Біологічні ритми
Добові коливання фізіологічних властивостей організму. Зв'язок організмових ритмів з чинниками довкілля. Роль СХЯ, гіпоталамуса та гіпофіза у розвитку біоритмів. Біоритми та секреція гормонів. Циркадні стреси.
У всіх живих істот і навіть рослин спостерігаються ритмічні коливання функцій. Зазначено, що коливання часто відповідають 24-годинному ритму, пов'язаному з обертанням Землі навколо осі. Довгий час вважалося, що добові ритми функцій в організмі – це реакція лише на періодичні зміни довкілля – зміна дня (світло) та ночі (темрява). Проте в експериментах було встановлено, що ритми в організмі зберігаються навіть за умов повної ізоляції від середовища. Вчені встановили, що виною цього є циклічні коливання концентрації деяких гормонів у крові.
Коливання функцій в організмі протягом доби отримали назву - "біологічного годинника" або "циркадні", "циркадіані", навколодобові ритми.
Наука про добові ритми організму називається хронобіологією. Її основні поняття сформулювали Нобелівські лауреати Ю.Ашофф та К. Піттендріг на початку 80-х років XX століття. Згідно з їхнім уявленням – організм ссавців є об'єднанням безлічі водіїв ритму (пейсмекерів), які підпорядковуються єдиному водієві ритму, який у свою чергу синхронізований із 24-годинним добовим циклом. З правила Ашоффа випливає, що світло визначає добові чи циркадні коливання в організмі. При стійких режимах поведінки: харчування, праці та відпочинку, сну та неспання весь комплекс фізіологічних функцій у людини носить строго впорядкований ритмічний характер. У людини виявлено понад 100 фізіологічних параметрів, які мають циклічні коливання із періодомо 24 годині. Так, температура тіла рано-вранці – мінімальна, а у вечірній час – максимальна (розмах становить 1-1,5°). Точність переробки інформації збільшується в денний час, потім падає. Протягом доби змінюється частота дихання та серцебиття, А/Д – вище в денні години. Фізична праця ефективніша вдень, опівночі частіше виникають помилки. Періодичність й у обмінних процесів у організмі. Підвищена утилізація вуглеводів спостерігається у І половині дня, а утилізація жирів – увечері та вночі. Анаболічні процеси (відновлювальні) переважають у період спокою – вночі. Найбільш яскравим виразом добового ритму є цикл неспання – сон.
Однак упорядкованість та узгодженість ритмів в організмі можна легко порушити. Наприклад, при переміщенні людини в інший часовий пояс; або при різкій зміні режиму сон – неспання у зв'язку з характером праці (змінна робота); або пов'язані з сезонним перенесенням на 1 годину часу. І тут різні функції в організмі перебудовуються нові умови з різною швидкістю. Так, структура нічного сну відновлюється протягом кількох діб. Відновлення ж порушених ритмів дихання, кровообігу, терморегуляції нерідко затягується до тижня, а ендокринні та метаболічні процеси перебудовуються на нові умови до 3 тижнів. Ці дані важливо враховувати у спортивній практиці чи організації вахтового методу роботи.
Шляхи здійснення зв'язку внутрішньоорганізмових ритмів з факторами зовнішнього середовища.
З природних факторів найбільшу роль у підтримці ритмів організму (біоритмів) грають:
1. Ритмічність зміни дня та ночі (світла та темряви);
2. Ритмічність зміни температури середовища протягом доби: вдень тепліше, ніж уночі.
3. Ритмічність харчовоїдіяльності;
4. Ритмічність рухової активності;
Механізм синхронізації змін довкіллязміна дня і ночі з біоритмами. Одним із найважливіших каналів отримання інформації про світ є зір. Зміна освітленості сітківки є основним датчиком часу. Вплив світлового циклу на процеси в організмі здійснюється через зв'язок рецепторів сітківки з супрахіазматичним ядром (СХЯ) гіпоталамуса, а через нього з епіфізом та симпатичними гангліями.
Циркадний центр.
Існування такого центру відзначили засновники хронобінології Ашофф і Піттендриг у 1947 р. Вони стверджували, що центром управління біологічним годинником в організм є СХЯ, розташоване над перехрестем зорових шляхів біля основи мозку (обсяг його близько 0,3 мм³). У гризунів воно містить приблизно 10 000 нейронів.
При руйнуванні СХЯ у тварин пропадає циклічність викиду гормонів стресу – адреналіну та глюкортикоїдів, зникає циркадна рухова активність; періоди сну та неспання стають хаотичними.
Унікальність СХЯ у цьому, що у його нейронах «працюють» звані часові гени. Особливістю нейронів СХЯ є їхня здатність навіть при вилученні з організму зберігати нейсмекерну активність (активність водія ритму).
Нейрони СХЯ функціонально пов'язані із залізою епіфізом. Епіфіз - ключова ланка у здійсненні біоритмів - це теж біологічний годинник організму, хід яких залежить від освітленості сітківки. У темний час доби в епіфізі зростає продукція мелатоніну, а світле - серотоніну. Мелатонін – гормон ночі, він регулює зміну фаз сну. Безсоння людей похилого віку пов'язане найчастіше з дефіцитом мелатоніну. До речі, ранкове молоко корів має снодійну дію, т.к. містить мелатонін.Мелатонін також відіграє важливу роль у відновленні ЦНС після травм, він прискорює процеси формування синапсів. Внутрішньом'язове введення мелатоніну сприяє відновленню рухів паралізованої кінцівки.
Відзначено, що навіть за умов постійної темряви циклічність зміни температури середовища протягом доби (вдень температура вища, а вночі – нижча) забезпечує збереження біоритмів організму.
Багато органів в організмі мають своїх водіїв ритму – пейсмекери. Такі водії є у серці, кишечнику, печінці. Клітини цих пейсмекерів підпорядковані впливу СХЯ. Якщо діяльність таких органів штучно виводиться з-під контролю СХЯ – це загрожує розвитком певних проблем у стані здоров'я.
Одним із несприятливих факторів у збереженні біоритмів є порушення режиму харчування. У 2000-2004 роках вийшла серія сенсаційних робіт швейцарських та американських дослідників. В експерименті нічних гризунів годували тільки у світлий час доби. Для них це неприродно, так само як людину завжди годувати лише вночі. Внаслідок перебудови режиму харчування добова активність годинникових генів у клітинах – пейсмекерах внутрішніх органів поступово перестала збігатися з ритмом, що нав'язується ним СХЯ. Тварини почали хворіти. З'ясувалося, що така перебудова супроводжується зниженням імунітету, розвитком серцевої патології та іншими порушеннями.
Отже, заклик дотримуватися правильного режиму харчування має наукову основу.