Біоритми організму людини. Біологічні ритми та їх класифікація

Біологічний ритм- це коливальний процес, що призводить до відтворення біологічного явища або стану біологічної системи приблизно через рівні проміжки часу.

Ми вважаємо цілком природним і нітрохи не дивуємося, коли, наприклад, відчуваємо ввечері сонливість і вирушаємо спати, підкоряючись по суті своїм біологічним годинникам. Ще більш зрозумілим і таким, що не вимагає особливих пояснень, здається нам поява з настанням темряви відчуття втоми, яке, власне, і викликає сонливість. Але якщо людина протягом кількох тижнів перебуває, нічого не роблячи, у напівтемному приміщенні, куди не проникають жодні звуки, то і тоді вона засинатиме і прокидатиметься приблизно кожні 24 години, ніби відміряючи добу за добу.

У життєдіяльності рослин і тварин крім сну чимало проявів та інших ритмів: понад 2400 років тому Гіппократ писав про підйоми і падіння, властиві фізичному стану людей, майже 300 років тому (1729) французький математик і астроном Жан жак де Меран виявив 24-годинну у рослин, надалі Христофор Гуфелянд (1797), розглядаючи коливання температури тіла у здорових і хворих пацієнтів, висловив припущення про те, що в організмі існує "внутрішній годинник", хід яких визначається обертанням Землі навколо своєї осі. Він уперше звернув увагу на універсальність ритмічних процесів у біологічних об'єктів і наголосив, що наше життя, очевидно, повторюється у певних ритмах, а щодня представляє маленький виклад нашого життя.

Прогресивний розвиток вчення про біологічні ритми провів до виникнення нової міждисциплінарної фундаментальної науки – хронобіології, яка вивчає закономірності здійснення процесів життєдіяльності організму у часі. Вчення про біологічні ритми стало складовоюхронобіології. Однак до цього часу, незважаючи на впровадження методів хронобіології в інші галузі дослідження живих систем та формування в медико-біологічній науці нових напрямів (хрономедична, хронофармакологія, хронопатологія тощо), вчені так і не виробили єдиний словник для нової науки, внаслідок чого прояви хронобіологічних феноменів нерідко називають неоднаково, а терміни, вже закріплені, застосовують в іншому сенсі або намагаються переглянути більш-менш усталені терміни. У процесі ознайомлення із предметом ми розглянемо ці протиріччя.

Поняття хронобіології та біоритмології близькі, але не тотожні. Згідно з найбільш універсальним визначенням, прийнятим Міжнародним товариством вивчення біологічних ритмів, хронобіологія- наука, що об'єктивно досліджує на кількісній основі механізми біологічної тимчасової структури, включаючи ритмічні прояви життя на всіх рівнях організації живої системи. Дійсно, хоча вивчення періодичності життєвих явищ утворює основу хронобіологічних підходів, не завжди береться до уваги, що коливання поєднуються з повільнішими змінами, які не обов'язково періодичні.

Біоритмологія- наука, що вивчає умови виникнення, природу, закономірності та значення біологічних ритмів. Біоритм являє собою коливання будь-якого біологічного процесу (стану), що наступають через приблизно рівні проміжки часу, коли процес (стан) повертається до вихідного циклу. Повторюваність стану (наприклад, поділ клітини) у ритмі відносна. Насправді кожен цикл повторення за змістом відрізняється від попереднього, але відтворюється за тими ж закономірностям.

Поняття "цикл" та "ритм" близькі, їх вживання визначається семантичними відтінками, що залежить від контексту. Під циклічності частіше мають на увазі лише повторюваність подій, вживаючи термін "ритм", зазвичай мають на увазі, що, крім періоду, відомі й інші його параметри.

Інтенсивність процесу протягом циклу змінюється по складним і у різних процесівнеоднаковим законам, отже криві, її відбивають (форма хвилі), мають складну конфігурацію, наприклад конфігурація електрокардіограми, для опису якої потрібно залучення теорій граничних циклів і коливань релаксації.

Найпростіша крива, що описує цикли (ритми), - це синусоїда, що характеризується певними параметрами, що використовуються для опису біологічного ритму.

Класифікація біоритмів

Проявом та характеристикою, що дозволяє судити про тимчасову організацію людини, є її хронотип. Найчастіше під цим терміном розуміють навколодобову динаміку показників, що характеризують загальний стан організму. Хронотип людини індивідуальний, т.к. обумовлений, з одного боку генетичними механізмами, з другого – взаємодією організму з середовищем.

Найчастіше хронотип людини визначають за рівнем працездатності - активної фази біологічного ритму "сон-неспання". Відмінності в цьому ритмі дозволили розподілити людей на "ранкові" групи ("жайворонки"), "вечірні" групи ("сови") та "аритмічні" групи ("голуби"). "Сови" - пізно засинають і пізно прокидаються, максимум добових біоритмів активності і спокою у них зрушено на пізніші години на відміну від "жайворонків", які рано прокидаються і рано засинають. У "голубів" пік активності припадає приблизно на середину денного періоду. Протягом життя тимчасова організація людини може змінюватися: з віком зміщуватися у бік "жайворонка" Відбувається це внаслідок зміни швидкості секреції гормонів (зокрема, гормону мелатоніну, який відповідає за нормальний ритмічний перебіг біологічних процесів організму). Саме звідси схильність літніх рано вставати і раніше лягати, а у молодих - не спати допізна і вранці довше поспати.

Біологічні ритми — зміни характеру, що періодично повторюються, і інтенсивності біологічних процесів і явищ у живих організмах. Біологічні ритми фізіологічних функцій настільки точні, що їх часто називають «біологічним годинником».

Є підстави вважати, що механізм відліку часу укладено у кожній молекулі людського тіла, зокрема у молекулах ДНК, які зберігають генетичну інформацію. Клітковий біологічний годинник називає «малим», на відміну від «великих», який, як вважають, розташований у головному мозку і синхронізує всі фізіологічні процеси в організмі.

Класифікація біоритмів.

