Циркадный ритм — WiKi

Когда вы путешествуете в разные часовые пояса, ваши циркадные часы будут выключены (неправильно). Причина, по которой ваши циркадные часы будут отключены, объясняется тем, что ваше тело адаптировано к часовому поясу, из которого вы находитесь. Когда вы вводите новый часовой пояс, ваши циркадные часы все еще будут работать в старом часовом поясе. Если разница в часовом поясе±12 часов, это огромная корректировка.

Тем не менее, ваше тело берет вклад от окружающей среды.

То есть, вы можете видеть, что это дневной свет, когда ваше тело находится под впечатлением, что это вечер. Ваши циркадные часы контролируются вашими главными часами, расположенными в гипоталамусе. Когда вы принимаете эти внешние входы, которые противостоят вашим циркадным часам, группа нервных клеток, называемая супрахиасмагическим ядром, будет медленно регулировать основные часы [1] . Этот сброс может занять несколько дней.

Кроме того, было проведено несколько исследований по сокращению реактивной задержки. В исследовании исследователи тестировали упражнения на открытом воздухе с членами летного экипажа и обнаружили, что группа, которая тренировалась на открытом воздухе, ускорила синхронизацию своих циркадных часов [2] .

Еще одна интересная статья — Джет Лаг в Атлетах .

Talha Irfan

Спасибо! Могу ли я получить ссылку на «Когда вы путешествуете в разные часовые пояса, ваши циркадные часы будут выключены».


AliceD♦

@dustin — это предложение тоже смутило меня; как он говорит, он читается так: «Когда вы путешествуете в разные часовые пояса, ваши циркадные часы будут отключены». У меня был поднятый глазной лоб, и мне тоже пришлось его перечитать.


dustin

@AliceD вы можете отредактировать, если хотите. Это имеет смысл для меня, поэтому я не вижу проблемы.


AliceD♦

@dustin — до вас, это может быть просто языковой барьер, заставляющий меня неправильно читать ваше предложение. Это не критика, просто попытка проанализировать вопрос POs по ссылке 🙂

Практический совет. Как преодолеть нарушение суточного ритма организма

Во время путешествия биологические часы вашего организма способны перестраиваться со скоростью около часа в день, чтобы синхронизироваться с окружающим миром. Но вы можете воспользоваться своим знанием циркадных ритмов для того, чтобы помочь организму справиться с этой задачей быстрее. Лучший способ поменять циркадные ритмы мозга – это использовать свет. Использование мелатонина тоже поможет вам, но не сразу. Оба этих метода более эффективны, чем просто вставать раньше или позже, и работают лучше, чем другие уловки – вроде физической нагрузки. Вот как свет и мелатонин помогут организму адаптироваться.

• Побудьте на свету во второй половине дня.Лучший способ адаптировать ваш циркадный ритм – побыть на свету во второй половине дня, когда ваш мозг воспримет это как сигнал. Свет по‑разному влияет на циркадный ритм в зависимости от времени суток, точно так же, как момент, когда вы качнете качели, повлияет на их движение. Утром или скорее тогда, когда ваш организм считает, что идет утро, свет помогает нам вставать. Побыв на свету утром, вы сможете встать на следующий день раньше, поскольку свет сообщает вашему организму, что в это время уже наступает утро. Однако, оказавшись на свету вечером, назавтра вы встанете позднее, поскольку свет сообщает телу, что день еще не закончился, поэтому нужно дольше бодрствовать.

Поэтому когда вы летите на восток, например, из Америки в Европу, вам следует выйти на улицу на яркий свет на пару часов перед тем, как люди, оставшиеся дома, начнут просыпаться. Найти источник света в это время будет легко, поскольку в месте вашего пребывания будет уже вторая половина дня. Это должно вам помочь проснуться легче на следующий день. Если вы переместились на восток на восемь часовых поясов или больше, попытайтесь сразу утром избегать света (поскольку дома это вечер), так как это подтолкнет ваши часы в неверном направлении. И наоборот, когда вы перелетели на запад (из Европы или Африки в Америку), обязательно побудьте на ярком свету, когда будете чувствовать сонливость, поскольку это время сна в том месте, откуда бы улетели.

Можно легко запомнить оба эти правила. В первый день на новом месте побудьте на свету вечером. Каждый последующий день, по мере перестройки ваших биологических часов, находитесь на свету на два‑три часа раньше. Повторяйте, пока не получите нужного результата.

 

 

• Выключите свет около постели!Усилить в вашем мозгу ощущение, что уже наступило утро или вечер, несложно, поскольку на улице все равно будет день. Однако важно не оказать себе медвежьей услуги и случайно не сделать противоположное. Если вы окажетесь на свету в неподходящее время, то только перестроите свои часы в неверном направлении. Поэтому если вы не можете заснуть ночью, не включайте свет! Искусственный свет менее эффективен, чем дневной, в деле перестройки ваших биологических часов, но все равно его лучше избегать.

• Перед длительными поездками определитесь заранее.Если вы совершаете что‑то действительно безумное – скажем, проезжаете полсвета (из Бомбея в Сан‑Франциско или из Нью‑Йорка в Токио), выберите, в каком направлении вы будете сдвигать свои часы (каждый день раньше или позже) и придерживайтесь этого плана. Для большинства людей (но не для всех) проще представить себе, что они отправляются на запад (через Чикаго или Гонолулу) и получать свою дозу света как можно позднее вечером. Подумайте об этом как о переходном моменте для ваших биологических часов.

• Отправляясь на восток, ночью принимайте мелатонин.В результате пребывания на свету вырабатывается мелатонин, однако лишь через некоторое время. Поэтому выброс мелатонина ночью вызывает сон и подготавливает следующий цикл ваших часов. В результате уровень мелатонина повышается в организме, когда тот считает, что наступил вечер.

