Биологические ритмы человека. Биологические ритмы функций организма

Биологические ритмы

Биологические ритмы представляют из себяпериодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера био­логических процессов и явлений. Οʜᴎ в какой-либо форме присущи всœем живым организмам и отмечаются на всœех уров­нях организации: от внутриклеточных процессов до биосфер­ных. Биологические ритмы наследственно закреплены и яв­ляются следствием естественного отбора и адаптации орга­низмов. Ритмы бывают внутрисуточные, суточные, сезонные, годичные, многолетние и многовековые.

Примерами биологических ритмов являются: ритмичность в делœении клеток, синтезе ДНК иРНК, секреции гормонов, суточное движение листьев и лепестков в сторону Солнца, осœен­ние листопады, сезонное одревеснение зимующих побегов, сезонные миграции птиц и млекопитающих и т.д.

Биологические ритмы делят на экзогенные и эндогенные . Экзогенные (внешние) ритмы возникают как реакция на пери­одические изменения среды (смену дня и ночи, сезонов, сол­нечной активности).Эндогенные (внутренние) ритмы генери­руются самим организмом. Ритмичность имеют процессы син­теза ДНК, РНК и белков, работа ферментов, делœение клеток, биение сердца, дыхание и т.д. Внешние воздействия могут сдви­гать фазы этих ритмов и менять их амплитуду.

Среди эндогенных различают физиологические и экологи­ческие ритмы.Физиологические ритмы (биение сердца, дыха­ние, работа желœез внутренней секреции и др.) поддерживают непрерывную жизнедеятельность организмов.Экологические ритмы (суточные, годичные, приливные, лунные и др.) воз­никли как приспособление живых существ к периодическим изменениям среды. Физиологические ритмы существенно ва­рьируют исходя из состояния организма, экологичес­кие – более стабильны и соответствуют внешним ритмам.

Экологические ритмы способны подстраиваться к измене­ниям цикличности внешних условий, но лишь в определœен­ных пределах. Такая подстройка возможна благодаря тому, что в течение каждого периода имеются определœенные интервалы времени (время потенциальной готовности), когда организм готов к восприятию сигнала извне, к примеру яркого света или темноты. В случае если сигнал несколько запаздывает или приходит преждевременно, соответственно сдвигается фаза ритма. В эк­спериментальных условиях при постоянном освещении и тем­пературе данный же механизм обеспечивает регулярный сдвиг фазы в течение каждого периода. По этой причине период ритма в этих ус­ловиях обычно не соответствует природному циклу и посте­пенно расходится по фазе с местным временем.

Эндогенный компонент ритма дает организму возможность ориентироваться во времени и заранее готовиться к предстоя­щим изменениям среды. Это так называемые биологические часы организма. Многим живым организмам свойственны циркадные и цирканные ритмы. Циркадные (околосуточные) ритмы – повторяющиеся изменения интенсивности и характера био­логических процессов и явлений с периодом от 20 до 28 ч. Цирканные (окологодичные) ритмы – повторяющиеся измене­ния интенсивности и характера биологических процессов и явлений с периодом от 10 до 13 месяцев. Циркадные и цир­канные ритмы регистрируются в экспериментальных услови­ях при постоянной температуре, освещенности и т.д.

Ритмический характер имеют физическое и психологичес­кое состояния человека. Нарушение установившихся ритмов жизнедеятельности может снижать работоспособность, оказы­вать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Изу­чение биоритмов имеет большое значение при организации труда и отдыха человека, особенно в экстремальных условиях (в полярных условиях, в космосœе, при быстром перемещении в другие часовые пояса и т.д.).

Несовпадение во времени между природными и антропо­генными явлениями часто приводит к разрушению природных систем. К примеру, при проведении чересчур частых рубок леса.

Биологические ритмы - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Биологические ритмы" 2017, 2018.

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.

Таблица. Классификация биоритмов человека

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;

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.

Общая характеристика биоритмов

Жизнь человека неразрывно связана с фактором времени. Одна из эффективных форм приспособления организма к внешней среде — ритмичность физиологических функций.

Биоритм — автоколебательный процесс в биологической системе, характеризующийся последовательным чередованием фаз напряжения и расслабления, когда тот или иной параметр последовательно достигает максимального или минимального значения. Закон, по которому происходит этот процесс, может быть описан различными функциями, а в самом простом варианте — синусоидальной кривой.

