Циркадные ритмы

Циркадные ритмы (от латинского circa — около и dies — день), также называемые циркадианными или околосуточными ритмами, — это повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений с периодом от 20 до 28 часов. Часто к ним относят и классические суточные ритмы.

Как правило, циркадные ритмы с периодом, отклоняющимся от 24 часов, наблюдаются только в строгих экспериментальных условиях — при постоянной температуре и освещённости. Такие ритмы отмечены у многих растений, животных и человека.

Существуют две основные научные точки зрения на их природу:

• Одни исследователи рассматривают циркадные ритмы как собственную, спонтанную и генетически закреплённую цикличность биологических процессов в организме. Согласно этой теории, под влиянием внешних условий (смена дня и ночи) эта внутренняя цикличность «подстраивается» и приобретает точный 24-часовой суточный период.
• Другие полагают, что циркадные ритмы возникают как артефакт из наследуемых суточных ритмов под влиянием постоянных условий, неестественных для организма. Например:
  • Если постоянные условия благоприятны для жизнедеятельности, животное становится активным раньше обычного времени, и период ритма ежесуточно укорачивается.
  • Если условия неблагоприятны, время активности запаздывает, и период исходного 24-часового ритма ежесуточно удлиняется.

Циркадные ритмы могут влиять как на поведение целого организма (например, откладка яиц насекомыми, изменение положения листьев у растений), так и на отдельные физиологические процессы. В постоянных условиях циркадные ритмы этих функций часто имеют разный период. Классический пример: при длительной изоляции в таких условиях у человека периоды ритма температуры тела, сна и бодрствования могут расходиться.

Такое рассогласование внутренних ритмов во времени (десинхроноз) может привести к патологическому состоянию организма. Это явление особенно актуально при смене часовых поясов (джетлаг) или в условиях космических полётов.

Современный контекст

Современная наука подтвердила, что циркадные ритмы действительно имеют эндогенную, генетически детерминированную природу. Открытие молекулярных часов — сложных генетических контуров, работающих по принципу обратной связи на уровне отдельных клеток, — стало ключевым доказательством этой теории (Нобелевская премия по физиологии и медицине 2017 года была присуждена Джеффри Холлу, Майклу Росбашу и Майклу Янгу за открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадный ритм).

Циркадные ритмы регулируют не только сон и бодрствование, но и огромное количество физиологических процессов: выработку гормонов (кортизол, мелатонин), метаболизм, работу иммунной системы, когнитивные функции и даже эффективность лекарственных препаратов (хронофармакология). Их нарушение связывают с повышенным риском развития метаболического синдрома, сердечно-сосудистых заболеваний, депрессии и некоторых видов рака.