Ритми, що задаються внутрішнім «годинником» або водіями ритму, називаються ендогенними, на відміну від екзогенних, що регулюються зовнішніми факторами. Більшість біологічних ритмів є змішаними, тобто частково ендогенними та частково екзогенними.

У багатьох випадках головним зовнішнім фактором, Що регулює ритмічну активність, служить фотоперіод, тобто тривалість світлового дня. Це єдиний фактор, який може бути надійним показником часу, і він використовується для встановлення годинника.

Конкретна природа «годинника» невідома, але немає сумнівів, що тут діє фізіологічний механізм, який може включати як нервові, так і ендокринні компоненти.

Більшість ритмів формуються у процесі індивідуального розвитку (онтогенезу). Так, добові коливання активності різних функцій у дитини спостерігаються до народження, їх можна зареєструвати вже в другій половині вагітності.

• Біологічні ритми реалізуються в тісній взаємодії з навколишнім середовищем і відображають особливості пристосування організму до факторів цього середовища, що циклічно змінюються. Обертання Землі навколо Сонця (з періодом близько року), обертання Землі навколо своєї осі (з періодом близько 24 год), обертання Місяця навколо Землі (з періодом близько 28 днів) призводять до коливань освітленості, температури, вологості, напруженості електромагнітного полятощо, служать своєрідними покажчиками, або датчиками, часу для «біологічного годинника».
• Біологічні ритми мають великі відмінності за частотами чи періодами.Виділяють групу про високочастотних біологічних ритмів, періоди коливань яких перебувають у межах від частки секунди до півгодини. Прикладами можуть бути коливання біоелектричної активності мозку, серця, м'язів, інших органів прокуратури та тканин. Реєструючи їх за допомогою спеціальної апаратури, одержують цінну інформацію про фізіологічні механізми діяльності цих органів, яка використовується також для діагностики захворювань (електроенцефалографія, електроміографія, електрокардіографія та ін.). До цієї групи можна віднести ритм дихання.
• Біологічні ритми з періодом 20-28 год називаються циркадіанними (циркадними, або близькодобовими), наприклад, періодичні коливання протягом доби температури тіла, частоти пульсу, артеріального тиску, працездатності людини та ін.
• Вирізняють також групу біологічних ритмів низької частоти; це близькотижневі, близькомісячні, сезонні, навколорічні, багаторічні ритми.

В основі виділення кожного з них лежать чітко реєстровані коливання будь-якого функціонального показника.

Наприклад:Близькотижневому біологічному ритму відповідає рівень виділення із сечею деяких фізіологічно активних речовин, близькомісячному – менструальний цикл у жінок, сезонним біологічним ритмам – зміни тривалості сну, м'язової сили, захворюваності тощо.

Найбільш вивчений циркадіанний біологічний ритм, один із найважливіших в організмі людини, що виконує як би роль диригента численних внутрішніх ритмів.

Циркадіані ритми високочутливі до дії різних негативних факторів, і порушення злагодженої роботи системи, що породжує ці ритми, є одним з перших симптомів захворювання організму. Встановлено циркадіанні коливання понад 300 фізіологічних функцій організму людини.Усі ці процеси узгоджені у часі.

Багато навколодобових процесів досягають максимальних значень в денний час кожні 16-20 год і мінімальних - вночі або в ранковий ранок.

Наприклад:Вночі у людини найнижча температура тіла. На ранок вона підвищується і досягає максимуму в другій половині дня.

Основною причиною добових вагань фізіологічних функційв організмі людини є періодичні зміни збудливості нервової системи, що пригнічує або стимулює обмін речовин. Внаслідок зміни обміну речовин і виникають зміни різних фізіологічних функцій (рис.1).

Наприклад:Частота дихання вдень вища, ніж уночі. У нічний час знижено функцію травного апарату.

Мал. 1. Добові біологічні ритми в організмі людини

Наприклад:Встановлено, що добова динаміка температури тіла має хвилеподібний характер. Приблизно до 18 год. температура досягає максимуму, а до півночі знижується: мінімальне її значення між годиною ночі та 5 год. ранку. Зміна температури тіла протягом доби не залежить від того, спить людина чи займається інтенсивною роботою. Температура тіла визначає швидкість біологічних реакцій, вдень обмін речовин йде найінтенсивніше.

З добовим ритмом тісно пов'язані сон та пробудження.Своєрідним внутрішнім сигналом для відпочинку до сну є зниження температури тіла. Протягом доби вона змінюється з амплітудою до 13°С.

Наприклад:Вимірюючи через кожні 2-3 години протягом кількох діб температуру тіла під язиком (звичайним медичним термометром), можна досить точно встановити найбільше підходящий моментдля відходу до сну, а за температурними піками визначити періоди максимальної працездатності.

Вдень росте частота серцевих скорочень(ЧСС), вище артеріальний тиск(АТ), частіше дихання. День у день до моменту пробудження, як би передбачаючи зростаючу потребу організму, в крові підвищується вміст адреналіну - речовини, яка збільшує ЧСС, підвищує артеріальний тиск, активізує роботу всього організму; на той час у крові накопичуються біологічні стимулятори. Зниження концентрації цих речовин до вечора – неодмінна умова спокійного сну. Недаремно порушення сну завжди супроводжуються хвилюванням і тривогою: при цих станах у крові наростає концентрація адреналіну та інших біологічно активних речовин, організм довгий часперебуває у стані «бойової готовності». Підкоряючись біологічним ритмам, кожен фізіологічний показник протягом доби може суттєво змінювати свій рівень.

Розпорядок життя, акліматизація.

Біологічні ритми є основою раціональної регламентації порядку життя, оскільки висока працездатність і хороше самопочуття може бути досягнуто лише тому випадку, якщо ритм життя відповідає властивому організму ритму фізіологічних функцій. У зв'язку з цим необхідно розумно організувати режим праці (тренувань) та відпочинку, а також прийом їжі. Відхилення від правильного режиму харчування може призвести до істотного збільшення ваги, яка, у свою чергу, порушуючи життєві ритми організму, викликає зміну обміну речовин.

