Биологические процессы в живых организмах, которые повторяются с периодичностью приблизительно 24 часа и способны поддерживать этот ритм при отсутствии внешних воздействий, относятся к категории циркадианных (или циркадных) ритмов (от латинских слов circa («около») и dies («день»), т.е. в буквальном переводе слово «циркадианный» означает – «примерно день»).
Циркадианные ритмы – это те самые «суточные биоритмы», которым подчинены все живые существа, включая человека. Следует отметить, что циркадианные ритмы имеют внутриклеточную природу. Фактически в каждой живой клетке происходит постоянно повторяющийся циклический процесс (по аналогии с часовыми механизмами, можно говорить, что внутри клетки генерируется «колебание», если такая терминология вам нравится), продолжительностью приблизительно 24 часа. Для внешнего наблюдателя этот колебательный процесс выражается в постоянно повторяющихся с одной и той же частотой одних и тех же биохимических реакций. В зависимости от того, каким именно образом происходят химические реакции внутри наших клеток, наш организм (и каждый орган в отдельности) оказывается в том или ином состоянии активности, согласно времени суток, «назначенного» нам нашими биологическими часами.
Итак, каждая живая клетка имеет собственный встроенный биохимический «часовой» механизм, которому подчинены циркадианные (суточные) ритмы. Надо сказать, что в буквальном значении термина «циркадианный» («примерно день»), слово «примерно» – ключевое, так как клеточные ритмы не имеют какого-то одного общего установленного периода, и составляют приблизительно от 23,5 до 24,5 часов, причём расчётная средняя продолжительность суточного цикла в живых клетках не равна в точности 24 часам, а на несколько минут больше.
Когда имеешь дело сразу с несколькими часовыми устройствами, то возникает вопрос их синхронизации между собой. В повседневной жизни и практической деятельности это может быть и не столь важно, хотя по собственному опыту мы знаем, что все часы в квартире показывают время чуть-чуть по-разному, но тело человека состоит из многих миллиардов клеток, каждая из которых обладает значительной долей автономности. Фактически наш организм имеет дело с миллиардами одновременно работающих крошечных «часиков», которые, ко всему прочему, нельзя назвать очень точными хронометрами – их погрешность составляет плюс/минус несколько минут в сутки.
Главным контролёром и синхронизатором циркадианных ритмов у человека является специальный орган в головном мозге, имеющий размеры приблизительно 1 кубический миллиметр, и состоящий из примерно 100 тысяч нейронов . Называется этот орган – супрахиазматическое ядро (от латинского nucleus suprachiasmaticus – «надперекрёстное ядро»). Супрахиазматическое ядро расположено в передней части гипоталамуса чуть выше перекреста зрительных нервов. Циркадианные ритмы всех клеток организма подчиняются командам супрахиазматического ядра, которое, в свою очередь, в своей деятельности руководствуется сигналами, поступающими с сетчатки глаза.
Один из основателей науки хронобиологии Юрген Ашофф ввёл понятие «zeitgeber» (произносится «цайтгебер», буквально« дающий время », то есть« синхронизатор »). Так вот, главным таким синхронизатором для биологических клеточных часов является не что иное, как свет. Обнаружены и другие «установщики времени» для живых организмов (например: атмосферные условия, воздействие лекарств, температура, различные социальные взаимодействия, режимы приема пищи), но ни один из них по силе воздействия не способен сравниться со светом. Супрахиазматическое ядро получает сигналы от органа зрения через так называемый ретино-гипоталамический тракт (буквальное значение – «путь от ретины к гипоталамусу»), являющийся составной частью нервной системы человека.
Благодаря супрахиазматическому ядру, циркадианные ритмы во всех клетках, тканях и органах работают слаженно, обеспечивая нормальный суточный цикл работы организма, как единого целого. С возрастом функции супрахиазматического ядра как главного настройщика ритма организма могут ухудшаться, как для индивидуальных нейронов, так и на уровне всей системы нейронов. Это нарушает циркадианные ритмы и вызывает нарушения сна. Разрушение супрахиазматического ядра приводит к необратимой рассинхронизации циркадианных ритмов в организме.
Можно при желании найти немало сходства между биологическими часами и созданными человеком системами, предназначенными для измерения времени. И те, и другие функционируют, благодаря заложенным в их основу условно постоянным циклическим процессам. В механических часах – это колебания маятника, в кварцевых – колебания кристалла кварца под воздействием пьезоэлектрического эффекта. Суточный цикл вращения Земли вокруг своей оси и годовой период обращения Земли вокруг Солнца являются основополагающими циклическими процессами для системы календаря и измерения времени. В основе работы биологических часов живых организмов лежит постоянно повторяющаяся последовательность одних и тех же химических реакций в живой клетке. Причём продолжительность цикла, относящегося к категории циркадианных ритмов, является предустановленной и равна приблизительно 24 часам. Этот период невозможно сделать вдвое короче или вдвое дольше, точно так же, как мы не можем заставить раскачиваться маятник быстрее или медленнее, чем ему полагается по законам физики.
Циркадианные ритмы можно «настраивать», исходя из условий смены дня и ночи. Это происходит, когда мы совершаем путешествие и оказываемся в другом часовом поясе. В течение нескольких суток организм привыкает и начинает жить по новым правилам. За настройку циркадианных ритмов отвечает именно супрахиазматическое ядро.
Продолжая аналогию с созданными человеком системами измерения времени, можно вспомнить, что любая такая система нуждается в калибровке. Календарь «настраивается» при помощи високосных дней, а часовые механизмы подлежат периодической сверке с эталонными часами, а также необходимой калибровке и синхронизации с реальной продолжительностью суток и года (которые отнюдь не являются константами). Существует практика добавления високосных секунд (в текущем столетии високосную секунду добавляли 5 раз). За такую калибровку и настройку отвечают совершенно конкретные организации и должностные лица. Сегодня добавлением високосных секунд занимается международная организация с интересным названием – Международная служба вращения Земли. В прежние времена настройка календаря находилась в ведении служителей религий и культов. Например в Древнем Риме была такая должность – Великий Понтифик, среди обязанностей которого было как раз принятие решения о включении добавочных месяцев в календарь.
Если позволить себе быть немного несерьёзными, то можно сказать (не отойдя, впрочем, слишком далеко от истины), что супрахиазматическое ядро является Великим Понтификом человеческого организма.
© 2023
#время #календарь #хронология #книги #литература #история #наука #техника #искусство #культура #вселенная #человек #time #calendar #chronology #books #science #technology #culture #universe #организм #нейроны #биологическиечасы #циркадианныйритм #супрахиазматическоеядро #гипоталамус #мозг #биоритм
Литература:
Klein D.C., Moore R.Y., Reppert S.M. Suprachiasmatic Nucleus: The Mind's Clock. 1991.
Gooley J.J, Lu J, Chou T.C, Scammell T.E, Saper C.B. Melanopsin in cells of origin of the retinohypothalamic tract. 2001.
Afifi A.K., Bergman R.A. Functional Neuroanatomy. 2005.
Бусурин М.Ю., Копылова Т.Г. Ретино-гипоталамическая функциональная система. 2002.
Комаров Ф.И., Рапопорт С.И. Хронобиология и хрономедицина. 2000.