Прием мелатонина немного помогает, если его произвести в правильный момент циркадного ритма. Доза мелатонина в то время, когда ваш организм считает, что скоро пора ложиться, поможет вам подняться раньше на следующее утро и заснуть раньше следующим вечером. Там, где вы находитесь, принимайте его при наступлении сумерек или даже среди ночи.

Однако по неизвестным пока причинам мелатонин помогает только тогда, когда вы едете на восток.

Эффект от приема мелатонина невелик – он сдвигает время вашего пробуждения где‑то на час в день. Физическая нагрузка имеет приблизительно такой же эффект, и осуществлять ее следует в одно и то же время. Однако мы еще не знаем, приносят ли физические упражнения и принятие мелатонина какие‑нибудь дополнительные плюсы, если вы достаточно находитесь на свету.

 

Вы не всегда это осознаете, но вы все время падаете. С каждым шагом вы немного падаете вперед. А затем удерживаете себя от падения. Снова и снова вы падаете. А затем удерживаете себя от падения. И именно так вам удается идти и падать одновременно.

 

Лори Андерсон. «Большая наука»

Прежде чем начать сильно восхищаться собой, обратим внимание на одну вещь: создание повторных паттернов __ универсальная черта животного мира. Например, ученые изучали ритмичное плавание миноги – причудливо выглядящей бесчелюстной рыбы, напоминающей длинный тонкий носок с кольцом зубов на одном конце.

Также они исследовали ритмичное жевание у лобстеров, обладающих относительно простой нервной системой. Лобстеры вызывают особенный интерес еще и потому, что два жевательных паттерна у них контролируются сетью всего лишь из тридцати нейронов, которые и отвечают за их реакции на протяжении всей жизни. (А еще лобстеры превосходны в растопленном масле!)

Бывают паттерны автоматические (например, дыхание или биение сердца), но и их можно контролировать. Например, ритм дыхания, генерируемый в самом сердце, может быть ускорен или замедлен с помощью команд, посылаемых центральной нервной системой (см. главу 3). Наша нейронная сеть, отвечающая за дыхание, расположена в стволе головного мозга и действует исключительно сама по себе – обычно мы даже не задумываемся об этом процессе. Но и она может находиться под нашим контролем – к примеру, когда мы задерживаем дыхание.

Особенно полезным циклом, который имеется практически у всех изученных животных, является суточный ритм сна и бодрствования – так называемый циркадный ритм. Этот ритм помогает животным предчувствовать, когда вероятнее всего появятся свет, тепло и пища. Циркадный ритм может работать сам по себе, основываясь на 24‑часовом цикле, а может быть переустановлен с помощью включаемого в определенное время освещения. Он синхронен с ежедневным ритмом смены света и темноты, который распознается нашими глазами. Наш циркадный ритм регулирует многие виды деятельности, в том числе время, когда нас начинает клонить в сон, температуру тела и появление ощущения голода.

Однако циркадный ритм может сыграть с нами и не очень приятную шутку. Почти каждый, кто преодолевал на самолете большие расстояния, почувствовал на себе проблему нарушения суточного ритма. Например, мы написали часть этой книги в научном центре в Италии. Нам очень понравились окружающие нас пейзажи, возможность сбежать на время от привычной работы и сосредоточиться на написании книги. Однако в начале поездки был один странный момент: мы писали эту работу в три часа ночи. За завтраком мы пытались поддерживать разговор с местными жителями, хотя наши глаза буквально слипались.

Нарушение суточного ритма – плата за скорость: езда на лошади, на собачьей упряжке и даже на машине достаточно медленна, чтобы циркадный ритм смог приспособиться и синхронизироваться с местным временем. И действительно, первое упоминание о нарушении суточного ритма было опубликовано в 1931 году, когда два пионера авиации, Уайли Пост и Гарольд Гетти, облетели вокруг света немногим быстрее чем за девять дней. У них у первых появились синдромы, которые так знакомы в наши дни: сложности с засыпанием, вялость, недостаток энергии и пищеварительные проблемы.

Суточный цикл организма нарушается, когда ваш циркадный ритм не совпадает с окружающим вас ритмом смены дня и ночи. В результате вашему мозгу хочется спать, когда ему следует бодрствовать, и наоборот. В мозгу находится орган, отвечающий за установку часов, который обычно задает циклы температуры тела, появления ощущения голода и сна. При нарушении суточного ритма эти циклы перестают синхронизироваться друг с другом, и в результате вы получаете разнообразные симптомы – например, ощущение сильного голода среди ночи.

Чтобы объяснить, как свет влияет на циркадный ритм, воспользуемся аналогией с ребенком на качелях. Качаясь, он за определенный период времени совершает полный цикл движений. Однако, толкнув качели, вы измените их скорость: если толкнуть их в то время, когда они двигаются вперед, скорость качелей увеличится, если же тогда, когда они возвращаются, – замедлится. Таким образом мы можем менять время начала нашего суточного ритма, давая организму возможность побыть на свету. Однако чтобы свет действительно оказал влияние на наш организм, включать его следует в определенное время суток.

 

 


Дата добавления: 2016-10-26; просмотров: 712;


Похожие статьи:

16.01.2017

Циркадные ритмы: как режим питания влияет на похудение

Руди Мауэр

Вокруг эффективности режима питания и усиления с его помощью метаболизма кипят горячие споры. Вероятно, вы слышали следующее высказывание: "Завтрак съешь сам, обедом поделись с другом, а ужин отдай врагу". Этой идее примерно тысяча лет и она все еще жива. В последние годы тема режима питания снова актуализировалась, и некоторые люди убеждены, что режим питания или "циркадный ритм" должен определять распорядок потребления определенных продуктов.