Наприклад:Якщо приймати їжу загальною калорійністю 2000 ккал лише вранці, вага знижується; якщо ту ж їжу приймати у вечірній час, збільшується. Для того, щоб зберегти вагу тіла, досягнуту до 20-25 років, їжу слід вживати 3-4 рази на день у точній відповідності до індивідуальних добових витрат енергії і в ті часи, коли з'являється помітне почуття голоду.

Однак ці загальні закономірності іноді приховують різноманітність індивідуальних особливостей біологічних ритмів. Не всім людям властиві однотипні коливання працездатності. Одні, так звані «жайворонки», енергійно працюють у першій половині дня; інші, "сови", - увечері. Люди, які належать до «жайворонків», увечері відчувають сонливість, рано лягають спати, але, рано прокидаючись, почуваються бадьорими і працездатними (рис.2).

Легше переносить акліматизаціюлюдина, якщо вона приймає (3-5 разів на добу) гаряче харчування та адаптогени, вітамінні комплекси, а фізичні навантаження збільшує поступово, у міру адаптації до них (рис.3).

Мал. 2. Криві ритми працездатності протягом доби

Мал. 3. Добові ритми протікання життєвих процесів за незмінних зовнішніх умов життя (за Графом)

За недотримання цих умов може наступити так званий десинхроноз (своєрідний патологічний стан).

Явище десинхронозу спостерігається і у спортсменів, особливо у тих, хто тренується в умовах спеки і вологого клімату або середньогір'я. Тому спортсмен, який вилітає на міжнародні змагання, має бути добре підготовлений. Сьогодні існує ціла система заходів, спрямованих на збереження звичних біоритмів.

Для біологічного годинника людини важливий правильний хід не тільки в добових, а й у так званих низькочастотних ритмах, наприклад, у близькотижневому.

В даний час встановлено, що тижневий ритм вироблено штучно: переконливих даних про існування вроджених семиденних ритмів у людини не виявлено. Очевидно, що це еволюційно закріплена звичка.Семиденний тиждень став основою ритму та відпочинку ще у стародавньому Вавилоні. За тисячоліття сформувався тижневий соціальний ритм: людина продуктивніше працює у середині тижня, ніж на початку чи наприкінці її.

Біологічний годинник людини відображає не тільки добові природні ритми, але й такі, що мають велику тривалість, наприклад сезонні. Вони проявляються у підвищенні обміну речовин навесні та у зниженні його восени та взимку, у збільшенні відсотка гемоглобіну в крові та у зміні збудливості дихального центру у весняний та літній час.

Стан організму в літній та зимовий час певною мірою відповідає його стану вдень та вночі. Так, узимку порівняно з літом знижувалося в крові вміст цукру (аналогічне явище відбувається і вночі), збільшувалася кількість АТФ та холестерину.

Біоритми та працездатність.

Ритми працездатності, подібно до ритмів фізіологічних процесів, за своєю природою ендогенні.

Працездатністьможе залежати від багатьох факторів, що діють окремо чи спільно. До цих факторів належать: рівень мотивації, прийом їжі, фактори довкілля, фізична готовність, стан здоров'я, вік та інші фактори. Очевидно, на динаміку працездатності впливає і втома (у елітних спортсменів — хронічна втома), хоча цілком ясно, яким саме чином. Втома, що виникає при виконанні вправ (тренувальних навантажень), важко долати навіть досить мотивованого спортсмена.

Наприклад:Втома знижує працездатність, а повторне тренування (з інтервалом у 2-4 години після першого) покращує функціональний стан спортсмена.

При трансконтинентальних перельотах циркадіани ритми різних функцій перебудовуються з різною швидкістю - від 2-3 днів до 1 місяця. Для нормалізації циклічності до перельоту необхідно щодня зрушувати на 1 годину відхід до сну. Якщо це робити протягом 5-7 днів до відльоту і лягати спати у темній кімнаті, то вдасться швидше пройти акліматизацію.

При прибутті в новий часовий пояс необхідно плавно входити в тренувальний процес (помірні фізичні навантаження в ті часи, коли відбуватимуться змагання). Тренування не повинні мати «ударний характер».

Слід зазначити, що природний ритм життєдіяльності організму зумовлений як внутрішніми чинниками, а й зовнішніми умовами. В результаті досліджень було виявлено хвильовий характер зміни навантажень на тренуванні. Колишні уявлення про неухильне і прямолінійне нарощування тренувальних навантажень виявилися неспроможними. Хвилястий характер зміни навантажень у процесі тренувань пов'язаний із внутрішніми біологічними ритмами людини.

Наприклад:Розрізняють три категорії «хвиль» тренувань: «малі», що охоплюють від 3 до 7 днів (або дещо більше), «середні» — найчастіше 4-6 тижнів (тижневі тренувальні процеси) і «великі», які тривають кілька місяців.

Нормалізація біологічних ритмівдозволяє здійснювати інтенсивні фізичні навантаження, а тренування при порушеному біологічному ритмі призводять до різних функціональних розладів (наприклад, десинхронозу), інколи ж і до захворювань.

Джерело інформації: В.Смирнов, В.Дубровський (Фізіологія фізичного виховання та спорту).

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА БІОРИТМІВ

Життя людини нерозривно пов'язані з чинником часу. Одна з ефективних форм пристосування організму до зовнішнього середовища – ритмічність фізіологічних функцій. Біоритм - автоколивальний процес у біологічній системі, що характеризується послідовним чергуванням фаз напруги та розслаблення, коли той чи інший параметр послідовно досягає максимального чи мінімального значення. Закон, яким відбувається цей процес, може бути описаний синусоїдальної кривою.

Ритмічні процеси відбивають рух складових тіл Всесвіту, зокрема і рух Землі. Виникнення біологічних ритмів пов'язане з періодами, близькими до геофізичних циклів. Це виникнення було необхідною умовою збереження живої матерії на Землі та можливості її подальшої еволюції. Біоритми набули поширення у всьому живому: у найпростішій живій плазмі, рослинах, світі тварин, людині. Поява навіть найпримітивніших біоритмів має адаптивне значення.