К настоящему времени у человека и животных описано около 400 биоритмов. Естественно, что возникла необходимость их классифицировать. Предложено несколько принципов классификации биоритмов. Чаще всего классифицируют их на основании частоты колебаний (осцилляции), или периодов. Выделяют следующие основные ритмы:

• Высокой частоты, или микроритмы (от долей секунды до 30 мин). Примером могут служить осцилляции на молекулярном уровне (синтез и распад АТФ и др.), частота сокращений сердца (ЧСС), частота дыхания, периодичность перистальтики кишечника.
• Средней частоты (от 30 мин до 28 ч). В эту группу входят ультрадианные (до 20 ч) и циркадные, или циркадианные (околосуточные — 20-28 ч) ритмы. Пример — чередование сна и бодрствования. Циркадианный ритм является основным ритмом физиологических функций человека.
• Мезоритмы (длительностью от 28 ч до 6-7 дней). Сюда относятся циркасептальные ритмы (около 7 дней). С ними связана работоспособность человека, они в значительной степени обусловлены социальным фактором — рабочей неделей с отдыхом на 6-7-й день.
• Макроритмы (от 20 дней до I года). К ним относятся циркануальные (цирканные), или окологодовые ритмы. В эту группу входят сезонные и околомесячные ритмы (лунный ритм, овариально-менструальный цикл у женщин и т.д.).
• Мегаритмы (длительностью в десяток или многие десятки лет). Наиболее известный из них — 11-летний ритм активности Солнца, с которым связаны некоторые процессы на Земле — инфекционные заболевания человека и животных (эпидемии и эпизоотии).

Характеристику каждого биоритма можно описать методами математического анализа и изобразить графически. В последнем случае речь идет о биоритмограмме, или хронограмме.

Как видно из рис. 2, биоритмограмма имеет синусоидальный характер. В ней различают временной период, фазы напряжения и расслабления, амплитуду напряжения, амплитуду расслабления, ак- рофазу данного биоритма.

Временной период — важнейшая характеристика биоритма. Это отрезок времени, по истечении которого происходит повторение функции или состояния организма.

Рис. 2. Схема биоритмограммы на примере циркадного ритма ЧСС: 1 — временной период (сутки); 2 — фаза напряжения (день); 3 — фаза расслабления (ночь); 4 — амплитуда напряжения; 5 — амплитуда расслабления; 6 — акрофаза

Фазы напряжении и расслабления характеризуют усиление и снижение функции в течение суток.

Амплитуда — разница между максимальной и минимальной выраженностью функции в дневное (амплитуда напряжения) и ночное (амплитуда расслабления) время. Общая амплитуда — разница между максимальной и минимальной выраженностью функции в рамках всего суточного цикла.

Акрофаза — время, на которое приходится наивысшая точка (максимальный уровень) данного биоритма.

В некоторых случаях кривая приобретает уплощенный или платообразный вид. Это встречается при малой амплитуде напряжения. Другими разновидностями являются инвертированные и двухвершинные биоритмограммы. Инвертированные кривые характеризуются снижением исходного уровня в дневное время, т.е. изменением функции в направлении, противоположном обычному. Это неблагоприятный признак.

Двухвершинные кривые отличаются двумя пиками активности в течение дня. Появление второго пика рассматривается в настоящее время как проявление адаптации к условиям существования. Так, например, первый пик работоспособности человека (11 — 13 ч) — это естественное проявление биоритма, связанное с дневной активностью. Второй подъем работоспособности, наблюдаемый в вечерние часы, обусловлен необходимостью выполнения домашних и других обязанностей.

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 (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.

Биологические ритмы — периодически повторяющиеся измене­ния характера и интенсивности биологических процессов и явле­ний в живых организмах. Биологические ритмы физиологических функций столь точны, что их часто называют «биологическими часами».

Есть основание полагать, что механизм отсчета времени заключен в каждой моле­куле человеческого тела, в том числе в молекулах ДНК, хранящих генетическую информацию. Клеточные биологические часы назы­вают «малыми», в отличие от «больших», которые, как считают, расположены в головном мозге и синхронизируют все физиологи­ческие процессы в организме.

Классификация биоритмов.

Ритмы , задаваемые внутренними «часами» или водителями рит­ма, называются эндогенными , в отличие от экзогенных , которые регулируются внешними факторами. Большинство биологических ритмов являются смешанными, т. е. частично эндогенными и час­тично экзогенными.

Во многих случаях главным внешним фактором, регулирующим ритмическую активность, служит фотопериод, т. е. продолжитель­ность светового дня. Это единственный фактор, который может быть надежным показателем времени, и он используется для установки «часов».

Конкретная природа «часов» неизвестна, но нет сомнений, что здесь действует физиологический механизм, который может вклю­чать как нервные, так и эндокринные компоненты.