Это подтверждается научными данными. Исследования показывают, что режим питания может влиять на широкий спектр физиологических процессов, включая циклы сна и бодрствования, температуру тела, работоспособность и концентрацию внимания. Теоретически распорядок приема пищи может серьезно повлиять на здоровье, сжигание жира и вероятность развития хронических заболеваний.

В этой статье мы расскажем о влиянии циркадных ритмов на вес тела, похудение и здоровье, а также о его преимуществах для поддержания нормального веса.

Что такое циркадный ритм?

Циркадный ритм организма — это его биологические часы. Он складывается из множества "внутренних часов" под управлением или контролем особой структуры мозга, которая называется супрахиазмальное ядро (SCN). SCN контролирует набор факторов экспрессии генов, таких как CLOCK и BMAL1, которые влияют на широкий спектр физиологических процессов, а именно — на циклы сна и бодрствования, пищевое поведение, температуру тела и уровень гормонов. Нарушение циркадных часов может изменить эти биохимические, физиологические и поведенческие циркадные эффекты. В наши дни это случается в результате воздействия факторов окружающей среды, таких как смена часовых поясов, посменная работа, яркое или голубое освещение поздно вечером или развлечения — например, посещения баров или клубов.

Появляется все больше данных, подтверждающих, что режим питания может серьезно повлиять на циркадные ритмы и метаболизм. Они говорят в пользу определенного пищевого поведения, так называемого "хроно-питания", основная идея которого — необходимость координации питания с суточным ритмом организма. Эта теория выглядит разумной, но принесет ли реальную пользу организму ее применение?

Как циркадный ритм влияет на вес тела и метаболизм?

В ходе первоначальных исследований была установлена тесная связь между циркадными часами и метаболизмом. Иначе говоря, потребление пищи в различное время суток по-разному влияет на пищеварение и утилизацию продуктов и нутриентов. Необходимо отметить, что нерегулярное питание может вызвать нарушение циркадного ритма, затруднив сохранение фигуры и оптимизацию метаболического здоровья. Исследования сначала проводились на животных, таких как мыши, их легче контролировать и кормить по расписанию. Вот краткий анализ.

Эксперименты на животных

Исследования на мышах показали, что расписание приема пищи влечет за собой четкие метаболические последствия. Как и ожидалось от животных, ведущих ночной образ жизни, большую часть пищи они потребляют ночью, в темноте, что соответствует дневному времени у людей. В ходе этих экспериментов мышам давали пищу исключительно днем, и их текущий циркадный ритм, а затем и метаболизм начали изменяться. Дальнейшие эксперименты показали, что такое изменение нормального пищевого ритма приводит к увеличению потребления пищи или калорий, а в долгосрочной перспективе к увеличению веса тела и ухудшению метаболических параметров. Например, когда мыши постоянно подвергались воздействию яркого света, они потребляли больше пищи и калорий, но по возвращению к природному ритму чередования света и темноты потребление калорий уменьшилось.

Однако несмотря на уменьшение калоража и увеличение активности, у мышей увеличилась масса тела и ухудшилась переносимость глюкозы (углеводов) по сравнению с мышами, которые жили исключительно в естественном ритме освещения. Затем ученые провели эксперимент по генетическому изменению циркадных ритмов у мышей. У подопытных животных наблюдалось значительное изменение пищевых привычек, развитие ожирения и метаболического синдрома (это расстройство связано с ухудшением переносимости углеводов и некоторыми заболеваниями, такими как диабет и болезни сердечно-сосудистой системы).

Эти эксперименты легли в основу исследования, показавшего, что значительное ухудшение здоровья и фигуры является следствием рассогласования ритма питания с нормальным циклом сна и бодрствования. Но применимы ли эти данные к людям?

Эксперименты с участием людей

Вдобавок к экспериментам на животных появились данные о людях, принимающих пищу поздно вечером, что связано с высоким риском развития ожирения и трудностями при попытках похудеть. Несколько других исследований продемонстрировали значительный рост риска ожирения и диабета у людей с короткой продолжительностью сна (менее 5 часов) или привычкой поздно ложиться спать (середина сна приходится на 5.30 утра или позже). Вдобавок в ходе этих исследований выяснилось, что такие люди обычно ужинают поздно и потребляют вечером больше калорий. Согласно данным других обзоров и исследований, поздние ужины связаны с повышенным индексом массы тела (BMI), который не является точным показателем для бодибилдера, но для обычных людей с нормальным размером мышечной массы — это хороший индикатор.

В 2013 году было проведено исследование, показавшее, что поздний ужин снижает эффективность и шансы на успех программы похудения. Показательно, что обе группы подэкспертных обладали одинаковыми характеристиками: возраст, показатели гормонов аппетита, калораж, продолжительность сна и потребление макронутриентов совпадали. Как показано ниже, несмотря на идентичные исходные данные, подэкспертные, основную часть пищи потреблявшие до 15.00, похудели эффективнее, чем другие.

Совсем недавно было проведено исследование пациентов после бариатрических операций. Выяснилось, что ранний ужин увеличивает скорость снижения веса. Эти данные также получены в группах с аналогичными вариациями ожирения, включая биохимические параметры, расход калорий до операции, продолжительность сна, калораж и потребление нутриентов.