У людини та тварин описано близько 400 біоритмів. Існує кілька їх класифікацій. Найчастіше біоритми класифікують виходячи з частоти коливань (осциляцій), чи періодів. Вирізняють такі основні ритми:

Ритми високої частоти, або мікроритми (від часток секунди до 30 хв). Прикладами мікроритмів є осциляція на молекулярному рівні, ЧСС, частота дихання, періодичність перистальтики кишечника.

Ритми середньої частоти (від 30 хв до 28 год). До цієї групи входять ультрадіані (до 20 годин) та циркадіані, або близькодобові (20-28 годин), ритми. Циркадіанний ритм – основний ритм фізіологічних функцій людини.

Мезоритми (від 28 годин до 6-7 днів). Сюди належать циркасептальні ритми (близько 7 днів). З цими ритмами пов'язана працездатність людини, тому кожен 6 чи 7 день тижня є вихідним.

Макроритми (від 20 днів до 1 року). До них відносяться циркануальні (цирканні), або навколорічні, ритми, а також сезонні та близькомісячні (циркасинодичні) ритми.

Мегаритми (тривалість у десяток або багато десятків років). Цьому виду коливань підпорядковані деякі інфекційні процеси, властиві людині (епідемії) та тваринам (епізоотії). Прикладом мегаритму є хвилеподібна зміна фізичного розвиткулюдей протягом багатьох століть. Так, неандертальці були маленького зросту, а кроманьйонці – великого. У середні віки зростання людей було відносно малим, а в середині ХХ ст. виникло явище акселерації.

Між переліченими типами біоритмів є переходи.

В іншій класифікації біоритмів враховують специфіку субстрату, або рівень організації біологічної системи, що вивчається. Вирізняють ритми:

окремих субклітинних структур;

життєдіяльності клітин;

органів чи тканин;

одно- та багатоклітинних організмів;

популяцій та екосистем.

Кожен біоритм можна охарактеризувати за допомогою методів математичного аналізу, а також графічного зображення (біоритмограми або хронограми).

На рис. 11.1 наведено принцип побудови біоритмограми на прикладі добової зміни ЧСС.

Як видно з малюнка, біоритмограм має синусоїдальний характер. У ній розрізняють: тимчасовий період, фазу напруги, фазу розслаблення, амплітуду напруги, амплітуду розслаблення, акрофазу даного біоритму.

Тимчасовий період - найважливіша характеристика біоритму - відрізок часу, після якого відбувається повторення функції чи стану організму.

Мал. 11.1. Схема біоритмограми з прикладу циркадного ритму ЧСС: 1 - амплітуда напруги; 2 - амплітуда розслаблення

Фази напруги та розслаблення характеризують посилення та зниження функції протягом доби.

Амплітуда - різниця між максимальною та мінімальною вираженістю функції в денний (амплітуда напруги) та нічний (амплітуда розслаблення) час. Загальна амплітуда – різниця між максимальною та мінімальною вираженістю функції в рамках всього добового циклу.

Акрофаза - час, який припадає найвища точка (чи максимальний рівень) даного біоритму.

Іншими різновидами біоритмограм є інвертовані і двовершинні криві.

Інвертовані криві характеризуються зниженням вихідного рівня активності в денний час, тобто зміною функції у напрямку, протилежному до звичайного. Двовершинні криві відрізняються двома піками активності протягом дня. Поява другого піку – це прояв адаптації до умов існування. Наприклад, перший пік працездатності людини (11-13 год) – це природний прояв біоритму, пов'язаний із денною активністю. Другий підйом працездатності (вечірній годинник) обумовлений необхідністю виконання домашніх та інших обов'язків.

ЦИРКАДІАННА ОРГАНІЗАЦІЯ ФУНКЦІЙ ЛЮДИНИ

Більшість фізіологічних та біохімічних процесів в організмі людини та тварин пов'язані зі світловим режимом та змінюються закономірно протягом доби. Тому циркадіанний біоритм – базисний біоритм людського організму. Поява циркадіанних ритмів дозволило живим організмам «вимірювати» час, звідси з'явилося таке поняття, як «біологічний годинник». Найдавніша функція циркадіанного біоритму полягала в приуроченні максимальної біологічної активності до певного часу доби, який був би найбільш сприятливим для діяльності даного організму.

В основі циркадіанної організації функцій лежить періодична зміна неспання та сну. Загалом у людини психічна діяльністьта фізична працездатність ефективніша в денні години, ніж уночі. У світлій фазі доби у людини більша рухова активність. Зростання розумової працездатності виявляється у підвищенні швидкості переробки інформації, ефективності навчання. У цей час підвищується біоелектрична активність мозку (рис. 11.2).

Можна виявити два піки мозкової діяльності людей у ​​денні години: висока активність о 10-12 і о 16-18 год, спад - до 14 год. Проте є індивідуальні відмінності тимчасового розподілу працездатності.

Як правило, в нічний годинник розумова працездатність зменшується. Але це означає повного зникнення біоритмів. Сон - це не тільки компонент циркадіанного біоритму (сон-неспання). Він складається з 5-7 циклів, що повторюються, тобто повинен розглядатися як біоритмічний феномен.

Показник працездатності

Мал. 11.2. Циркадіанний ритм розумової працездатності школярів

Добові коливання працездатності чітко корелюють з ритмами окремих фізіологічних систем та обміну речовин. До кінця дня у людини спостерігається максимум частоти, глибини та об'єму дихання, скорочувальна функція міокарда досягає найбільших значень. Кровообіг найбільш інтенсивно вдень у головному мозку та м'язах, а вночі – у судинах кистей рук та стоп.

Протягом доби змінюється реактивність серцево-судинної системи до навантажень. Вдень фізичне навантаженнявикликає більший приріст кровообігу, ніж уночі. Тому одне й те саме навантаження вночі відчувається як важче, що необхідно враховувати при роботі в нічну зміну.

Циркадіанна ритміка охоплює органи кровотворення. Кістковий мозок найбільш активний вранці, тому вранці в кровотік надходить найбільша кількість молодих еритроцитів. Вміст гемоглобіну в крові найвищий з 11 до 13 год, а його мінімум припадає на 16-18 год. Швидкість осідання еритроцитів мінімальна рано-вранці і максимальна в 9-10 год.