Большинство ритмов формируются в процессе индивидуально­го развития (онтогенеза). Так, суточные колебания активности различных функций у ребенка наблюдаются до его рождения, их мож­но зарегистрировать уже во второй половине беременности.

• Биологические ритмы реализуются в тесном взаимодействии с окружающей средой и отражают особенности приспособления орга­низма к циклично изменяющимся факторам этой среды. Вращение Земли вокруг Солнца (с периодом около года), вращение Земли вок­руг своей оси (с периодом около 24 ч), вращение Луны вокруг Зем­ли (с периодом около 28 дней) приводят к колебаниям освещеннос­ти, температуры, влажности, напряженности электромагнитного поля и т. п., служат своеобразными указателями, или датчиками, времени для «биологических часов».
• Биологические ритмы имеют большие различия по частотам или периодам. Выделяют группу так называемых высокочастотных био­логических ритмов, периоды колебаний которых находятся в пре­делах от доли секунды до получаса. Примерами могут служить колебания биоэлектрической активности головного мозга, сердца, мышц, других органов и тканей. Регистрируя их с помощью спе­циальной аппаратуры, получают ценную информацию о фи­зиологических механизмах деятельности этих органов, которая используется также для диагностики заболеваний (электроэнцефа­лография, электромиография, электрокардиография и др.). К этой же группе можно отнести ритм дыхания.
• Биологические ритмы с периодом 20-28 ч называются циркадианными (циркадными , или околосуточными), например, перио­дические колебания на протяжении суток температуры тела, час­тоты пульса, артериального давления, работоспособности человека и др.
• Выделяют также группу биологических ритмов низкой часто­ты; это околонедельные, околомесячные, сезонные, окологодовые, многолетние ритмы .

В основе выделения каждого из них лежат четко регистрируе­мые колебания какого-либо функционального показателя.

Напри­мер: Околонедельному биологическому ритму соответствует уро­вень выделения с мочой некоторых физиологически активных веществ, околомесячному — менструальный цикл у женщин, сезон­ным биологическим ритмам — изменения продолжительности сна, мышечной силы, заболеваемости и т. д.

Наиболее изучен циркадианный биологический ритм, один из самых важных в организме человека, выполняющий как бы роль дирижера многочисленных внутренних ритмов.

Циркадианные ритмы высокочувствительны к действию различ­ных отрицательных факторов, и нарушение слаженной работы си­стемы, порождающей эти ритмы, служит одним из первых симптомов заболевания организма. Установлены циркадианные колебания более 300 физиологических функций организма человека. Все эти процессы согласованы во времени.

Многие околосуточные процессы достигают максимальных зна­чений в дневное время каждые 16-20 ч и минимальных — ночью или в ранние утренние часы.

Например: Ночью у человека самая низкая температура тела. К утру она повышается и достигает мак­симума во второй половине дня.

Основной причиной суточных колебаний физиологических фун­кций в организме человека являются периодические изменения возбудимости нервной системы, угнетающей или стимулирующей обмен веществ. В результате изменения обмена веществ и возни­кают изменения различных физиологических функций (рис.1).

Например: Частота дыхания днем выше, чем ночью. В ночное время понижена функция пищеварительного аппарата.

Рис. 1. Суточные биологические ритмы в организме человека

Например: Установлено, что суточная динамика температуры тела имеет волнообразный характер. Примерно к 18 ч температура достигает максимума, а к полуночи снижается: минимальное ее значение меж­ду часом ночи и 5 ч утра. Изменение температуры тела в течение суток не зависит от того, спит человек или занимается интенсив­ной работой. Температура тела определяет скорость биологических реакций , днем обмен веществ идет наиболее интенсивно.

С суточным рит­мом тесно связаны сон и пробуждение. Своеобразным внутренним сигналом для отдыха ко сну служит понижение температуры тела. На протяжении суток она изменяется с амплитудой до 1,3°С.

Например: Измеряя через каждые 2-3 ч на протяжении нескольких суток температуру тела под языком (обычным медицинским термомет­ром), можно довольно точно установить наиболее подходящий момент для отхода ко сну, а по температурным пикам определить периоды максимальной работоспособности.