И наконец было проведено контролируемое испытание, в котором приняли участие 32 женщины с нормальным весом. Ученые выяснили, что через одну неделю поздних ужинов (обед был в 16-30), у женщин проявились негативные метаболические изменения, способствующие ожирению, такие как небольшие изменения уровня кортизола и температуры тела, снижение переносимости глюкозы, уменьшение расхода энергии в покое и снижение утилизации углеводов. Наряду с этими проблемами, наблюдался еще один потенциально негативный эффект позднего приема пищи — нарушение естественной выработки одного из основных гормонов — гормона роста (GH). Гормон роста — это основной гормона бодибилдинга или базовый гормон красоты, которые влияет на расщепление жира и метаболизм нутриентов.

В нормальных условиях GH начинает вырабатываться поздно вечером перед сном и достигает максимума около полуночи. Поздний прием пищи изменяет выработку этого гормона, удерживая ее на низком уровне, если этот пищевой режим поддерживается регулярно. Современные научные данные показывают, что привычка поздно принимать пищу может изменить метаболизм и увеличить вероятность увеличения веса тела даже при неизменном калораже или наборе продуктов!

Как оптимизировать режим питания

Наряду с другими фундаментальными факторами, такими как потребление протеина, спорт, контроль калоража, для оптимизации диеты следует согласовать режим питания с естественным циркадным ритмом. Возможно, поздний ужин от случая к случаю не повредит, но если делать это постоянно, то рано или поздно эта привычка негативно повлияет на метаболизм и гормоны и может привести к ожирению. Эти выводы поддерживаются некоторыми исследованиями режима завтрака, которые показывают, что ранний прием пищи полезен для похудения. Вероятно, дело не в волшебных свойствах завтрака, а в том, что ранние пташки и рано ужинают, тем самым избегая негативных последствий позднего приема пищи.

Теперь, когда вы понимаете, как все устроено, меньше ешьте на ночь — это очень простой и эффективный метод улучшения фигуры!

Первоисточники:

Asher, G., & Sassone-Corsi, P. (2015). Time for food: the intimate interplay between nutrition, metabolism, and the circadian clock. Cell, 161(1), 84-92.
Asher, G., Gatfield, D., Stratmann, M., Reinke, H., Dibner, C., Kreppel, F., … & Schibler, U. (2008). SIRT1 regulates circadian clock gene expression through PER2 deacetylation.

Cell, 134(2), 317-328.
Feng, D., & Lazar, M. A. (2012). Clocks, metabolism, and the epigenome.Molecular cell, 47(2), 158-167.
Crane, B. R., & Young, M. W. (2014). Interactive features of proteins composing eukaryotic circadian clocks. Annual review of biochemistry, 83, 191-219.
Eckel-Mahan, K., & Sassone-Corsi, P. (2013). Metabolism and the circadian clock converge. Physiological reviews, 93(1), 107-135.
Lopez-Minguez, J., Gómez-Abellán, P., & Garaulet, M. (2016). Circadian rhythms, food timing and obesity. Proceedings of the Nutrition Society, 1-11.
Erren, T. C., & Reiter, R. J. (2009). Defining chronodisruption. Journal of pineal research, 46(3), 245-247.
Garaulet, M., Ordovas, J. M., & Madrid, J. A. (2010). The chronobiology, etiology and pathophysiology of obesity. International journal of Obesity,34(12), 1667-1683.
Asher, G., & Schibler, U. (2011). Crosstalk between components of circadian and metabolic cycles in mammals. Cell metabolism, 13(2), 125-137.
Bass, J. (2012). Circadian topology of metabolism. Nature, 491(7424), 348-356.
Eckel-Mahan, K., & Sassone-Corsi, P. (2013). Metabolism and the circadian clock converge. Physiological reviews, 93(1), 107-135.
Green, C. B., Takahashi, J. S., & Bass, J. (2008). The meter of metabolism.Cell, 134(5), 728-742.
Arble, D. M., Bass, J., Laposky, A. D., Vitaterna, M. H., & Turek, F. W. (2009). Circadian timing of food intake contributes to weight gain. Obesity, 17(11), 2100-2102.
Sherman, H., Genzer, Y., Cohen, R., Chapnik, N., Madar, Z., & Froy, O. (2012). Timed high-fat diet resets circadian metabolism and prevents obesity.The FASEB Journal, 26(8), 3493-3502.
Adamovich, Y., Rousso-Noori, L., Zwighaft, Z., Neufeld-Cohen, A., Golik, M., Kraut-Cohen, J., … & Asher, G. (2014). Circadian clocks and feeding time regulate the oscillations and levels of hepatic triglycerides. Cell metabolism,19(2), 319-330.
Damiola, F., Le Minh, N., Preitner, N., Kornmann, B., Fleury-Olela, F., & Schibler, U. (2000). Restricted feeding uncouples circadian oscillators in peripheral tissues from the central pacemaker in the suprachiasmatic nucleus. Genes & development, 14(23), 2950-2961.
Fonken, L.

