Биологические ритмы. Циркадный ритм как основа цикла бодрствование – сон.

Суточные колебания физиологических параметров организма. Связь организменных ритмов с факторами внешней среды. Роль СХЯ, гипоталамуса и гипофиза в развитии биоритмов. Биоритмы и секреция гормонов. Циркадные стрессы.

У всех живых существ и даже у растений наблюдаются ритмические колебания функций. Отмечено, что колебания часто соответствуют 24-часовому ритму, связанному с вращением Земли вокруг оси. Долгое время считалось, что суточные ритмы функций в организме – это реакция только на периодические изменения внешней среды – смена дня (свет) и ночи (тьма). Однако в экспериментах было установлено, что ритмы в организме сохраняются даже в условиях полной изоляции от среды. Ученые установили, что виной тому являются циклические колебания концентрации некоторых гормонов в крови.

Колебания функций в организме в течении суток получили название – «биологических часов» или «циркадные», «циркадианные», околосуточные ритмы.

Наука о суточных ритмах организма называется хронобиология. Ее основные понятия сформулировали Нобелевские лауреаты Ю.Ашофф и К. Питтендриг в начале 80 –х годов XX века. Согласно их представлению – организм млекопитающих является объединением множества водителей ритма (пейсмекеров), подчиняющихся единому водителю ритма, который в свою очередь синхронизирован с 24-часовым суточным циклом. Из правила Ашоффа следует, что свет определяет суточные или циркадные колебания в организме. При устойчивых режимах поведения: питания, труда и отдыха, сна и бодрствования весь комплекс физиологических функций у человека носит строго упорядоченный ритмичный характер. У человека выявлено более 100 физиологических параметров, которые имеют циклические колебания с периодом в 24 часа. Так, температура тела рано утром – минимальна, а в вечернее время – максимальна (размах составляет 1-1,5°). Точность переработки информации увеличивается в дневные часы, затем падает. В течение суток изменяется частота дыхания и сердцебиений, А/Д – выше в дневные часы. Физический труд эффективнее днем, к полуночи чаще возникают ошибки. Периодичность характерна и для обменных процессов в организме. Повышенная утилизация углеводов наблюдается в I половине дня, а утилизация жиров – вечером и ночью. Анаболические процессы (восстановительные) преобладают в период покоя – ночью. Наиболее ярким выражением суточного ритма является цикл бодрствования – сон.

Однако упорядоченность и согласованность ритмов в организме можно легко нарушить. Например, при перемещении человека в другой часовой пояс; либо при резком изменении режима сон – бодрствование в связи с характером труда (сменная работа); или связанные с сезонными переносом на 1 час времени. В этом случае различные функции в организме перестраиваются на новые условия с разной скоростью. Так, структура ночного сна восстанавливается в течение нескольких суток. Восстановление же нарушенных ритмов дыхания, кровообращения, терморегуляции нередко затягивается до недели, а эндокринные и метаболические процессы перестраиваются на новые условия до 3 недель. Эти данные важно учитывать в спортивной практике или при организации вахтового метода работы.

Пути осуществления связи внутриорганизменных ритмов с факторами внешней среды.

Из естественных факторов наибольшую роль в поддержании ритмов организма (биоритмов) играют:

1. Ритмичность смены дня и ночи (света и тьмы);

2. Ритмичность изменения температуры среды в течение суток: днем теплее, чем ночью.

3. Ритмичность пищевой деятельности;

4. Ритмичность двигательной активности;

Механизм синхронизации изменений внешней среды смена дня и ночи с биоритмами. Одним из важнейших каналов получения информации о внешнем мире является зрение. Изменение освещенности сетчатки является основным датчиком времени. Влияние светового цикла на процессы в организме осуществляется через связь рецепторов сетчатки с супрахиазматическим ядром (СХЯ) гипоталамуса, а через него с эпифизом и симпатическими ганглиями.

Циркадный центр.

Существование такого центра отметили основатели хронобилогии Ашофф и Питтендриг в 1947 г. Они утверждали, что центром управления биологическими часами в организм является СХЯ, расположенное над перекрестом зрительных путей у основания мозга (объем его около 0,3 мм³). У грызунов оно содержит примерно 10000 нейронов.

При разрушении СХЯ у животных пропадает цикличность выброса гормонов стресса – адреналина и глюкортикоидов, исчезает циркадная двигательная активность; периоды сна и бодрствования становятся хаотичными.

Уникальность СХЯ в том, что в его нейронах «работают» так называемые часовые гены. Особенностью нейронов СХЯ является их способность даже при изъятии из организма сохранять нейсмекерную активность (активность водителя ритма).

Нейроны СХЯ функционально связаны с железой эпифизом. Эпифиз - ключевое звено в осуществлении биоритмов – это тоже биологические часы организма, ход которых зависит от освещенности сетчатки. В темное время суток в эпифизе возрастает продукция мелатонина, а в светлое – серотонина. Мелатонин – гормон ночи, он регулирует смену фаз сна. Бессонница пожилых людей связана зачастую с дефицитом мелатонина. Кстати, утреннее молоко коров обладает снотворным действием, т.к. содержит мелатонин. Мелатонин кроме того играет важную роль в восстановлении ЦНС после травм, он ускоряет процессы формирования синапсов. Внутримышечное введение мелатонина способствует восстановлению движений парализованной конечности.

Отмечено, что даже в условиях постоянной темноты цикличность изменения температуры среды в течение суток (днем температура выше, а ночью – ниже) обеспечивает сохранность биоритмов организма.

Многие органы в организме имеют собственных водителей ритма – пейсмекеры. Такие водители имеются в сердце, кишечнике, печени. Клетки этих пейсмекеров подчинены влиянию СХЯ. Если деятельность таких органов искусственно выводится из-под контроля СХЯ – это чревато развитием определенных проблем в состоянии здоровья.

Одним из неблагоприятных факторов в сохранении биоритмов является нарушение режима питания. В 2000-2004 годах вышла серия сенсационных работ швейцарских и американских исследователей. В эксперименте ночных грызунов кормили только в светлое время суток. Для них это противоестественно, так же как человека всегда кормить только ночью. В результате перестройки режима питания суточная активность часовых генов в клетках – пейсмекерах внутренних органов постепенно перестала совпадать с ритмом, навязываемым им СХЯ. Животные начали болеть. Выяснилось, что такая перестройка сопровождается снижением иммунитета, развитием сердечной патологии и другими нарушениями.

Значит, призыв придерживаться правильного режима питания имеет под собой научную основу.