Биоритмы и их биологическое значение для организма

Общие представления о биоритмах. Ритмичность процессов прослеживается во всем и везде: по закону ритма живут человек и вся окружающая его природа, Земля, Космос.

Когда-то природа «завела» биологические часы живого так, чтобы они шли в соответствии с присущей ей самой цикличностью. Смена дня и ночи, чередование времен года, вращение Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца — изначальные условия развития организма. Биологический ритм стал общим принципом живого, закрепленным в наследственности, неотъемлемой чертой жизни, ее временной основой, ее регулятором.

Биоритмы — периодические изменения интенсивности и характера биологических процессов, которые самоподдерживаются и самовоспроизводятся в любых условиях.

Биоритмы характеризуются:

  • периодом — продолжительностью одного цикла колебаний в единицу времени;
  • частотой ритмов - частотой периодических процессов в единицу времени;
  • фазой - частью цикла, измеряемой в долях периода (начальная, конечная и т.д.);
  • амплитудой - размахом колебаний между максимумом и минимумом.

По продолжительности выделяют следующие циклы:

  • высокочастотные — продолжающиеся до 30 минут;
  • среднечастотные — от 0,5 до 24 часов, 20-28 часов и 29 часов — 6 суток;
  • низкочастотные — с периодом 7 суток, 20 суток, 30 суток, около одного года.

Для человеческого организма характерен целый спектр ритмопроявляющихся процессов и функций, который объели- нен в единую согласованную во времени колебательную систему, обладающую следующими особенностями: наличием связи между ритмами разных процессов; наличием синхронности, или кратности, в протекании тех или других ритмов; наличием иерархичности (подчинением одних ритмов другим).

На рис. 1 представлена схема биоритмов, которая отражает часть спектра ритмов жизнедеятельности человека. (На самом деле в человеческом организме ритмично все: работа внутренних органов, тканей, клеток, электрическая активность мозга, обмен веществ.)

У человека выявлены и исследованы среди многих других четыре основных биологических ритма:

Полутора часовой ритм (от 90 до 100 минут) чередования нейрональной активности мозга как во время бодрствования, так и во время сна, являющийся причиной полуторачасовых колебаний умственной работоспособности и полуторачасовых циклов биоэлектрической активности мозга во время сна. Через каждые полтора часа человек испытывает попеременно то низкую, то повышенную возбудимость, то умиротворенность, то беспокойство;

Суточный ритм (24 часа) влияет на состояние человека и выражается в цикле бодрствование — сон ;

Месячный ритм. Месячной цикличности подчинены определенные изменения в организме женщины. Недавно установлен околомесячный ритм работоспособности и настроения мужчин;

Годовой ритм. Отмечаются циклические изменения организма ежегодно во время смены времен года. Установлено, что в разное время года различно содержание гемоглобина и холестерина в крови; мышечная возбудимость выше весной и летом и слабее осенью и зимой, максимальная светочувствительность глаза тоже наблюдается весной и ранним летом, а к осени и зиме падает.

Высказываются предположения, что существуют ритмы 2-, 3- и 11-летние — 22-летние, наиболее вероятной считается связь их с метеорологическими и гелиогеографическими явлениями, обладающими примерно такой же цикличностью.

Кроме ритмов, приведенных выше, жизнь человека подчиняется социальным ритмам. К ним люди приучаются постоянно. Один из них — недельный. Дробя в течение многих веков каждый месяц на недели — шесть рабочих дней, один день для отдыха, человек сам приучил себя к нему. Этот режим, не существующий в природе и появившийся в результате социальных причин, стал неотъемлемой меркой жизни человека и общества. В недельном цикле меняется прежде всего работоспособность. Причем одинаковая закономерность прослеживается у групп населения, различающихся по возрасту и характеру труда: у рабочих и инженеров на промышленных предприятиях, у школьников и студентов. Понедельник начинается с относительно низкой работоспособности, от вторника к четвергу — самый гребень недели — она набирает максимальный подъем, а с пятницы опять падает.

Рис. 1. Ритмы жизнедеятельности человека

Биологическое значение биоритмов. Биоритмы выполняют в организме человека по крайней мере четыре основные функции.

Первая функция — оптимизация жизнедеятельности организма. Цикличность — базисное правило поведения биосистем, необходимое условие их функционирования. Это связано с тем, что биологические процессы не могут интенсивно протекать длительное время; они представляют собой чередование максимума и минимума, ибо доведение функции до максимума лишь в определенные фазы каждого периода цикла экономнее, чем стабильное непрерывное поддержание такого максимума. В биосистемах за всякой активностью должно следовать ее снижение для отдыха и восстановления.

Поэтому принцип ритмической смены активности, при которой происходит расход энергетических и пластических ресурсов, и ее торможения, предназначенного для восстановления этих расходов, изначально заложен при возникновении (рождении) любой биологической системы, включая человека.

