Біологічні ритми

Біологічні ритми — це регулярні кількісні та якісні зміни життєвих процесів, що відбуваються на всіх рівнях життя — молекулярному, клітинному, тканинному, органному, організмовому, популяційному і біосфери. Періодичні зміни дня і ночі, пір року пов’язані з основними ритмами Землі — її обертанням навколо своєї осі та навколо Сонця. Протягом сотень мільйонів років еволюції тривав процес пристосування до них, вироблялися ритмічні процеси життєдіяльності організмів. Властиві біологічні ритми і для людини.

Існує велика кількість різних біологічних ритмів. Серед них виділяють вроджені та набуті. Вроджені біологічні ритми для людини є основними, бо закріплені в спадкових механізмах. Найважливішими для адаптації людини і найстаршими з погляду еволюції є добовий ритм людини з періодом до 20-28 годин. Вони є ніби «диригентом» усіх інших фізіологічних ритмів. Його «розпорядниками» є спадкові програми й гіпоталамус. Найголовнішим добовим ритмом людини є чергування сну і неспання. Співвідношення сну і неспання дуже індивідуальне. Порушення сну дуже небезпечне для здоров’я людини. Воно може призвести до неврозів, серцево-судинних та інших захворювань.

Стан організму людини залежить від її внутрішнього біоритму. Протягом доби більшість фізіологічних процесів періодично коливається. Відомо близько 300 функцій із добовою періодичністю. Різні функції організму мають неоднаковий ритм інтенсивності. Встановлено, що ритмічно змінюється температура тіла людини (амплітуда коливань складає 0,6-1,30С). Найвища вона близько 18 години, а найнижча — між першою та п’ятою годинами ранку. Ритмічні добові коливання характерні й для артеріального тиску: вдень він підвищується, вночі — знижується.

Разом із фізіологічними процесами змінюється й працездатність людини. Найвища вона близько 9 години ранку та 16 години дня.

Набуті біологічні ритми пов’язані з соціальною сутністю людей, зокрема з навчальною або трудовою діяльністю, і ґрунтуються на умовних рефлексах. Таким, наприклад, є тижневий (7-денний) ритм. Помічено, що людина продуктивніше працює в середині тижня, ніж на його початку або в кінці. Добові біоритми контролюються «біологічним годинником»

Біологічні ритми (biological rhythms) – це періодично повторювані зміни характеру та інтенсивності біологічних процесів та явищ в живих організмах. Біологічні ритми фізіологічних функцій настільки точні, що їх іноді називають “біологічним годинником”. На сьогодні є всі підстави стверджувати, що механізм відліку часу міститься в кожній молекулі людського тіла, в тому числі і в молекулах ДНК, які зберігають запас генетичної інформації. Біологічний годинник клітин часто називають “малим”, на відміну від “великого”, який, як вважають, знаходиться в головному мозку і синхронізує всі фізіологічні процеси в організмі.

Початок вивчення біоритмів відносять до 1729 року, коли французький астроном де Меран виявив, що листки рослин здійснюють періодичні рухи протягом доби. Пізніше були знайдені та визначені біологічні ритми, що властиві практично всім живим організмам. Сучасні дослідження стосовно природи та закономірностей біологічних ритмів показали, що складні живі системи дійсно являють собою тканину, переплетену незліченними різноманітними ритмами. На сьогодні прийнято класифікувати біоритми за їх частотою чи періодом. Відповідно до такої класифікації всі біологічні ритми поділені на три групи: високо-, середньо- та низькочастотні.

Тривалість періоду високочастотних коливань становить від частки секунди до 30 хв, середньочастотних – від 30 хв до 60 год та низькочастотних – від 60 год до кількох років. Середньочастотні ритми, в свою чергу, поділяються на три групи: ритми ультрадіанні – від 30 хв до 20 год, циркадні – від 20 год до 28 год та інфрадіанні – від 28 год до 60 год. Низькочастотні ритми включають ритми тижневі, місячні, річні та багаторічні.