Днем растет частота сердечных сокращений (ЧСС), выше артериальное давление (АД), чаще дыхание. Изо дня в день к моменту пробуждения, как бы пред­восхищая возрастающую потребность организма, в крови повыша­ется содержание адреналина — вещества, которое увеличивает ЧСС, повышает АД, активизирует работу всего организма; к этому времени в крови накапливаются биологические стимуляторы. Снижение концентрации этих веществ к вечеру — непременное условие спокойного сна. Недаром нарушения сна всегда сопровож­даются волнением и тревогой: при этих состояниях в крови нарас­тает концентрация адреналина и других биологически активных веществ, организм длительное время находится в состоянии «бое­вой готовности». Подчиняясь биологическим ритмам, каждый физиологический показатель в течение суток может существенно менять свой уровень.

Распорядок жизни, акклиматизация.

Биологические ритмы являются основой рациональной регла­ментации распорядка жизни человека, так как высокая работоспо­собность и хорошее самочувствие могут быть достигнуты только в том случае, если ритм жизни соответствует свойственному орга­низму ритму физиологических функций. В связи с этим необходи­мо разумно организовать режим труда (тренировок) и отдыха, а также прием пищи. Отклонение от правильного режима питания может привести к существенному увеличению веса, который в свою очередь, нарушая жизненные ритмы организма, вызывает измене­ние обмена веществ.

Например: Если принимать пищу общей кало­рийностью 2000 ккал только по утрам, вес снижается; если ту же пищу принимать в вечерние часы, увеличивается. Для того, чтобы сохранить вес тела, достигнутый к 20-25 годам, пищу следует принимать 3-4 раза в день в точном соответствии с индивидуаль­ными суточными затратами энергии и в те часы, когда появляется заметное чувство голода.

Однако эти общие закономерности иногда скрывают многооб­разие индивидуальных особенностей биологических ритмов. Не всем людям свойственны однотипные колебания работоспособнос­ти. Одни, так называемые «жаворонки», энергично работают в пер­вой половине дня; другие, «совы», — вечером. Люди, относящиеся к «жаворонкам», вечером испытывают сонливость, рано ложатся спать, но, рано просыпаясь, чувствуют себя бодрыми и работоспо­собными (рис.2).

Легче переносит акклиматизацию человек, если он принимает (3-5 раз в сутки) горячее питание и адаптогены, витаминные комп­лексы, а физические нагрузки увеличивает постепенно, по мере адаптации к ним (рис.3).

Рис. 2. Кривые ритма трудоспособности в течение суток

Рис. 3. Суточные ритмы протекания жизненных процессов при неизменных внешних условиях жизни (по Графу)

При несоблюдении этих условий может наступить так называе­мый десинхроноз (своеобразное патологическое состояние).

Явление десинхроноза наблюдается и у спортсменов, особенно у тренирующихся в условиях жары и влажного климата или среднегорья. Поэтому спортсмен, вылетающий на международные со­ревнования, должен быть хорошо подготовлен. Сегодня существу­ет целая система мероприятий, направленных на сохранение привычных биоритмов.

Для биологических часов человека важен правильный ход не только в суточных, но и в так называемых низкочастотных ритмах, например в околонедельном.

В настоящее время установлено, что недельный ритм вырабо­тан искусственно: убедительных данных о существовании врожден­ных семидневных ритмов у человека не обнаружено. Очевидно, что это эволюционно закрепленная привычка. Семидневная неделя ста­ла основой ритма и отдыха еще в древнем Вавилоне. За тысячеле­тия сформировался недельный социальный ритм: человек продук­тивнее работает в середине недели, чем в начале или в конце ее.

Биологические часы человека отражают не только суточные природные ритмы, но и имеющие большую продолжительность, например сезонные. Они проявляются в повышении обмена веществ весной и в снижении его осенью и зимой, в увеличении процента гемоглобина в крови и в изменении возбудимости дыхательного центра в весеннее и летнее время.

Состояние организма в летнее и зимнее время в какой-то степе­ни соответствует его состоянию днем и ночью. Так, зимой по срав­нению с летом снижалось в крови содержание сахара (аналогичное явление происходит и ночью), увеличивалось количество АТФ и холестерина.

Биоритмы и работоспособность.

Ритмы работоспособности, подобно ритмам физиологических процессов, по своей природе эндогенны.

Работоспособность может зависеть от многих факторов, дей­ствующих по отдельности или совместно. К этим факторам отно­сятся: уровень мотивации, прием пищи, факторы внешней среды, физическая готовность, состояние здоровья, возраст и другие факторы. По-видимому, на динамику работоспособности влияет и утомление (у элитных спортсменов — хроническое утомление), хотя не вполне ясно, каким именно образом. Утомление, возникающее при выполнении упражнений (тренировочных нагрузок), трудно преодо­левать даже достаточно мотивированному спортсмену.