K., Workman, J. L., Walton, J. C., Weil, Z. M., Morris, J. S., Haim, A., & Nelson, R. J. (2010). Light at night increases body mass by shifting the time of food intake. Proceedings of the National Academy of Sciences,107(43), 18664-18669.
Wu, T., Sun, L., ZhuGe, F., Guo, X., Zhao, Z., Tang, R., … & Fu, Z. (2011). Differential roles of breakfast and supper in rats of a daily three-meal schedule upon circadian regulation and physiology. Chronobiology international, 28(10), 890-903.
Yoshida, C., Shikata, N., Seki, S., Koyama, N., & Noguchi, Y. (2012). Early nocturnal meal skipping alters the peripheral clock and increases lipogenesis in mice. Nutrition & metabolism, 9(1), 1.
Turek, F. W., Joshu, C., Kohsaka, A., Lin, E., Ivanova, G., McDearmon, E., … & Eckel, R. H. (2005). Obesity and metabolic syndrome in circadian Clock mutant mice. Science, 308(5724), 1043-1045.
Timlin, M. T., Pereira, M. A., Story, M., & Neumark-Sztainer, D. (2008). Breakfast eating and weight change in a 5-year prospective analysis of adolescents: Project EAT (Eating Among Teens). Pediatrics, 121(3), e638-e645.
Baron, K. G., Reid, K. J., Kern, A. S., & Zee, P. C. (2011). Role of sleep timing in caloric intake and BMI. Obesity, 19(7), 1374-1381.
Hsieh, S. D., Muto, T., Murase, T., Tsuji, H., & Arase, Y. (2011). Association of short sleep duration with obesity, diabetes, fatty liver and behavioral factors in Japanese men. Internal Medicine, 50(21), 2499-2502.
Colles, S. L., Dixon, J. B., & O'brien, P. E. (2007). Night eating syndrome and nocturnal snacking: association with obesity, binge eating and psychological distress. International journal of obesity, 31(11), 1722-1730.
Garaulet, M., Gómez-Abellán, P., Alburquerque-Béjar, J. J., Lee, Y. C., Ordovás, J. M., & Scheer, F. A. (2013).

Timing of food intake predicts weight loss effectiveness. International journal of obesity, 37(4), 604-611.)
Ruiz-Lozano, T., Vidal, J., de Hollanda, A., Scheer, F. A. J. L., Garaulet, M., & Izquierdo-Pulido, M. (2016). Timing of food intake is associated with weight loss evolution in severe obese patients after bariatric surgery. Clinical Nutrition.
Bandín, C., Martinez-Nicolas, A., Ordovas, J. M., Madrid, J. A., & Garaulet, M. (2014). Circadian rhythmicity as a predictor of weight-loss effectiveness. International Journal of Obesity, 38(8), 1083-1088.
Van Loon, L. J., Saris, W. H., Verhagen, H., & Wagenmakers, A. J. (2000). Plasma insulin responses after ingestion of different amino acid or protein mixtures with carbohydrate. The American journal of clinical nutrition, 72(1), 96-105.

Как мы вообще отличаем время? Мы делаем это при помощи разных циклических явлений, захода и восхода солнца, движения стрелок по циферблату и т. д. Но ведь у нас в теле этих циклических явлений тоже немало. Головной мозг за день получает раздражения, утомляется, а затем восстанавливается. Пищеварительный канал то периодически занят пищей, то освобождается от нее и т. д. И так как каждое состояние органа может отражаться на больших полушариях, то вот и основание, чтобы отличать один момент времени от другого.

И. П. Павлов

Все мы живем не только в пространстве, но и во времени, в котором земные и космические явления изменяются циклично. Живая природа за долгую историю своего существования приспосо­билась к ним, выработав ритмическую смену всех жизненных процессов.

Следуя закону биологической целесообразности, живые существа применились к смене дня и ночи, связанной с вращением Земли вокруг своей оси, к смене сезонов года, происходящей в связи с движением нашей планеты вокруг Солнца, и т. д. Указанная цикличность проявляется у растений и животных. Не обнаружена она только у бактерий. В настоящее время прослежены биологические ритмы, связанные с вращением Земли по отношению к Луне, по отношению к звездам и зависящие от 27-дневного цикла, за время которого Солнце делает один оборот вокруг своей оси, а также синхронные периодическим изменениям солнечной активности и сменам фаз Луны.

То обстоятельство, что внешние условия существования заставляют живые организмы жить в определенном ритме, издавна поражало воображение людей. Так, в конце XV в., во времена великих географических открытий, Христофор Колумб и его спутники, плывущие на флагманской каравелле «Санта Мария», наблюдали в Карибском море таинственное ночное свечение воды. Позже природа этого явления была выяснена. Оказалось, что виновниками его являются черви одонтосиллис, ритм размножения которых строго синхронизирован с временем наступления определенных фаз Луны. Ночью, в третью четверть Луны, самки этих червей мечут светящуюся икру, которую по этому признаку находят и оплодотворяют самцы. Если бы черви одонтосиллис не обладали внутренними «биологическими часами» и не могли вести отсчет времени, возможности к воспроизведению своего рода у них исчезли бы и существование их прекратилось.

Способность организмов измерять время была открыта в 1729 г. французским астрономом де Мэроном. Его интересовало вращение Земли вокруг своей оси.

Попутно он установил, что растения в течение суток ритмически то раскрывают свои листья и венчики цветов, то закрывают их. Причем свойственно это качество не только тем из них, которые находятся в естественных условиях, но и тем, которые содержатся все время в полной тьме или при постоянных условиях освещения. Наследственный характер этого явления и его сущность — приспособить суточный обмен веществ к световым условиям на поверхности Земли — были доказаны затем многими учеными.

Так, на птичьих базарах Арктики при незакатном полярном дне гуси, утки, кулики и другие прилетевшие из средних широт птицы продолжают укладываться спать в 20—21 час и вылетать с гнезд за пищей в 5—6 часов утра, как они делали это в лесах умеренного пояса.

Подтверждают это и опыты над ночными животными, например крысами. На протяжении 25 поколений их содержали при постоянном освещении. И все же ритм их жизни оставался неизменным: они засыпали на день и были активны в ночные часы.

Почему же принадлежащие к разным классам животные двигаются, добывают пищу и отдыхают в разное время суток?

Оказывается, что у лягушек, ящериц, пауков, клещей ритм бодрствования и сна служит приспособлением к физическим факторам окружающей среды (к ее влажности, температуре и т. д.), так как при малых размерах поверхность их тела велика по сравнению с массой и поэтому им трудно сохранять свой организм от чрезмерных потерь воды. Поэтому-то ящерицы на Кавказе снуют в зеленой влажной траве в дневные часы, а в знойной и иссушенной пустыне Каракумы они охотятся за пищей ночью.

