Принцип циркадных организаций биоритмов

Временная организация биосистемы – не просто комплекс биоритмов организма. Она характеризуется механизмами регуляции, связями с внешней средой и взаимодействием между ритмами. Схематично она содержит также следующие компоненты:

• блок регуляции временной организации;

• блок, воспринимающий сигналы регуляции;

• блок, выполняющий эффекторные (исполнительные) функции;

• блок, который связывает временную организацию биосистемы с внешней средой и другими системами.

С позиции взаимодействия организма и среды, различают два типа колебательных процессов: адаптационные ритмы или биоритмы – колебания с периодами, близкими к основным геофизическим циклам; их роль состоит в адаптации организма к периодическим изменениям внешней среды; физиологические или рабочие ритмы – колебания, которые отражают временной компонент деятельности физиологических систем организма. В организме человека существует более 100 биологических ритмов, которые отражают разные физиологические и психофизиологические функции.

II. Внешние факторы синхронизации биоритмов

Как уже упоминалось, существуют основные циркадные ритмы, являющиеся универсальной временной основой всех динамических процессов, протекающих в организме человека. Фазовая и частотная синхронизация таких колебаний происходит под влиянием внешних циклов. Экспериментально установлено, что из всего многообразия внешних синхронизаторов для биоритмов человека имеют реальное значение следующие гелиофизические факторы:

• фотопериодика;

• колебания магнитного поля Земли;

• изменение температуры среды.

Кроме гелиофизических факторов, в качестве внешних «датчиков времени» важную роль играют социальные факторы, из которых наиболее существенны режимы труда, отдыха и питания.

Внешние «датчики времени» оказывают синхронизирующее воздействие на многие метаболические и вегетативные процессы не прямо, а опосредованно, через изменение ритмов двигательной и пищевой активности, социальную регламентацию режимов труда, отдыха и питания. Например, учёба в утреннюю и вечернюю смены, спортивные тренировки, проводимые в широком временном диапазоне, также создают суточные режимы, в которых основная нагрузка на организм приходится на разное время суток.

Фотопериодический контроль циркадных ритмов

Фотопериодика играет роль одного из ведущих «датчиков времени», синхронизирующее действие которого проявляется на биологических объектах различной сложности – от клеток до многоклеточных организмов. Эффективность светового сигнала во многом определяется временем его воздействия на организм и зависит от того, в какую фазу цикла покой - активность был предъявлен световой сигнал. Как правило, наибольший эффект достигается при воздействии световых сигналов в начале и в конце активного периода.

Выявлены также значительные различия в синхронизирующем эффекте света в зависимости от длины световой волны. Наиболее эффективным синхронизатором является зелёный свет. Синхронизирующее действие резко снижается как при удлинении, так и при укорочении длины световой волны.

Влияние света на суточные ритмы физиологических, биохимических, иммунных и других процессов организма осуществляется не только опосредованным путём через регуляцию двигательного и пищевого поведения, но и прямым путём через ретино-гипоталамические связи. Особое значение в передаче влияний на биоритмы имеет эпифиз. Показано, что эпифиз обладает собственными биологическими часами, «ход» которых постоянно приводится в соответствие с геофизическими ритмами, ведущую роль среди которых играет фотопериодика.

Изменение светового режима вызывает перестройку всего комплекса суточных ритмов. В условиях обычной жизни роль фотопериодики маскируется более сильными социальными влияниями, регламентирующими режимы труда, отдыха и питания. При снижении действия социальных факторов значение светового режима в формировании биоритмов возрастает.

Существуют также данные, что синхронизирующее влияние фотопериода на биоритмы человека зависит от интенсивности освещения. При низком уровне освещённости фотопериодическая синхронизация суточных колебаний физиологических и метаболических процессов реализуется опосредованно через влияние на ритмы покоя - активности. При большой интенсивности свет прямо действует на нейроэндокринные процессы человека, в частности подавляет продукцию мелатонина эпифиза.

Режим питания как фактор синхронизации циркадных ритмов

Ритм питания «встроен» в суточный стереотип поведения человека. Заложенные в раннем детстве привычки питания особенно прочны. Максимальная пищевая активность, как правило, совпадает с периодом бодрствования. У человека это выражается в трёхразовом приёме пищи в дневные часы. При изменении режима питания, обусловленном социальными факторами или специальными задачами (например, в период сгонки массы тела), выявляется самостоятельное значение времени приёма пищи в формировании циркадных ритмов ряда физиологических и метаболических процессов. В соответствии с режимом питания перестраивается деятельность органов пищеварения.

Приспособление организма к новому режиму питания достигается в результате изменения ритма активности многих ферментных систем в различных органах и тканях. Во многом синхронизации циркадных ритмов режимом питания способствует перестройка гормональных ритмов, в частности ритма изменений концентрации глюкокортикоидов в крови.

Наиболее сильно пищевой режим влияет на суточные ритмы концентрации в крови глюкозы, свободных жирных кислот, кетоновых тел, триглицеридов и железа.

Кроме того, изменение режима питания неизбежно влияет и на ритм сон - бодрствование. К сожалению, роль питания как средства развития адаптации к спортивным нагрузкам, а также восстановления после них разрабатывается еще недостаточно.