Биологические часы организма человека

Давно замечено, что все живое на Земле подчиняется определенным ритмам, которые задаются глобальными процессами. Это суточное вращение планеты вокруг оси и движение ее по околосолнечной орбите. Живые организмы каким-то образом чувствуют время, и их поведение подчинено его течению. Это проявляется в чередовании периодов активности и сна у животных, в открывании и закрывании цветков у растений. Перелетные птицы каждую весну возвращаются к местам гнездования, выводят птенцов и мигрируют в теплые края на зимовку.

Что такое биологические часы?

Ритмичность протекания всех жизненных процессов – свойство, присущее всем обитателям нашей планеты. Например, морские одноклеточные жгутиконосцы светятся ночью. Неизвестно, зачем они это делают. Но днем они не светятся. Это свойство жгутиконосцы получили в процессе эволюции.

Каждый живой организм на Земле - и растения, и животные - имеют внутренние часы. Они определяют периодичность жизнедеятельности, привязанную к продолжительности земных суток. Эти биологические часы приспосабливают свой ход к периодичности смены дня и ночи, они не зависят от изменения температуры. Кроме суточных циклов, существуют сезонные (годичные) и лунные периоды.

Биологические часы – в какой-то мере условное понятие, подразумевающее свойство живых организмов ориентироваться во времени. Это свойство присуще им на генетическом уровне и передается по наследству.

Изучение механизма биологических часов

Долгое время ритмичность жизненных процессов живых организмов объяснялась ритмичностью изменения условий среды обитания: освещенность, влажность, температура, атмосферное давление и даже интенсивность космического излучения. Однако простые опыты показали, что биологические часы работают независимо от изменений внешних условий.

Сегодня известно, что они есть в каждой клетке. В сложных организмах часы образуют сложную иерархическую систему. Это нужно для функционирования как единого целого. Если какие-либо органы и ткани по времени не согласованы, возникают различного вида болезни. Внутренние часы эндогенны, то есть имеют внутреннюю природу и подстраиваются сигналами извне. Что еще нам известно?

Биологические часы передаются по наследству. В последние годы найдены доказательства этого факта. В клетках есть гены часов. Они подвержены мутациям и естественному отбору. Это нужно для согласования процессов жизнедеятельности с суточным вращением Земли. Поскольку в разных широтах соотношения продолжительности дня и ночи в течение года неодинаковы, часы нужны еще и для приспособления к смене сезонов. Они должны учитывать, прибавляет или убывает день и ночь. По-другому нельзя различить весну и осень.

Изучая биологические часы растений, ученые выяснили механизм приспособления их к изменениям продолжительности дня. Это происходит при участии особых фитохромных регуляторов. Как работает этот механизм? Фермент фитохром существует в двух формах, которые превращаются из одной в другую в зависимости от времени суток. Получаются часы, регулируемые внешними сигналами. Все процессы в растениях – рост, цветение – зависят от концентрации фермента фитохрома.

До конца механизм внутриклеточных часов еще не изучен, однако пройдена большая часть пути.

Циркадные ритмы в организме человека

Периодические изменения интенсивности биологических процессов связаны с чередованием дня и ночи. Эти ритмы называют циркадными, или циркадианными. Их периодичность – около 24 часов. Хотя циркадные ритмы связаны с процессами, происходящими вне организма, они имеют эндогенное происхождение.

У человека нет органов и физиологических функций, которые не подчинялись бы суточным циклам. Сегодня их известно более 300.

Биологические часы человека регулируют в соответствии с суточными ритмами такие процессы:

- деление клеток;

- частота сердечных сокращений и дыхания;

- потребление организмом кислорода;

- перистальтика кишечника;

- интенсивность работы желез;

- чередование сна и отдыха.

Это только основные проявления.

Ритмичность физиологических функций происходит на всех уровнях – от изменений внутри клетки до реакций на уровне организма. Эксперименты последних лет показали, что в основе циркадных ритмов – эндогенные, самоподдерживающиеся процессы. Биологические часы человека настроены на периодичность колебаний в 24 часа. Они связаны с изменениями в окружающей среде. Ход биологических часов синхронизируется с некоторыми из этих изменений. Наиболее характерные из них – чередование дня и ночи и суточные колебания температуры.

Считается, что у высших организмов главные часы расположены в головном мозге в супрахиазменном ядре таламуса. К нему ведут нервные волокна от зрительного нерва, а с кровью приносится среди прочих гормон мелатонин, вырабатываемый эпифизом. Это орган, который когда-то был третьим глазом у древних рептилий и сохранил функции регуляции циркадных ритмов.

Биологические часы органов

Все физиологические процессы в организме человека протекают с определенной цикличностью. Меняются температура, давление, концентрация сахара в крови.

