Просмотр кода страницы Циркадный ритм

[[Файл:Biological clock human-ru1.png|350px|thumb|Циркадный ритм, типичный для человека, который рано встаёт, обедает около полудня и ложится спать в 22 часа]]
'''Цирка́дные (циркадиа́нные) ри́тмы''' (от {{lang-la|circa}} «около, кругом» + {{lang-la2|dies}} «день») — циклические колебания интенсивности различных биологических процессов, связанные со [[сутки|сменой дня и ночи]]. Период циркадных ритмов обычно близок к 24 часам.

Несмотря на связь с внешними стимулами, циркадные ритмы имеют эндогенное происхождение, представляя, таким образом, [[Биоритм|биологические часы]] организма<ref name="БМЭ-3изд-ТОМ-3">{{БМЭ3|статья=Биологические ритмы|автор=Красавин B. А., Лебедев A. H.; [[Бодров, Вячеслав Алексеевич|Бодров B. А.]] (косм.), {{s|Луговой Л. А.}} (физ.)|том=3|страницы=157—160}}</ref>.

Циркадные ритмы присутствуют у таких организмов, как [[цианобактерии]]<ref name="membrana.10235">[http://www.membrana.ru/lenta/?10235 Опыт показал связь циркадного ритма и клеточного деления] {{Wayback|url=http://www.membrana.ru/lenta/?10235 |date=20101023032215 }}. — 23 марта 2010</ref>, [[грибы]], [[растения]], [[животные]].

Самым известным циркадным ритмом является ритм [[сон]]-[[бодрствование]].

== История открытия ==
Впервые об изменении положения листьев в течение дня у [[тамаринд]]а (''Tamarindus indicus'') упоминает описывавший походы [[Александр Македонский|Александра Македонского]] [[Андростен]].

В [[Новое время]] в 1729 году французский астроном [[Меран, Жан-Жак де|Жан-Жак де Меран]] сообщил о ежедневных движениях листьев у [[Мимоза стыдливая|мимозы стыдливой]] (''Mimosa pudica''). Эти движения повторялись с определённой 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. Де Меран предположил, что эти ритмы могут иметь что-то общее с чередованием сна и бодрствования у человека.

Декандоль в 1834 году определил, что период, с которыми растения мимозы совершают данные листовые движения, короче длины суток и составляет примерно 22—23 часа.

В 1880 году [[Чарльз Дарвин]] и его сын Фрэнсис сделали предположение о наследственной природе циркадных ритмов. Предположение о наследственной природе циркадных ритмов было подтверждено окончательно опытами, во время которых скрещивались растения [[фасоль|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''), проведёнными в космосе. Эти опыты показали независимость околосуточных ритмов от геофизических сигналов, связанных с вращением Земли вокруг своей оси.

В 1970-е годы [[Бензер, Сеймур|Сеймур Бензер]] и его ученик Рональд Конопка изучали, можно ли идентифицировать гены, которые контролируют циркадный ритм у [[Плодовые мушки|плодовых мух]]. Они продемонстрировали, что мутации неизвестного гена нарушают циркадные часы мух. Неизвестный ген получил название ''ген периода'' — ''Per'' (от {{lang-en|period}}).

В 1984 году [[Холл, Джеффри|Джеффри Холл]] и [[Росбаш, Майкл|Майкл Росбаш]], работающие в тесном сотрудничестве в [[Брандейский университет|Брандейском университете]] в [[Бостон]]е, и [[Янг, Майкл (учёный)|Майкл Янг]] из [[Рокфеллеровский университет|Рокфеллеровского университета]] в Нью-Йорке смогли выделить ген ''Per''. Затем Джеффри Холл и Майкл Росбаш обнаружили, что белок PER, кодируемый геном ''Per'', накапливается в течение ночи и деградирует в течение дня. Таким образом, уровень белка PER колеблется в течение суток синхронно с циркадным ритмом. Учёные предположили, что белок PER блокирует активность гена ''Per''. Они обосновали, что с помощью ингибирующей петли обратной связи белок может препятствовать своему собственному синтезу и тем самым регулировать собственный уровень в непрерывном циклическом ритме. Однако, чтобы блокировать активность гена ''Per'', белок PER, который продуцируется в цитоплазме, должен был каким-то образом достигнуть клеточного ядра, где расположен генетический материал, — этот вопрос оставался невыясненным.

В 1994 году Майкл Янг обнаружил второй «часовой ген» циркадного ритма, ''timeless'', кодирующий белок TIM, который требовался для нормального циркадного ритма. Майкл Янг показал, что когда белок TIM связан с белком PER, оба белка могут проникать в ядро клетки, где они блокируют активность гена ''Per'', таким образом замыкая ингибирующую петлю обратной связи. Майкл Янг идентифицировал ещё один ген, ''doubletime'', кодирующий белок DBT, который задерживал накопление белка PER. Совместное действие обнаруженных генов обеспечило понимание, как корректируется циркадный ритм для более точного соответствия 24-часовому циклу.

В последующие годы были выяснены другие молекулярные компоненты механизма, объясняющие его стабильность и функционирование. Были определены дополнительные белки, необходимые для активации гена ''Per'', а также механизм, посредством которого свет может синхронизировать цикл.

В 2017 году Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг были удостоены [[Нобелевская премия|Нобелевской премии]] за открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадный ритм<ref>{{Cite web |url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2017/press.html |title=Нобелевская премия по физиологии и медицине 2017 |access-date=2017-10-02 |archive-date=2017-10-11 |archive-url=https://web.archive.org/web/20171011064851/https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2017/press.html |url-status=live }}</ref>.

