Биологические ритмы, биоритмы, — это более или менее регулярные изменения характера и интенсивности биологических процессов. Способность к таким изменениям жизнедеятельности передается по наследству и обнаружена практически у всех живых организмов. Их можно наблюдать в отдельных , и , в целых организмах и в .

Биоритмы подразделяют на физиологические и экологические. Физиологические ритмы, как правило, имеют периоды от долей секунды до нескольких минут. Это, например, ритмы , биения сердца и артериального давления. Экологические ритмы по длительности совпадают с каким-либо естественным ритмом окружающей среды. К ним относят суточные, сезонные (годовые), приливные и лунные ритмы. Благодаря экологическим ритмам организм ориентируется во времени и заранее готовится к ожидаемым изменениям условий существования. Так, некоторые цветки раскрываются незадолго до рассвета, как будто зная, что скоро взойдет солнце. Многие животные еще до наступления холодов впадают в зимнюю или мигрируют (см. ). Таким образом, экологические ритмы служат организму как биологические часы.

Экологические ритмы устойчивы к различным физическим и химическим воздействиям и сохраняются даже при отсутствии соответствующих изменений во внешней среде. Большинство растений умеренных и высоких широт на зиму теряют листья, чтобы избежать потери влаги. Яблоня или груша сохраняют сезонную периодичность сбрасывания листьев и при выращивании их в тропиках, где никогда не бывает морозов. У панцирных моллюсков во время морских приливов створки раковины открыты шире, чем во время отливов. Этот приливный ритм открывания и закрывания створок наблюдался у моллюсков и в аквариуме за 1600 км от океанского побережья, где они были отловлены. Французский спелеолог М. Сиффре 205 дней провел под землей в пещере в полном одиночестве и темноте. Все это время у него отмечался суточный ритм и бодрствования.

Основной земной ритм — суточный, обусловленный вращением Земли вокруг своей оси, поэтому практически все процессы в живом организме обладают суточной периодичностью. Все эти ритмы (а у человека их уже обнаружено более 100) определенным образом связаны друг с другом, образуя единую, согласованную во времени ритмическую систему организма. При рассогласовании ритмов развивается заболевание, получившее название десинхроноза. У человека десинхроноз наблюдается, например, при перелетах через несколько часовых поясов, когда ему приходится привыкать к новому распорядку дня.

Нарушение ритма и бодрствования может привести не только к бессоннице, но и к заболеваниям сердечно-сосудистой, дыхательной и . Поэтому так важно соблюдать режим дня. Биоритмы интенсивно исследуются специалистами в области космической и медицины, так как при освоении новых планет космонавты будут полностью лишены обычных ритмов среды.

Наука о биологических ритмах — биоритмология — еще очень молода. Но уже сейчас она имеет большое практическое значение. Искусственно изменяя сезонные циклы освещения и температуры, можно добиться массового цветения и плодоношения растений в теплицах, высокой плодовитости животных. Любое лекарство или яд по-разному влияет на организм в течение суток. На эту особенность обратили внимание еще основоположники медицины в Древнем Китае, которые составили «часы жизненной силы» и «часы заболеваний» того или иного . Особенно широкое применение эти «часы» нашли при иглоукалывании. В настоящее время фактор времени учитывают при лечении многих заболеваний, и в первую очередь при лечении рака. Определив время наименьшей устойчивости насекомых к инсектицидам, можно проводить химические обработки с наибольшей эффективностью при минимальном загрязнении окружающей среды.

Проблема биологических ритмов еще далека от окончательного решения. До сих пор не разгаданы тонкие механизмы биологических часов.

КАК УСТРОИТЬ ЖИВЫЕ ЧАСЫ

Одна из наиболее интересных проявлений биологического измерения времени — суточная периодичность открывания и закрывания цветков у растений. Каждое растение «засыпает» и «просыпается» в строго определенное время суток. Рано утром (в 4 ч) раскрывают свои цветки цикорий и шиповник, в 5 ч — мак, в 6 ч — одуванчик, полевая гвоздика, в 7 ч — колокольчик, огородный картофель, в 8 ч — бархатцы и вьюнки, в 9—10 ч — ноготки, мать-и-мачеха и только в 11 ч — торица. Существуют и цветы, раскрывающие свои венчики ночью. В 20 ч раскрываются цветки душистого табака, а в 21 ч — горицвета и ночной фиалки.