Органы человека подчинены суточному ритму. За 24 часа их функции переживают поочередно периоды подъема и спада. То есть всегда, в одно и то же время, в течение 2 часов орган работает особенно эффективно, после чего переходит в фазу релаксации. В это время орган отдыхает и восстанавливается. Эта фаза длится также 2 часа.

Например, фаза подъема активности желудка приходится на период с 7 до 9 часов, за ней, с 9 до 11, следует спад. Селезенка и поджелудочная железа активны с 9 до 11, а с 11 до 13 отдыхают. У сердца эти периоды приходятся на 11-13 часов и 13-15. У мочевого пузыря фаза активности - с 15 до 17, покой и отдых – с 17 до 19.

Биологические часы органов – один из тех механизмов, который позволил обитателям Земли за миллионы лет эволюции приспособиться к суточному ритму. Но созданная человеком цивилизация неуклонно разрушает этот ритм. Как показывают исследования, разбалансировать биологические часы организма просто. Достаточно лишь кардинальным образом изменить режим питания. Например, начать обедать среди ночи. Поэтому жесткий режим питания – основополагающий принцип. Особенно важно соблюдать его с раннего детства, когда «заводятся» биологические часы организма человека. От этого напрямую зависит продолжительность жизни.

Хроногеронтология

Это новая, совсем недавно возникшая научная дисциплина, которая изучает возрастные изменения биологических ритмов, возникающие в организме человека. Хроногеронтология возникла на стыке двух наук – хронобиологии и геронтологии.

Один из предметов исследований – механизм функционирования так называемых «больших биологических часов». Этот термин впервые ввел в обращение выдающийся ученый В. М. Дильман.

«Большие биологические часы» - достаточно условное понятие. Это, скорее, модель процессов старения, протекающих в организме. Она дает понимание взаимосвязи образа жизни человека, его пищевых пристрастий с действительным биологическим возрастом. Эти часы ведут отсчет продолжительности жизни. Они фиксируют накопление изменений в организме человека от момента рождения и до смерти.

Ход больших биологических часов неравномерен. Они то спешат, то отстают. На их ход оказывают влияние многие факторы. Они то укорачивают, то удлиняют жизнь.

Принцип функционирования больших биологических часов заключается в том, что они измеряют не отрезки времени. Они измеряют ритм процессов, а точнее - потерю его с возрастом.

Исследования в этом направлении могут помочь в решении главного вопроса медицины – устранение болезней старения, которые на сегодняшний день являются основной преградой в достижении видового лимита жизни человека. Сейчас этот показатель оценивается в 120 лет.

Сон

Внутренние ритмы организма регулируют все процессы жизнедеятельности. Время засыпания и пробуждения, продолжительность сна – за все отвечает «третий глаз» - таламус. Доказано, что этот участок мозга ответственен за выработку мелатонина – гормона, регулирующего биоритмы человека. Его уровень подчиняется суточным ритмам и регулируется освещением сетчатки глаза. С изменением интенсивности светового потока уровень мелатонина возрастает или уменьшается.

Механизм сна очень тонкий и ранимый. Нарушение чередования сна и бодрствования, которое в человеке заложено природой, наносит серьезный вред здоровью. Так, постоянная посменная работа, предполагающая трудовую деятельность ночью, связана с более высокой вероятностью возникновения таких заболеваний, как сахарный диабет 2-го типа, сердечные приступы и рак.

Во сне человек полностью расслабляется. Все органы отдыхают, только мозг продолжает трудиться, систематизируя полученную за день информацию.

Сокращение продолжительности сна

Цивилизация вносит свои коррективы в жизнь. Исследуя биологические часы сна, ученые обнаружили, что современный человек спит на 1,5 часа меньше, чем люди в 19 веке. Чем же опасно сокращение времени ночного отдыха?

Нарушение естественного ритма чередования сна и бодрствования ведет к сбоям и нарушениям в работе жизненно важных систем организма человека: иммунной, сердечно-сосудистой, эндокринной. Недостаток сна приводит к излишней массе тела, влияет на зрение. Человек начинает чувствовать дискомфорт в глазах, нарушается четкость изображения, возникает опасность развития серьезного заболевания – глаукомы.

Недостаток сна провоцирует сбои в работе эндокринной системы человека, увеличивая тем самым риск возникновения тяжелого недуга – сахарного диабета.

Исследователи выявили интересную закономерность: продолжительность жизни больше у людей, которые спят от 6,5 до 7,5 часов. И сокращение, и увеличение времени сна приводит к уменьшению продолжительности жизни.