== Циркадные ритмы растений ==
Циркадные ритмы растений связаны со сменой дня и ночи и важны для адаптации растений к суточным колебаниям таких параметров как температура, освещение, влажность. Растения существуют в постоянно меняющемся мире, поэтому циркадные ритмы важны для того, чтобы растение могло дать надлежащий ответ на [[Абиотические факторы|абиотический]] стресс. Изменение положения листьев в течение суток — лишь один из многих ритмических процессов у растений. В течение суток колеблются такие параметры, как активность ферментов, интенсивность газообмена и фотосинтетическая активность.

В способности растений распознавать чередование дня и ночи играет роль [[фитохром]]ная система. Примером работы такой системы является ритм цветения у растения ''Pharbitis nil''. Цветение у этого растения зависит от длины светового дня: если день короче определённого интервала, то растение цветет, если длиннее — вегетирует. В течение суток условия освещения меняются из-за того, что солнце находится под разными углами к горизонту, и соответственно меняется спектральный состав света, что воспринимается различными фитохромами которые возбуждаются светом с разной длиной волны. Так, вечером в спектре много дальних красных лучей, которые активизируют только фитохром А, давая растению сигнал о приближении ночи. Получив этот сигнал, растение принимает соответствующие меры. Важность фитохромов для температурной адаптации была выяснена во время опытов с трансгенными осинами ''Populus tremula'', у которых продукция фитохрома A была повышена. Растениям постоянно «казалось», что они получают свет высокой интенсивности, и таким образом не могли адаптироваться к суточным колебаниям температуры и страдали от ночных заморозков.

При исследовании суточных ритмов у арабидопсис была также показана фотопериодичность работы трёх генов для белков CO, FKF1 и G1. Ген ''constans'' участвует в определении времени цветения. Синтез продукта гена — белка CO запускается комплексом из белков FKF1 и G1. В этом комплексе продукт гена FKF1 играет роль фоторецептора. Синтез белка CO запускается через 4 часа после начала освещения и останавливается в темноте. Синтезированный белок за ночь разрушается, и таким образом необходимая для цветения растения концентрация белка достигается только в условиях долгого летнего дня.

== Циркадные ритмы у животных ==
Практически все животные приспосабливают свои физиологические и поведенческие процессы к суточным колебаниям абиотических параметров. Примером циркадного ритма у животных является цикл сон-бодрствование. У человека и других животных существуют внутренние часы (часто применяется термин «[[Биоритм|биологические часы]]»), которые идут даже в отсутствие внешних стимулов и дают информацию о времени суток. Исследование молекулярно-биологической природы этих часов началось в 1960-х — 1970-х годах<ref name=":2">{{Cite web|url=http://www.hij.ru/read/hot-topics/daylight-saving-time-and-the-biological-clock/475/|title=Химия и Жизнь - О летнем времени и биологических часах|publisher=www.hij.ru|access-date=2017-02-23|archive-date=2017-02-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20170223212530/http://www.hij.ru/read/hot-topics/daylight-saving-time-and-the-biological-clock/475/|url-status=live}}</ref>. [[Бензер, Сеймур|Сеймур Бензер]] и Рональд Конопка, работавшие в Калифорнийском технологическом институте, обнаружили три мутантные линии [[Дрозофилы|дрозофил]], циркадные ритмы которых отличались от циркадных ритмов мушек [[Дикий тип|дикого типа]]. Дальнейший анализ показал, что у мутантов изменения затрагивали [[аллели]] одного [[локус]]а, который был назван исследователями ''per'' (от period).

В отсутствие нормальных сигналов окружающей среды период околосуточной активности у мушек дикого типа составлял 24 часа, у мутантов ''per-s'' — 19 часов (short period<ref name=":1">{{Cite web|url=http://biofile.ru/bio/1562.html|title=Влияние генов на поведение мушки-дрозофилы|publisher=biofile.ru|access-date=2017-02-23|archive-date=2017-02-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20170223212608/http://biofile.ru/bio/1562.html|url-status=live}}</ref>), у мутантов ''per-l'' — 29 часов (long period<ref name=":1" />), у мутантов ''per-0'' вообще не наблюдалось никакого ритма. Впоследствии было обнаружено, что продукты генов ''per'' есть во многих клетках дрозофил, участвующих в продукции циркадного ритма насекомого. Более того, у мушек дикого типа наблюдаются циркадные колебания в концентрации матричной [[Рибонуклеиновая кислота|РНК]] ([[Матричная РНК|мРНК]]) гена ''per''<ref name=":2" /> и белка PER (по существующей в молекулярной биологии номенклатуре гены обозначаются строчными, а их белковые продукты — прописными буквами<ref>{{Cite web|url=http://www.studfiles.ru/preview/4272650/page:20/|title=Хронобиология - Стр 20|publisher=StudFiles|access-date=2017-02-23|archive-date=2017-02-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20170223213259/http://www.studfiles.ru/preview/4272650/page:20/|url-status=live}}</ref>), в то время как у мушек ''per-0'', у которых нет циркадного ритма, [[экспрессия генов]] не наблюдается.

У млекопитающих главными генами, лежащими в основе [[Циркадианный осциллятор|циркадианного молекулярного осциллятора]] [[Супрахиазматическое ядро|супрахиазматического ядра]] (СХЯ) [[гипоталамус]]а, являются гены ''mPer1'' и ''mPer2'' («m» означает «mammalian», то есть period-ген млекопитающих). Экспрессия ''mPer1'' и ''mPer2'' регулируется [[Транскрипция (биология)|транскрипционными]] факторами CLOCK и BMAL1. Гетеромеры CLOCK/BMAL1 связываются с [[промотор]]ами генов ''mPer1'' и ''mPer2'', что инициирует их транскрипцию. Образующиеся в результате этого мРНК [[Трансляция (биология)|транслируются]] в [[Цитоплазма|цитоплазме]] клеток СХЯ в белки mPER1 и mPER2. Эти белки проникают в ядра клеток и, будучи теперь уже связанными с белками mCRY1 и mCRY2, подавляют транскрипцию генов ''mPer1'' и ''mPer2'', связываясь с CLOCK/BMAL1-белками. Таким образом, по механизму отрицательной обратной связи формируется чередование подъёмов и спадов продукции мРНК, а затем и самих белков mPER1 и mPER2 с фазой, равной приблизительно 24 ч. Этот цикл подстраивается под ритм освещенности<ref name=":0">{{Статья|автор=Разыграев А.В., Керкешко Г.О., Арутюнян А.В.|заглавие=Пути циркадианного контроля продукции гонадотропин- рилизинг-гормона|ссылка=https://cyberleninka.ru/article/n/puti-tsirkadiannogo-kontrolya-produktsii-gonadotropin-rilizing-gormona|язык=|издание=Журнал акушерства и женских болезней|тип=|год=2011|месяц=|число=|том=LX|выпуск=2|номер=|страницы=88—98|issn=1684-0461|archive-date=2022-01-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20220128185341/https://cyberleninka.ru/article/n/puti-tsirkadiannogo-kontrolya-produktsii-gonadotropin-rilizing-gormona}}</ref>.

Существует несколько дополнительных молекулярных циклов, регулирующих циклическую экспрессию генов ''mPer1'' и ''mPer2''. Белок BMAL1 тоже синтезируется циклически, и его продукция находится в противофазе с ритмом экспрессии генов ''mPer1'' и ''mPer2''. Транскрипция гена ''Bmal1'' индуцируется белком mPER2 и тормозится белком REV-ERBα. В промоторах генов ''Cry1'' и ''Cry2'' содержится та же нуклеотидная последовательность (Е-box), что и в промоторах генов ''mPer1'' и ''mPer2'', поэтому транскрипция генов ''Cry1'' и ''Cry2'' позитивно регулируется комплексом CLOCK/BMAL1. То же самое справедливо и для транскрипции гена ''Rev-Erbα''<ref name=":0" />.

Осцилляции, генерируемые на уровне этих генов и белковых продуктов их экспрессии, [[Амплификация (молекулярная биология)|амплифицируются]] и распространяются за пределы СХЯ по всему организму. Например, ген [[Антидиуретический гормон|вазопрессина]], одного из нейромедиаторов СХЯ, также имеет промотор, содержащий E-box, в результате чего за счёт вазопрессина циркадианный сигнал передаётся в другие отделы нервной системы. Другие нейромедиаторные системы, находящиеся под контролем СХЯ — глутамат- и ГАМК-эргические, пептидергические и моноаминергические системы. Также имеется [[Нейрогуморальная регуляция|нейрогуморальный]] путь распространения циркадианного сигнала по всему организму с вовлечением [[Шишковидная железа|эпифизарного]] гормона [[мелатонин]]а<ref name=":0" />.

В зависимости от предмета рассмотрения, биологические часы как понятие, относящееся к чувству времени и ведению суточных ритмов, располагают или в СХЯ, или в эпифизе<ref name="Мичурина">''Мичурина С. В., Васендин Д. В., Ищенко И. Ю.'' [https://rusjphysiol.org/index.php/rusjphysiol/article/view/200 Физиологические и биологические эффекты мелатонина: некоторые итоги и перспективы изучения] {{Wayback|url=https://rusjphysiol.org/index.php/rusjphysiol/article/view/200 |date=20210108092049 }} // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. — 2018. — Т. 104, № 3. — С. 257—271.</ref>{{rp|261}}, или понятие экстраполируется на всю систему<ref name="Цфасман">''[[Цфасман, Анатолий Захарович|Цфасман А. З.]]'' [http://library.miit.ru/methodics/04022015/Melatonin.indd.pdf Мелатонин: нормативы при различных суточных режимах, профессиональные аспекты в патологии] {{Wayback|url=http://library.miit.ru/methodics/04022015/Melatonin.indd.pdf |date=20180516224441 }} // Научный клинический центр ОАО «РЖД». МИИТ — кафедра «Железнодорожная медицина», Академия транспортной медицины. — 2015. — 64 с.</ref>{{rp|11}}.

== Циркадные ритмы и цикл сон-бодрствование человека ==

=== Эндогенная продолжительность циркадного ритма ===
Первые эксперименты по изоляции людей от таких датчиков времени, как часы и солнечный свет, привели к тому, что у подопытных вырабатывался примерно 25-часовой циркадный ритм. Ошибка эксперимента состояла в том, что участникам разрешалось включать и выключать свет ([[торшер]] с тусклым освещением<ref name="Путилов"/>{{rp|241}}) по своему усмотрению. Чрезмерное использование искусственного освещения перед сном приводило к увеличению продолжительности ритма. Последующее более корректно проведённое исследование показало, что период эндогенного циркадного ритма составляет в среднем 24 часа 11 минут<ref>{{статья|автор=Charles A. Czeisler, Jeanne F. Duffy, Theresa L. Shanahan, Emery N. Brown, Jude F. Mitchell, David W. Rimmer, Joseph M. Ronda, Edward J. Silva, James S. Allan, Jonathan S. Emens, Derk-Jan Dijk, Richard E. Kronauer|заглавие=Stability, Precision, and Near-24-Hour Period of the Human Circadian Pacemaker|ссылка=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10381883|издание=Science|тип=журнал|год=1999|месяц=06|число=25|том=284|номер=5423|страницы=|doi=10.1126/science.284.5423.2177|issn=|pmid=10381883|archive-date=2018-07-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20180723164436/https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10381883}}</ref><ref>{{статья|автор=William J. Cromie|заглавие=Human Biological Clock Set Back an Hour|ссылка=https://news.harvard.edu/gazette/story/1999/07/human-biological-clock-set-back-an-hour/|издание=The Harvard Gazette|тип=сайт|год=1999|месяц=07|число=15|archive-date = 2016-07-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20160711094545/http://news.harvard.edu/gazette/1999/07.15/bioclock24.html}}</ref>. Ещё одно исследование в группе из 157 человек показало следующие результаты:
* 24,15±0,2 ч (24 ч 9±12 мин) — для всей группы;
* 24,09±0,2 ч (24 ч 5±12 мин) — у женщин;
* 24,19±0,2 ч (24 ч 11±12 мин) — у мужчин.

Циркадный период у женщин оказался несколько короче, чем у мужчин, период менее 24 часов наблюдался у 35 % женщин и у 14 % мужчин<ref>{{Статья|ссылка=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3176605/|автор=Jeanne F. Duffy, Sean W. Cain, Anne-Marie Chang, Andrew J. K. Phillips, Mirjam Y. Münch|заглавие=Sex difference in the near-24-hour intrinsic period of the human circadian timing system|год=2011-09-13|издание=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|том=108|выпуск=Suppl 3|страницы=15602–15608|issn=0027-8424|doi=10.1073/pnas.1010666108|archive-date=2021-03-17|archive-url=https://web.archive.org/web/20210317021733/https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3176605/}}</ref>.

А. А. Путилов, ссылающийся на данные большинства проведённых экспериментов, указывает среднее значение периода свободно текущего ритма у человека, находящегося в условиях постоянного тусклого освещения, в интервале 23,47—24,64 часа<ref name="Путилов">''Путилов А. А.'' [https://www.researchgate.net/publication/338209387_Hronobiologia_i_son_Glava_9 Хронобиология и сон (Глава 9)] {{Wayback|url=https://www.researchgate.net/publication/338209387_Hronobiologia_i_son_Glava_9 |date=20211020012229 }} // Национальное руководство памяти А. М. Вейна и Я. И. Левина. — М.: ООО «Медконгресс», 2019. — С. 235—265.</ref>{{rp|247}}. К. В. Даниленко указывает верхнюю границу интервала 24,78 часа (середина интервала 24,12 часа)<ref name="Даниленко2009"/>.

Эндогенный ход биологических (или внутренних) часов в организме пропорционален периоду суточных ритмов в культуре [[фибробласт]]ов, оценённому на основании экспрессии гена ''Bmal1'', — это подтверждает, что суточная ритмичность генетически детерминирована<ref name="М.газета">''Буш Е.'' [http://sovetrektorov.ru/upload/iblock/ab1/ab1bc4ce4d4cab6c716541304ae6ea72.pdf Десинхроноз: природа всегда права] {{Wayback|url=http://sovetrektorov.ru/upload/iblock/ab1/ab1bc4ce4d4cab6c716541304ae6ea72.pdf |date=20211016032214 }} / Наука и практика. Интервью с Константином Даниленко // [[Медицинская газета]]. — 2013. — № 53. (19 июля).</ref>.
[[Файл:EntrainmentJPG.JPG|мини|320пкс|Примеры смещения фазы внутренних часов за трое суток от воздействия датчика времени.<br>'''Состояние внутренних часов, полоса:'''<br>синяя — «ночь», жёлтая — «день».<br>'''Воздействие датчика времени, стрелка:'''<br>синяя — темнота, жёлтая — свет.
----
'''Вверху слева:''' В 6:00 (время здесь и далее условно) внутренние часы уже ожидают наступления дня (жёлтая полоса), но в 7:00 ещё темно (синяя стрелка). Организм адаптируется к более позднему рассвету.<br>
'''Вверху справа:''' Внутренние часы в состоянии «день» не ожидают наступления ночи до 18:00, но в 17:00 уже темно. Организм адаптируется к более раннему наступлению ночи.<br>
'''Внизу слева:''' В 5:00 внутренние часы всё ещё в состоянии «ночь», но уже светло.<br>
'''Внизу справа:''' В 19:00 внутренние часы уже в состоянии «ночь», но ещё светло]]

=== Синхронизация с внешними условиями ===
{{также|Ретино-гипоталамический тракт}}
Одним из наиболее эффективных внешних сигналов («синхронизаторов», или «датчиков времени»<ref>{{Cite web|url=http://medbookaide.ru/books/fold1002/book1004/p6.php|title=Биологические ритмы|publisher=medbookaide.ru|access-date=2016-03-18|archive-date=2016-03-27|archive-url=https://web.archive.org/web/20160327020534/http://medbookaide.ru/books/fold1002/book1004/p6.php|url-status=live}}</ref> — {{lang-de|{{iw|Zeitgeber||de|Zeitgeber}}}}, {{lang-en|time giver}}<ref name="Путилов"/>{{rp|244}}), поддерживающих 24-часовый цикл, является свет. Воздействие света в ранние утренние часы способствует опережению ритма внутренних часов, то есть более раннему пробуждению и последующему за периодом бодрствования засыпанию. Воздействие света в поздние вечерние часы приводит к задержке ритма — более позднему засыпанию и пробуждению. Таким образом световое воздействие ежедневно подстраивает (увлекает, {{lang-en|entrainment}} — увлечение, унос) свободно текущий ритм утром и вечером<ref name="Путилов"/>{{rp|247}}. В этом процессе участвуют как палочки и колбочки, взаимодействующие с [[Ганглионарная клетка|ганглионарными клетками]] сетчатки глаза, так и особые {{iw|Светочувствительная ганглионарная клетка|светочувствительные ганглионарные клетки||Intrinsically photosensitive retinal ganglion cell}} сетчатки (ipRGC), содержащие [[Биологические пигменты|пигмент]] {{iw|меланопсин|||Melanopsin}}, которые воспринимают синий цвет спектра и напрямую посылают сигнал в СХЯ. Благодаря второму механизму некоторые из слепых людей с полной потерей цветового и светового зрения не испытывают проблем с подстройкой ритма под 24-часовой цикл освещённости<ref name="Путилов"/>{{rp|240}}<ref name="синий и зелёный">{{Cite web|lang=ru|url=https://elementy.ru/novosti_nauki/431334/Siniy_i_zelenyy_svet_budyat_cheloveka_po_raznomu|title=Синий и зелёный свет будят человека по-разному • Новости науки|website=«Элементы»|date=2010-06-04|access-date=2021-10-14|archive-date=2021-10-24|archive-url=https://web.archive.org/web/20211024173707/https://elementy.ru/novosti_nauki/431334/Siniy_i_zelenyy_svet_budyat_cheloveka_po_raznomu|url-status=live}}</ref>.

Среди других возможных синхронизирующих факторов в ряде работ отмечались солнечно-суточные вариации [[Магнитное поле Земли|геомагнитного поля]]<ref name="Рапопорт">''Беспятых А. Ю. и др.'' [https://istina.msu.ru/media/publications/books/ef9/555/2567982/Melatonin__teoriya_i_praktika.pdf Мелатонин: теория и практика] {{Wayback|url=https://istina.msu.ru/media/publications/books/ef9/555/2567982/Melatonin__teoriya_i_praktika.pdf|date=20210920205630}} / Под ред. [[Рапопорт, Семён Исаакович (гастроэнтеролог)|С. И. Рапопорта]], В. А. Голиченкова. — М.: ИД «Медпрактика-М», 2009. — 99 с.</ref>{{rp|85—87}}, достигающие сравнительно больших значений в средних широтах<ref>{{Cite web|url=https://studfiles.net/preview/4048299/|title=Лекция 4|publisher=StudFiles|lang=ru|access-date=2018-08-15|archive-date=2018-08-15|archive-url=https://web.archive.org/web/20180815091304/https://studfiles.net/preview/4048299/|url-status=live}}</ref><ref>''Хальберт Е. О.'' [https://ufn.ru/ufn37/ufn37_5/Russian/r375_c.pdf Вариации магнитного поля Земли и полярные сияния] {{Wayback|url=https://ufn.ru/ufn37/ufn37_5/Russian/r375_c.pdf |date=20170810131105 }} // Успехи физических наук. — 1937. — Т. XVIII, вып. I. — С. 20—30.</ref>, а также суточные вариации [[Атмосферное электричество|электрического поля атмосферы]] Земли<ref>''Торопов А. А., Козлов В. И., Каримов Р. Р.'' [http://no.ysn.ru/attachments/article/1676/09_Торопов_58-65.pdf Вариации атмосферного электрического поля по наблюдениям в Якутске] {{Wayback|url=http://no.ysn.ru/attachments/article/1676/09_Торопов_58-65.pdf|date=20190112044220}} // Наука и образование. — 2016. — № 2. — С. 60—61.</ref>. Однако пока неизвестно, как эти изменения влияют на происходящие в организме биохимические и биофизические процессы — как действуют приёмники ([[рецептор]]ы) геомагнитных и электрических сигналов (см. [[Магниторецепция]], [[Электрорецепция]]), реагирует ли человек на воздействие всем организмом, отдельными органами или на клеточном уровне. Исследования показывают, что, например, [[Геомагнитная буря|геомагнитные бури]] вызывают адаптационный стресс, сбивающий циркадный ритм так же, как и [[Джетлаг|резкая смена часовых поясов]]<ref name="Рапопорт"/>{{rp|85—87}}.

На внутренние часы организма влияют и другие сигналы окружающей среды. Так, время приёма пищи играет основную роль в регуляции периферических часов, обнаруженных в печени, мышцах и жировой ткани. Приём пищи в определённые часы суток может корректировать эти часы, смягчая (снижая) световое воздействие. Кроме того, на циркадный ритм, в частности на выработку мелатонина и температуру тела, влияет физическая активность. Наконец, [[стресс]] и высвобождение [[Глюкокортикоиды|глюкокортикоидов]] влияют на экспрессию генов часов, потенциально нарушая биологические циклы<ref>{{Cite journal|last1=Takahashi|first1=Joseph S.|year=2017|title=Transcriptional architecture of the mammalian circadian clock|journal=Nature Reviews Genetics|volume=18|issue=3|pages=164–179|doi=10.1038/nrg.2016.150|pmc=5501165|pmid=27990019}}</ref>.

У людей в изолированных условиях, например у космонавтов, 24-часовой циркадный ритм поддерживается с помощью освещения<ref name="indicator">{{Cite web|lang=ru|url=https://indicator.ru/medicine/nobelevskie-laureaty-po-medicine-i-fiziologii-press-konferenciya.htm|title=Нобелиаты по медицине: «Лучшее, что можно сделать при джетлаге, — это спать»|website=indicator.ru|date=2017-12-07|access-date=2021-10-13|archive-date=2021-10-27|archive-url=https://web.archive.org/web/20211027175345/https://indicator.ru/medicine/nobelevskie-laureaty-po-medicine-i-fiziologii-press-konferenciya.htm|url-status=live}}</ref>. Для возможного полёта людей на Марс проводились исследования по увлечению циркадного ритма человека воздействием освещения с периодом 23,5 часа и 24,65 часа (последнее соответствует периоду [[Марсианские сутки|марсианских солнечных суток]]). Показана возможность такого увлечения воздействием умеренно яркого света в первой или во второй половине запланированного эпизода бодрствования<ref>{{Статья|ссылка=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1934931/|автор=Frank A.J.L. Scheer, Kenneth P. Wright, Richard E. Kronauer, Charles A. Czeisler|заглавие=Plasticity of the Intrinsic Period of the Human Circadian Timing System|год=2007-08-08|издание=PLoS ONE|том=2|выпуск=8|issn=1932-6203|doi=10.1371/journal.pone.0000721|archive-date=2021-05-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20210507015342/https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1934931/}}</ref>.

В условиях низкой освещённости (до 30 [[Люкс|лк]]) такие факторы, как стабильный режим сна-бодрствования, приём пищи, положение тела, знание времени суток, неэффективны (по сравнению с циклом свет — темнота) для синхронизации 24-часового циркадного ритма, поэтому фазы суточных ритмов секреции [[мелатонин]]а и [[Температура тела|температуры тела]] сдвигаются в равной степени на более раннее или позднее время, что отражает эндогенный ход центральных биологических часов<ref name="Даниленко2009">{{Статья|ссылка=https://dissercat.com/content/rol-svetovykh-vozdeistvii-v-regulyatsii-sutochnoi-mesyachnoi-i-godovoi-tsiklichnosti-u-chelo|автор=Даниленко К. В.|заглавие=Роль световых воздействий в регуляции суточной, месячной и годовой цикличности у человека|год=2009|язык=ru|место=Новосибирск|archive-date=2021-10-24|archive-url=https://web.archive.org/web/20211024173146/https://www.dissercat.com/content/rol-svetovykh-vozdeistvii-v-regulyatsii-sutochnoi-mesyachnoi-i-godovoi-tsiklichnosti-u-chelo}}</ref>. Если человек не спит ночью и на него воздействует свет или, наоборот, спит днём без воздействия света, то циклические процессы в его организме не получают правильного внешнего сигнала и между ними возникает рассогласование, [[десинхроноз]]<ref name="М.газета"/>.

Способность светового воздействия сдвигать фазу внутренних часов как на запаздывание (свет в начале ночи), так и на опережение (свет перед пробуждением) используется в [[Фототерапия#Аффективные расстройства и расстройства сна|фототерапии]], причём воздействие в самом начале или в самом конце ночи приводит к небольшим сдвигам. Чем ближе световое воздействие к середине ночи, тем больше фазовый сдвиг — он может достигать нескольких часов. Световое воздействие в дневном интервале суточного ритма практически не сдвигает его фазу. Для исследования реакции циркадного ритма на внешнее воздействие в практику [[Хронобиология|хронобиологии]] был введён инструмент под названием «{{iw|кривая фазового отклика|||Phase response curve}}»<ref name="Путилов"/>{{rp|244—245}}.

=== «Сильные» и «слабые» ритмы ===
Два циркадных ритма с одним и тем же свободно текущим периодом могут по-разному вести себя в зависимости от силы лежащего в их основе колебательного процесса. Генерируемый организмом ритм называют «сильным», если область возможной подстройки его периода достаточно узкая, например, в пределах 23,5—24,5 часа. К группе «сильных» ритмов относятся в первую очередь ритмы температуры тела и секреции мелатонина (самые изученные процессы), а также, например, ритм «бодрость-сонливость». Последний не является простым отражением цикла «сон-бодрствование», относящегося к группе «слабых» ритмов. Для «слабых» ритмов характерна более широкая область подстройки периода. Так, человек, изолированный от внешних сигналов времени, в условиях тусклого освещения может довольно долго жить по навязанному ему режиму сна-бодрствования с периодом 21 или 27 часов (а также 20 или 28 часов<ref name="20-h day">[https://www.physiology.org/doi/full/10.1152/ajpregu.1999.277.4.R1152 ''James K. Wyatt, Angela Ritz-De Cecco, Charles A. Czeisler, Derk-Jan Dijk.'' Circadian temperature and melatonin rhythms, sleep, and neurobehavioral function in humans living on a 20-h day].</ref>). Под такой режим неспособно подстроиться большинство ритмических процессов, наиболее стабильных в условиях постоянного освещения и наиболее строго контролируемых биологическими часами<ref name="Путилов"/>{{rp|242, 248}}.

=== Хронотип ===
{{main|Хронотип}}
Циркадная система человека имеет индивидуальные отличия. Наиболее ярким их проявлением служит хронотип. Он бывает ранним («жаворонки»), промежуточным («голуби») и поздним («совы»). Люди, относящиеся к раннему хронотипу, ложатся спать и просыпаются в среднем на два часа раньше «сов» и достигают пика интеллектуальной и физической активности в первой половине дня. У людей, относящихся к позднему хронотипу, максимум умственной и физической работоспособности приходится на вторую половину дня. Среди мужчин и двадцатилетней молодежи преобладают «совы», а дети и пожилые люди чаще «жаворонки»<ref>{{Cite web|url=https://hij.ru/read/1936/|title=Часовые пояса с точки зрения хронобиологии {{!}} Научно-популярный журнал "Химия и Жизнь"|publisher=hij.ru|access-date=2020-04-07|archive-date=2020-04-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20200407041205/https://hij.ru/read/1936/|url-status=live}}</ref>.

Как правило (не строго<ref name="Путилов"/>{{rp|259}}), эндогенная продолжительность циркадного ритма у «жаворонков» меньше 24 часов — у них сон «постоянно уходит» на более раннее время. У «сов» длительность циркадного ритма больше 24 часов — у них сон, особенно зимой, «уходит» на более позднее время<ref>{{Cite web|lang=ru|url=https://sib.fm/articles/2016/05/12/lozhites-spat|title=Ложитесь спать|website=sib.fm|access-date=2021-10-24|archive-date=2021-10-24|archive-url=https://web.archive.org/web/20211024125500/https://sib.fm/articles/2016/05/12/lozhites-spat|url-status=live}} Операция по смене биоритма.</ref>. Другими словами, «жаворонки» ложатся спать на более поздней фазе их циркадного пейсмекера, а «совы» — на более ранней<ref name="Путилов"/>{{rp|261}}.

=== Ритм работы внутренних органов ===
Некоторые авторы описывают суточные ритмы работы внутренних органов человека<ref>{{статья|автор=Земскова Ю. А.|заглавие=Биоритмы и часы работы внутренних органов|ссылка=https://cyberleninka.ru/article/n/bioritmy-i-chasy-raboty-vnutrennih-organov|издание=Наука и современность|тип=журнал|год=2014|номер=27|страницы=31—35|archive-date=2021-10-24|archive-url=https://web.archive.org/web/20211024040324/https://cyberleninka.ru/article/n/bioritmy-i-chasy-raboty-vnutrennih-organov}}</ref>.

Более или менее независимые циркадные ритмы обнаружены во многих органах и клетках организма за пределами СХЯ. Так, нейробиолог Джозеф Такахаши и его коллеги заявили в статье 2013 года, что «почти каждая клетка организма содержит циркадные часы»<ref>{{cite journal|vauthors=Mohawk JA, Green CB, Takahashi JS|title=Central and peripheral circadian clocks in mammals|journal=Annual Review of Neuroscience|volume=35|pages=445–62|date=2013-07-14|pmid=22483041|pmc=3710582|doi=10.1146/annurev-neuro-060909-153128}}</ref>. Такие часы, называемые периферическими осцилляторами, были обнаружены в надпочечниках, пищеводе, лёгких, печени, поджелудочной железе, селезёнке, [[тимус]]е и коже<ref>{{cite journal|vauthors=Pendergast JS, Niswender KD, Yamazaki S|title=Tissue-specific function of Period3 in circadian rhythmicity|journal=PLOS ONE|volume=7|issue=1|pages=e30254|date=2012-01-11|pmid=22253927|pmc=3256228|doi=10.1371/journal.pone.0030254|bibcode=2012PLoSO...730254P|doi-access=free}}</ref><ref>{{cite news|title=Our Skin's Sense Of Time Helps Protect Against UV Damage|vauthors=Singh M|date=2013-10-10|website=NPR|access-date=2019-02-19|url=https://www.npr.org/sections/health-shots/2013/10/10/231437897/our-skins-sense-of-time-helps-protect-against-uv-damage}}</ref>.

== Нарушения циркадного ритма человека ==
{{также|Десинхроноз}}
С нарушениями циркадного ритма тесно связаны нарушения сна — [[джетлаг]], расстройство, связанное со сменным графиком работы, [[бессонница выходного дня]] и т. п.<ref>{{Cite web|url=http://www.sleepnet.ru/dzhet-lag-i-tsirkadnyie-narusheniya/|title=Комплекс статей по циркадным нарушениям ритма (популярные, научные)|access-date=2014-07-26|archive-date=2014-07-31|archive-url=https://web.archive.org/web/20140731054920/http://www.sleepnet.ru/dzhet-lag-i-tsirkadnyie-narusheniya/|url-status=live}}</ref> Также с нарушением циркадного ритма связывают такие нарушения сна, как<ref name="kelmanson">{{статья|автор=Кельмансон И. А.|заглавие=Экологические и клинико-биологические аспекты нарушений циркадианных ритмов сон-бодрствование у детей и подростков|ссылка=https://cyberleninka.ru/article/n/ekologicheskie-i-kliniko-biologicheskie-aspekty-narusheniy-tsirkadiannyh-ritmov-son-bodrstvovanie-u-detey-i-podrostkov|издание=Биосфера|тип=междисциплинарный научный и прикладной журнал|год=2015|том=7|номер=1|страницы=|archive-date=2022-04-02|archive-url=https://web.archive.org/web/20220402053940/https://cyberleninka.ru/article/n/ekologicheskie-i-kliniko-biologicheskie-aspekty-narusheniy-tsirkadiannyh-ritmov-son-bodrstvovanie-u-detey-i-podrostkov}}</ref><ref name="mkb10">{{cite web|url=http://www.icd10data.com/ICD10CM/Codes/G00-G99/G40-G47/G47-|title=Международная классификация болезней 10-го пересмотра|website=ICD10data.com|access-date=2018-04-11|archive-date=2018-03-29|archive-url=https://web.archive.org/web/20180329145421/http://www.icd10data.com/ICD10CM/Codes/G00-G99/G40-G47/G47-|url-status=live}}</ref>:
* [[синдром задержки фазы сна]] — характеризуется поздним засыпанием и пробуждением с невозможностью сместить время сна на более ранние часы;
* [[синдром опережения фазы сна]] — характеризуется слишком ранним наступлением сонливости и ранним пробуждением;
* [[синдром не-24-часового сна-бодрствования]] — характеризуется ежедневным смещением времени засыпания и пробуждения на более позднее время;
* [[нерегулярный ритм сна-бодрствования]] — характеризуется отсутствием стабильного ритма сна-бодрствования; пациенты спят несколько раз в сутки в разное время.

Обнаружена взаимосвязь между сбоем внутренних часов и сердечными заболеваниями, но не установлено, что первично, а что является следствием. В пользу гипотезы о первичности потери синхронизации внутренних ритмов был проведён ряд экспериментов. В одном из них анализировалась продолжительность жизни золотистых хомячков с генетическим дефектом (tau-мутация) в механизме внутренних часов, уменьшавшим продолжительность циркадного ритма до 22 часов. При содержании в 24-часовом цикле свет-темнота, который не обеспечивал синхронизацию спешащих внутренних часов, у хомячков развивались серьёзные сердечно-сосудистые и почечные заболевания. Однако, когда животные выращивались в течение всей своей жизни в искусственно созданном 22-часовом цикле свет-темнота, у них была здоровая сердечно-сосудистая система<ref>{{cite journal|vauthors=Martino TA, Oudit GY, Herzenberg AM, Tata N, Koletar MM, Kabir GM, Belsham DD, Backx PH, Ralph MR, Sole MJ|title=Circadian rhythm disorganization produces profound cardiovascular and renal disease in hamsters|journal=American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative and Comparative Physiology|volume=294|issue=5|pages=R1675–R1683|date=2008-05|pmid=18272659|doi=10.1152/ajpregu.00829.2007|s2cid=13356393}}</ref>{{sfn|Мирошникова}}.

== См. также ==
* [[Криптохром]]
* [[Полифазный сон]]
* [[Экранное время]]
* [[ARNTL]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* Purves D. et al (2004). ‘’Neuroscience’’. Sinauer Associates, Inc. Publishers Sunderland, Massachusetts U.S.A
* Алехина Н. Д. и др (2005) ‘’Физиология растений’’. М.: Издательский центр «Академия»
* McClung C. (2006). ‘’Plant Circadian rhythms’’
* Zehring W. A., Wheeler D. A., Reddy P., Konopka R. J., Kyriacou C. P., Rosbash M., and Hall J. C. (1984). P-element transformation with period locus DNA restores rhythmicity to mutant, arrhythmic Drosophila melanogaster. Cell 39, 369—376.
* Bargiello T. A., Jackson F. R., and Young M. W. (1984). Restoration of circadian behavioural rhythms by gene transfer in Drosophila. Nature 312, 752—754.
* Siwicki K. K., Eastman C., Petersen G., Rosbash M., Hall J. C. (1988). Antibodies to the period gene product of Drosophila reveal diverse tissue distribution and rhythmic changes in the visual system. Neuron 1, 141—150.
* Hardin P. E., Hall J. C., and Rosbash M. (1990). Feedback of the Drosophila period gene product on circadian cycling of its messenger RNA levels. Nature 343, 536—540.
* Liu X., Zwiebel L. J., Hinton D., Benzer S., Hall J. C., and Rosbash M. (1992). The period gene encodes a predominantly nuclear protein in adult Drosophila. J Neurosci 12, 2735—2744.
* Vosshall L. B., Price J. L., Sehgal A., Saez L., and Young M. W. (1994). Block in nuclear localization of period protein by a second clock mutation, timeless. Science 263, 1606—1609.
* Price J. L., Blau J., Rothenfluh A., Abodeely M., Kloss B., and Young M. W. (1998). double-time is a novel Drosophila clock gene that regulates PERIOD protein accumulation. Cell 94, 83-95.

== Ссылки ==
{{Commons category}}
* [http://www.jcircadianrhythms.com/ Journal of Circadian Rhythms]{{ref|en}}
* ''Бреус Т. К., Чибисов С. М., Баевский Р. Н., Шебзухов К. В.'' [https://refdb.ru/look/2066680-pall.html Хроноструктура ритмов сердца и факторы внешней среды: Монография]. — М., 2002. — 232 с.
* {{Cite web|url=https://biomolecula.ru/articles/molekuliarnye-chasy-nashego-serdtsa|author=Мирошникова П.|title=Молекулярные часы нашего сердца|lang=ru|website=Биомолекула|date=2014-11-07|access-date=2025-04-30|ref=Мирошникова}}

[[Категория:Биологические циклы]]
[[Категория:Сутки]]
[[Категория:Сон]]