Поняття про біологічні ритми, біоритмологію

Існування кожної живої істоти, незалежно від складності її організації, відбувається внаслідок безпе­рервної зміни функціональних станів, що зумовлюють адаптацію до навколишнього середови­ща. Усе це є можливим за умови виняткової пластичності та рухомості фізіо­логічних властивостей й безперервних коливаль­них процесів, які постійно здійснюються усередині організму. Адаптація, як фундаментальна властивість біосистеми, тісно пов’язана ще з однією базисною характеристикою – циклічністю, і, передусім, добовою періодикою функцій. Ритмічність є оптимальною формою життєдіяльності, а будь-які зміни біоритмологічної структури організму мають пристосувальну функцію. З огляду на це біологічні ритми – цесамопідтримувальні автономні процеси періодичного чергування станів і коливань інтенсивності фізіологічних реакцій організму. Людина має надзвичайно складну ієрархію та сувору часову упорядко­ваність біоритмологічної структури особистості внаслідок дії низки внутрішніх і зовнішніх синхронізаторів. Цілісний організм може існувати лише за умови певних фазо­вих співвідношень різних коливальних процесів у клітинах, тканинах,органах і функціональних системах, з одного боку, та за їхньої чіткоїсинхронізації зі станом довкіллям – з іншого.

Стан здоров’я – це стан оптимальної гармоній­ності між часовою структурою внутрішнього середовища організму та впливомчинників навколишнього середовища, а біоритми відображають циклічні зміни різноманітних показників фізіологічних процесів. Біологічні ритми є одним із найважливіших механізмів пристосування до умов навколиш­нього середовища, а також універсальним критерієм функціонального стану організму. Дослідження біологічних ритмів дозволяє визначи­ти стан коливальних процесів фізіологічних функцій й регуляторного апарату організму загалом.

Численні дослідження ритмічних процесів у біологічних системах стали ґрунтовною базою для створення науки про біологічні ритми – біоритмології, яка інтенсивно роз­вивається упродовж останніх 25 років. Фундаторами біоритмо­логії є американські та німецькі вчені F. Halberg, G. Ніldebrandt, J. Aschoff, російські дослідники Б. С. Алякринський, С. І. Степанова, Ф. І. Комаров, В. А. Доскін, Н. М. Куїнджі. Станов­лення біоритмології, як нової галузі знань, зумовлене цілою низкою відносно нових явищ, що пов’язані з бурхливими темпами роз­витку соціальних процесів у суспільстві. Це – розширення часових меж добового циклу життєдіяльності людини завдяки штучному подовженню світлового дня, роботі телебачення та радіомовлення, розви­тку всесвітньої інтернет - мережі, мобільного зв’язку й безперервних виробничих процесів. Зростає рівень різноманітних стресових навантажень, що викликані інтенсифікацією трудової і навчальної діяльності, різкими змінами звичного часового середовища у зв’язку з трансмеридіанними або трансширотними переміщеннями (міграційні процеси, відпочинок під час відпусток або канікул тощо).

Найважливішими характеристиками біологічних ритмів є наступні показники: рівень, період, ампліту­да, акрофаза та форма денної кривої ритму. Рівень ритму або мезор – це середня величина фізіологічної функції, що розглядається протягом одного біологічного циклу. Графічне зображення цього ритму наближається до синусоїди. Періодом ритму називається відрізок часу, після закінчення якого стан організму повторюється. Частота ритму є величиною, оберненою до тривалості періоду. Амплітуда ритму – різниця між максимальними та мінімальними значеннями певного фізіологічного процесу впродовж одного біологічного циклу. Акрофаза – час, на який припадає максимальний рівень досліджуваної функції. Явище зміни акрофази ритму функції в межах пев­ної зони називається “зоною блукання акрофази”.

Кожний біологічний ритм характеризується фор­мою денноїкривої, тобто графічним зображенням динамічних змін функції упродовж світлового дня. До нормальних фізіологічних кривих належать параболоподібні криві з максимальною акрофазою у ранковий та денний час і наступним зниженням рівня ритму у вечірній та нічний. До змінених фізіологічних кривих – платоподібні (незначне вираження ступеня коливання функції протягом дня), двовершинні або бігемінальні (наявність двох підйомів активності функції, здебільшого в ранковий і у вечірній час), та інвертовані (зни­ження вихідного рівня функції протягом дня).

У численних медичних, фізіологічних, гігієнічних та екологічних досліджен­нях переконливо доведено, що біологічні ритми відіграють сут­тєву роль у процесах саморегуляції як окремого організму, так і цілих популяцій. При цьому різноманітні ритмічні коли­вання певних станів у живих системах реєструються з часто­тою від одного разу в мілісекунду до одного разу на декілька десятків років. Провідне значення для людини, відповідно до хронобіоілогічної класифікації, мають ультрадіанні (довжина періоду від 0,5 до 20 годин), інфрадіанні (від 28 до 60 годин), циркасептидальні (від 60 до 148 годин) і, насамперед, циркадіанні (від 20 до 28 годин) біоритми.

Існують й інші підходи щодо класифікації найпоширеніших біологічних ритмів. Відповідно до частотних характерис­тик та довжини періоду виділяють 5 класів біоритмів: 1-й клас − ритми високої частоти (період від мілісекунд до 30 хвилин), 2-й клас − ритми середньої частоти (від 30 хвилин до 28 годин), 3-й клас − мезоритми (від 28 годин до 20 днів), 4-й клас − макроритми (від 20 днів до 1 року) та 5-й клас − мегаритми (від 1 року до десятків років). За рівнем організації біологічних систем біоритми розподіляють на клітинні, органні, організменні та популяційні. Відповідно до особливостей взаємодії організму та навколишнього середовища, виділяють адаптивні біологічні ритми, тобто ко­ливання з періодами, які близькі до основних геофізичних циклів й виконують роль синхронізаторів внутрішніх і зовнішніх ритмів, а також фізіологічні біологічні ритми, що відображають стан фізіологічних систем організму. Інформативними критеріальними показниками біоритмологічного стану організ­му є характеристики циркадіанних ритмів температури тілата частоти серцевих скорочень. Реєстрація температури тіла проводиться у пахвовій ямці ме­дичним або електричним термометром, частота серцевих скорочень визначається традиційним методом на передпліччі руки пальпаторно протягом 1 хвилини. Дослідження показників стану циркадіанних систем організму проводиться у середині тижня упродовж 2−3 днів з чотириго­динним інтервалом відповідно о 8, 12, 16 і 20 годинах.

На підставі аналізу фізіологічних показників визначають амплі­туду, рівень та акрофазу біологічних ритмів функцій. Для визначення характеру впливу чинників навко­лишнього середовища на біоритмологічні особливості дослід­жується форма денного відрізка хронограми-кривої і здійснюється бальна квантифікація резуль­татів. На підставі отриманих результатів визначається тип фізіологічних кривих. Найвищу оцінку (5 балів) отримують параболоподібні криві з максимальною акрофазою о 12 або о 16 годині, 4 бали − двовершинні криві, 3 бали − параболо­подібні криві з максимальною акрофазою о 20 годині, 2 бали − платоподібні криві, 1 бал − інвертовані криві. Три останні варіанти кривих характеризують первинні ознаки пошкодження циркадіанного ритму. Це свідчить про формування явного десинхронозу.

Бальна оцінка денних кривих з високою вірогідністю доз­воляє проаналізувати можливість трансформації показників циркадіанного ритму в динаміці спостережень. При цьому середній бал кривої є тим меншим, чим більш суттєвими є зміни, які відбуваються в системі циркадіанних ритмів внаслідок впливу різних чинників. Крім того, форма денної кривої є досить інформативним показником функціонального стану і адаптаційних реакцій організму, адекватним критерієм оцін­ки часу виникнення та ступеня вираження втоми, про що свідчать зміни форми кривої та тимчасова дискоординація часових параметрів фізіологічних функцій. Діяльність функціональних системм організму, які забезпечують гомео­стазта адаптаційні реакції у відповідь на вплив чинників на­вколишнього середовища, спрямована на збереження і підтримку цілісності, сталості та врівноваженості функціональних сис­тем на основі законів симетрії і гармонії.

Унаслідок взаємодії організму з навколишнім середовищем відбувається безперервне накладання “зовнішніх” ритмів на “внутрішні” з наступним їхнім підсумовуванням. Роль біоло­гічних ритмів не обмежується участю у процесах саморегуляції та регуляції екологічних зв’язків, оскільки саме вони визначають фізіологічний стан різних органів і систем. Вивчення хронобіологічних особливостей організму дозволяє здійснити комплексний підхід до дослідження функціонального стану організму, оцінити його фізіологічні, психологічні та поведінкові характеристики.

Важливими кри­теріями соматичного і психофізіологічного благополуччя організму, як складної функціональ­ної системи з властивостями самоконтролю, саморегуляції та самоуправління, є оцінка ступеня взаємозв’язку між окремими компонентами біоритмів та вивчення часової організації фізіологічних функцій.

За умов часової дискоординації функцій, унаслідок незадовільного перебігу адаптаційних процесів, у людини може спостерігатися певне неузгодження біоритмологічних проявів. Це явище має назву десинхронозу. Причинами десинхронозу вважають швидкі зміни часових поясів при переміщенні авіатранспортом, неузгодженість за фазою з місцевим часом ритму сну та денної активності, виключення географічних синхронізаторів часу, вплив шкідливих агентів та стресових факторів (патогенні мікроорганізми, больові і фізичні по­дразники, психічне і м’язове навантаження, тощо). Часто десинхроноз пов’язаний із неадекватними для здоров’я людини соціальними ритмами вироб­ничої, навчальної, позанавчальної і побутової діяльності. Суттєві порушен­ня режиму добової діяльності у поєднанні з еколо­гічними чинниками можуть викликати антропоекологічне на­пруження цілих популяцій.

Таким чином, десинхроноз − це вид хронопатології, який вважається провісником низки функціональних розладів та супроводжує перебіг багатьох захворю­вань. Клінічна картина десинхронозу відповідає типовим характеристикам загального адаптаційного синдро­му Г. Сельє: на зміну чіткій та стійкій синхронізаціїритмів і датчиків часу приходить стан неузгод­ження фаз циркадіанних ритмів організму у разі порушення цієї синхронізації.

У сучасній медичній науці виділяють наступні види десинхронозів: гострий і хронічний, явний і прихований, част­ковий і тотальний, а також асинхроноз. Гострий десинхроноз характеризується раптовим та одноразовим неузгодженням до­бових ритмів організму і ритмів навколишнього середовища, хронічний десинхроноз – повторним та багаторазовим їх неузгодженням. Явний десинхроноз є комплексом об’єктивних та суб’єк­тивних психастенічних реакцій, до найтиповіших клінічних оз­нак яких належать скарги на поганий сон, роздратованість, швидку втому та зниження працездатності. Прихо­ваний десинхроноз проявляється як перехідний етап між яв­ним десинхронозом та станом повного хронобіологічного благо­получчя. Цей стан характеризується зниженим рівнем резистентності та адаптаційно-пристосувальних можливостей організму, а також високим ризиком формування патологічних станів. Роз­виток явищ часткового і тотального десинхронозу зумовлений різним ступенем неузгодження, фізіологічних функцій орга­нізму. Під час часткового десинхронозу неузгодження спосте­рігається лише в деяких ланках циркадіанної системи, під час тотального десинхронозу − у більшості її ланок. Асинхроноз є найскладнішим типом неузгодження або навіть повно­го роз’єднання окремих ланок циркадіанної системи організму, що несумісне із життям. Вивчення хронобіологіч­них особливостей організму та визначення біоритмологічних критеріїв стану здоров’я є базою для опрацювання раціональних режимів повсякденної діяль­ності людини.

Адаптація ритмічних структур організму до вимог навко­лишнього середовища – це постійне наближення їхніх параметрів до параметрів циклічних чинників навколишнього середови­ща. Природні та соціальні чинники з тривалістю періо­ду коливань у межах 24-годинного інтервалу, ма­ють назву синхронізаторів або датчиків часу. Датчики часу поділяються на природні (географічні, геомагнітні тощо), соціальні (особливості навчальної діяльності, режим харчування, ру­хова активність тощо), а також зовнішні (зміни світла і темряви, метеорологічних умов тощо) та внутрішні (коливання температури тіла, частоти серцевих скорочень, артеріального тиску тощо). За умови їхньої дії в організмі створюється і підтримується певна система циркадіанної періодичності фізіологічних функцій, що адекватна умовам життєдіяльності людини.

Середбіоритмологічних принципів раціональної організації повсякденної діяльності людини, насамперед, потрібно виділити необхідність поєднання часу виконання найбільш складних та важливих трудових операцій з часом біоритмологічного оптимуму фізіологічних функцій організму.

Синхронність фаз розумової працездатності та фізіологіч­них функцій підвищує адаптаційні ресурси організму, забез­печує оптимальну розумову діяльність людини, має ви­ражений позитивний вплив на психофізіологічні показники особистості, запобігає виникненню інтелектуального пере-навантаження і, зрештою, найповніше відповідає фенотиповим особливостям добової періодики функціонального стану організму.

Численні дослідження провідних, найстійкіших та інфор­мативних показників циркадіанної ритміки організму людини дозволяють виділити у великих популяціях основні групи індивідуумів. Передусім це особи з максимальною працездатністю в ранкові або у вечірні години. У певної групи людей відсутні чіткі закономірності періодичних коливань функціонального стану організму. Зазначені характеристики відповідають ранковому, вечірньом та аритмічному типу денної працездатності. Розподіл людей згідно з біоритмологічними характеристиками має вагоме медико-пристосувальне значення і є наслідком процесу еволюції. Максимальна ефективність виконуваної діяльності, може бути досягнута лише тоді, коли найінтенсивніший період соціальних, інтелектуальних та фізич­них навантажень збігається з акрофазою біологічного ритму.

Ще одним важливим чинником підвищення працездатності слід вважати зміцнення денної акрофази циркадіанних ритмів фізіологічних функцій завдяки збільшенню рухової актив­ності. Сталість інформаційно-енергетичної вартості добового циклу визна­чається енергією, яка витрачається упродовж доби і є досить стабільною величиною. Водно­час у живих організмів існує обернена залежність між рівнем їхньої загальної активності та характеристиками біологічних ритмів, насамперед, довжиною їх періоду. Отже, підвищення рівня рухової активності не лише збільшує рівень фізичної праце­здатності, але й сприяє синхронізації циркадіанних ритмів розу­мової працездатності.

Надзвичайно важливим біоритмологічним принципом оптимізації повсякденної діяльності є раціональна організація вільного часу. Це дозволяє синхронізувати біоритми з ритмом розумової працездатності, стабілізувати перебіг вегетативних процесів, які регулюють інтенсивність інтелектуальної діяль­ності. Нині розпочато систематичні дослідження біологіч­них ритмів. Періодичність функціонування біосистем розгляється як одна з провідних властивостей живого організ­му. Науково обґрунтовані основні біоритмологічні принципи оптимізації повсякденної діяльності дітей і підлітків та інших груп населення. Досягнення теоретичної біоритмології зумовили розвиток прикладних хронобіологічних дисциплін: хрономедицини, хронодіагностики, хронотерапії, хронофармакології та хроногігієни.

Хрономедицина передбачає запровадження лікувальних заходів на основі кількісної та якісної оцінки впливу чинників часу на перебіг патологічного процесу. Так, зокрема, уведено термін “ хронодесма, ” що відображає особливості коливань нормальних величин у часі. Поняття “х ронопсія” розглядає усі процеси у організмі людини через їхню проекцію на певні проміжки часу. Основою хронодіагностики є вичерпне знання закономірностей коливань провідних показників функціонального стану організму в часі. Головними завданнями хронотерапії та хронофармакології є проведення лікувального процесу і фармакотерапії відповідно до змін добової періодики стану хворого організму. Хроногігієна вивчає закономірності впливу довкілля та соціальних умов життя на здоров’я людини для опрацювання і наукового обґрунтування різноманітних заходів оздо­ровчого змісту, а також з метою визначення ступеня узгодження внутрішніх біологічних ритмів людини та датчиків часу навколишнього середовища.