У крупных животных — волков, медведей и других хищников — ритм жизни зависит от времени активности их жертв, т. е. связан с возможностями добывания пищи. Эти же животные в зоопарках и цирках, получая готовую еду, активны днем.

В научной литературе приводятся интересные данные, касающиеся африканских буйволов. В конце XIX в. их многочисленные стада паслись днем на открытых пространствах. Но разразившаяся пандемия чумы почти целиком уничтожила их. Оставшиеся в живых животные ушли в леса и болота и перешли на ночной образ жизни. Когда же численность буйволов вновь сильно увеличилась, они вернулись на прежние места и снова стали вести дневной образ жизни.

Изучение цикличности сна и бодрствования на протяжении суток, времени наступления зимней спячки, летней активности и размножения многих животных отнюдь не ограничивается одним научным интересом, а имеет большое практическое значение.

Известно, что многие представители животного мира — мыши, крысы, белки, суслики, хомяки, сурки, песчанки, тушканчики — являются резервуарами чумы, туляремии, пендинской язвы и других болезней, и меры их обезвреживания и уничтожения должны быть увязаны с ритмом их жизнедеятельности, только в этом случае они будут эффективны.

Многочисленные представители отряда насекомых, такие, как саранча, колорадский и майский жуки, сосновый и сибирский шелкопряд, жуки-усачи, жуки-короеды,— злейшие враги лесов, садов и многих сельскохозяйственных культур. Так что знание того, что лёт серых бабочек сибирского шелкопряда (во время которого они откладывают мельчайшие зеленые яйца на хвою) бывает в июле — августе, и того, когда из них выводятся страшные своей прожорливостью гусеницы, помогает вовремя сделать клеевые кольца на стволах деревьев, опылить их с самолетов и применить другие действенные меры защиты от них наших лесов.

Среди представителей животного мира попадаются и такие, которые бывают активны и днем и ночью, например русский и куринский осетры, стерлядь, балтийский лосось. Таковы же некоторые виды хорьков, полевок, пеструшек. Есть и такие виды животных, которые спят и бодрствуют много раз в сутки. Известно, что свиньи и кошки засыпают и пробуждаются до 15 раз за этот промежуток времени. Их называют поэтому полифазными.

У человека количество фаз деятельности и отдыха меняется на протяжении жизни: дети и старики являются полифазными, а взрослые обычно монофазны, т. е. спят и бодрствуют по одному разу в сутки.

Многочисленные наблюдения и опыты подтверждают, что самым главным синхронизатором биологических ритмов у животных и человека является свет. Ведь за одни сутки освещенность в одном и том же пункте земной поверхности (где есть смена дня и ночи) может изменяться в 300 миллионов раз! За 24 часа меняются температура, влажность, ветер. Но эти метеорологические факторы, как и шумы, запахи, время еды и т. д., действуют слабее, чем изменение освещения.

Суточное вращение Земли вызывает у растений, животных и человека волны жизни с периодом, близким к 24 часам, но не равным этому промежутку времени. Это связано отчасти с тем, что в большинстве районов земного шара (кроме экваториальных областей) число часов светлой части суток меняется на протяжении года. Такие ритмы, по продолжительности приближающиеся к суткам, называются циркадными (circa— «около», dies — «день, сутки»).

Для сохранения суточной ритмичности физиологических функций человека и дневных животных важно совпадение периода бодрствования с дневным светом, а не с ночной тьмой. Вот почему полярники в Арктике и Антарктиде переносят летний непрерывный день значительно легче, чем непрерывную зимнюю ночь. Поэтому же максимум активности физиологических процессов у сотрудников метрополитена, долго работающих в ночной смене, падает все же на дневные часы.

Весь человеческий организм охвачен суточным ритмом, причем в дневное время в нем преобладают процессы, обеспечивающие деятельность, а в ночное — способствующие бесперебойному сну.

В последнее время медиками установлено, что соп является активной деятельностью организма, весьма важной, только иначе организованной, чем дневная жизнь.

Недаром животные и человек дольше могут сохранять свою жизнь без еды, чем без сна, который является приспособительно-целесообразным процессом, выработанным для того, чтобы сохра­нить правильную и бесперебойную работу всех систем организма. Он обеспечивает накопление энергетических запасов, и без него невозможно обойтись. Во время сна усиливаются процессы пере­варивания пищи и всасывания питательных веществ, что весьма важно для восстановления сил, сохранения здоровья, работоспособности и долголетия.

В светлую часть суток увеличивается двигательная активность, интенсивность обмена веществ и связанные с ними температура тела и дыхание. Наследственный характер этих процессов под­тверждается тем фактом, что рост температуры тела и усиление дыхания наблюдается и у дневных животных, ведущих неподвижный образ жизни, а также у больных людей, длительное время лежащих без движения. Обмен веществ протекает в наследуемом из поколения в поколение циркадном ритме. В известной степени обмен веществ независим от температуры окружающей среды, когда она изменяется в пределах от плюс 5 до 35°. Температура влияет только на величину амплитуды ритма, а не на длительность самих циклов.

Каждый процесс, совершающийся в организме, имеет свою оптимальную температуру, при которой он наиболее силен, причем для разных процессов она не является одинаковой.

В человеческом теле насчитывается около ста процессов, подчиняющихся строгому циркадному ритму.

У людей, ведущих нормальный образ жизни и питающихся три раза в день, цикличность в деятельности органов пищеварения такова: в первую половину дня печень выделяет наибольшее количество желчи, которая необходима для переваривания белков и жиров, расходуя запасенный ею углевод — гликоген (животный крахмал) — и превращая его в простые сахара. Она отдает воду, образует много мочевины и накапливает жиры. Поэтому важно, чтобы утром и днем была получена суточная норма этого рода пищи.