Вторая функция — отражение фактора времени. Биоритмы — биологическая форма преобразования шкалы объективного, астрономического времени в субъективное, биологическое время. Целью его является соотнесение циклов жизненных процессов с циклами объективного времени. Основными характеристиками биологического времени как особой формы движущейся материи являются его независимость от нашего сознания и взаимосвязь его с физическим временем. Благодаря этому осуществляются временная организация биологических процессов в организме и согласование их с периодами колебаний внешней среды, что обеспечивает адаптацию организма к окружающей среде и отражает единство живой и неживой природы.

Третья функция — регуляторная. Ритмование — это рабочий механизм создания функциональных систем в центральной нервной системе (ЦНС) и базисный принцип регуляции функций. Согласно современным представлениям, создание рабочих механизмов в ЦНС обеспечивается синхронизацией ритмической высокочастотной деятельности составляющих ее нервных клеток. Таким образом осуществляется объединение отдельных нервных клеток в рабочие ансамбли, а ансамблей — в общую синхронную функциональную систему. Ритмование разрядов мозга имеет принципиальное значение для преобладания главной в данный момент реакции среди прочих. Так создается доминанта, господствующая в данное время функциональная система ЦНС. Она объединяет в едином ритме различные центры и определяет текущую последовательную их деятельность путем навязывания «своего» ритма. Так в структурах мозга создаются нервные программы, определяющие поведение.

Четвертая функция — интеграционная (объединительная). Биоритм — это рабочий механизм объединения всех уровней организации организма в единую суперсистему. Интеграция реализуется по принципу иерархичности: высокочастотные ритмы низкого уровня организации подчиняются средне- и низкочастотным уровням более высокого уровня организации. Иначе говоря, высокочастотные биоритмы клеток, тканей, органов и систем организма подчиняются базовому среднечастотному суточному ритму. Это объединение осуществляется по принципу кратности.

Происхождение и регуляция биоритмов

Происхождение биоритмов определяется двумя факторами — эндогенным (внутренним, врожденным) и экзогенным (внешним, приобретенным).

Постоянные циклические колебания в различных системах организма складывались в процессе длительной эволюции, и теперь они являются врожденными. К ним относятся многие функции: ритмическая работа сердца, дыхательной системы, мозга и т.д. Эти ритмы называют физиологическими. Выдвинуто несколько гипотез эндогенной природы биоритмов. Наибольшее число сторонников имеет мультиосцилляторная теория, согласно которой в пределах многоклеточного организма (человека) может функционировать главный (центральный) водитель ритма (биологические часы), навязывающий свой ритм всем остальным системам, не способным генерировать собственные колебательные процессы. Наряду с центральным водителем ритма возможно существование второстепенных осцилляторов, иерархически подчиненных ведущему.

Биоритмы, зависящие от циклических изменений окружающей среды, являются приобретенными, и их называют экологическими. Эти ритмы испытывают большое влияние космических факторов: вращение Земли вокруг своей оси (солнечные сутки), энергетическое влияние Луны и циклических изменений активности Солнца.

Биоритмы в организме складываются из эндогенного — физиологического и экзогенного — экологического ритмов. Средняя частота ритмов обусловлена сочетанием эндогенных и экзогенных факторов.

Считается, что центральным водителем ритма является эпифиз (железа внутренней секреции, находящаяся в промежуточном мозге). Однако у человека эта железа функционирует только до 15-16 лет. По мнению многих ученых, роль центрального синхронизатора (биологических часов) у человека берет на себя область головного мозга, называемая гипоталамусом.

Контроль смены состояния бодрствования и сна зависит в значительной степени от светового фактора и обеспечивается связями коры головного мозга и таламуса (центр, в котором собираются импульсы от всех органов чувств), а также активизирующими восходящими влияниями ретикулярной формации (сетчатые структуры мозга, выполняющие активизирующую функцию). Важную роль играют прямые связи сетчатки глаза с гипоталамусом.

Прямые и опосредованные связи коры головного мозга и гипоталамических структур обеспечивают возникновение системы гормонального контроля периферической регуляции, действующей на всех уровнях — от субклеточного до организменного.

Таким образом, в основе временной организации живой материи лежит эндогенная природа биоритмов. коррегируемая экзогенными факторами. Устойчивость эндогенного компонента биологических часов создается взаимодействием нервной и гуморальной (лат. humor- жидкость; здесь — кровь, лимфа, тканевая жидкость) систем. Слабость одного из этих звеньев может привести к десинхронозу (нарушению биоритмов) и последующим нарушениям функций.

Исследователями доказано, что для постоянного совершенствования и тренировки приспособительных механизмов организм периодически должен испытывать стресс, определенный конфликт с окружающей его физической и социальной средой. Если учесть, что периодичность заложена в самой природе живых систем, то становится ясным, что именно такое динамическое взаимодействие организма со средой обеспечивает его стабильность и устойчивую жизнеспособность. Основу всякой активной деятельности составляют процессы интенсивного расходования жизненных ресурсов организма, и в то же время эти реакции являются мощным стимулом для еще более интенсивных восстановительных процессов. Можно утверждать, что динамическая синхронизация — взаимодействие эндогенных и экзогенных ритмов — придает организму живучесть и устойчивость.