Например: Утомление снижает работоспособность, а повторная тренировка (с интерва­лом в 2-4 ч после первой) улучшает функциональное состояние спортсмена.

При трансконтинентальных перелетах циркадианные ритмы различных функций перестраиваются с разной скоростью — от 2-3 дней до 1 месяца. Для нормализации циклично­сти до перелета необходимо каждый день сдвигать на 1 ч отход ко сну. Если это делать в течение 5-7 дней до отлета и ложиться спать в темной комнате, то удастся быстрее пройти акклиматизацию.

При прибытии в новый временной пояс необходимо плавно вхо­дить в тренировочный процесс (умеренные физические нагрузки в те часы, когда будут производиться соревнования). Тренировки не должны носить «ударный характер».

Следует отметить, что естественный ритм жизнедеятельности организма обусловлен не только внутренними факторами, но и вне­шними условиями. В результате исследований был выявлен волно­вой характер изменения нагрузок на тренировке. Прежние представ­ления о неуклонном и прямолинейном наращивании тренировочных нагрузок оказались несостоятельными. Волнообразный характер изменения нагрузок в процессе тренировок связан с внутренними биологическими ритмами человека.

Например: Различают три категории «волн» тренировок: «малые», охватывающие от 3 до 7 дней (или не­сколько более), «средние» — чаще всего 4-6 недель (недельные тре­нировочные процессы) и «большие», продолжающиеся несколько месяцев.

Нормализация биологических ритмов позволяет осуществлять интенсивные физические нагрузки, а тренировки при нарушенном биологическом ритме приводят к различным функциональным рас­стройствам (например, десинхронозу), а иногда и к заболеваниям.

Источник информации: В.Смирнов, В.Дубровский (Физиология физического воспитания и спорта).

В зависимости от критериев, положенных в основу, ритмы классифицируют:

I. По длине периода

1. Циркадианные ритмы - с периодом около 24 часов - наиболее изучены. Причина их столь широкой известности состоит отчасти в том, что они наиболее распространены (достаточно сказать, что суточные ритмы наблюдаются почти у всех живых организмов), а отчасти в том, что наблюдать менее продолжительныве явления проще, чем длящиеся месяц или год.

   Свое название циркадианные ритмы получили в связи с тем, что после искусственного устранения синхронизирующего фактора (т.е. создания постоянных условий), отмечалось сохранение ритма с периодом несколько отличающимся от исходных значений, т.е. биологические ритмы живых организмов не совпадали строго по времени с ритмическими колебаниями в природе и укладывались в период, несколько больший, чем 24 часа. Поэтому их назвали околосуточными или циркадианными (от лат. circa приблизительный и dies - день).

   Понятие суточного ритма относится строго к 24-часовому. Этот ритм связан с вращением Земли вокруг своей оси. Понятия "дневной" и "ночной" нельзя применять в сочетании со словом "ритм", так как они относятся к конкретным частям суток, а не определяют длину периода. В англоязычной литературе слова, аналогичного русскому "сутки", нет, поэтому для 24-часового ритма применяют искусственный термин dian (rhythm), а для отрезков суток - diurnal и nocturnal.

Биоритмы человека с периодами короче циркадианных назвали ультрадианными, а длиннее - инфрадианными.

1. Ультрадианные ритмы - околочасовые. Это короткие ритмы, границы которых точно не установлены. Были открыты более 30 лет тому назад (Brodsky V., 1975, 1992; Бродский В.Я., Нечаева Н.В., Новикова Н.Т., 1994). Ультрадианные ритмы известны для многих свойств клетки: синтеза белка и его этапов, секреции, аксоплазматического тока, активности ферментов (изучено около 20 в разных клетках), концентрации АТФ и других аденилатов, включая цАМФ, полиаминов, дыхания клеток, рН цитоплазмы и др. Они найдены у бактерий, одноклеточных и в клетках различных беспозвоночных и позвоночных животных, а также у растений. Известны органные околочасовые ритмы. У позвоночных, например, это интегральные ритмы дыхания, частоты сердечных сокращений, температуры тела, активности мозга, концентрации гормонов в крови (около 10 примеров разных гормонов у различных животных и человека). Ритмы активности пищеварительной системы также имеют четкие околочасовые составляющие: таков ритм синтеза и выделения слюны, секреции ферментов поджелудочной железы, желчи, сокращений желудка и кишечника (Lloyd A., Rossi E., 1992).
2. Инфрадианные ритмы - с периодом более 24 часов. Среди них выделяют:
   • циркасептанные ритмы - с периодом 7 ± 3 сут
   • циркадисептанные - 14 ± 3 сут
   • циркавигинтанные - 21 ± 3 сут
   • циркатригинтанные - 30 ± 5 сут
   • цирканнуальные ритмы - 1 год ± 2 мес

     Ритмы с такими периодами реально выявлены в ходе систематических исследований [Нalberg F., Engeli М. еt аl., 1965].