Добові коливання виявляються в процесі згортання крові: у нічний час відбувається зменшення згортання, а вдень цей процес поступово посилюється і досягає максимальних значень опівдні.

Бронхіальна прохідність знижена в нічний та ранковий годинник, але, починаючи з 11 год, вона збільшується і досягає максимуму до 18 год.

Від фази добового ритму залежить діяльність шлунково-кишкового тракту людей. Слиновиділення, секреція шлункового та підшлункового соку, рухова активність шлунка та кишечника більше вдень, ніж уночі. Ця закономірність проявляється навіть у людей, які працюють у нічну зміну.

Хоча жовч виробляється печінкою безперервно, її виділення неоднаково в різний час доби: у першій половині дня воно більше, а у вечірні години - менше. Це створює умови для кращого перетравлення жирів у першу половину дня, коли людині особливо потрібне енергетичне забезпечення її функцій. У першій половині дня інтенсивніше відбувається процес розпаду глікогену в печінці зі звільненням глюкози. У другій половині дня та вночі печінка посилює асиміляцію глюкози та синтез глікогену, створюючи енергетичний резерв для наступного дня.

Циркадіанний режим характерний і функції нирок. У ранкові години в канальцях нирок відбувається особливо активна реабсорбція фосфатів, глюкози та інших речовин, необхідні підтримки енергетичних витрат організму. Реабсорбція води в нирках збільшується вночі, внаслідок чого вночі зменшується виведення сечі.

Інтенсивність метаболічних процесів, що протікають на рівні окремої клітини, так і в межах цілого організму, особливо висока в години найбільшої активності. Так, у людини вдень активізуються процеси катаболізму (розпаду) вуглеводів і білків, а в нічний час переважають анаболічні процеси, тобто синтез речовин, що забезпечують пластичні та енергетичні функції.

Добові коливання рівня метаболічних процесів корелюють із температурою тіла. У людини найвища температура тіла відзначається у вечірній час, найнижча – вранці.

Добові коливання діяльності внутрішніх органівта обміну речовин багато в чому визначаються змінами нейроендокринної регуляції в циклі неспання – сон. Під час неспання переважає функціональна активність симпато-адреналової системи. Циркадіани ритми характерні і для функції залоз внутрішньої секреції. У першій половині ночі збільшено секрецію соматотропіну, пролактину та тиреотропіну. Кортикотропін виділяється з гіпофіза у другій половині ночі.

З ритмами гіпоталамо-гіпофізарної системи пов'язані коливання функції периферичних ендокринних залоз, але максимальний рівень їхньої секреторної активності відстає на 2-3 години від виділення гіпофізарних гормонів. Так, якщо кортикотропін секретується максимально в другій половині ночі, то кортикостероїди - рано-вранці, що створює умови для гарної працездатності людини відразу ж після пробудження. А ритм тиреоїдних гормонів досягає максимуму у другій половині нічного сну.

Добові ритми різних функцій організму утворюють єдине ціле, у якому простежується суворо впорядкована послідовність метаболічних, фізіологічних процесів та поведінкових актів. У тварин провідними є ритми поведінкової діяльності, а в людини – трудовий. Біоритми людини можуть до певної міри перебудовуватися за зміни умов роботи, наприклад, під час переходу з денної зміни на нічну. У людини спостерігається соціальна детермінованість ритмічних коливань фізіологічних та біохімічних процесів.

БІОРИТМОЛОГІЧНА ОРГАНІЗАЦІЯ ФУНКЦІЙ ОРГАНІЗМУ

Сезонні біоритми

Сезонні біоритми у тварин сформувалися у відповідь на зміни тривалості світлового дня, температури навколишнього середовища, кисневого забезпечення, наявності їжі та води у різні періоди року. Прикладом генетично закріпленого сезонного біоритму у тварин є весняні та осінні перельоти птахів. У тварин чітко виражені зимова сплячка, сезонна линяння, сезонність репродуктивних функцій. Це пов'язано з метеорологічними факторами, що діють у різні часироку.

У людини, життєдіяльність якої менше залежить від метеоумов, що змінюються, сезонні біоритми виражені слабше. Проте деякі функції людини залежать від сезонності. Так, максимальне збільшення зростання у дітей відбувається навесні та раннім літом, а мінімальне – взимку. Взимку вміст загальних ліпідів та жирних кислот у плазмі та еритроцитах крові більший, ніж улітку, що має суттєве енергетичне значення.

Людина не належить до живих істот із вираженим сезонним ритмом розмноження. Проте статева активність чоловіків знижується наприкінці зими, і в цей час виявляється максимум нежиттєздатних статевих клітин. З настанням весни відбувається активування статевої функції. Збільшення концентрації тестостерону відбувається у чоловіків наприкінці літа та на початку осені.

Взимку збільшується активність симпато-адреналової та гіпофізарно-тиреоїдної систем. Значне вироблення катехоламінів, збудження симпатичних нервів і підвищена продукція тиреоїдних гормонів посилюють роботу енергетичних механізмів організму в умовах холодної температури навколишнього середовища і, отже, сприяють збереженню нормальної температури тіла.

Влітку як у тварин, і у людини збільшується вироблення вазопресину - нейрогормона, однією з функцій якого є збереження води в організмі. Це захищає організм від зневоднення у спеку року.

Система кровообігу людини функціонує найбільш напружено в холодну пору року, тому серцево-судинні патології протікають циклічно. У жителів північної півкулі акрофаза смертності від серцево-судинних захворювань збігається із січнем. У південній півкулі найбільша частота серцево-судинних захворювань посідає червень.

Імунна система організму людини максимально напружена взимку. Найбільш сприятлива для людини рання осінь. Восени у людини підвищується обмін речовин та споживання кисню, організм насичується вітамінами, а це покращує метаболічні процеси. Прохолода після літньої спеки підвищує тонус нейроендокринної регуляції функцій. Стимулюючий вплив на людину надають фактори середовища, які сприймаються найважливішими аналізаторними системами організму: яскраві фарби осінніх рослин, їх аромати. Всі ці фактори сприятливо впливають на людину.