Особливе значення мають циркадні ритми, до складу яких входять ритми 24-годинні, тобто добові. Вони відіграють особливу роль в часовій організації живих систем. Відомо, що кожна клітина, тканина, органи та їх системи характеризуються своїми власними ритмами, які отримали назву робочих ритмів. Так, наприклад, робочий ритм серця має біля 60–80 циклів за хвилину, легень – біля 15–18 циклів за хвилину і т. д. Однак і серце, і дихальний апарат разом з тим підпорядковані і добовому ритму: вночі частота серцевих скорочень і дихання нижчі, ніж вдень (те саме є властивим і для всіх інших тканин та органів). Іншими словами, циркадний ритм (в даному випадку – добовий) ніби пронизує загальну ритмічну тканину організму, виконує роль своєрідного диригента численних внутрішніх робочих ритмів.

В процесі проведення експериментів було виявлено, гідну подиву, досконалість в управлінні біоритмами. Так, з дня на день до моменту пробудження, ніби передбачаючи зростаючу потребу організму, в крові підвищується вміст адреналіну – речовини, що збільшує частоту серцевих скорочень, підвищує артеріальний тиск, активізує роботу всього організму; до цього часу в крові накопичуються біологічні стимулятори. Зниження концентрації цих речовин до вечора – необхідна умова спокійного сну. Недарма безсоння завжди супроводжується хвилюванням та тривогою. При такому стані в крові підвищується концентрація адреналіну та інших біологічно активних речовин, що і спричинює стан “бойової готовності”. Підпорядковуючись біологічним ритмам, кожний фізіологічний показник протягом доби може суттєво змінювати свій рівень. В циркадному біоритмі відзначаються два “піки” працездатності людини: з 10 до 12 години та з 16 до 18 години. Вночі працездатність знижується, особливо в інтервалі від 1 до 3 години ночі.

Згубно діє на біоритм алкоголь. Вчені встановили, що після однократного вживання значної дози алкоголю тільки на третю добу відновлюються нормальні добові біоритми швидкості реакції, фізична працездатність. Біоритми реалізовуються в тісному взаємозв’язку з навколишнім середовищем і відображають особливості пристосування організму до чинників довкілля, що також характеризуються певною циклічністю. Обертання Землі навколо Сонця (з періодом близько одного року), обертання Землі навколо своєї осі (з періодом близько 24 годин), обертання Місяця навколо Землі (з періодом близько 28 днів) приводять до коливань освітленості, температури, вологості, напруженості електромагнітного поля і т. д., які служать своєрідними синхронізаторами чи задавачами часу для “біологічного годинника”.

У звичайних умовах життя, в одній і тій же часовій зоні, людина ніби “втягнута” в цикли зміни дня та ночі. При переїзді в інший часовий пояс виникають певні диспропорції. В таких ситуаціях перш за все порушується узгодженість ритмів задавачів часу та ритмів організму (зовнішня десинхронізація), за якою настає неузгодженість циркадних ритмів організму (внутрішня десинхронізація).

Внутрішня десинхронізація виникає в силу того, що пристосування до нового розпорядку життя у різних ритмів, що входять до циркадної системи, відбувається за різний час. Одні ритми переналагоджуються відносно швидко (5–10 діб), інші значно повільніше (наприклад, ритм виведення калію із організму переналагоджується близько 30 днів, а деякі ритми ще довше).

Порушення порядку циркадних ритмів – десинхронізація – це порушення благополуччя організму, що проявляється цілою низкою симптомів: порушення сну, апетиту, погіршення настрою, зниження працездатності, невротичні явища. Через деякий час (визначається індивідуально) циркадні ритми організму “затягуються” новими чергуваннями задавачів часу (дня та ночі, ритмів соціального життя) і людина повертається до звичайного (нормального для неї) стану.

Британська авіакомпанія встановила для своїх льотчиків своєрідну норму – за 28 діб пілоту дозволяється перетинати не більше 40 часових поясів.

Для біологічного годинника людини важливий правильний хід не лише в добових, а й в низькочастотних ритмах, у яких прослідковується періодичність багатьох фізіологічних процесів, особливо у жінок.

Важливим напрямком біоритмології є дослідження індивідуальних особливостей біоритмологічного стану організму людини. Відповідно до міжнародно визнаної класифікації біоритмологічних типів всі люди належать до однієї із трьох груп: ранішньої (“жайворонки”), вечірньої (“сови”) та проміжної (“голуби”).

При організації професійної праці необхідно враховувати індивідуальні властивості біоритмів кожної людини, тобто трудовий режим слід узгоджувати з індивідуальними особливостями біоритмів таким чином, щоб інтенсивні робочі навантаження збігалися з періодами найвищої працездатності. З огляду на це кожній людині корисно знати свій індивідуальний ритм працездатності. Наявність різних біоритмологічних типів відкриває практичну можливість раціонального комплектування бригад при необхідності довготривалої роботи за стійким змінним графіком.

В кінці минулого століття психолог Г. Свобода і берлінський лікар В. Флейс розробили теорію, згідно з якою життя протікає за трьома циклами: фізичний – 23 доби, емоційний – 28, інтелектуальний – 33 доби. Початком відліку є день та рік народження. При переході синусоїди від додатних значень до від’ємних (перетин осі) відзначаються так звані дні “нульового циклу” (НЦ). Такі критичні дні характеризуються зниженням фізіологічних функцій, людина відчуває загальне недомагання, працездатність падає, а імовірність травматизму зростає. Особливо несприятливі дні, коли всі три “НЦ” збігаються (так звані “чорні” дні). Статистичний аналіз травматизму, що був проведений в різних країнах, підтвердив, що вищезазначена теорія має право на існування.

Таким чином, біологічні ритми є основою раціональної регламентації розпорядку життя людини, оскільки висока працездатність і хороше самопочуття можуть бути досягнуті лише в тому випадку, коли ритм життя відповідає властивому організму ритму фізіологічних функцій. Однак весь комплекс питань, пов’язаних з біологічними ритмами і їх впливом на життєдіяльність людини, потребує подальших серйозних досліджень.

Період біологічних ритмів має дуже широкий спектр – від частки секунди до багатьох років. Наприклад, період ритмічних коливань у діяльності серця, дихання вимірюються секундами. Періодичні коливання виділення гормонів мають період у декілька годин. Практично всі функції нашого організму ритмічно змінюються з періодом 24 години, тобто за добу. Існують біологічні ритми з періодами 7, 14, 28 діб. Досить поширені в природі сезонні коливання. Відомі періодичні зміни в природі з циклом 11 і 22 роки.

Вони пов’язані з коливаннями Сонячної активності з такими ж періо­дами. Є відомості про наявність екологічних змін на Землі з періодом у 300 й більше років.

В організмі також є свої ритми, багато з них пов’язані із земними циклами і навіть пристосовані до них. Більшість ритмічних змін ми на­віть не помічаємо – такі, наприклад, гормональні припливи і відпливи, цикли швидкої і повільної активності мозку, циклічні коливання тем­ператури тіла.

У кожному біологічному ритмі присутні два компоненти: екзо­генний і ендогенний.

Ендогенний компонент біоритму передається по спадковості, екзогенний зв’язаний із зовнішніми «датчиками» часу. В ролі «датчиків» можуть виступати і світло, і температура.

Людей, звичайно, більше цікавлять біологічні ритми, що мають тривалість години, дні, роки. Більшість біологічних ритмів підтриму­ється внутрішніми механізмами, але зовнішні періодичні чинники ви­ступають їхніми синхронізаторами. Наприклад, добовий ритм фізіо­логічних функцій синхронізується зміною дня й ночі, а ще точніше – зміною рівня освітленості. Але добові ритми все ж мають і внутріш­ні механізми синхронізації. Так, у тривалих космічних польотах «ніч -день» змінюється через кожні 1,5 години, а температура тіла та й інші фізіологічні процеси мають період 24 години. Проведені досліди показали, що й за відсутності зовнішніх датчиків часу та зміни дня й ночі (люди більше як по 60 днів перебували в печерах) також підтриму­ється ритм фізіологічних функцій близько до 24 годин (від 20 до 28).

Кожний фізіологічний показник у певний період доби досягає свого найбільшого (максимального) значення й знижується до мінімального рівня. Скажімо, температура тіла мінімальна з 3-ї до 4-ї години ранку і найбільша з 16-ї до 17-ї години. Амплітуда коливань досягає одно­го градуса. Приблизно в ці ж години змінюється й частота серцевих скорочень. В той же час, якщо систолічний артеріальний тиск крові до­сягає свого максимуму о 15-й годині, то діастолічний є найбільшим від 24-ї до 1-ї години ночі. Саме в цей період найчастіше загострюються гіпертонічні кризи. Хвилинний об’єм дихання найбільший від 11-ї до 12-ї години. Й так само кожна функція нашого організму має протягом доби – в певні періоди – свої найбільші й найменші значення.

Всі процеси в організмі відбуваються в чіткій послідовності. Це має надзвичайно велике значення для його нормальної життєдіяльнос­ті. Тривале порушення біологічних ритмів організму веде до розвитку хронічних хвороб.

Найпоширенішим, вірніше найбільш відомим людям і науці є по­рушення ритму «сон-бадьорість». Сорок п’ять відсотків населення, старшого за 16 років, скаржаться на свій сон, а у 40 % спостерігається сонливість удень. Тому виділяють порушення сну й бадьорості (по­стійна дрімотливість удень). У порушеннях сну (утруднене засинання, неглибокий, неспокійний сон, раннє прокидання) велику роль відігра­ють емоційно-мотиваційні розлади.

Встановлено, що зміни біологічного ритму сну є безсумнівною ознакою розвитку неврозів, при цьому найбільші відхилення від норми виявлені за тривожних етапів і мотиваційних розладів. Особливо не­гативно розлади сну впливають на організми дітей і підлітків. Справа в тому, що існують оптимальні години засинання та прокидання. Сон за своєю структурою неоднорідний. Є періоди глибокого (повільного) сну. Вони тривають 60-70 хвилин, а є періоди неглибокого, так звано­го швидкого сну. Вони тривають 20-30 хвилин. Так, у період від 22-ї до 2-ї годин ночі в мозку найінтенсивніше йдуть процеси відновлення, зміцнення набутків пам’яті, накопичення енергетичних запасів нерво­вих клітин. У другій половині ночі збільшується тривалість неглибоко­го сну, який часто супроводжується сновидіннями. В цей час у мозку відбувається інтенсивний обмін інформацією між його ділянками, сво­єрідний творчий процес під час сну. Тому дотримання режиму сну є першим і обов’язковим кроком до здоров’я.

Значний вплив на характер добових коливань чинить стереотип­ність (однаковість) режиму. У разі постійного й строго повторюваного щоденного ритму чергування роботи й відпочинку спостерігається чіт­ка синхронність зміни показників працездатності. Відсутність такого режиму вживання алкоголю, перевтома, сильні емоційні збудження порушують ритм сну. Особливо хорошим синхронізатором біологіч­них ритмів є фізична робота. Фізична активність дітей молодшого шкільного віку має починатися не раніше 8-ї години 30 хвилин і за­кінчуватись не пізніше 19-ї години.

Протягом доби змінюється також ефективність розумової праці. Так, найбільша точність у вирішенні логічних завдань спостерігається в ранкові години. Швидкість відповідей (число відповідей за одиницю часу) досягає максимуму з 11-ї до 13-ї години. Тоді ж найкращою є зорова пам’ять. Тим-то уроки математики, хімії, фізики доцільно ста­вити в розкладі занять першими та другими, а уроки іноземної мови – третіми й четвертими.

З 14-ї до 16-ї години продуктивність розумової роботи дещо знижу­ється. Це пояснюється режимом харчування. У передвечірні години спо­стерігається друге підвищення працездатності, але для видів діяльності, які не потребують тривалого сильного напруження, пов’язаного з логічним мисленням. Як стверджує давній афоризм, «сови Мінерви виліта­ють ночами». Оскільки Мінерва у давніх римлян вважалася богинею мудрості, то це означає, що найкращі думки приходять увечері.

Встановлено, що існують індивідуальні особливості біологічних ритмів. Одні люди працюють краще у вечірні години (їх називають «со­вами»), інші ж – уранці («жайворонки»). Але, незважаючи на біоритміч-ні типи, дотримання режиму сну та роботи є обов’язковим для всіх.

Велике значення мають біологічні ритми для лікування всіляких захворювань. Організм людини неоднаково чутливий у різні години доби до ліків. І навіть відчуття болю максимальне вранці і зменшуєть­ся з 14-ї до 17-ї години (краще за все якраз у цей час іти до лікаря). Але це вже медичні аспекти біоритмології.

Працездатність людини змінюється й протягом тижня. І не тому, що ми живемо семидобово, а тому, що існує семидобовий біологічний ритм, який синхронізується соціальним ритмом. Загальною закономір­ністю семидобових ритмів є поступове наростання працездатності з понеділка до середи-четверга й різке зниження у п’ятницю й суботу. Відповідно до цієї закономірності й треба розподіляти навантаження на учнів.

Важливими для нашого організму є сезонні біологічні ритми. Вважається, що з 16 лютого по 15 серпня – це біологічна весна й літо, а з 15 серпня по 16 лютого – біологічна осінь і зима. Але щодо роз­витку сезонних депресій, то їх найбільше в зимові місяці й ранньою весною. Зниження функціонального стану організму спостерігається також узимку. У людському організмі біологічні процеси перебігають ритмічно: наприклад, ритмічно скорочуються серце, дихальна мус­кулатура, після активного життя настає сон, змінюється температура тіла. Так, на світанку вона становить 36,0 °С, до полудня – 36,4, увечері – 36,8 °С. 1 оскільки всі фізіологічні процеси в організмі перебігають у певному ритмі, життя учнів теж повинне бути ритмічним. Тому лягати спати й уставати, їсти, навчатися, гратися й відпочивати слід в один і той самий час. При правильному режимі молодші школярі, як правило, почувають себе добре. Ритмічне життя сприятливо впливає на нервову систему, зміцнює здоров’я, сприяє нормальному фізичному та розумовому розвитку.

При складанні режиму дня слід враховувати, що існують періоди високої розумової працездатності: з 8-ї до 12-ї години і з 17-ї до 19-ї години. З огляду на це найефективнішою треба вважати першу зміну, а час підготовки домашніх завдань -і з 17-ї до 19-ї години. Щоправда, при цьому слід враховувати й індивідуальні особливості біоритмів. Одні люди (їх називають «жайворонками») мають високу працездатність у першій половині дня (їх близько 25 %), інші (так звані «голу­би», їх 45-50 %) мають приблизно однакову працездатність протягом усього дня, й «сови» (близько 30 % людей) мають найбільшу працез­датність у вечірні години.

1. Хильдебрандт Г., Мозер М., Лехофер М. Хронобиология и хрономедицина. — М.: Арнебия, 2006. — 144 с.
2. Комаров Ф. И., Рапопорт С. И. Хронобиология и хрономедицина. – М.: Триада-Х, 2000. -488 с.
3. Билич Г. Л., Крыжановский В. А. Биология. / Полньш курс. В 3-х т. – М.: ООО Изд. дом «Оникс 21 век», 2002.-864 с.
4. Медична біологія / За ред. В.П.Пішака, Ю.І.Бажори.Підручник.- Вінниця: Нова Книга, 2004. – 656 с.
5. Пішак В.П., Захарчук О.І. Навчальний посібник з медичної біології, паразитології та генетики. Практикум. – Чернівці: Медакадемія, 2004. – 579 с.