Биоритмы гормонов, И. И. ДЕДОВ, В. И. ДЕДОВ, 1992
ПРИРОДА БИОРИТМОВ

ГЛАВА 1

ПРИРОДА БИОРИТМОВ

Биологическими ритмами называют изменения, периодичность которых сохраняется при изоляции от внешних источников отсчета времени в течение двух циклов (периодов) или более. При такой изоляции биологические ритмы могут переходить на собственную частоту, ранее индуцированную извне, а при навязывании внешнегр ритма могут изменять фазу собственного ритма по фазе. Биоритмы являются частным случаем более широкой зависимости жизненных процессов от времени, особенностью биологической временной структуры. Биологические ритмы можно определить как статистически достоверные изменения различных показателей физиологических процессов волнообразной формы.

Основными параметрами биоритмов являются следующие показатели: 1) период — время между двумя одноименными точками в волнообразно изменяющемся процессе; 2) акрофаза — точка времени в периоде, когда отмечается максимальное значение исследуемого параметра; 3) мезор — уровень среднего значения показателей изучаемого процесса; 4) амплитуда — степень отклонения исследуемого показателя в обе стороны от средней.

Среди .многих отношений между разными ритмами особое значение имеют иерархические связи, т. с. подчинение одних ритмов другим. Такая иерархия обусловлена особенностями регуляции функций в организме. Ниже показано, что у женщин эндокринная, особенно месячная гормональная, периодика является ведущим ритмом. На месячные же периодические изменения оказывают влияние бесконечное многообразие гормонально-метаболических процессов.

Классификация ритмов базируется на строгих определениях, которые зависят от выбранных критериев. По мнению Ю. Ашоффа (1984), ритмы можно подразделять:

1)    по их собственным характеристикам, таким как период;

2)    по их биологической системе, например популяция;

3) по роду процесса, порождающего ритм, или 4) по функции, которую ритм выполняет. Биологические ритмы охватывают широкий диапазон периодов:    от миллисекунд до

нескольких лет. Их можно наблюдать в отдельных клетках, в целых организмах или популяциях. Для большинства ритмов, которые можно наблюдать в ЦНС или системах кровообращения и дыхания, характерна большая индивидуальная изменчивость. Другие эндогенные ритмы, такие как овариальный цикл, проявляют малую индивидуальную, но значительную межвидовую изменчивость. Наконец, существуют четыре циркаритма. Периоды этих ритмов в естественных условиях не меняются, т. е. они синхронизированы с такими циклами внешней среды, как приливы, день и ночь, фазы Луны и время года. С ними связаны приливные, суточные, лунные и сезонные ритмы биологических систем. При этом на нескольких видах показано, что каждый из указанных ритмов может поддерживаться в изоляции от соответствующего внешнего цикла. Ритм в этих условиях протекает «свободно», со своим собственным, «естественным» периодом. Наибольшее распространение получила классификация по частотам колебаний, т. е. по величине, обра7ной длине периодов ритмов (табл. 1).

Таблица 1. Классификация биологических ритмов

Зона ритмов

Область ритмов

Длина периодов

Высокочастотная

Ультрадианная

Менее 0,5 ч 0,5—20 ч

Среднечастотная

Г Циркадианная 1 Инфрадианная

20—28 ч

Низкочастотная

Циркасептальная 7± 31 сут сут 1 Циркадисептальная ' Циркавигинтанная

Циркатригинтанная 1 Цирканнуальная

14±3| сут 20±3 сут

--30±7- сут-.—...........

Рациональная классификация    биоритмо^^йредложена

Н. И. Моисеевой и В. М. Сысуевым (1981). Авторы выделяют пять основных классов биоритмов.

1. Ритмы высокой частоты: от доли секунды до 30 мин (ритмы протекают на молекулярном уровне, проявляются на ЭЭГ, ЭКГ, регистрируются в дыхании, перистальтике кишечника и др.).

