Биоритмы — периодические колебания жизнедеятельности¶

Биоритмы — это периодические колебания интенсивности биологических процессов в организмах, характеризующиеся определённой частотой (периодом) и амплитудой. Биоритмы охватывают широкий спектр явлений — от субклеточных химических процессов до циклов сна и бодрствования, сезонной активности и многолетних колебаний физиологических показателей. Явление наблюдается у всех изученных живых организмов — от бактерий до млекопитающих, что свидетельствует о его фундаментальном значении для жизнедеятельности.

¶Классификация по периоду

Биоритмы принято разделять на группы в зависимости от длины периода:

¶Механизмы формирования

¶Внутренние часы

У многоклеточных животных и человека существуют эндогенные (внутренние) генетические часы, обеспечивающие автономность циркадных ритмов даже в условиях постоянной темноты или изоляции от внешних сигналов. Основной генетический механизм был открыт в конце XX века. У дрозофилы (Drosophila melanogaster) в 1984 году был выявлен ген period, за открытие которого Джеффри Холл, Майкл Розбаш и Майкл Янг в 2017 году получили Нобелевскую премию по физиологии или медицине. У млекопитающих, включая человека, в роли «мастер-генов» выступают семейства CLOCK, BMAL1, PER и CRY, продукты которых образуют транскрипционно-трансляционные петли обратной связи с периодом около 24 часов.

¶Супрахиазматическое ядро

У позвоночных центральным координатором циркадных ритмов служит супрахиазматическое ядро (СХЯ) гипоталамуса — скопление примерно 20 000 нейронов, расположенное над перекрестием зрительных нервов. СХЯ получает световую информацию от специальных сетчаточных ганглиозных клеток, содержащих меланопсин, и синхронизирует внутренние часы с дневным циклом. Этот процесс называется энtraîнментом (перезаписью) и позволяет организму точно следовать 24-часовому циклу, несмотря на то что собственный период внутренних часов у разных людей слегка отличается (обычно 24,1–24,5 часа).

¶Периферические часы

Помимо СХЯ, собственные локальные часы обнаружены практически во всех тканях и органах — печени, сердце, лёгких, жировой ткани, коже. Периферические часы синхронизируются сигналами от центрального pacemaker-ядра, а также реагируют на приёмы пищи, физическую активность и температуру. Нарушение синхронности между центральными и периферическими часами (например, при сменной работе) связано с повышением риска метаболических и сердечно-сосудистых заболеваний.

¶Внешние факторы

Эндогенные ритмы корректируются внешними (экзогенными) сигналами — светозвуковыми, температурными, пищевыми. Основным « Zeitgeber » (синхронизатором) для человека является свет. Дополнительными факторами служат режим питания, социальный график, приём лекарств. При резком изменении часового пояса возникает десинхроноз — состояние, при котором внутренние часы временно расходятся с местным временем, что проявляется в сонливости, снижении работоспособности и нарушении пищеварения.

¶Биоритмы у человека

У человека наиболее изучен циркадный ритм сна и бодрствования, регулируемый взаимодействием двух процессов: гомеостатического давления сна (накапливающегося в течение бодрствования) и циркадного сигнала бодрствования из СХЯ. Пик секреции мелатонина, гормона шишковидной железы, приходится на ночное время и служит маркером фазы внутренних часов. Температура тела человека минимальна около 4–5 часов утра (примерно 36,2 °C) и максимальна к вечеру (около 37,2 °C). Когнитивные способности, реакция и физическая сила также подвержены суточным колебаниям.

¶Хронобиология и хрономедицина

Научная дисциплина, изучающая биоритмы, называется хронобиологией; её прикладное направление — хрономедицина. Установлено, что эффективность и токсичность ряда лекарственных средств зависят от времени приёма (хронофармакология). Хирургические вмешательства, инфаркты и инсульты чаще регистрируются в утренние часы, что связано с резким подъёмом артериального давления и адреналина после пробуждения. Хронотип («жаворонок» или «сова») определяется генетически и меняется с возрастом: подростки склоняются к позднему типу, пожилые — к раннему.

¶История изучения

Первые научные наблюдения за суточными ритмами принадлежат французскому физиологу Жан-Жаку д'Отрану, который в 1786 году описал движения листьев мимозы (Mimosa pudica), закрывающихся на ночь даже в полной темноте. В 1729 году французский астроном Жан-Жак де Меран продемонстрировал у бархатцев (Mirabilis jalapa) эндогенную природу ритма. В XX веке исследования Джеффри Холла и коллег на дрозофиле заложили основы молекулярной хронобиологии.

¶Критика «триады биоритмов»

Популярная в 1970–1980-е годы теория «триады биоритмов» (физического, эмоционального и интеллектуального), якобы стартующей с момента рождения по фиксированным формулам (23, 28 и 33 дня), научного подтверждения не получила. Метаанализы показали отсутствие корреляции между положением дня по этой модели и показателями здоровья, несчастными случаями или спортивными результатами. В отличие от неё, циркадные ритмы подтверждены десятилетиями экспериментов и имеют чёткий молекулярный механизм.

¶Источники

• Хайнс Т. Молекулярная биология циркадных ритмов // В мире науки.
• Рапопорт С. И. Биологические ритмы: от феномена к механизмам // Успехи физиологических наук.
• Мокеев Г. М. Хронобиология и хрономедицина. — М.: Медицина.
• Halberg F. Chronobiology // Annual Review of Physiology.
• Roenneberg T. Internal time: chronotypes, social jet lag, and why you're so tired. — Harvard University Press.