритм разошелся с ритмом рано встававшего товарища. Еще через несколько суток у каждого испытуемого начал сокращаться период ритма. Исследователь, пришедший объявить об окончании эксперимента, застал всех за праздничным столом, но один из великолепной четверки завтракал, другой обедал, а третий с четвертым ужинали.

Об индивидуальности течения биологического времени у людей свидетельствуют и данные, полученные при определении длительности индивидуальной минуты. По материалам А.В. Киреева (1984), длительность индивидуальной минуты у людей 19-20-летнего возраста неодинакова в разное время суток. Она наибольшая (69,9 с) в 8 ч и наименьшая (52,9 с) в 20 ч. У лиц 68-92-летнего возраста суточные колебания величины индивидуальной минуты исчезают, а среднесуточное ее значение меньше, чем у молодых на 11,56 с.

Способность организма ощущать ход времени получила определение "биологические часы". Согласно современным представлениям в основе биологических часов лежат эндогенные, генетически фиксированные ритмы, первоисточником которых являются физико-химические колебательные процессы (так называемые фазовые золь-гель переходы) с различными периодами.

Биоритм каждого уровня, согласно периодической программе (см.ниже), обеспечивает организму определенный биологический процесс, а поскольку организм - это совокупность клеток, тканей и органов, то для обеспечения жизнедеятельности организма как целого:

	биологические эндогенные ритмы каждого процесса взаимодействуют между собой образуя временную организацию биологической системы. Взаимодействие осуществляется благодаря внутрисистемным регулирующим обратным связям, определяющим последовательность включения, интенсификацию и снижение функциональной активности элементов живой системы
	Кроме того
	биологические ритмы организма взаимодействуют с внешней средой - взаимодействие выражается в способности свободнотекущих ритмов изменять свою частоту (подстраиваться под внешние периодические воздействия) за счет захватывания их внешними ритмами, например, ритмом геофизического цикла. Подобный захват позволяет сдвинуть свободнотекущий ритм вперед или назад на определенное время, что свидетельствует о пластичности биоритма. За счет пластичности свободнотекущего ритма достигается согласование ритмов между собой, их синхронизация. Так у людей, проживающих и в Западном, и в Восточном полушариях, момент пробуждения привязан к восходу Cолнца, хотя относительно друг друга этот момент сдвинут на 12 часов. При перемещении человека из одного полушария в другое организм подстраивается под новое для себя время пробуждения, т.е. синхронизирует свой свободнотекущий ритм с геофизическим (солнечно-суточным) ритмом в точке прибытия. В процессе эволюции физиологический свободнотекущий ритм живого организма подстраивался к периодам геофизических циклов, которые в конкретной точке внешней среды приводили к ее циклическим изменениям в результате чего изменялись внешние (по отношению к живым организмам, обитающим в этой среде) факторы (свет, температура, влажность, прилив-отлив и т.п.) и живые организмы вынуждены были приспосабливаться к ним (хочешь жить - адаптируйся, не можешь - естественный отбор, "фтопку"), т.е. синхронизировать свои физиологические ритмы с циклическими изменениями окружающей среды. Эти синхронизированные с внешними циклами физиологические ритмы получил название экзогенных или экологических, по сути своей являясь адаптивными эндогенными физиологическими ритмами. Таким образом, можно сказать, что при перемещении человека из одного полушария в другое, организм подстраивается под новое время пробуждения синхронизируя свой адаптивный ритм для Восточного полушария с периодом геофизического ритма в точке прибытия Западного полушария, где у него после синхронизации будет наблюдаться адаптивный ритм для Западного полушария.

Однако такие перемещения случаются не каждый день, т.е. носят непериодический характер. В каждом подобном случае организм вынужден экстренно приспосабливаться к изменяющимся факторам внешней среды и перенапрягать механизмы защиты и компенсации, поэтому такие периодические изменения нередко переносятся человеком болезненно и при нарушении функции адаптивных систем могут вызывать суб- и декомпенсацию отдельных систем жизнеобеспечения.

К большинству же факторов, которым свойственна ритмичность в своих проявлениях, организмы приспосабливались на протяжении эволюции, изменяя во времени физиологические и биохимические процессы, которые закрепились в их генетических аппаратах. Таким образом, в процессе эволюции приспособление к периодическим изменениям в природе приобрело упреждающий характер.

Предсказуемость геофизических циклов предоставила естественному отбору отличную возможность запрограммировать особенности поведения, обеспечив тем самым предвосхищение наступающих перемен и своевременную к ним адаптацию.

Врожденные периодические программы - биологические ритмы, согласованные с циклами окружающей среды

Периодическая программа - повторяющаяся последовательность во времени физиологических, биохимических или биофизических явлений. Она основана на работе биологического осциллятора, генерирующего эндогенный биоритм, период которого представляет собой закрепленное эволюцией приближение к тем циклам среды, с которыми они согласованы. О врожденном характере (т.е. генном контроле) колебаний свидетельствуют разнообразные факторы, в том числе возможность искусственного отбора по периоду и изменение периода в результате химического мутагенеза.

Осциллятор, задающий периодическую программу, приурочивает каждую стадию программы к наиболее благоприятной фазе геофизического цикла, т.е. по существу распознает местное время. Он также обеспечивает достаточно стабильную последовательность событий в программе, т.е. фактически измеряет промежутки времени.

Cовокупность периодических программ есть совокупность осцилляторов, задающих эти программы и формирующих временную организацию биосистемы.

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.

Популярно о тайнах сна см. здесь (взаимосвязанные страницы)
или на странице Разное популярное и профессиональное,
раздел "Популярное", подраздел "Тайны сна"

Определение хронотипа человека производится на основе специально разработанных тестов. Однако необходимо помнить, что тестовая оценка какого-либо одного биологического ритма не дает точного определения хронотипа организма в связи с большим разнообразием биоритмов и их индивидуальностью. Поэтому подобное тестовое определение хронотипа является в какой-то мере относительным, что диктует необходимость проведения комплексной оценки с изучением хронобиологических закономерностей, которые хрономедицина сможет использовать для сохранения и восстановления здоровья человека.

Дополнительно:

• Мелатонин: роль в организме, применение в клинике