Циркадные ритмы

1. Что такое циркадные ритмы
Циркадные (циркадианные) ритмы (от лат. circa — около, кругом и лат. dies — день) — такое название было дано нашим биоритмам, которые подчиняются циклическим колебаниям и связаны со сменой дня и ночи. Несмотря на то, что на циркадные ритмы влияют внешние факторы (такие, как свет или его отсутствие, работа по ночам и другие) – механизм их регуляции целиком внутренний и связан с работой головного мозга. К циркадным ритмам привязано изменение мозговой активности, гормональный фон, регенерация клеток и многие другие жизненно-важные процессы организма.

Циркадные ритмы и их воздействие на организм изучались учеными с давних времен. Написано множество биографических трудов, но до сих пор многие аспекты их влияния на организм остаются загадкой. Наука, изучающая циркадные ритмы, называется хронобиология.

2. Свет и мелатонин
Одним из наиболее эффективных внешних сигналов, поддерживающих циркадный ритм, является свет. У человека зрительные рецепторы посылают сигнал в супрахиазмальное ядро (CX1), расположенное в гипоталамусе. СХЯ получает сигналы об освещенности от клеток сетчатки глаза. По зрительному нерву, обрабатываются и передаются дальше к эпифизу – железе внутренней секреции. Эпифиз секретирует гормон мелатонин, отвечающий за сон и бодрствование.
И наоборот, когда в СХЯ поступает сигнал о повышении освещенности, оно стимулирует снижение выработки мелатонина – и активность организма повышается. Было замечено, что на цикл могут влиять и условные рефлексы — например, привычный звонок будильника, или обычные привычки – любимая подушка, принятие горизонтального положения и т.д.

Пик содержания мелатонина в крови наблюдается ночью. Длительное чрезмерное освещение приводит к сильно заниженному уровню мелатонина, что неблагоприятно для состояния организма. Помимо эндокринной функции, мелатонин обладает функцией сильного терминального антиоксиданта, защищающего ДНК от повреждений.

Нарушение циркадных ритмов – наших «внутренних часов» — приводит к сбою суточной активности, усталости, бессоннице. Такие заболевания как маниакально-депрессивный психоз, а так же многие нарушения сна ассоциированы с патологическими дисфункциями циркадных ритмов. Длительные нарушения циркадных ритмов могут приводить к ухудшению состояния внутренних тканей и органов, например, сердечно-сосудистым заболеваниям и др.

3. История изучения циркадных ритмов
Впервые об изменении положения листьев в течение дня у тамаринда (Tamarindus indicus) упоминает Андростен, описывавший военные походы Александра Македонского. В новое время в 1729 году французский астроном де Мейрен сообщил о ежедневных движениях листьев у мимозы стыдливой (Mimosa pudica). Эти движения повторялись с определенной периодичностью даже если растения помещались в темноту, где отсутствовали такие внешние стимулы как свет, что позволило предположить эндогенное происхождение биологических ритмов, к которым были приурочены движения листьев растения.

В 1880 году Чарльз Дарвин и его сын Фрэнсис сделали предположение о наследственной природе циркадных ритмов. Которое было окончательно подтверждено опытами, во время которых скрещивались растения фасоли, периоды циркадных ритмов которых различались. У гибридов длина периода отличалась от длины периода у обоих родителей. Эндогенная природа циркадных ритмов была окончательно подтверждена в 1984 году во время опытов с грибами вида Нейроспора густая (Neurospora crassa), проведенными в космосе. Эти опыты показали независимость околосуточных ритмов от геофизических сигналов, связанных с вращением Земли вокруг своей оси.
Издавна проводилось много экспериментов на добровольцах по изучению влияния циркадных ритмов на изменения в человеческом организме. Например – в условиях изоляции от внешнего мира. Интересный эксперимент провел немецкий психолог Юрген Ашофф в 1960-е годы. Участники его эксперимента жили без дневного света в течение 4-х недель, не получая никакой информации о времени суток. Результат: у участников эксперимента установился почти нормальный суточный ритм сна и бодрствования. Однако, их сутки увеличились до 25 часов.

Таким образом, предположили, что внутри работает «хронометр» и без дневного света он идет немного медленней.
Существует гипотеза, что циркадные ритмы возникли еще у самых ранних одноклеточных организмов и, что основная их задача заключалась в том, чтобы защитить ДНК делящейся клетки от повреждающего действия ультрафиолета, так как ее репликация осуществлялась в “ночной” период цикла.

1. Young, M. W. & Kay, S. A. Time zones: a comparative genetics of circadian clocks. Nat Rev Genet 2, 702-15 (2001).
2. http://scinquisitor.livejournal.com/10582.html
3. Purves D. et al (2004). ‘’Neuroscience’’. Sinauer Associates, Inc. Publishers Sunderland, Massachusetts U.S.A
4. Алехина Н. Д. и др (2005) ‘’Физиология растений’’. М.: Издательский центр «Академия»
5. McClung C. (2006). ‘’Plant Circadian rhythms’’
6. В.Кириченко http://rusoul.ru/sutochnye-ili-cirkadnye-bioritmy/