Биологические часы и здоровье женщины

Этой проблеме посвящены многие исследования. Биологические часы женщины – это способность ее организма к производству потомства. Существует другой термин – фертильность. Речь идет о предельном возрасте, благоприятном для рождения детей.

Несколько десятилетий назад часы показывали отметку в тридцать лет. Считалось, что реализация себя в качестве матерей для представительниц прекрасного пола после этого возраста сопряжена с риском для здоровья женщины и ее будущего ребенка.

Сейчас ситуация изменилась. Существенно – в 2,5 раза - увеличилось число женщин, впервые зачавших ребенка в возрасте от 30 до 39 лет, а тех, кто сделал это после 40, стало больше на 50%.

Тем не менее специалисты считают благоприятным возрастом для материнства 20-24 года. Часто желание получить образование, реализовать себя в профессиональной сфере побеждает. Лишь немногие женщины принимают на себя в этом возрасте ответственность за воспитание малыша. Половая зрелость на 10 лет опережает зрелость эмоциональную. Поэтому большинство специалистов склоняются к мнению, что для современной женщины оптимальный срок для рождения ребенка – это 35 лет. Сегодня их уже не включают в так называемую группу риска.

Биологические часы и медицина

Реакция организма человека на различные воздействия зависит от фазы циркадного ритма. Поэтому биологические ритмы играют большую роль в медицине, особенно при диагностике и лечении многих заболеваний. Так, действие лекарственных препаратов зависит от фазы околосуточного биоритма. Например, при лечении зубов обезболивающий эффект максимально проявляется с 12 до 18 часов.

Изменение чувствительности человеческого организма к лекарственным препаратам изучает хронофармакология. Основываясь на информации о суточных биоритмах, разрабатываются наиболее эффективные схемы приема лекарств.

Например, сугубо индивидуальные колебания значений артериального давления требуют учета этого фактора при приеме лекарств для лечения гипертонической болезни, ишемии. Так, во избежание криза людям из группы риска лекарства следует принимать вечером, когда организм наиболее уязвим.

Кроме того, что биоритмы организма человека оказывают влияние на эффект от приема препаратов, нарушения ритмики могут быть причиной различных заболеваний. Они относятся к так называемым динамическим недугам.

Десинхроноз и его профилактика

Для здоровья человека огромное значение имеет дневная освещенность. Именно солнечный свет обеспечивает естественную синхронизацию биоритмов. Если освещенность недостаточная, как это бывает зимой, происходит сбой. Это может быть причиной многих заболеваний. Развиваются психические (депрессивные состояния) и физические (снижение общего иммунитета, слабость и т. д.). Причина этих расстройств кроется в десинхронозе.

Десинхроноз возникает, когда биологические часы организма человека дают сбой. Причины могут быть разные. Десинхроноз возникает при смене на длительный период часового пояса, в период адаптации при переходе на зимнее (летнее) время, при посменной работе, увлечении алкоголем, беспорядочном питании. Выражается это в расстройстве сна, приступах мигрени, снижении внимания и концентрации. В итоге может возникнуть апатия и депрессия. Людям старшего возраста адаптация дается тяжелее, на это им требуется больше времени.

Для профилактики десинхроноза, коррекции ритмов организма используют вещества, которые могут влиять на фазы биологических ритмов. Их называют хронобиотиками. Они содержатся в лекарственных растениях.

Хорошо поддаются коррекции биологические часы с помощью музыки. Она способствует повышению производительности труда при выполнении монотонной работы. С помощью музыки также лечат нарушения сна и нервно-психические заболевания.

Ритмичность во всем – путь улучшения качества жизни.

Практическое значение биоритмологии

Биологические часы - объект серьезных научных исследований. Заказчики их – многие отрасли хозяйства. Результаты изучения биологических ритмов живых организмов с успехом применяются на практике.

Знание ритмов жизни домашних животных и культурных растений помогает повышать эффективность сельскохозяйственного производства. Используют эти знания охотники и рыбаки.

Суточные колебания в организме физиологических процессов учитывает медицинская наука. Эффективность приема лекарств, хирургических вмешательств, выполнения лечебных процедур и манипуляций напрямую зависит от биологических часов органов и систем.

Достижения биоритмологии давно используются при организации режима труда и отдыха экипажей авиалайнеров. Их работа связана с пересечением нескольких часовых поясов за один рейс. Устранение неблагоприятного влияния этого фактора имеет очень большое значение для сохранения здоровья летного состава авиакомпаний.

Трудно обойтись без достижений биоритмологии в космической медицине, особенно при подготовке длительных полетов. Далеко идущие грандиозные планы по созданию поселений людей на Марсе не обойдутся, по-видимому, без изучения особенностей функционирования биологических часов человека в условиях этой планеты.