Цирканнуальные (окологодичные) ритмы - одни из наиболее универсальных в живой природе. Закономерные изменения физических условий в течение года обусловили множество разнообразных адаптаций в эволюции видов. Наиболее важные из них, например фотопериодизм, связаны с размножением (гнездование птиц, нерест рыб, закономерность и последовательность этапов онтогенеза насекомых и др.); ростом (периодичность роста растений); миграциями (птицы, рыбы); успешным переживанием неблагоприятных периодов года (диапаузы насекомых, зимние либо летние спячки, запасание жиров и т. п.).

Поскольку в основе классификаций положена именно длина периода, очевидны неоправданность и необоснованность термина "сезонные ритмы", который, к сожалению, распространен. Сезон соответствует 3 мес, существование таких ритмов не доказано; имея в виду различия активности процессов весной, летом, осенью и зимой, правильнее говорить о сезонных проявлениях окологодового, или цирканнуального, ритма.

Кроме перечисленных ритмов по длине периода различают

1. Циркалунарный ритм (лунно-суточный - 24,8 ч) типичен для большинства животных и растений прибрежной морской зоны и проявляется совместно с солнечно-суточным ритмом в колебаниях двигательной активности, периодичности открывания створок моллюсков, вертикальном распределении в толще воды мелких морских животных и т.п. Солнечно- и лунно-суточный ритмы, так же как и звёздно-суточный (23,9 ч), имеют большое значение в навигации животных (например, перелётных птиц, многих насекомых), "использующих" астрономические ориентиры.
2. Лунно-месячный ритм (29,4 сут) соответствует периодичности изменения уровня морских приливов и проявляется в ритмичности вылупления из куколок насекомых в прибрежной зоне, в цикле размножения червя палоло, некоторых водорослей и многих других животных и растений. Близок лунно-месячному ритму и менструальный цикл женщин.

Классификация F. Hallberg (1969 г.) - по частотам колебаний, т.е. по величине, обратной длине периодов ритмов. F. Hallberg разделил ритмы по зонам:

1. Высокочастотная зона - ультрадианные ритмы (длина периода до 20 ч);
2. Среднечастотная зона – циркадные ритмы (длина периода 20-28 ч), инфрадианные ритмы (28-72 ч);
3. Низкочастотная зона – циркасептанные (длина периода 7 ± 3 суток), циркадисептанные (14 ± 3 суток), циркавигинтанные (20 ± 3 суток), циркатригинтанные (30 ± 3 суток), цирканнуальные ритмы (12 ± 2 месяцев)

Классификация Н.И. Моисеевой и В.Н. Сысуева (1961)

1. Ритмы высокой частоты: от доли секунды до 30 мин (ритмы протекают на молекулярном уровне, проявляются на ЭЭГ, ЭКГ, регистрируются при дыхании, перистальтике кишечника и др.).
2. Ритмы средней частоты (от 30 мин до 28 ч, включая ультрадианные и циркадные продолжительностью до 20 ч и 20 - 23 ч соответственно).
3. Мезоритмы (инфрадианные и циркасептанные - около 7 сут; продолжительностью 28 ч и 6 дней соответственно).
4. Макроритмы с периодом от 20 дней до 1 года.
5. Мегаритмы с периодом 10 лет и более.

Многие авторы выделяют также ритмы по уровню организации биосистем (клеточные, органные, организменные, популяционные), по форме колебаний (импульсные, синусоидальные, релаксационные, смешанные), по зависимости от экзогенных колебаний (солнечно-суточные, лунно-суточные, лунно-месячные, годичные и т.д.). Например, классификация биоритмов Ю. Ашоффа (1984 г.)

1. по их собственным характеристикам, таким как период (минутные, суточные, недельные, месячные, сезонные, годовые, 5-летние и т.д.);
2. по их биологической системе, например популяция (ритмы популяции);
3. по роду процесса, порождающего ритм (экзогенные, эндогенные);
4. по функции, которую выполняет ритм (ритмы сна, ритмы размножения и т.д.).

Однако необходимо отметить, что в подобных классификациях смешиваются ритмы различного происхождения, что нецелесообразно, поскольку не только их происхождение, но и значение различны.

Кроме того, мегаритмы вообще не являются биоритмами - в организме они сами по себе не возникают; это реакции организма на процессы, периодически (примерно через 7-17 лет или 22 года) возникающие на Солнце. Однако, реакции организма на процессы солнечного происхождения изучать крайне важно, поскольку они могут быть причиной обострения или возникновения различных патологических состояний. Не формируются также биоритмы на магнитные бури солнечного происхождения, возникающие более часто, например, несколько раз в месяц, но хаотично, через неравные промежутки времени. На геомагнитные бури организм реагирует так же, как на внешние раздражители. При этом также может ухудшаться самочувствие человека, обостряться хронические заболевания. Таким образом, и данные реакции организма не являются биоритмами.

II. По источнику происхождения

Классификация Смирнова В.М. (2004)

В связи с вышеизложенным Смирнов В.М. (2004) предлагает все биоритмы классифицировать не по их частоте, а по происхождению: физиологические, геофизические и геосоциальные биоритмы.

Таблица 1. Характеристика биоритмов человека

Таблица 2. Классификация биоритмов человека

Физиологические ритмы - непрерывная циклическая деятельность всех органов, систем, отдельных клеток организма, обеспечивающая выполнение их функций и протекающая независимо от социальных и геофизических факторов (таблица 1).

• Физиологические биоритмы сформировались в процессе эволюции в результате возрастания функциональной нагрузки на отдельные клетки, органы, системы (см. таблицу 2).
• Значение физиологических ритмов заключается в обеспечении оптимального функционирования клеток, органов и систем организма. Исчезновение физиологических биоритмов означает прекращение жизни. Возможность изменения частоты физиологических ритмов обеспечивает быструю адаптацию организма к различным условиям жизнедеятельности.

Геосоциальные биоритмы формируются под влиянием социальных и геофизических факторов.

• Значение геосоциальных биоритмов заключается в приспособлении организма к режиму труда и отдыха. Возникновение в живых системах автоколебаний с периодами, близкими к циклам труда и отдыха, свидетельствует о высоких адаптивных возможностях организма.

Геофизические биоритмы - это циклические изменения деятельности клеток, органов, систем и организма в целом, а также резистентности, миграции и размножения, обусловленные геофизическими факторами. Геофизические биоритмы представляют собой циклические колебания физиологических биоритмов, обусловленные изменениями факторов среды обитания.

• Геофизические биоритмы сформировались под действием природных факторов, во многом они связаны с временами года, фазами Луны.
• Значение геофизических биоритмов – они обеспечивают приспособление организма к циклическим изменениям в природе.

Классификация Гора Е.П. (2007) (приводится по учебному пособию для преподавателей вузов и студентов, обучающихся по специальностям "Экология" и "Биология", а также для специалистов в области биологии, экологии и медицины/ Гора Е.П., Экология человека. Дрофа, 2007). Автор дополнительно к классификации по величине периода приводит классификацию ритмов по источнику происхождения:

1. В зависимости от источника происхождения биологические ритмы делят на экзогенные и эндогенные.

Экзогенные ритмы – это колебания, вызванные периодическими воздействиями извне. Они являются пассивными реакциями на колебания факторов окружающей среды.

Эндогенные ритмы – автономные (спонтанные, самоподдерживающиеся, самовозбуждающиеся) колебания, обусловленные активными процессами в самой системе. Эндогенные биоритмы поддерживаются механизмами обратной связи. В зависимости от того, на каком уровне биологической организации она замыкается, различают биоритмы в клетках (митотический цикл), органах (сокращения кишечника), организмах (овариальный цикл) и т. п.

III. По выполняемой функции

2. По выполняемой функции биологические ритмы делят на физиологические и экологические.

Физиологические ритмы – рабочие циклы отдельных систем (сердцебиение, дыхание и т. п.).

Экологические (адаптивные)служат для приспособления организмов к периодичности окружающей среды.

Период (частота) физиологического ритма может изменяться в широких пределах в зависимости от степени функциональной нагрузки. Период экологического ритма, напротив, сравнительно постоянен, закреплен генетически. Экологические ритмы в естественных условиях захвачены циклами окружающей среды, которые могут быть как природными, так и социальными. Они выполняют функцию биологических часов. С их помощью организмы ориентируются во времени.

Эта классификация, представленная Е.П.Гора вносит некоторую путаницу в понимание предмета. Достаточно отметить, что в русском языке ЭНДО-генные ритмы - это внутренние ритмы, возникающие в самом организме - спонтанные, самовозбуждающиеся и самоподдерживающиеся колебания. ЭКЗО-генные - внешние ритмы, например, геофизические ритмы, обусловленны движением Земли вокруг своей оси, движением Земли вокруг Солнца, движением Луны вокруг Земли и т.д.

