Биоритм и биологические ритмы¶

Биоритм (от греч. βίος — жизнь и ῥυθμός — ритм, размеренность) — периодически повторяющееся изменение характера и интенсивности биологических процессов и физиологических реакций живого организма. Биоритмы представляют собой фундаментальное свойство живой материи и обнаруживаются на всех уровнях организации жизни — от молекулярного и клеточного до популяционного и экосистемного. Способность поддерживать внутренние ритмы даже в отсутствие внешних сигналов называется эндогенностью, а сами колебания — автоколебаниями живой системы.

¶Общая характеристика

Биологические ритмы отражают приспособление организмов к циклическим изменениям окружающей среды: смене дня и ночи, приливам и отливам, сезонам года, фазам Луны. Ритмичность проявляется в колебаниях температуры тела, артериального давления, уровня гормонов, активности ферментов, деления клеток, работоспособности и поведения.

Основные параметры любого биоритма:

• период — время между двумя одинаковыми состояниями процесса;
• амплитуда — размах колебаний между максимумом и минимумом;
• акрофаза — момент наибольшего подъёма показателя;
• батифаза — момент наибольшего спада;
• мезор — средний уровень за период.

Наука, изучающая биологические ритмы, их природу и механизмы, называется хронобиологией; прикладной раздел, связанный с нарушениями ритмов у человека, — хрономедициной.

¶История изучения

Отдельные наблюдения над суточной периодичностью растений и животных встречаются ещё у античных авторов. В 1729 году французский астроном Жан-Жак де Меран описал движение листьев у растения мимозы, которое сохранялось в полной темноте, — это первый документированный опыт, доказавший эндогенность ритма.

В XX веке исследования оформились в самостоятельную дисциплину. Значительный вклад внесли Юрген Ашофф и Колин Питтендрай, а также российские учёные — Александр Чижевский, изучавший связь биологических процессов с солнечной активностью. За открытие молекулярных механизмов циркадных ритмов Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг получили Нобелевскую премию по физиологии или медицине в 2017 году.

¶Классификация ритмов

По продолжительности периода ритмы делят на несколько групп:

Отдельно выделяют циркадные (от лат. circa — около и dies — день) ритмы — наиболее изученную группу. Их период у человека близок к 24,2 часа и корректируется внешними сигналами, которые называют zeitgebers (нем. «задатчики времени»). Главный из них — свет.

¶Механизмы регуляции

У млекопитающих центральным водителем ритма служит супрахиазматическое ядро гипоталамуса — небольшой кластер нейронов, получающий информацию от сетчатки глаза по ретиногипоталамическому тракту. Это ядро генерирует ритмический сигнал и синхронизирует периферические «часы», имеющиеся практически в каждой клетке.

На молекулярном уровне ритм обеспечивается петлёй обратной связи: белки CLOCK и BMAL1 активируют гены Period и Cryptochrome, продукты которых накапливаются и подавляют собственную транскрипцию. Такой цикл занимает примерно сутки. Подобные механизмы обнаружены у плодовой мушки, грибов, цианобактерий, что говорит об их древнем эволюционном происхождении.

¶Биоритмы человека

Суточный профиль человека включает закономерные колебания:

• минимум температуры тела — около 3–4 часов ночи, максимум — к 18–19 часам;
• пик работоспособности — утренние и дневные часы, спад — раннее утро и послеобеденное время;
• выработка мелатонина — в темноте, кортизола — в предутренние часы;
• наибольшая чувствительность к боли — вечером и ночью.

На основе индивидуальных различий фаз суточного ритма выделяют условные хронотипы: утренний («жаворонки»), вечерний («совы») и промежуточный. Хронотип в значительной степени определяется генетически, но может смещаться под влиянием режима и освещения.

¶Нарушения и значение

Рассогласование внутренних ритмов с внешним циклом называется десинхронозом. Он возникает при быстрой смене часовых поясов, работе в ночные смены, авиаперелётах. Типичные проявления — нарушение сна, снижение внимания, расстройства пищеварения, повышенная утомляемость. Хронический десинхроноз связывают с ростом риска сердечно-сосудистых, метаболических и онкологических заболеваний.

Знание биоритмов применяется в медицине (хронотерапия — назначение препаратов с учётом времени суток), гигиене труда, спорте, сельском хозяйстве и космической медицине. Соблюдение режима сна и бодрствования, достаточное освещение днём и затемнение ночью рассматриваются как основные способы поддержания нормальной ритмики организма.