2.    Ритмы средней частоты (от 30 мин до 28 ч, включая ультрадианные и циркадианные продолжительностью до 20 ч и 20—28 ч соответственно).

3.    Мезоритмы (инфрадианные и циркасептанные около 7 сут продолжительностью 28 ч и 6 дней соответственно).

4.    Макроритмы с периодом от 20 дней до 1 года.

5.    Метаритмы с периодом 10 лет и более.

Многие авторы выделяют также ритмы по уровню организации биосистем:    клеточные, органные, организмен-

ные, популяционные. Существует, кроме тогда, представление о многодневных ритмах: физическом с периодом в 23 дня, эмоциональном — 28 дней и интеллектуальном — 33 дня. Ритмы с периодом в несколько лет и десятилетий связывают с изменениями на Луне, Солнце, в Галактике и др. Известно более 100 биоритмов с периодом от долей секунд до сотен лет.

Биологические ритмы, совпадающие с геофизическими ритмами, называются адаптивными. В течение многих миллионов лет эволюции происходила «шлифовка» временной организации биосистем. Постоянно' адаптируясь к меняющимся условиям и воздействиям факторов окружающей среды, вместе с живой материей, синхронно с ее усложняющимся развитием, совершеннее и разнообразнее становились биоритмы. Вполне уместно предположение о том, что эволюция животного мира «шла» через совершенствование биоритмов, выполнявших ведущую роль факторов адаптации к изменяющимся условиям внешней среды. Действительно, суточная периодичность времени, смена дня и ночи, индуцировали и закрепили . суточные ритмы многочисленных процессов в организме, а смена времени года сформировала сезонные ритмы.

Факторы, влияющие на ритмичность процессов, происходящих в живом организме, получили определение «синхронизаторы», или «датчики времени». К внешним синхронизаторам относят смену света и темноты, прием пищи, различные факторы окружающей среды (температура, инсоляция, атмосферное давление), а для человека, кроме того, различные социальные факторы. Ритмы, независимые от внешних синхронизаторов, называются эндогенными. Ритмы, которые формируются под влиянием внешних синхронизаторов, т. е. факторов внешней среды, идентифицированы как экзогенные. Внешние синхронизаторы формируют ритмы. Ярким примером формирования эндогенных ритмов под влиянием синхронизаторов внешней среды является влияние на новорожденного ребенка с его эндогенными ритмами таких синхронизаторов, как свет, звук, пища и др., а по мере развития ребенка усиливается роль социальных факторов. Сравнительно быстро в процессе развития у ребенка формируется суточный 24-часовой ритм физиологических процессов. Согласно данным известного хронопедиатра Т. Хельбрюгге, первые признаки суточной периодики выделения с мочой натрия и калия отмечаются на 4—20-й неделе, а креатинина и хлоридов на 16—22-м месяце после рождения. Начало синхронизации с ритмом смены дня и ночи на протяжении суток таких показателей, как температура тела, происходит-, на 2—3-й неделе, а частота пульса — на 4—20-й неделе жизни ребенка. В первые 2 нед жизни ребенка экскреция с мочой кортизола и кортикостерона имеет незначительные суточные колебания (максимальная экскреция в 16.00—20.00 ч, минимальная — поздним вечером и ночью), что характерно для детей старшего возраста и взрослых. Таким образом, становление суточного ритма экскреции кортикостероидов происходит уже на 2—3-й неделе жизни ребенка [Князев Ю. А. и др., 1972]. Ниже рассмотрены более точная хронология становления нейроэндокринной системы в эмбриональном и постнатальном периодах и роль, которую выполняют гормоны в процессе адаптации организма к воздействию многообразных факторов окружающей среды. Таким образом, биологический ритм, будучи универсальной формой адаптации, через непрерывные колебательные процессы обеспечивает развитие защитно-адаптационных реакций организма, символизируя саму жизнь. В этом и состоит основное диалектическое противоречие биологических ритмов.

