Биоритмы человека и их классификация¶

Биоритмы — это периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и физиологических реакций, присущие живым организмам. Они представляют собой фундаментальное свойство живой материи, обеспечивающее приспособление организма к циклическим изменениям окружающей среды — смене дня и ночи, времён года, приливов и отливов. Способность к генерации эндогенных (внутренних) ритмов называется биоритмичностью, а раздел биологии, изучающий эти явления, — биоритмологией (хронобиологией).

¶Общие сведения

Биоритмы регистрируются на всех уровнях организации жизни: от отдельных клеток и внутриклеточных процессов до популяций и экосистем. В основе ритмичности лежат биохимические реакции, колебания концентраций веществ, активность ферментов и работа генетических механизмов. Даже изолированные клетки в культуре способны поддерживать околосуточные колебания активности, что указывает на эндогенную природу ритмов.

Ключевой характеристикой биоритма является его период — интервал времени между двумя последовательными одноимёнными состояниями процесса. По этому признаку ритмы классифицируют на несколько групп.

¶Классификация по периоду

Наиболее распространённая классификация предложена хронобиологами и опирается на длительность цикла:

Циркадные ритмы изучены наиболее подробно. Их период у человека составляет в среднем 24,2 часа, поэтому для точного согласования с сутками организму требуется внешний синхронизатор — так называемый «датчик времени» (zeitgeber). Главным таким сигналом для большинства организмов служит свет.

¶Механизмы регуляции

У млекопитающих центральным регулятором циркадных ритмов является супрахиазматическое ядро гипоталамуса — небольшой участок нервной ткани, получающий информацию от фоторецепторов сетчатки по ретиногипоталамическому тракту. Это ядро управляет выработкой гормонов, в первую очередь мелатонина, синтезируемого эпифизом (шишковидной железой). Концентрация мелатонина возрастает в темноте и снижается на свету, что служит химическим сигналом «биологической ночи».

На молекулярном уровне ритмичность обеспечивается работой так называемых «часовых генов» (например, CLOCK, BMAL1, PER, CRY), образующих петли обратной связи. За открытие молекулярных механизмов циркадных ритмов Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг были удостоены Нобелевской премии по физиологии или медицине в 2017 году.

¶Суточные колебания у человека

В течение суток у человека закономерно изменяются многие физиологические показатели:

• Температура тела минимальна около 4–5 часов утра и максимальна в вечерние часы.
• Уровень кортизола достигает пика в ранние утренние часы, подготавливая организм к активности.
• Артериальное давление и частота сердечных сокращений снижаются ночью.
• Работоспособность имеет два подъёма — утренний и вечерний — с провалом в послеобеденное время.

На основе этих закономерностей выделяют хронотипы — индивидуальные особенности распределения активности в течение суток. Традиционно различают утренний тип («жаворонки»), вечерний («совы») и промежуточный («голуби»). Хронотип определяется сочетанием наследственных факторов и условий среды, он может изменяться с возрастом.

¶Нарушения биоритмов

Рассогласование внутренних ритмов с внешними условиями называется десинхронозом. Типичные причины — трансмеридианные перелёты (джетлаг), работа в ночные смены, переход на летнее время. Последствия включают нарушения сна, снижение внимания, расстройства пищеварения, повышенный риск сердечно-сосудистых и метаболических заболеваний.

К стойким нарушениям относят сезонное аффективное расстройство, при котором снижение освещённости зимой вызывает депрессивные состояния; одним из методов его терапии служит светотерапия.

¶Значение и применение

Знание биоритмов используется в медицине (хронотерапия — назначение лекарств с учётом времени суток), в организации труда и отдыха, в спорте (планирование тренировок), в сельском хозяйстве и в космической медицине. Гигиена сна рекомендует поддерживать регулярный режим, поскольку стабильность внешних сигналов укрепляет внутренние ритмы.

Биоритмология остаётся активно развивающейся областью на стыке физиологии, генетики, медицины и экологии. Исследования продолжают уточнять связи между циркадными механизмами и старением, иммунитетом, онкологическими и нейродегенеративными заболеваниями.