Так же в строго определенное время и закрываются цветки: в полдень — осот полевой, в 13—14 ч — картофель, в 14—15 ч — одуванчик, в 15—16 ч — мак и торица, в 16—17 ч — ноготки, в 17—18 ч — мать-и-мачеха, в 18—19 ч — лютик и в 19—20 ч — шиповник.

Вы можете устроить на садовой клумбе живые часы. Для этого необходимо посадить цветущие растения в таком порядке, в каком они раскрывают или закрывают свои цветки. Такие многокрасочные и ароматные часы не только будут радовать вас своей красотой, но и позволят достаточно точно (с интервалом 1 — 1,5 ч) определять время.

Впервые такие цветочные часы устроил выдающийся шведский естествоиспытатель в 20-х гг. XVIII в.

Однако цветочные часы точно показывают время только в ясную и солнечную погоду. В пасмурные дни или просто перед переменой погоды они могут и обмануть. Поэтому полезно создать и коллекцию зеленых барометров, предсказывающих изменение погоды. Перед дождем, например, закрывают свои венчики ноготки и лютики. А уроженица тропических лесов Бразилии причудливая монстера способна предсказать осадки даже за сутки, обильно выделяя из листьев влагу.

Раскрывание и закрывание цветков зависят и от многих других условий, например от географического положения местности или времени восхода и захода солнца. Поэтому, прежде чем составить цветочные часы, необходимо провести предварительные наблюдения.

Цветочные часы можно устроить, например, из этих растений. В кружках показано примерное время, когда открываются и закрываются цветки.

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.

Биологические ритмы функций организма

Согласно наиболее распространенной гипотезе, живой организм является независимой колебательной системой, которая характеризуется целым набором внутренне связанных ритмов. Они позволяют организму успешно приспособиться к циклическим изменениям окружающей среды. Ученые полагают, что в многовековой борьбе за существование выживали лишь те организмы, которые могли не только уловить изменения в природных условиях, но и настроить ритмический аппарат в такт внешним колебаниям, что означало наилучшее приспособление к окружающей среде. Например, осенью многие птицы улетают на юг, а некоторые животные впадают в спячку.

Зимняя спячка помогает животным пережить неблагоприятный период. Они точно определяют время для спячки.

Ученые убедительно доказали существование внутренней, природной обусловленности основных биологических ритмов в организме человека. Так, у однояйцевых близнецов эти ритмы сходны. Известен такой случай: два брата были разлучены вскоре после рождения и воспитывались в разных семьях, не зная друг друга. Однако оба проявляли склонность к одним и тем же занятиям, обладали одинаковыми вкусами и выбрали одну и ту же специальность. Но самое поразительное заключалось в том, что братья-близнецы росли и развивались по одной генетической программе, жили по одним биологическим часам. Подобных примеров можно привести достаточно много. Однако в науке на природу биологических ритмов существует и противоположная точка зрения.

«Система, насквозь пронизанная ритмами» – так образно назвал человека один из основоположников отечественной школы исследователей биологических ритмов Б. С. Алякринский. Основной дирижер этой системы – суточный ритм . В этом ритме изменяются все функции организма: в настоящее время наука располагает достоверными сведениями о суточной периодичности более 400 функций и процессов. В сложном ансамбле суточных ритмов одним из главных факторов ученые считают ритм температуры тела: ночью ее показатели самые низкие, утром температура повышается и достигает максимума к 18 часам. Такой ритм на протяжении долгих лет эволюции позволял подстраивать активность человеческого организма к периодическим температурным колебаниям окружающей среды.

Неизвестная и не признанная ранее хронобиология, хотя и утверждавшая свое старинное происхождение от самого Гиппократа, была принята как равноправная среди других наук весной 1960 года в американском городе Колд-Спринг-Харборе на международном симпозиуме, посвященном исследованию ритмов в живых системах. В настоящее время научные общества хронобиологов существуют во всех развитых странах мира. Их деятельность координируют европейское и международное общества, причем последнее издает специальный журнал и каждые два года собирает ученых на свои съезды.

Давно уже человек не испытывает таких резких колебаний окружающей среды: одежда и жилище обеспечили ему искусственную температурную среду, но температура тела варьирует, как и много веков назад. И эти колебания имеют для организма не меньшее значение, ведь температура определяет скорость протекания биохимических реакций, которые являются материальной основой всех проявлений жизнедеятельности человека. Днем температура выше – увеличивается активность биохимических реакций и более интенсивно происходит обмен веществ в организме; следовательно, выше и уровень бодрствования. К вечеру температура тела понижается, и человеку легче заснуть.

Ритм температуры тела повторяют показатели многих систем организма: это прежде всего пульс, артериальное давление, дыхание и др.

В синхронизации ритмов природа достигла совершенства. Так, к моменту пробуждения человека в крови накапливаются биологически активные вещества, адреналин, гормоны коры надпочечников и др. Все это подготавливает человека к дневному активному бодрствованию: повышается артериальное давление, частота пульса, возрастают мышечная сила, работоспособность и выносливость.

Пример целесообразности существования суточного ритма демонстрируют почки. В основном структурном образовании почек (клубочки) происходит фильтрация крови, в результате чего образуется «первичная моча». Однако она содержит еще множество необходимых для организма веществ, поэтому в другом отделе почек (канальцах) эти вещества поступают обратно в кровь. В ближайшем к клубочкам отделе канальцев (так называемом проксимальном) всасываются белки, фосфор, аминокислоты и другие соединения. В дальнем (или дистальном) отделе канальцев всасывается вода, и тем самым уменьшается объем мочи. В результате хронобиологических исследований установлено, что проксимальный отдел канальцев почек наиболее активен в утренние и дневные часы, поэтому в это время выведение белка, фосфора и других веществ минимально. Дистальный же отдел канальцев наиболее интенсивно функционирует в ночные и ранние утренние часы: вода всасывается, и объем мочи в ночное время уменьшается. Одновременно с этим большее выведение фосфатов облегчает освобождение организма от ненужных кислот.

В реализации ритмических колебаний функций организма особая роль принадлежит эндокринной системе. Свет, падая на сетчатку глаза, через зрительные нервы передает возбуждение в один из важнейших отделов головного мозга – гипоталамус. Гипоталамус – это высший вегетативный центр, осуществляющий сложную координацию функций внутренних органов и систем в целостную деятельность организма. Он связан с гипофизом – основным регулятором работы желез внутренней секреции. Итак, гипоталамус – гипофиз – железы внутренней секреции – «рабочие» органы. В результате работы этой цепочки меняется гормональный фон, а вместе с ним и деятельность физиологических систем. Стероидные гормоны оказывают непосредственное влияние и на состояние нервных клеток, меняя уровень их возбудимости, поэтому параллельно с колебаниями гормонального уровня меняется настроение человека. Это определяет высокий уровень функций организма днем и низкий – ночью.

Во время одной из пересадок сердца, сделанной человеку, в сердце остался функционировать пейсмекер – тот участок сердечной мышцы, который задает ритм всему сердцу. Его суточный ритм несколько отличался от суточного ритма реципиента, т. е. больного, получившего новое сердце. И вот в английском журнале «Nature» Крафт, Александер, Фостер, Личмен и Линскомб описали этот удивительный случай. У пациента суточный ритм сердца, или частоты пульса, на 135 минут отличался по фазе от суточного ритма температуры. Здесь следует повторить, что наибольшая частота пульса практически совпадает с максимальной температурой тела. Не случайно, если нет термометра, врач для определения температуры подсчитывает пульс или число дыханий: при ее повышении на 1 °C происходит учащение сердечных сокращений примерно на 10–15 ударов в минуту, а частота пульса соотносится с частотой дыхания как 1: 4.

Ученые НИИ экспериментальной медицины РАМН пришли к выводу, что в организме человека пульсирует не только сердце, но и… кишечник, когда он выполняет свою эвакуационную функцию, т. е. очищается. Признаком заболевания следует считать не только редкий (1–2 раза в неделю) стул, но и нарушение суточного ритма. Обратив внимание на это отклонение от нормы, можно предупредить развитие тяжелых недугов, которые возникают вследствие запоров. Известно, что ритм обмена веществ сохраняется в так называемой тканевой культуре, т. е. при выращивании тканей «в пробирке».

Исследователи считают, что для человека преобладающее значение имеют социальные факторы: ритм сна и бодрствования, режим труда и отдыха, работа общественных учреждений, транспорта и т. п. Их условились называть «социальными датчиками времени» в отличие от «природных датчиков времени» (свет, температура окружающей среды, ионный состав воздуха, напряженность электрического и магнитного полей Земли и т. п.).

Социальная природа человека и созданная им искусственная окружающая среда способствуют тому, что в обычном состоянии он не чувствует выраженных сезонных колебаний функционального состояния. Тем не менее они существуют и отчетливо проявляются – прежде всего при заболеваниях. Учет этих колебаний при профилактике, диагностике и лечении заболеваний составляет основу практической хронобиологии.