Ритм дает яркую иллюстрацию диалектического характера движения. Н. Я. Пэрн (1925), рассматривая природу ритма, справедливо отмечал, что «...всякий периодический или волнообразный процесс есть в сущности прогрессивный процесс, в каждом периодическом процессе нечто достигается... Каждый последующий период или следующая волна не есть полное повторение предыдущих, а наслаивается на эти предыдущие как их следующая и новая ступени». Реальные ритмы в сфере живой материи никогда не имеют строгого однообразия. Периоды между аналогичными состояниями равны лишь приблизительно, они колеблются около какой-то величины, в среднем довольно постоянной. Эта величина — длительность периода — важнейшая характеристика ритма. Кривая ритма любой живой системы представляет собой условное изображение

непрерывного движения, и каждая точка на этой кривой есть условное изображение тех состояний, через которые она проходит, никогда не задерживаясь. Каждая точка на кривой ритма, т. е. фактически мгновенное состояние, через которое проходит некоторая функция, получила название «фаза». Особое значение в биоритмологии . придается так называемым акрофазам, т. е. тем моментам, когда регистрируемый процесс достигает крайних значений: максимума и минимума. В биоритмологии понятие «фаза» часто используется как обозначение точки отсчета при анализе временной последовательности событий. В качестве таких точек отсчета принимают начало сна или момент пробуждения, начало работы и др. Если эти точки смещаются во времени, говорят о сдвиге фазы. Так, сдвиги фазы характерны при переходе в другой временной (новый часовой) пояс или для сменного режима работы.

Очень важной характеристикой в хронобиологии является амплитуда ритмического процесса. К числу категорий биоритмов относят и зону «блуждания» фазы, точнее акрофазы, поскольку эту зону установить наиболее легко. Если в течение, например, ряда суточных циклов отмечать на шкале времени положения акрофазы (максимума или минимума) ритма какой-либо функции, то окажется, что это положение варьирует в некотором диапазоне, который и называется зоной блуждания фазы (акрофазы).'

Ритм — это универсальная особенность самодвижения материи, результат борьбы противоположностей, являющихся источником самодвижения, характеризующегося непрерывной сменой доминирования каждой из двух противоборствующих сторон, благодаря чему достигается качественная устойчивость материальных объектов. Таким образом, ритм внутренне присущ движению.    .

Следует еще остановиться на терминологии. Чаще все. го врачи и биологи в своей практической или научной работе имеют дело с циркадианными, или околосуточными, ритмами. В обиходе, а часто и в литературе, их называют суточными. Это, строго говоря, не совсем корректное определение. Термины «циркадианные», или «околосуточные», ритмы предложены американским биоритмологом Францем Хальбергом после того, как выяснилось, что у человека, изолированного от внешнего мира, прежде всего от естественного освещения, и живущего в свободно текущем режиме, длительность цикла сон — бодрствование, регулируемого только самочувствием, желанием спать или бодрствовать, становится больше, составляя в среднем 25 ч, продолжительность, очень близкую к суточному ритму (24-часовому). В связи с этим биоритм человека сон — бодрствование в условиях изоляции стали называть околосуточным, а впоследствии термин «циркадианный», стали употреблять не только при рассмотрении ритмов, регистрируемых в условиях изоляции, но и для обозначения ритма сон — бодрствование и соответствующих ритмов жизненных функций. Действительно, в реальной жизни сутки никогда не соответствуют 24 ч. Люди ложатся спать то раньше, то позже, вследствие чего сутки как бы варьируют в пределах 20—28 ч. Исходя из этого термины «циркадианный» и «суточный» стали использоваться как синонимы. Однако не следует забывать о первоначальном смысле термина «циркадианный».