Во второй половине дня печень начинает перерабатывать и усваивать сахара, накапливая гликоген и воду. Вследствие этого ее клетки увеличивают объем в три раза. Вот почему желательно, чтобы в это время в рационе преобладали углеводы и объем пищи к вечеру уменьшался по сравнению с утренними и дневными часами.

Меньше всего гликогена в печени содержится около 15 часов дня, а больше — в предутренние часы (около трех часов ночи). Этот цикл впервые установили шведские ученые Г. Агрен, О. Виландер и Е. Жорес в 1931 г. Их открытие имело важные следствия для медицины и в сильной степени стимулировало изучение циркадных ритмов и всего, что связано с «биологическими часами» организмов.

Ведь лечение диабета и болезней пищеварительного тракта, оценка анализов и построение правильных и лечебных рационов могут проводиться только на этой основе.

Издавна существует изречение: «Желудок — верный наш брегет» (часы), так как перистальтика кишечника, выделение желудочного сока, а следовательно, и аппетит имеют строгое суточное расписание. Особенно сильными эти процессы бывают в первую половину дня. В лабораторных условиях были проведены интересные наблюдения за извлеченным из организма маленьким ку­сочком кишечника. Он в течение трех дней продолжал двигаться, сокращаясь сильнее в дневное время и слабее в ночное, сохраняя свой прежний циркадный ритм.

Строго ритмично работает и наше сердце. Недаром существует рассказ, что знаменитый Ньютон, изучая закон качания маятника, пользовался, как часами, ударами своего пульса.

Не только сердце, но и все органы кроветворения: селезенка, костный мозг, лимфатические узлы, в которых вырабатываются клетки крови,— работают циклично. На протяжении суток в циркулирующей крови не остается постоянным и количество клеток крови, меняется в ней и содержание красных и белых телец. Это связано с поступлением сахара, от которого зависит способность клеток к делению. С увеличением количества гормона — адреналина — в крови, как бы выталкивающего сахар из клеток, процесс их непрямого деления ослабляется.

Максимум гемоглобина в крови бывает с 11 до 13 часов, а минимум — с 16 до 18 часов. Эта цикличность также учитывается при анализах и лечении.

Сердце человека, когда он находится в покое, в одну минуту перекачивает около 5 литров крови. Сердечная мышца может производить такую поистине гигантскую работу потому, что она работает в определенном ритме.

В течение суток меняется и содержание в крови калия, магния, натрия, кальция, железа. Ночью в ней повышается количество солей магния, а в мозговой жидкости — солей калия. Оба этих химических вещества гасят нервно-мышечную возбудимость и способствуют спокойствию сна.

В ночное время сердце бьется медленнее, удары пульса становятся более редкими, уменьшается количество крови, которое сердце прогоняет по организму, снижается артериальное давление.

В эту пору ослабления сердечной деятельности в предутренние часы максимальное за сутки количество крови скапливается в легких, что вызывает у легочных больных тяжелые приступы кашля, увеличивающие нагрузку на сердце.

Учет этой фазы циркадного ритма позволяет медикам поддерживать в это время лекарствами ослабленное сердце, облегчить кашель и улучшить самочувствие и течение болезни у страдающих легочными недугами людей.

По суточному графику работает и вегетативная нервная система, «заведующая» деятельностью сердца, легких, желудка и других внутренних органов. Оба ее отдела: симпатический и па­расимпатический — не являются антагонистичными. Однако тонус симпатического отдела бывает повышенным в дневное время. Он воздействует на увеличение кровяного давления, перистальти­ки кишечника, потоотделения. В эти часы в крови появляется больше гормонов, обеспечивающих поступление в нее сахара и возбуждение нервных клеток.

Парасимпатический отдел бывает более деятельным в ночное время. Он затормаживает работу сердца, желудка, системы крови и т. д.

С изменением тонуса симпатической и парасимпатической нервной системы связан и периодизм в работе желез внутренней секреции: гипофиза, щитовидной и околощитовидной, поджелудочной, надпочечников, половых.

‘ Механизм действия биологически активных веществ — гормонов, выделяемых этими железами, не вполне еще выяснен. Предполагается, что они способны изменять концентрацию ферментов (латинское слово fermentum — «закваска»). Эти сложные белковые вещества способны в миллионы раз ускорять углеводный, жировой и водный обмен, а также влиять на теплорегуляцию, про­цессы окисления и рост организма.

Так, известно, что надпочечники выделяют несколько групп активных веществ, в том числе адреналин и норадреналин. Первый из них повышает обмен веществ, артериальное давление, усиливает и учащает сердцебиение, ускоряет дыхание. Под его влиянием гликоген печени превращается в сахара, легко окисляемые в тканях тела.

Норадреналин же служит передатчиком команды от симпатической нервной системы к сердцу. При уменьшении его резервов снижается управляемость сердца и сила его сокращений, т. е. на­ступает сердечная недостаточность, с которой необходимо бороться лекарственными средствами, воздействуя на симпатическую нервную систему. Значительные уменьшения концентрации норадреналина (в 4—6 раз) наблюдаются при перегрузках сердца, когда масса сердечной мышцы сильно увеличивается. Это важное открытие сделали академик В. В. Парии, профессор Ф. З. Меерсон, доктор биологических наук Б. Н. Манухин и кандидат биологических наук М. Г. Пшенникова в лаборатории экспериментальной кардиологии Института нормальной и патологической физиологии Академии медицинских наук СССР.