• Солнечно-суточный ритм - 24 ч;
• Лунно-суточный ритм - 24,8 ч;
• Звездно-суточный ритм - 23,9 ч;
• Лунно-месячный ритм - 29,4 сут;
• Лунно-приливной ритм - 12,4 ч;
• Годовой ритм - 12 мес;

В классификации же Гора Е.П. под экзогенными ритмами подразумеваются эндогенные колебания (ритмы), вызванные периодическими воздействиями извне, а экологическими ритмами обозначаются эндогенные колебания, захваченные циклами окружающей среды к которым организм вынужден адаптироваться. При этом стоит еще отметить, что эндогенные ритмы адаптируются не к экзогенным геофизическим или социальным ритмам, а к факторам, которые порождаются этими ритмами, т.е. годовой ритм - смена времен года - смена факторов: температуры, продолжительности светового периода дня и пр.

Биологические ритмы представляют собой периоди­чески повторяющиеся изменения интенсивности и харак­тера биологических процессов и явлений. Они в той или иной форме присущи всем живым организмам и отмеча­ются на всех уровнях организации: от внутриклеточных процессов до биосферных. Биологические ритмы наслед­ственно закреплены и являются следствием естественно­го отбора и адаптации организмов. Ритмы бывают внутрисуточные, суточные, сезонные, годичные, многолетние и многовековые.

Примерами биологических ритмов являются: ритмич­ность в делении клеток, синтезе ДНК и РНК, секреции гормонов, суточное движение листьев и лепестков в сторо­ну Солнца, осенние листопады, сезонное одревеснение зи­мующих побегов, сезонные миграции птиц и млекопитаю­щих и т.д.

Биологические ритмы делят на экзогенные и эндоген­ные. Экзогенные (внешние) ритмы возникают как реак­ция на периодические изменения среды (смену дня и ночи, сезонов, солнечной активности). Эндогенные (внутрен­ние) ритмы генерируются самим организмом. Ритмичность имеют процессы синтеза ДНК, РНК и белков, работа фер­ментов, деление клеток, биение сердца, дыхание и т.д. Внешние воздействия могут сдвигать фазы этих ритмов и менять их амплитуду.

Среди эндогенных различают физиологические и эколо­гические ритмы. Физиологические ритмы (биение серд­ца, дыхание, работа желез внутренней секреции и др.) поддерживают непрерывную жизнедеятельность организ­мов. Экологические ритмы (суточные, годичные, прилив­ные, лунные и др.) возникли как приспособление живых существ к периодическим изменениям среды. Физиологические ритмы существенно варьируют в зависимости от состояния организма, экологические - более стабильны и соответствуют внешним ритмам.

Экологические ритмы способны подстраиваться к измениям цикличности внешних условий, но лишь в опреденных пределах. Такая подстройка возможна благодаря тому, что в течение каждого периода имеются определенные интервалы времени (время потенциальной готовности), когда организм готов к восприятию сигнала извне, например яркого света или темноты. Если сигнал несколько запаздывает или приходит преждевременно, соответственно сдвигается фаза ритма. В экспериментальных условиях при постоянном освещении и температуре этот же механизм обеспечивает регулярный сдвиг фазы в течение каждого периода. Поэтому период ритма в этих условиях обычно не соответствует природному циклу и постепенно расходится по фазе с местным временем. Эндогенный компонент ритма дает организму возможность ориентироваться во времени и заранее готовиться к предстоящим изменениям среды. Это так называемые биологические часы организма. Многим живым организмам свойственны циркадные и цирканные ритмы. Циркадные (околосуточные) ритмы - повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений с периодом от 20 до 28 ч. Цирканные (окологодичные) ритмы - повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений с пе­риодом от 10 до 13 месяцев. Циркадные и цирканные рит­мы регистрируются в экспериментальных условиях при постоянной температуре, освещенности и т.д.

Ритмический характер имеют физическое и психологи­ческое состояния человека. Нарушение установившихся ритмов жизнедеятельности может снижать работоспособ­ность, оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Изучение биоритмов имеет большое значение при организации труда и отдыха человека, особенно в экстремальных условиях (полярных условиях, в космосе, при быстром перемещении в др. часовые пояса и т. д.).

Несовпадение во времени между природными и антропогенными явлениями часто приводит к разрушению природных систем. Например, при проведении слишком частых рубок леса.