Биологические ритмы. Классификация. Параметры ритма. Значение биологических ритмов для медицины. Хрономедицина, хронодиагностика и хронотерапия

БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ (биоритмы), периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов, свойственных живым организмам. Иначе говоря, это «повторение подобного в подобных промежутках времени». Биологические ритмы свойственны растениям, животным, человеку. Проявляются на всех уровнях организации жизни: молекулярно-генетическом, клеточном, тканевом, организменном, популяционно-видовом, биоценотическом и биосферном. Подразделяются на экзогенные, возникающие в организмах в ответ на космические, геофизические и иные колебания, происходящие в окружающей среде (напр., колебания численности популяции, связанные с ритмами активности Солнца), и эндогенные, генерируемые самим организмом (сердечные, дыхательные и др.). Физиологические биоритмы меняют свои параметры (частоту, силу) в зависимости от состояния организма (возраста, болезней и пр.). Экологические биоритмы зависят от циклических изменений среды и относительно стабильны. Более того, они могут сохраняться, если животное оказывается в иных условиях, напр. беспозвоночные литорали сохраняют ритм прилива-отлива, находясь в аквариуме с постоянным уровнем воды и стабильными показателями её солёности и температуры. Среди экологических ритмов различают: годичные с периодом от 10 до 13 мес., лунные с периодами 29,53 сут и 24,8—12,4 ч (приливные), суточные солнечные (24 ч).

Биологические ритмы имеют большое значение в медицине, особенно при диагностике и терапии различных заболеваний, поскольку реакция организма на любое воздействие зависит от фазы околосуточного ритма. Так, при введении мышам токсина кишечной палочки в конце фазы покоя (когда все показатели жизнедеятельности снижены) смертность составляла 80%, а если инъекция проводилась в середине фазы активности (при повышенных показателях), то смертность была менее 20%.

Для человека четко установлена зависимость действия лекарств от околосуточного биоритма. Например, эффект обезболивания зуба сильнее всего проявляется в период от 12 до 18 часов дня. Да и порог болевой чувствительности в это время в полтора раза выше, чем ночью, а онемение в результате наркоза длится в несколько раз дольше. Вот почему вполне разумно посещать стоматолога не рано утром, а в послеобеденное время. Можно предположить, что и родовая боль тоже имеет разный порог в зависимости от времени суток. Но данные явления пока не исследованы учеными.

Изучение ритмов чувствительности человеческого организма к лекарствам положило начало развитию хронофармакологии. Основываясь на знании суточных биоритмов, можно разрабатывать более эффективные режимы приема лекарственных средств. Так, например, ритмы колебаний артериального давления у каждого индивидуальны, а эффект понижающих давление препаратов также зависит от времени суток. Зная эти параметры, можно осуществлять более целесообразный подбор лекарств при лечении гипертонии, ишемической болезни сердца. Для предотвращения гипертонического криза предрасположенным к этому людям лекарства нужно принимать вечером (именно в это время человек наиболее уязвим). При бронхиальной астме лекарственные препараты лучше употреблять незадолго до полуночи; при язвенной болезни — утром и вечером. Циркадианные (околосуточные) ритмы необходимо учитывать и при диагностике, особенно когда используются количественные показатели, например температура тела, которые также подвержены колебаниям в течение суток. Необходимо, чтобы измерения таких показателей производились в одной и той же циркадианной фазе.

Кроме того что биоритмы нашего организма влияют на терапевтический эффект лекарств, нарушения сложной ритмики могут становиться причинами различных заболеваний (динамические болезни). Для коррекции биоритмов используют вещества, способные влиять на различные фазы биологических ритмов (хронобиотики). Лекарственные растения левзея и дягиль, кофе и чай, элеутерококк, хвойные экстракты — это дневные хронобиотики, которые действуют на дневные биоритмы; валериана, душица, хмель, мята перечная, корень пиона — ночные хронобиотики.

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).

2. 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.

3. Инфрадианные ритмы - с периодом более 24 часов. Среди них выделяют:

o циркасептанные ритмы - с периодом 7 ± 3 сут

o циркадисептанные - 14 ± 3 сут

o циркавигинтанные - 21 ± 3 сут

o циркатригинтанные - 30 ± 5 сут

o цирканнуальные ритмы - 1 год ± 2 мес

4. 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.

5. 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.

I. 1. Авторские классификации биоритмов по длине периода

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

I. Высокочастотная зона - ультрадианные ритмы (длина периода до 20 ч);

II. Среднечастотная зона – циркадные ритмы (длина периода 20-28 ч), инфрадианные ритмы (28-72 ч);

III. 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 Г.Хильдебрандта (1993 г.) - на рис.1 приводятся биологические ритмы, размещенные в границах, соответствующих ритмическим процессам в организме человека, позволяющие произвести реальную их оценку, в том числе с помощью инструментального замера.

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.).

II. По источнику происхождения

Классификация Смирнова В.М. (2004)

Виды биоритмов	Наследуемость	Устойчивость	Видовая специфичность
Физиологические	Врожденные	Постоянны в покое, быстро (секунды-минуты) изменяются при изменении интенсивности работы организма	Характерна
Геофизические	Врожденные	Весьма устойчивы, могут медленно изменяться через несколько поколений при изменении среды обитания. Некоторые (менструальный цикл) вообще не изменяются	Свойственна некоторым биоритмам (например, менструальному циклу)
Геосоциальные	"Сплав" врожденных и приобретенных ритмов с преобладанием последних	Устойчивы, но могут медленно изменяться при изменении режима труда и отдыха, места жительства	Нехарактерна

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

Геосоциальные биоритмы формируются под влиянием социальных и геофизических факторов.

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.

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.

Также автор приводит классификацию ритмов

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;

Хрономедицина — это область медицины, в которой используется представление о биологических ритмах, которые изучаются в рамках хронобиологии.

Хронофармокология и хронотерапия – лечения на основе индивидуального подхода(индивидуальные биоритмы).

Хронодиагностика — это определение хронотипа человека и хронолабильности. Под первым понимают определение характера суточного ритма бодрствования и сна