Циркадианные ритмы отражают периодичность геофизических факторов, обусловленную вращением Земли вокруг своей оси. В течение суток закономерно изменяется прежде всего естественное освещение. Но ритмически меняется не только цикл день — ночь. Суточным колебаниям подвержены температура и влажность воздуха, напряженность электрического и магнитного поля Земли, потоки разнообразных космических факторов, известных и еще не распознанных, падающих на Землю, в конкретный временной цикл. Под влиянием этих внешних факторов совершалась эволюция всех форм жизни на Земле, и, разумеется, колебания этих факторов в настоящее время, как и миллионы лет назад, играют жизненно важную роль для всех без исключения обитателей Земли. Так, для дневных животных восход Солнца является сигналом для активной деятельности:    добывания пищи, строительства

жилья, выращивания потомства, а с наступлением темноты активизируются животные, ведущие ночной образ жизни. И все животные «подстраиваются» к этому суточному ритму. Те виды животных, которые не смогут «вписаться» в этот режим, заданный природой, погибают. Совершенно очевидно, что для выживания любой организм должен соизмерить свой ритм с внешними ритмами. Адаптация конкретного организма или видовая адаптация к. внешним условиям в широком, биологическом смысле — это синхронизация жизненных процессов (ритмов) организма или целой популяции с внешними ритмами. Таким образом, циркадианная периодичность жизненных функций является врожденным свойством.

В другую очень важную группу биологических ритмов, имеющих огромное значение для высших и низших орга-нйзмов, входят сезонные (околосезонные), годичные ритмы, • обусловленные вращением Земли вокруг Солнца. Сезонные изменения растительного покрова Земли, миграция птиц, зимняя спячка ряда видов животных — это примеры ритмов с годичным периодом. Сезонные колебания жизненных функций характерны и для человека. Известно, что в регионах с сезонными контрастами климата интенсивность обмена веществ выше зимой, чем летом. Холод является адекватным стимулятором функции щитовидной железы. Артериальное давление, количество эритроцитов, гемоглобина обычно ниже в жаркое время года. Весной и летом у большинства людей работоспособность выше, чем зимой. Пик выдающихся спортивных достижений приходится на весенне-летний и ранний осенний периоды. Хорошо Известно волнообразное течение многих заболеваний, при котором периоды обострения сменяются длительными ремиссиями. Так, туберкулез чаще обостряется весной, а язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки — весной и осенью. В осенне-зимний и весенний периоды выявляют наибольшее число первичных больных инсулинзависимым сахарным диабетом.

Известный терапевт М. Н. Кончаловский еще в 1935 г. писал: «Если пристальнее всмотреться в эволюцию и течение болезней, то очень часто можно заметить волнооб-• разное течение, т. е. приступы, пароксизмы, кризы, которые сменяются относительным покоем, когда видимые признаки уходят и больной чувствует себя относительно хорошо и даже нередко обращается к труду... Врачи, подобно морякам, которые знают о периодически наступающих бурях при равноденствиях, должны знать, что болезни имеют волнообразное течение, что окончание приступа и криза не есть окончание болезни, что ремиссия — это временная передышка, а не выздоровление». Как точно и образно сказано! И как современно звучит, какой глубокий смысл несет эта фраза великого соотечественника для современной медицины. Хорошо известна периодичность эпидемий, и глубоко изучены истоки и генезис этой ритмичности.    *

Кратко рассмотрим широко известную концепцию о трех ритмах. Отношение к ней спорное, если не сказать диаметрально противоположное. Согласно этой концепции, человеку присущи особые ритмы:    23-суточный (физиче

ский), 28-суточный (эмоциональный) и 33-суточный (интеллектуальный). По различным данным, «отцами» этой концепции являются австрийский психолог Герман Сво^-да, немецкий врач Вильгельм Фисс и австрийский инженер Альфред Тельчер, работавшие в конце XIX и начале XX века. Второе рождение концепции «трех ритмов» состоялось в 50—60-х годах, после чего началось стремительное внедрение ее в человеческую деятельность.