Окрім сезонних та близькодобових біоритмів існують і інші. Наприклад, спортсмени-чоловіки досягають найвищих результатів раз на три роки, а жінки-спортсменки – раз на два роки. Коливання душевного стану протягом усього життя людини відбуваються з періодичністю 6-7 років. Кожен із цих періодів характеризується особливим творчим піднесенням.

Астрофізичні фактори та біоритми

Еволюція Землі та біосфери нерозривно пов'язана з еволюцією космосу, зокрема із Сонячною системою. Вперше серйозну увагу зв'язок явищ астрофізичної природи з життям організмів звернули У. І. Вернадський і О. Л. Чижевський.

А. Л. Чижевський одним із перших проаналізував взаємозв'язки проявів сонячної активності – плям на Сонці – з біологічними процесами, зокрема, з епідемічними захворюваннями. Він є засновником геліобіології. Сонячна активність ритмічно вагається, тому що, по-перше, кожна активна область проходить певний цикл розвитку і, по-друге, у часі змінюється кількість плям, тобто вибухів на Сонці. Середній період коливань активності Сонця – 11 років.

Протягом років максимальної сонячної активності збільшується і активність низки вірулентних бактерій, тому частішають епідемії. Найчастіше виникають захворювання серцево-судинної системи: гіпертонічні кризи, інфаркт міокарда, мозкові інсульти. У момент геомагнітних бур зростає кількість автокатастроф і випадків травматизму з виробництва.

А. Л. Чижевський вважав, що підвищення рівня сонячної активності виводить організм із стану стійкої рівноваги та провокує хворобливі стани.

Місяць також впливає на живі організми. Внаслідок щомісячного руху Місяця (місячний місяць – 28 діб) змінюється геомагнітне поле, що у свою чергу впливає на погоду та живі організми. Особливо великий вплив має накладення сонячних і місячних припливів, коли Місяць і Сонце розташовуються приблизно на одній прямій. Місячні біоритми виявлені у плоских хробаків, молюсків, крабів, деяких видів риб та птахів.

Проблема вивчення впливу окремих геофізичних і астрофізичних чинників на людини пов'язані з тим, що вони діють комплексно та його важко відрізнити друг від друга.

Під біологічними ритмами здоров'я розуміється циклічність процесів, що відбуваються в організмі. На внутрішні ритми людини впливають зовнішні фактори:

• природні (випромінювання Місяця, Землі та Сонця);
• соціальні (зміни для підприємства).

Вивченням біоритмів займаються біоритмологи чи хронобіологи. Вони вважають, що біоритми це періодичні процеси, що відбуваються у живій матерії. Ці процеси можуть охоплювати абсолютно різні часові рамки: від кількох секунд до десятків років. Зміна біологічних ритмів може бути викликано різними процесами. Вони можуть бути і зовнішніми (припливи та відливи), і внутрішніми (робота серця).

Класифікація біоритмів

Основним критерієм для поділу ритмів за групами є їхня тривалість. Хронібіологи виділять три типи біологічних ритмів людини. Найтриваліші називаються низькочастотними. Амплітуда таких коливань у роботі організму визначається місячними, сезонними, місячними чи тижневими проміжками. Як приклади процесів, що підпорядковуються низькочастотним ритмам, можна зробити роботу ендокринної та статевої системи.

До другої групи належать середньочастотні ритми. Вони обмежені проміжком часу від 30 хвилин до 6 днів. За законами таких коливань працює обмінний процес та процес розподілу клітин в організмі. Періоди сну та неспання також підкоряються цим біоритмам.

Ритми з високою частотою тривають менше 30 хвилин. Вони визначають роботу кишечника, серцевого м'яза, легень і швидкість біохімічних реакцій.

Крім названих вище типів є ще фіксовані біоритми. Під ними розуміються ритми, тривалість яких завжди дорівнює 90 хвилин. Це, наприклад, емоційні коливання, зміна фаз сну, періоди концентрації та загостреної уваги.

Особливий інтерес викликає той факт, що біологічні цикли можуть передаватися у спадок та обумовлюються генетично. Екологія також впливає на них.

Види біологічних ритмів

З народження людський організм підпорядковується впливу трьох ритмів:

• інтелектуального,
• емоційного,
• фізичного.

Інтелектуальний біологічний ритм людини визначає його розумові здібності. Крім цього, він відповідає за обережність та раціональність дій у поведінці. Найсильніше відчути вплив цього біоритму можуть представники інтелектуальних професій: викладачі, науковці, професори та фінансисти. Від інтелектуальних біоциклів залежить здатність до концентрації та сприйняття інформації.

За настрій людини відповідає емоційний біоритм. Він впливає сприйняття і чутливість, і навіть може перетворювати спектр відчуттів людини. Саме через цей ритм люди схильні до зміни настрою протягом дня. Він відповідає за творчий початок, інтуїцію та здатність до співпереживання. Жінки та люди з художнім складом більш схильні до впливу цього циклу. Емоційний стан, викликаний коливаннями даного ритму, впливає на сімейні стосунки, кохання, секс.

Фізичний біоритм безпосередньо пов'язаний із роботою організму людини. Він визначає внутрішню енергію, витривалість, швидкість реакції та метаболізму. Досягаючи свого піку, цей біологічний ритм збільшує здатність організму до відновлення. Особливу важливість це для спортсменів та людей, чия діяльність пов'язана з фізичною активністю.

Зміна біоритмів протягом дня

Найпомітніші зміни біологічних ритмів спостерігаються протягом повного дня. Вони визначають сприятливий годинник для роботи, сну, відпочинку, засвоювання нової інформації, прийому їжі та занять спортом. Так, наприклад, період з 7 до 8 ранку є вдалим для сніданку, а час з 16 до 18 години найбільш підходить для інтелектуальної роботи.

Добові біоритми людини легко та швидко підлаштовуються під часові пояси. Процес роботи організму людини нагадує внутрішній годинник. І, як у разі переходу на зимовий час, при зміні пояса організм сам «переводить стрілки» у потрібному напрямі.

Показники біологічних ритмів можуть дещо вагатися на користь індивідуальних особливостей людського організму. До того ж, існують кілька хронотипів, які мають відмінні добові біоритми.

Хронотипи людини

За характером добової активності виділяють три типи людей:

• сови,
• жайворонки,
• голуби.

Примітним є те, що лише невеликий відсоток є повністю хронотиповими. Переважна більшість представляють перехідні форми між «совами» та «голубами» та «голубами» та «жайворонками».

«Люди-сови» зазвичай лягають спати після опівночі, встають пізно та найактивніше у вечірній та нічний час. Поведінка «жайворонків» протилежна: вони рано встають, раніше лягають спати і активніші на початку дня.

З «голубами» все цікавіше. Вони встають пізніше, ніж «жайворонки», але й спати йдуть ближче до півночі. Їхня активність протягом дня більш рівномірно розподілена. Вважають, що «голуби» є лише адаптованою формою. Тобто люди, які живуть з таким біологічним ритмом просто підлаштовуються під графік роботи або навчання, у той час як два інші хронотипи мають свої особливості з народження.

Різка зміна порядку дня може спричинити погіршення самопочуття, неконтрольовані перепади настрою. Боротися з таким станом буде дуже складно, а відновити нормальний ритм функціонування організму важко. Тому чіткий режим дня - це не розкіш, а спосіб завжди бути в хорошому настрої.

Біологічні ритми внутрішніх органів людини

Особливого значення для людини та її здоров'я мають не тільки біологічні ритми організму, а й окремих частин. Кожен орган є самостійною одиницею та працює у своєму ритмі, який також змінюється протягом дня.

Час з 1 до 3 ночі вважається періодом печінки. З 7 до 9 ранку найкраще працює шлунок. Саме тому завтра називають найважливішим прийомом їжі. З 11 до 13 години дня найсприятливіший час для серцевого м'яза, тому тренування, що проводяться в цей час, дають більший результат. З 15 до 17 години найактивніше працює сечовий. Деякі люди відзначають, що вони зазнають сильніших і частіших позивів у туалет в цей проміжок часу. Час нирок починається о 5 годині вечора і закінчується о 7-й.

Збити роботу своїх внутрішніх органів можна неправильним харчуванням, недотриманням режиму сну, надмірними фізичними та психологічними навантаженнями.

Способи розрахунку біоритмів

Якщо людина знає, як працює її організм, вона може з більшою ефективністю планувати свою трудову, навчальну та інші види діяльності. Визначити біоритми здоров'я досить легко. Результат буде вірний всім хронобіологічних типів.

Для розрахунку точних біологічно циклів організму необхідно кількість днів на рік помножити на вік, крім високосних років. Потім кількість високосних років помножити на 366 днів. Обидва показники складаються. Після цього потрібно розділити число, що вийшло на 23, 28 або 33, залежно від того, який ритм потрібно розрахувати.

Як відомо, кожне коливання біологічного ритму проходить три стадії: фазу низької енергії, фазу високої енергії та критичні дні. Якщо потрібно дізнатися про фізичний стан, то воно визначається 23-денним циклом. Перші 11 днів будуть днями гарного самопочуття, більшої стійкості до стресів, статевого потягу. З 12 по 23 днів проявляється підвищена стомлюваність, слабкість, поганий сон. У цей час потрібно більше відпочивати. Дні під номерами 11, 12 та 23 можна вважати критичними.

Цикл 28 днів визначає емоційні показники. У перші 14 днів енергія буде високою. Це сприятливий час для дружби, кохання та стосунків. Людину переповнюватимуть емоції, всі творчі здібності загостряться. Період із 14 по 28 стане часом занепаду емоційних сил, пасивності, зниженої працездатності. Критичних днів у циклі всього два: 14 та 28. Вони характеризуються виникненням конфліктів та зниженням імунітету.

Інтелектуальний цикл триває 33 дні. У перші 16 днів спостерігається здатність мислити чітко і чітко, підвищена концентрація, хороша пам'ять і загальна розумова активність. У дні циклу реакції, що залишилися, уповільнені, настає творчий спад і зниження інтересу до всього. О третій критичних дняциклу (16, 17, 33) стає вкрай важко сконцентруватися, з'являються помилки у роботі, розсіяність, вік ризик аварій та інших подій через неуважність.

Для швидшого розрахунку можна скористатися калькулятором біоритмів людини. В Інтернеті можна знайти багато різних ресурсів, де окрім самих додатків для розрахунку можна ознайомитися з відгуками реальних людейпро них.

Знання біологічних ритмів організму може допомогти людині у досягненні її цілей, гармонізації міжособистісних відносин та життя в цілому. Також це сприятливо позначиться на фізіології та емоційному стані.

Біологічні ритми функцій організму

Згідно з найбільш поширеною гіпотезою, живий організм є незалежною коливальною системою, яка характеризується цілим набором внутрішньо зв'язаних ритмів. Вони дозволяють організму успішно пристосуватися до циклічних змін довкілля. Вчені вважають, що в багатовіковій боротьбі за існування виживали лише ті організми, які могли не тільки вловити зміни в природних умов, а й налаштувати ритмічний апарат у такт зовнішнім коливанням, що означало найкраще пристосування до довкілля. Наприклад, восени багато птахів відлітають на південь, а деякі тварини впадають у сплячку.

Зимова сплячка допомагає тваринам пережити несприятливий період. Вони точно визначають час для сплячки.

Вчені переконливо довели існування внутрішньої, природної обумовленості основних біологічних ритмів в організмі людини. Так, у однояйцевих близнюків ці ритми подібні. Відомий такий випадок: двох братів розлучили незабаром після народження і виховували в різних сім'ях, не знаючи один одного. Однак обидва виявляли схильність до одних і тих же занять, мали однакові смаки і вибрали ту саму спеціальність. Але найдивовижніше полягало в тому, що брати-близнюки росли і розвивалися за однією генетичною програмою, жили за одним біологічним годинником. Подібних прикладів можна навести чимало. Однак у науці на природу біологічних ритмів існує й протилежний погляд.

"Система, наскрізь пронизана ритмами" - так образно назвав людину один з основоположників вітчизняної школи дослідників біологічних ритмів Б. С. Алякринський. Основний диригент цієї системи – добовий ритм. У цьому ритмі змінюються всі функції організму: в даний час наука має достовірні відомості про добову періодичність більше 400 функцій і процесів. У складному ансамблі добових ритмів одним із головних факторів вчені вважають ритм температури тіла: вночі її показники найнижчі, вранці температура підвищується і досягає максимуму до 18 години. Такий ритм протягом довгих років еволюції дозволяв підлаштовувати активність організму людини до періодичних температурних коливань навколишнього середовища.

Невідома і не визнана раніше хронобіологія, хоч і стверджувала своє старовинне походження від самого Гіппократа, була прийнята як рівноправна серед інших наук навесні 1960 в американському місті Колд-Спрінг-Харборі на міжнародному симпозіумі, присвяченому дослідженню ритмів у живих системах. В даний час наукові товариства хронобіологів існують у всіх розвинених країнсвіту. Їхню діяльність координують європейське та міжнародне суспільства, причому останнє видає спеціальний журнал і кожні два роки збирає вчених на свої з'їзди.

Давно вже людина не відчуває таких різких коливань навколишнього середовища: одяг та житло забезпечили йому штучне температурне середовище, але температура тіла варіює, як багато століть тому. І ці коливання мають для організму не менше значення, адже температура визначає швидкість перебігу біохімічних реакцій, які є матеріальною основою всіх проявів життєдіяльності людини. Вдень температура вища – збільшується активність біохімічних реакцій та інтенсивніше відбувається обмін речовин в організмі; отже, вищий і рівень неспання. Надвечір температура тіла знижується, і людині легше заснути.

Ритм температури тіла повторюють показники багатьох систем організму: це насамперед пульс, артеріальний тиск, дихання та ін.

У синхронізації ритмів природа досягла досконалості. Так, до моменту пробудження людини в крові накопичуються біологічно активні речовини, адреналін, гормони кори надниркових залоз та ін. Все це готує людину до денного активного неспання: підвищується артеріальний тиск, частота пульсу, зростають м'язова сила, працездатність та витривалість.

Приклад доцільності існування добового ритму демонструють нирки. В основному структурне утворення нирок (клубочки) відбувається фільтрація крові, внаслідок чого утворюється «первинна сеча». Однак вона містить ще безліч необхідних організму речовин, тому в іншому відділі нирок (канальцях) ці речовини надходять назад в кров. У найближчому до клубочків відділі канальців (так званому проксимальному) всмоктуються білки, фосфор, амінокислоти та інші сполуки. У далекому (чи дистальному) відділі канальців всмоктується вода, і цим зменшується обсяг сечі. В результаті хронобіологічних досліджень встановлено, що проксимальний відділ канальців нирок найбільш активний в ранкові та денні години, тому в цей час виведення білка, фосфору та інших речовин є мінімальним. Дистальний відділ канальців найбільш інтенсивно функціонує в нічний і ранній ранковий годинник: вода всмоктується, і обсяг сечі в нічний час зменшується. Водночас більше виведення фосфатів полегшує звільнення організму від непотрібних кислот.

У реалізації ритмічних коливань функцій організму особлива роль належить ендокринної системи. Світло, падаючи на сітківку ока, через зорові нерви передає збудження в один із найважливіших відділів головного мозку – гіпоталамус. Гіпоталамус - це вищий вегетативний центр, що здійснює складну координацію функцій внутрішніх органів і систем цілісну діяльністьорганізму. Він пов'язаний із гіпофізом – основним регулятором роботи залоз внутрішньої секреції. Отже, гіпоталамус – гіпофіз – залози внутрішньої секреції – «робочі» органи. В результаті роботи цього ланцюжка змінюється гормональне тло, а разом з ним і діяльність фізіологічних систем. Стероїдні гормони безпосередньо впливають і на стан нервових клітин, змінюючи рівень їх збудливості, тому паралельно з коливаннями гормонального рівня змінюється настрій людини. Це визначає високий рівеньфункцій організму вдень та низький – вночі.

Під час однієї з пересадок серця, зробленої людині, у серці залишився функціонувати пейсмекер – та ділянка серцевого м'яза, яка задає ритм усьому серцю. Його добовий ритм дещо відрізнявся від добового ритму реципієнта, тобто хворого, який отримав нове серце. І ось в англійському журналі Nature Крафт, Александер, Фостер, Лічмен і Лінскомб описали цей дивовижний випадок. У пацієнта добовий ритм серця або частоти пульсу на 135 хвилин відрізнявся по фазі від добового ритму температури. Тут слід повторити, що максимальна частота пульсу практично збігається з максимальною температурою тіла. Невипадково, якщо немає термометра, лікар визначення температури підраховує пульс чи кількість дихань: при її підвищенні на 1 °C відбувається почастішання серцевих скорочень приблизно на 10–15 ударів на хвилину, а частота пульсу співвідноситься з частотою дихання як 1: 4.

Вчені НДІ експериментальної медицини РАМН дійшли висновку, що у людини пульсує як серце, а й… кишечник, що він виконує свою евакуаційну функцію, т. е. очищається. Ознакою захворювання слід вважати не лише рідкісний (1-2 рази на тиждень) стілець, а й порушення добового ритму. Звернувши увагу на це відхилення від норми, можна запобігти розвитку важких недуг, що виникають внаслідок запорів. Відомо, що ритм обміну речовин зберігається у так званій тканинній культурі, тобто при вирощуванні тканин «у пробірці».

Дослідники вважають, що для людини переважне значення мають соціальні фактори: ритм сну та неспання, режим праці та відпочинку, робота громадських установ, транспорту тощо. , температура навколишнього середовища, іонний склад повітря, напруженість електричного та магнітного полів Землі тощо).

Соціальна природа людини та створена ним штучна довкіллясприяють тому, що у звичайному стані не відчуває виражених сезонних коливань функціонального стану. Проте вони існують і виразно виявляються – насамперед при захворюваннях. Врахування цих коливань при профілактиці, діагностиці та лікуванні захворювань становить основу практичної хронобіології.