Изменениями солевого состава организма «ведают» околощитовидные железы. Они «следят» за концентрацией водородных ионов в клетках. Их деятельность, как и работа поджелудочной железы, выделяющей инсулин (который переводит сахар в гликоген и понижает количество сахара в крови) и антиинсулин — глюкагон (способствующий расходу гликогена в клетках печени и увеличивающий содержание сахара в крови), также имеет циркадную цикличность.

Статистика утверждает, что даже рождение и смерть чаще случаются в темную часть суток, около полуночи, что является еще одним аргументом в пользу того, что всем жизненным явлениям присуща ритмичность.

Циркадные биоритмы

К циркадным (суточным) биоритмам относятся изменение интенсивности и характера биологических процессов и явления, которые повторяются с периодичностью с периодом 24±4 часов. Этим ритмам, обусловленным суточным (циркадным) ритмом внешней среды, связанным с вращением Земли вокруг своей оси, подвержено большинство биохимических и физиологических процессов роста, развития, движения и обмена веществ: частота деления клеток, колебания и температуры тела, интенсивность обмена веществ.

Так, у растений хорошо известны ритмические циклы закрытия цветков и опускания листьев в ночное время и раскрытия их в дневное время. При этом ритмы сохраняются даже в отсутствии солнечного света, что было подтверждено опытами российского биофизика С. Э. Шноля, который приводит пример с фасолью Мэрана, листья которой опускались и поднимались вечером и утром, даже если она находилась в полностью темной комнате. Таким образом, растение как бы «чувствовало» время и определяло его своими внутренними физиологическими часами. Обычно растения определяют длительность дня по переходу пигмента фитохрома из одной формы в другую при изменении спектрального состава солнечного света. Так, на закате солнце имеет красный цвет вследствие того, что красный свет имеет большую длину волны и меньше рассеивается, чем синий. В этом закатном или сумеречном свете много красного и инфракрасного излучений, и растения это воспринимают*.

К суточным ритмам относится чередование периодов активности покоя и активности животных (дневных и ночных).

Для животных важно не абсолютное определение времени, а относительное — когда взойдет солнце и когда оно сядет, так как дневные существа используют для поиска пищи светлую часть дня, а ночные темную.

Интересен суточный ритм манящего краба (побережье Атлантического океана) – это изменение окраски: с утра краб более светлый, но по мере того, как солнце поднимается все выше над горизонтом, он темнеет. Пигмент, играя защитную роль, предохраняет его от палящих солнечных лучей. Если же это время совпадает с отливом, то более темная окраска помогает ему оставаться незамеченным на прибрежном песке, куда краб отправляется в поисках пищи.

Четко выражены суточные ритмы у пчел, муравьев.

Суточные ритмы человека

У человека отмечается около трехсот физиологических функций, имеющих суточные ритмы.

Согласно «циркадианной системе человека», масса тела является максимальной в 18—19 ч, частота сердечных сокращений — в 15—16 ч. частота дыхания — в 13—16 ч, систолическое артериальное давление — в 15—18 ч, уровень эритроцитов в крови — в 11—12 ч, лейкоцитов — в 21—23 ч, гормонов в плазме крови (АКТГ, кортизол, 17-гидроксикортикостерон), циклического аденозинмонофосфата — в 8—12 ч, инсулина, ренина — в 18 ч, тестостерона — в 8—9 ч, тироксина — в 14—15 ч, общего белка крови — в 17—19 ч, фибриногена —в 18 ч, билирубина (общего) — в 10 ч, трансаминазы — в 8—9 ч, холестерина — в 18 ч, азота мочевины — в 22—23 ч.

Утром замедляются, а вечером ускоряются психические процессы. В свою очередь, на ритмы физиологических и психических функций влияют смены сна и бодрствования, активности и покоя. Параметры суточной кривой работоспособности в период бодрствования (фаза, амплитуда, акрофаза) зависят от множества факторов: типа личности, общей обстановки, приема пищи, уровня мотивации и т.д.

Нарушение временной упорядоченности ритмов биологической системы обозначают термином десинхроноз. Изучение механизмов возникновения десинхроноза имеет большое значение при организации режимов труда и отдыха у представителей различных специальностей, при проведении профилактических мероприятий с целью охраны здоровья. Десинхроноз может возникать как результат фазового рассогласования между ритмами биологической системы и теми периодическими изменениями в окружающей среде, которые для организма выступают как датчики времени (внешнеобусловленный десинхроноз, внешний десинхроноз), либо вследствие нарушения координации между ритмами в самой системе. Внешний десинхроноз можно наблюдать у лиц, совершивших перелет через 4—5 часовых поясов, у космонавтов во время космических полетов, при смене дневного режима работы на ночной.

В природе суточные ритмы складываются из процессов, обусловленных эндогенными ритмами, и реакции на суточные изменения окружающей среды. При нарушении естественного ритма среды суточные ритмы разных физиологических функций теряют синхронность. Такие явления (десинхронизация) возникает, например, при разведении животных и растений в искусственных условиях, при смене часовых поясов, при переходе на летнее/зимнее время и др. Десинхронизация может явиться причиной возникновения патологических изменений в организме, снижению иммунитета, ухудшению адаптивных возможностей организма.

Таким образом, циркадная временная программа реализует две различные задачи: с одной стороны, она сохраняет свою автономию независимо от воздействия внешних факторов. С другой стороны, она способна переставлять внутренние часы организма, чтобы цикл, несмотря на свою автономию, не был десинхронизирован с окружающим миром.

Отмечено, что суточные биоритмы наиболее выражены у обитателей высоких широт, где четко выражены отличия «дневного» и «ночного» состояния окружающей среды.

*При подготовке статьи использовалась литература: Горбачев, В.В. Концепции современного естествознания / В.В. Горбачев. — М., 2005. — с. 274-275



Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *