Биологические ритмы у разных живых организмов. Биологические ритмы человека

Биологические ритмы, биоритмы, — это более или менее регулярные изменения характера и интенсивности биологических процессов. Способность к таким изменениям жизнедеятельности передается по наследству и обнаружена практически у всех живых организмов. Их можно наблюдать в отдельных , и , в целых организмах и в .

Биоритмы подразделяют на физиологические и экологические. Физиологические ритмы, как правило, имеют периоды от долей секунды до нескольких минут. Это, например, ритмы , биения сердца и артериального давления. Экологические ритмы по длительности совпадают с каким-либо естественным ритмом окружающей среды. К ним относят суточные, сезонные (годовые), приливные и лунные ритмы. Благодаря экологическим ритмам организм ориентируется во времени и заранее готовится к ожидаемым изменениям условий существования. Так, некоторые цветки раскрываются незадолго до рассвета, как будто зная, что скоро взойдет солнце. Многие животные еще до наступления холодов впадают в зимнюю или мигрируют (см. ). Таким образом, экологические ритмы служат организму как биологические часы.

Экологические ритмы устойчивы к различным физическим и химическим воздействиям и сохраняются даже при отсутствии соответствующих изменений во внешней среде. Большинство растений умеренных и высоких широт на зиму теряют листья, чтобы избежать потери влаги. Яблоня или груша сохраняют сезонную периодичность сбрасывания листьев и при выращивании их в тропиках, где никогда не бывает морозов. У панцирных моллюсков во время морских приливов створки раковины открыты шире, чем во время отливов. Этот приливный ритм открывания и закрывания створок наблюдался у моллюсков и в аквариуме за 1600 км от океанского побережья, где они были отловлены. Французский спелеолог М. Сиффре 205 дней провел под землей в пещере в полном одиночестве и темноте. Все это время у него отмечался суточный ритм и бодрствования.

Основной земной ритм — суточный, обусловленный вращением Земли вокруг своей оси, поэтому практически все процессы в живом организме обладают суточной периодичностью. Все эти ритмы (а у человека их уже обнаружено более 100) определенным образом связаны друг с другом, образуя единую, согласованную во времени ритмическую систему организма. При рассогласовании ритмов развивается заболевание, получившее название десинхроноза. У человека десинхроноз наблюдается, например, при перелетах через несколько часовых поясов, когда ему приходится привыкать к новому распорядку дня.

Нарушение ритма и бодрствования может привести не только к бессоннице, но и к заболеваниям сердечно-сосудистой, дыхательной и . Поэтому так важно соблюдать режим дня. Биоритмы интенсивно исследуются специалистами в области космической и медицины, так как при освоении новых планет космонавты будут полностью лишены обычных ритмов среды.

Наука о биологических ритмах — биоритмология — еще очень молода. Но уже сейчас она имеет большое практическое значение. Искусственно изменяя сезонные циклы освещения и температуры, можно добиться массового цветения и плодоношения растений в теплицах, высокой плодовитости животных. Любое лекарство или яд по-разному влияет на организм в течение суток. На эту особенность обратили внимание еще основоположники медицины в Древнем Китае, которые составили «часы жизненной силы» и «часы заболеваний» того или иного . Особенно широкое применение эти «часы» нашли при иглоукалывании. В настоящее время фактор времени учитывают при лечении многих заболеваний, и в первую очередь при лечении рака. Определив время наименьшей устойчивости насекомых к инсектицидам, можно проводить химические обработки с наибольшей эффективностью при минимальном загрязнении окружающей среды.

Проблема биологических ритмов еще далека от окончательного решения. До сих пор не разгаданы тонкие механизмы биологических часов.

КАК УСТРОИТЬ ЖИВЫЕ ЧАСЫ

Одна из наиболее интересных проявлений биологического измерения времени — суточная периодичность открывания и закрывания цветков у растений. Каждое растение «засыпает» и «просыпается» в строго определенное время суток. Рано утром (в 4 ч) раскрывают свои цветки цикорий и шиповник, в 5 ч — мак, в 6 ч — одуванчик, полевая гвоздика, в 7 ч — колокольчик, огородный картофель, в 8 ч — бархатцы и вьюнки, в 9—10 ч — ноготки, мать-и-мачеха и только в 11 ч — торица. Существуют и цветы, раскрывающие свои венчики ночью. В 20 ч раскрываются цветки душистого табака, а в 21 ч — горицвета и ночной фиалки.

Так же в строго определенное время и закрываются цветки: в полдень — осот полевой, в 13—14 ч — картофель, в 14—15 ч — одуванчик, в 15—16 ч — мак и торица, в 16—17 ч — ноготки, в 17—18 ч — мать-и-мачеха, в 18—19 ч — лютик и в 19—20 ч — шиповник.

Вы можете устроить на садовой клумбе живые часы. Для этого необходимо посадить цветущие растения в таком порядке, в каком они раскрывают или закрывают свои цветки. Такие многокрасочные и ароматные часы не только будут радовать вас своей красотой, но и позволят достаточно точно (с интервалом 1 — 1,5 ч) определять время.

Впервые такие цветочные часы устроил выдающийся шведский естествоиспытатель в 20-х гг. XVIII в.

Однако цветочные часы точно показывают время только в ясную и солнечную погоду. В пасмурные дни или просто перед переменой погоды они могут и обмануть. Поэтому полезно создать и коллекцию зеленых барометров, предсказывающих изменение погоды. Перед дождем, например, закрывают свои венчики ноготки и лютики. А уроженица тропических лесов Бразилии причудливая монстера способна предсказать осадки даже за сутки, обильно выделяя из листьев влагу.

Раскрывание и закрывание цветков зависят и от многих других условий, например от географического положения местности или времени восхода и захода солнца. Поэтому, прежде чем составить цветочные часы, необходимо провести предварительные наблюдения.

Цветочные часы можно устроить, например, из этих растений. В кружках показано примерное время, когда открываются и закрываются цветки.

Биоритмы - цикличность процессов в живом организме. Основные внешние ритмы, влияющие на биоциклы человека - природные (Солнце, Луна…) и социальные (рабочая неделя…) Ведущие внутренние хронометры человеческого организма находятся: в голове (эпифиз, гипоталамус) и в сердце. Биоритмы могут меняться, синхронизируясь с внешними ритмами - циклами освещённости (смена дня и ночи, свет).

Человек со дня рождения находится в трех биологических ритмах — физическом, эмоциональном и интеллектуальном:

23-дневный ритм — это физический ритм, он определяет здоровье, силу и выносливость человека;
28-дневный ритм — это эмоциональный ритм, он влияет на состояние нервной системы, настроение, любовь, оптимизм и т.п.;
33-дневный ритм — это интеллектуальный ритм. Он определяет творческие способности личности. Благоприятные дни 33-дневного ритмического цикла характеризуются творческой активностью, человеку сопутствует удача и успех. В неблагоприятные дни происходит творческий спад.

Каждый из трех долговременных ритмических циклов начинается с рождения человека. Дальнейшее его развитие можно изобразить как синусоиду (график). Чем выше поднимается кривая, тем выше соответствующая этой отметке способность. Чем ниже она падает, тем ниже соответствующая ей энергия. Критическими считаются периодические дни, когда кривая находится на пересечении шкалы. Это неблагоприятное время.

Таким образом, расчет биоритмов совсем несложен. Отталкиваясь от точной даты своего рождения, посчитайте, сколько дней Вы прожили. Для этого 365 дней в году умножьте на количество прожитых лет, а число високосных лет умножьте на 366 дней. Високосными были: 1920, 1924, 1928, 1932, 1936, 1940, 1944, 1948, 1952, 1956, 1960, 1964, 1968, 1972, 1976, 1980,1984, 1988, 1992, 1996, 2000, 2004, 2008, 2012, 2016 годы.

Подсчитайте общую сумму прожитых дней. Теперь Вы знаете, сколько дней уже живете в этом мире. Разделите это число на количество дней того биоритма, который хотите рассчитать: 23, 28, 33. Остаток покажет Вам, в какой точке кривой Вы находитесь в настоящее время. Например, если остаток равен 12, то идет 12 день того биоритма, который Вы считаете. Это первая половина цикла, обычно она бывает благоприятной. Если цикл на нуле графика, то это плохой день. Кроме того, дни, когда линии биоритмов пересекают горизонтальную линию в центре графика — это так называемые критические дни, когда Ваши способности совершенно непредсказуемы. Человек в такие дни чувствует упадок сил и отсутствие энергии.

Каждый биоритм имеет 3 периода: период высокой энергии, период низкой энергии и критические дни биоритма. Рассмотрим поподробнее:

23-дневный ритм

Высокая энергия (0-11 дни): хорошее физическое самочувствие, устойчивость к стрессам, болезням и высокая жизненная энергия, сильное половое влечение, опасность переоценки своих сил.
Низкая энергия (12-23 дни): повышенная утомляемость, в это время рекомендуется больше отдыхать и беречь силы.
Критические дни (11, 12, 23 дни): пониженная сопротивляемость болезням, склонность к ошибочным действиям.

28-дневный ритм

Высокая энергия (0-14 дни): интенсивная эмоциональная и духовная жизнь, благоприятное время для дружбы и любви, повышение творческих способностей и интереса к новому, склонность к повышенной эмоциональности.
Низкая энергия (14-28 дни): неуверенность в себе, пассивность, недооценка своих возможностей.
Критические дни (14, 28 дни): склонность к душевным конфликтам, снижение сопротивляемости болезням.

33-дневный ритм

Высокая энергия (0-16 дни): способность ясно и логически мыслить, способность к концентрации внимания, хорошая память, творческая активность.
Низкая энергия (17-33 дни): снижение интереса к новым идеям, замедленная реакция, творческий спад.
Критические дни (16, 17, 33 дни): неспособность сконцентрироваться, невнимательность и рассеяность, склонность к ошибочным действиям (большая вероятность аварий).

БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ ЧЕЛОВЕКА

Суточные ритмы по «биологическим часам»

РАННЕЕ УТРО

4-5 часов (по реальному, географическому времени, как и для акупунктурных точек) - организм готовится к пробуждению.

К 5 часам утра начинает снижаться продукция мелатонина, растёт температура тела.

Незадолго до пробуждения, около 5:00 часов утра по географическому, реальному местному времени, в организме начинается подготовка к предстоящему бодрствованию: нарастает продукция «гормонов активности» - кортизола, адреналина. В крови увеличивается содержание гемоглобина и сахара, учащается пульс, повышается артериальное давление (АД), углубляется дыхание. Начинает повышаться температура тела, увеличивается частота фаз быстрого сна, растет тонус симпатической нервной системы. Все эти явления усиливаются под действием света, тепла и шума.

К 7-8 часам у «сов» - пик выброса в кровь кортизола (основного гормона надпочечников). У «жаворонков» - раньше, в 4-5 ч, у остальных хронотипов - около 5-6 ч.

С 7 до 9 утра - подъём, физкультура, завтрак.

9 часов - высокая работоспособность, быстрый счёт, хорошо работает кратковременная память.

С утра - усвоение новой информации, на свежую голову.

Через два-три часа после пробуждения - поберечь сердце.

9-10 ч - время строить планы, «шевелить мозгами». «Утро вечера мудренее»

9-11 ч - повышается иммунитет.

Эффективны лекарства, усиливающие сопротивляемость организма болезням.

До 11 часов - организм в отличной форме.

12 - уменьшить физические нагрузки.

Активность головного мозга снижается. Кровь приливает к органам пищеварения. Постепенно начинает снижаться артериальное давление, пульс и мышечный тонус, соответственно, но температура тела растёт и дальше.

13 ± 1 час - обеденный перерыв

13-15 - полуденный и послеобеденный отдых (обед, «тихий час», сиеста)

После 14 часов - минимальна болевая чувствительность, наиболее эффективно и продолжительно действие обезболивающих препаратов.

15 - работает долговременная память. Время - вспомнить и хорошо запомнить нужное.

После 16 - подъём работоспособности.

15-18 ч - самое время заняться спортом. Жажду, в это время, обильно и часто утолять чистой кипяченой водой, горячей или тёплой - в зимнее время (для профилактики простуд, желудочно-кишечных заболеваний и болезней почек). Летом можно и холодную минералку.

16-19 - высокий уровень интеллектуальной активности. Домашние дела

19 ± 1 час - ужин.

Углеводная пища (натуральная - мёд и т.п.) способствует выработке особого гормона - серотонина, который благоприятствует хорошему ночному сну. Мозг активен.

После 19 часов - хорошая реакция

После 20 часов психическое состояние стабилизируется, улучшается память. После 21 часа почти в 2 раза возрастает количество белых кровяных телец (повышается иммунитет), температура тела понижается, продолжается обновление клеток.

С 20 до 21 - для здоровья полезна лёгкая физкультура, пешие прогулки на свежем воздухе

После 21 часа - организм готовится к ночному отдыху, температура тела понижается.

22 часа - время для сна. Иммунитет усилен, чтобы охранять организм во время ночного отдыха.

В первой половине ночи, когда преобладает медленный сон, выделяется максимальное количество соматотропного гормона, стимулирующего процессы клеточного размножения и роста. Недаром говорят, что во сне мы растем. Происходит регенерация и очищение тканей тела.

2 часа - у тех, кто не спит в это время, возможно состояние депрессии.

3-4 часа - самый глубокий сон. Минимальны температура тела и уровень кортизола, максимально содержание мелатонина в крови.

Биологические ритмы в жизни

Перелёт на самолёте с востока на запад переносится легче, чем с запада на восток. Для адаптации организму (молодому, здоровому) требуются, примерно, сутки на каждый часовой пояс, но не меньше трёх-четырёх дней. Скорость захвата биоритмов человеческого организма внешним ритмом - сильно зависит от разницы их фаз. В среднем, на достаточную адаптацию и акклиматизацию, в новых условиях, уходит полторы недели. Это зависит не от положения стрелок на циферблате часов, а от солнца над головой. Заметно влияют, так же, локальные, местные особенности геомагнитного и прочих полей и излучений, отличающиеся от привычных.

Суточный хронотип человека: утренний (жаворонки), дневной (голуби) и вечерний (совы). Ночная активность «сов» отражается на их здоровье - инфаркты миокарда случаются у них чаще, чем у «жаворонков», быстрее «сгорает» их сердечно-сосудистая система.

Для повышения производительности, эффективности труда - рекомендуется учитывать хронотип, индивидуально для каждого работника, при составлении расписания, графика работы персонала на предприятиях и, особенно - диспетчеров и операторов.

Соблюдение санитарно-гигиенических норм и эргономических требований, режимов труда и отдыха - необходимое условие работы современного предприятия.

Работоспособность резко снижается с тридцати градусов жары, по Цельсию, уменьшаясь вдвое при температуре окружающей среды +33-34°С.

Сменный график режима работы (например, с ночной смены на дневную) - не чаще, чем раз в месяц, учитывая необходимое на адаптацию время (1-2 недели).

Аварийность на производстве и дорожно-транспортные происшествия на дороге чаще происходят в определённые часы:
- с 22-х часов до 4-х - у человека наименьшая скорость ответной реакции.
- между 13 и 15 часами - сначала, общая предобеденная спешка, после - «послеобеденная депрессия».

Для профилактики «послеобеденной депрессии» может быть эффективен отдых после обеда, продолжительностью 10-20 минут или «полуденный сон», но не больше 1,5 часов, иначе будет обратный эффект.

Работоспособность человека выше с 10 до 12 и с 17 до 19 часов.

Спорт

«Специально проведённые исследования и практика спортивной тренировки показывают, что наиболее благоприятный для интенсивных тренировок период - с 9 до 18 часов и что большие по объёму и интенсивности нагрузки нежелательно проводить рано утром и поздно вечером» (Н.А. Агаджанян с соавт., 1989).

Биоритмы человека: Сон

Стараться ложиться спать и вставать всегда в одно и то же время. Иначе - десинхроноз. Первые 4-5 часов обычного, естественного сна (глубокого, без перерывов) - обязательны, это жизненно необходимый суточный минимум для организма человека.

При бессоннице и для быстрого засыпания (нормально - в течение 5-15 минут):
1) лечь поудобнее, закрыть глаза, ни о чём не думать (уменьшить биоэлектрическую активность мозга);
2) своё внимание сосредоточить на диафрагме (её движении при дыхании) и на внутренних лодыжках (щиколотках) ног.

У крепко спящего человека, основным источником сенсорной информации об окружающей обстановке - становятся уши («чуткий сон»), поэтому, чтобы не просыпаться от шума - нужно обеспечить тишину (в том числе, используя противошумные мягкие «беруши», сделанные из гипоаллергенного полимера, имеющие хороший SNR (шумоподавление), на уровне от 30 дБ и больше), учитывая повышенную чувствительность слуха ночью - при закрытых глазах и во время сна (на 10-14 децибел лучше, по сравнению с дневным временем суток). Громкие, резкие, пугающие звуки - могут надолго разбудить спящего и вызвать бессонницу.

На голодный желудок трудно заснуть, поэтому, ужин - в районе 18-20 ч. или за 2-3 часа до сна. Не переедать на ночь. Обычная продолжительность спокойного сна - 7-9 часов. Важна не только его длительность, но и качество (непрерывность и глубина первых трёх, обязательных циклов, 1.5 х 3 = 4.5 ч.)

Плохой, неспокойный сон, ночные кошмары, с повторяющимся навязчивым сюжетом - могут быть следствием сердечно-сосудистых заболеваний (брадикардия - редкий пульс, аритмии), симптомов храпа и болезни остановок дыхания (апноэ сна), недостатка кислорода в помещении. Аэроионный состав воздуха в квартирах, без проветривания или применения аэроионизатора - так же требует улучшения.

Перед просыпанием - видится сон-фильм (его воспроизведение - сброс балласта нервных напряжений, нереализованных идей, неприятных зрительных картин, накопившихся за прошедшие дни, после переработки и упорядочивания поступившей в кратковременную и долговременную память мозга информации, адаптация к сложным жизненным ситуациям). Чем более интенсивны движения глаз во время «быстрого сна» (REM-фаза) - тем лучше воспроизводится сновидение. В момент засыпания - в сознании возникает серия слайдов или картинок.

Лабораторные исследования показали необходимость REM-фазы сна - для выживания организма. Мышь, лишённая этой фазы сновидений в течение 40 дней - погибала. У людей, при блокировании быстрого сна алкоголем - возникает предрасположенность к галлюцинациям.

Сновидения, в фазе «быстрого сна» (после медленноволнового и перед пробуждением, для подъёма или чтобы «повернуться на другой бок»), появляются, по индивидуальному биоритму - через каждые 90-100 мин. (под утро - циклы сокращаются до первых десятков минут, смотри график на картинке), в соответствии с внутрисуточной цикличностью изменения (повышения) общей температуры тела и перераспределением крови в теле (от его периферии, от конечностей к центру туловища, внутрь), ростом кровяного давления, ускорением частоты дыхания и сердечного пульса.

В запоминании сновидений задействована кратковременная память, поэтому - до 90% содержания сна забывается в течении ближайшего получаса, после пробуждения, если только, в процессе вспоминания, эмоционального переживания, упорядочивания и осмысления, его сюжет не будет записан в долговременную память головного мозга.

Биоритмы человека: запоминание сна

По отзывам энтузиастов-исследователей, практикующих, на высоких уровнях, осознанные сновидения (ОС) - это круче многих современных компьютерных игр.

Сны видят многие, но не все их стараются вспомнить и запомнить, в момент просыпания (особенно, во время коротких пробуждений между первыми циклами, перед возвращением обратно в медленный сон).

Если времени на отдых совсем мало - можно выспаться с 10-11 вечера до 3-4 утра («обязательная программа» - три первых ночных цикла подряд, беспробудно, то есть - продолжительность сна составит 4-5 часов). В этом случае восстанавливаются, последовательно: мозг, тело и физическая сила, эмоциональная сфера.

Необходимая для человеческого организма длительность ночного сна - зависит и от сезона. Зимой - она должна быть, как минимум, на полчаса длиннее, чем в летнее время года.

Естественное снотворное - это усталость и/или определённые моменты в 90-минутных циклах индивидуального биоритма организма, когда понижается температура тела.

Достаточный ночной сон способствует похудению (при избыточном весе - его нормализация). В этом случае - ужин не позднее чем за четыре часа до сна. Ночная еда - исключается, можно только - пить чистую воду, в небольшом количестве (для промывки пищевода, исключения обезвоживания и для скорейшего засыпания). Эффект будет заметнее - при высокой физической нагрузке, в течение светового дня.

От частого недосыпа - организм быстрее изнашивается и стареет. Во время медленноволновой стадии нормального, глубокого сна, происходит контрольное сканирование головным мозгом пищеварительной, дыхательной системы и сердца (как имеющих наиболее чёткую ритмичность), а при быстроволновой - сердечно-сосудистой и лимфатической, репродуктивной и нервной системы, а так же печени, почек, мышц и сухожилий (т.е. органов, не имеющих очевидной короткопериодной ритмики). После сбора и обработки этой информации, осуществляется последовательно-плановое и скоординированное восстановление внутренностей (висцеральной сферы - желудка, кишечника и т.п.) организма. В этом процессе задействованы, в основном, наиболее мощные «вычислительные процессоры», например - в зрительных и моторных зонах коры головного мозга. В случае, когда сильно хочется спать, но, систематически, нет такой возможности - могут возникать физические изменения во внутренних органах и значительно повышается риск развития патологий (язвы желудка и т.п.)

Невыспавшийся и сильно уставший человек, которого клонит в сон, за рулём автомобиля - так же рискует своим здоровьем и опасен для окружающих, как и водитель, находящийся в состоянии алкогольного опьянения.

Учёные, и не только британские, выяснили, что можно затормозить старение мозга, если стабилизировать свои биоритмы - простым соблюдением режима сна, этого естественного циркадного (то есть, циклически повторяющегося каждые сутки, через 24 часа) ритма.

Биологический ритм - это колебательный процесс, приводящий к воспроизведению биологического явления или состояния биологической системы через приблизительно равные промежутки времени.

Мы считаем вполне естественным и ничуть не удивляемся, когда, например, ощущаем вечером сонливость и отправляемся спать, подчиняясь по существу своим биологическим часам. Еще более понятным и не требующим особых пояснений кажется нам появление с наступлением темноты ощущения усталости, которое, собственно, и вызывает сонливость. Но если человек на протяжении нескольких недель находится, ничего не делая, в полутемном помещении, куда не проникают никакие звуки, то и тогда он будет засыпать и просыпаться примерно каждые 24 часа, как бы отмеряя сутки за сутками.

В жизнедеятельности растений и животных помимо сна немало проявлений и других ритмов: более 2400 лет назад Гиппократ писал о подъемах и падениях, присущих физическому состоянию людей, почти 300 лет назад (1729) французский математик и астроном Жан жак де Меран обнаружил 24-часовую периодическую активность у растений, в дальнейшем Христофор Гуфелянд (1797), рассматривая колебания температуры тела у здоровых и больных пациентов, высказал предположение о том, что в организме существуют "внутренние часы", ход которых определяется вращением Земли вокруг своей оси. Он впервые обратил внимание на универсальность ритмических процессов у биологических объектов и подчеркнул, что наша жизнь, очевидно, повторяется в определенных ритмах, а каждый день представляет маленькое изложение нашей жизни.

Прогрессивное развитие учения о биологических ритмах провело к возникновению новой междисциплинарной фундаментальной науки - хронобиологии, которая изучает закономерности осуществления процессов жизнедеятельности организма во времени. Учение о биологических ритмах стало составной частью хронобиологии. Однако до настоящего времени, несмотря на внедрение методов хронобиологии в другие области исследования живых систем и формирование в медико-биологической науке новых направлений (хрономедицна, хронофармакология, хронопатология и т.д.), ученые так и не выработали единый словарь для новой науки, в результате чего проявления хронобиологических феноменов нередко именуют неодинаково, а термины, уже закрепленные, применяют в ином смысле или пытаются пересмотреть более или менее устоявшиеся термины. В процессе ознакомления с предметом мы рассмотрим эти противоречия.

Понятия хронобиологии и биоритмологии близки, но не тождественны. Согласно наиболее универсальному определению, принятому Международным обществом изучения биологических ритмов, хронобиология - наука, объективно исследующая на количественной основе механизмы биологической временнóй структуры, включая ритмические проявления жизни на всех уровнях организации живой системы. Действительно, хотя изучение периодичности жизненных явлений образует основу хронобиологических подходов, не всегда принимается во внимание, что колебания сочетаются с более медленными изменениями, которые не обязательно периодичны.

Биоритмология - наука, изучающая условия возникновения, природу, закономерности и значение биологических ритмов. Биоритм представляет собой колебания какого-либо биологического процесса (состояния), наступающие через приблизительно равные промежутки времени, когда процесс (состояние) возвращается к исходному проходя цикл. Повторяемость состояния (например, деление клетки) в ритме относительна. На самом деле каждый цикл повторения по своему содержанию отличается от предыдущего, но воспроизводится по тем же закономерностям.

Понятия "цикл" и "ритм" близки, их употребление определяется семантическими оттенками, что зависит от контекста. Под цикличностью чаще имеют в виду только повторяемость событий, употребляя термин "ритм", обычно подразумевают, что, кроме периода, известны и другие его параметры.

Интенсивность процесса на протяжении цикла меняется по сложным и у разных процессов неодинаковым законам, так что кривые, ее отражающие (форма волны), имеют сложную конфигурацию, например конфигурация электрокардиограммы, для описания которой требуется привлечение теорий предельных циклов и релаксационных колебаний.

Простейшая кривая, описывающая циклы (ритмы), – это синусоида, характеризующаяся определенными параметрами , используемыми для описания биологического ритма.

Классификация биоритмов

Проявлением и характеристикой, позволяющей судить о временной организации человека, является его хронотип. Чаще всего под этим термином понимают околосуточную динамику показателей, характеризующих общее состояние организма. Хронотип человека индивидуален, т.к. обусловлен, с одной стороны генетическими механизмами, а с другой – взаимодействием организма со средой.

Чаще всего хронотип человека определяют по уровню работоспособности - активной фазы биологического ритма "сон-бодрствование". Различия в этом ритме позволили распределить людей на "утренние" группы ("жаворонки"), "вечерние" группы ("совы") и "аритмичные" группы ("голуби"). "Совы" – поздно засыпают и поздно просыпаются, максимум суточных биоритмов активности и покоя у них сдвинут на более поздние часы в отличии от "жаворонков", которые рано просыпаются и рано засыпают. У "голубей" пик активности приходится примерно на середину дневного периода. На протяжении жизни временная организация человека может меняться: с возрастом смещаться в сторону "жаворонка" Происходит это вследствие изменения скорости секреции гормонов (в частности, гормона мелатонина, отвечающего за нормальное ритмическое течение биологических процессов организма). Именно отсюда склонность пожилых рано вставать и пораньше ложиться, а у молодых - бодрствовать допоздна и утром подольше поспать.

Огромное количество домыслов существует вокруг биоритмов. В этой статье мы поговорим о биологических ритмах с научной точки зрения, узнаем о том, что они собой представляют, какова их природа и роль в нашей жизни.

Ритмом называется повторение какого-либо события в биологической системе через более-менее регулярные промежутки времени. Исследованиями биоритмов занимается биоритмология, или хронобиология. Эта наука изучает периодические процессы, происходящие на всех уровнях организации живой материи: от отдельной клеточки нашего организма и до общества в целом. Миллиарды лет живые организмы приспосабливались к условиям существования, изменяя временную организацию работы систем своих органов. Это позволяло им лучше адаптироваться к переменчивым условиям существования, выжить и жить.

Единство в разнообразии

Биоритмы можно разделить на несколько групп:

1. по временной характеристике ритма - через какие периоды происходят те или иные изменения;
2. по тому, где данный ритм наблюдается - в клетке, органе или всем организме;
3. по функции ритма.

Биологические ритмы могут охватывать очень большой спектр временных периодов - от доли секунды до десятков лет. Периодические изменения в организме могут быть вызваны как чисто внешними причинами (например, хорошо известное медикам сезонное обострение хронических заболеваний), так и внутренними процессами (ритм сердца). Первый тип биоритмов называется экзогенным (внешним), второй - эндогенным (внутренним).

Как правило, биоритмы могут чрезвычайно отличаться по продолжительности своего периода, как у разных людей, так и у животных. Однако есть четыре главных ритма, периоды которых практически не меняются. Они связаны с процессами, происходящими в природе: приливами, сменой дня и ночи, фазами Луны, временами года. Они сохраняют свою периодичность, даже если поместить организм вне действия периодических факторов. Так, учеными проводились опыты по изучению суточного ритма у человека. Группа добровольцев спускалась в глубокую пещеру для того, чтобы люди не могли никак ощущать смену дня и ночи, происходящую на поверхности. Добровольцы, обеспеченные всем необходимым, должны были прожить в таких условиях около недели.

В результате выяснилось, что у людей сохранялась периодичность сна и бодрствования. Только этот ритм активности имел период не 24 часа, как в обычных сутках, а 25 часов.

Ритмы, связанные со сменой дня и ночи, называются циркадианными, или околодневными (circa - в переводе с латыни «около», dies - «день»). Остальные ритмы были названы окололунными, околоприливными и окологодовыми.

Поскольку суточные ритмы играют в нашей жизни основную роль, то все остальные ритмы были разделены по отношению к ним на ультрадианные и инфрадианные, то есть на ритмы с периодом меньше и больше 24 часов соответственно.

К ультрадианным ритмам, например, относятся ритмы двигательной активности и работоспособности человека. Так. работоспособность (т.е. эффективность выполнения какой-нибудь работы, решения поставленной задачи), определяемая простыми тестами вроде запоминания бессвязных слогов, сильно зависит от времени суток. Это происходит потому, что в разные периоды функциональное состояние нервной системы неодинаково: периоды «заторможенности» сменяются активностью, повышением восприимчивости, увеличением скорости нервных процессов - голова ясная, мысли четкие и определенные, любая робота так и кипит.

С ритмами активности нервной системы связаны колебания двигательной активности. В разное время суток (при исследованиях влияние сна и усталости исключалось) количество выполненных человеком движений будет разниться. Понаблюдав за собой, можно обнаружить у себя чередование периодов активности и апатии.

К инфрадианным ритмам относится выявленная трехнедельная периодичность в эндокринной системе человека. Доказано существование 21-дневного ритма динамики выработки гормонов стресса и половой активности: тестостерона, кортикостероидов, адреналина (с соответствующими изменениями в управляемых данными гормонами функциях - выявлено периодическое повышение сексуальной активности у большинства здоровых людей через 3 и 7 дней).

Из инфрадианных ритмов человека, пожалуй, наиболее исследованным является циклическое функционирование женского организма, продолжительность периода которого приблизительно равна лунному месяцу (28 дней). Во время менструального цикла в женском организме происходит комплекс ритмических изменений: температуры тела, содержания сахара в крови, массы тела, прочих физиологических показателей. Все биоритмы являются тесно связанными между собой и постоянно взаимодействуют, влияя друг на друга. Например, медикам хорошо известна модуляция сердечных сокращений дыханием: после быстрого бега несколько медленных вдохов и выдохов быстро нормализуют частоту сердечных сокращений. Часовые ритмы меняются под воздействием суточных, а суточные - под влиянием годовых.

Зачем нужны «биологические часы»?

Функции биоритмов необычайно разнообразны и очень важны для работы организма. Передача информации в некоторых нервных клетках зависит от изменения - частоты их импульсов; правильная работа нашего сердца обеспечивается ритмоводителями (пейсмейкерами), околодневные, окололунные, околоприливные и окологодовые ритмы служат для максимальной адаптации организма к периодическим изменениям окружающей среды, для согласования процессов, происходящих в организме, с процессами окружающего мира.

Повторяя в своих биоритмах природные циклы, человек получает инструмент для измерения времени - так называемые биологические часы. Наша природа удивительно ритмична, удивительно повторяема. Эта повторяемость, предсказуемость явлений делает возможной саму жизнь, которая усваивает в себе эту природную ритмичность. Биологические же часы отсчитывают не только абсолютное время - часы и дни, но и саму продолжительность нашей жизни.

У новорожденного сон и бодрствование чередуются каждые 3-4 часа. Все биоритмы младенца имеют такую же периодичность. Потом происходит постепенная настройка на период в 24 часа, а с ней - и определение типа личности («сова»/«жаворонок»).

Наши биологические ритмы наиболее стабильны в период с 20 до 50 лет. Потом начинают происходить изменения («совы» становятся похожи на «жаворонков» и наоборот), ритмы меняют свою периодичность, часто происходят сбои, человеку становится все труднее перенастраиваться под влиянием внешних факторов. Чем «исправнее» будут идти наши часы, тем выше наши шансы на долголетие.

Режим дня - не роскошь

Известно, что на ритмику работоспособности человека влияют такие факторы, как мотивация, рабочая обстановка и особенности психики. Исходя из вышесказанного можно дать некоторые рекомендации.

Важно понаблюдать за собой: когда вам лучше всего удается творческая работа, а когда - сугубо механическая, и соответственно спланировать свой рабочий день, выделив то время, когда вы выполняете основную массу заданий. Конечно, далеко не всегда мы выбираем работу по своему желанию, не всякая работа соответствует нашим ритмам на 100%. Однако не стоит усугублять этот дисбаланс собственной неорганизованностью. Вот для чего необходим хотя бы примерный распорядок дня. Ритмы человеческого организма могут подстроиться под внешние воздействия - важно только, чтобы они также обладали определенной периодичностью.

Сколько нужно спать?

Минимум сна для взрослого человека составляет 4,5 часа в сутки. Длительное уменьшение времени сна приводит к значительному сокращению работоспособности. Также ученые показали, что длительное ограничение сна удлиняет время неограниченного сна - вспомним, как мы отсыпаемся по 11 часов после тяжелой трудовой недели.

Однако важно заметить, что потребность людей во сне сугубо индивидуальна. Например, Уинстону Черчиллю хватало 4 часов сна в сутки и небольшого сна урывками днем, а Альберт Эйнштейн любил поспать - до 10 часов ежесуточно. Также следует помнить, что продолжительность сна должна быть больше при напряженной работе, особенно умственной, при нервных перенапряжениях, к которым можно отнести и беременность. Соблюдение режима бодрствования и сна задает нормальную основу для остальных биологических ритмов.

Биоритмы в медицине

Биологические ритмы имеют большое значение в медицине, особенно при диагностике и терапии различных заболеваний, поскольку реакция организма на любое воздействие зависит от фазы околосуточного ритма. Так, при введении мышам токсина кишечной палочки в конце фазы покоя(когдавсепоказателижизнедеятельности снижены) смертность составляла 80%, а если инъекция проводилась в середине фазы активности (при повышенных показателях), то смертность была менее 20%.

Для человека четко установлена зависимость действия лекарств от околосуточного биоритма. Например, эффект обезболивания зуба сильнее всего проявляется в период от 12 до 18 часов дня. Да и порог болевой чувствительности в это время в полтора раза выше, чем ночью, а онемение в результате наркоза длится в несколько раз дольше. Вот почему вполне разумно посещать стоматолога не рано утром, а в послеобеденное время. Можно предположить, что и родовая боль тоже имеет разный порог в зависимости от времени суток. Но данные явления пока не исследованы учеными.

Изучение ритмов чувствительности человеческого организма к лекарствам положило начало развитию хронофармакологии. Основываясь на знании суточных биоритмов, можно разрабатывать более эффективные режимы приема лекарственных средств. Так, например, ритмы колебаний артериального давления у каждого индивидуальны, а эффект понижающих давление препаратов также зависит от времени суток. Зная эти параметры, можно осуществлять более целесообразный подбор лекарств при лечении гипертонии, ишемической болезни сердца.

Для предотвращения гипертонического криза предрасположенным к этому людям лекарства нужно принимать вечером (именно в это время человек наиболее уязвим).

При бронхиальной астме лекарственные препараты лучше употреблять незадолго до полуночи; при язвенной болезни - утром и вечером. Циркадианные (околосуточные) ритмы необходимо учитывать и при диагностике, особенно когда используются количественные показатели, например температура тела, которые также подвержены колебаниям в течение суток. Необходимо, чтобы измерения таких показателей производились в одной и той же циркадианной фазе.

Кроме того что биоритмы нашего организма влияют на терапевтический эффект лекарств, нарушения сложной ритмики могут становиться причинами различных заболеваний (динамические болезни). Для коррекции биоритмов используют вещества, способные влиять на различные фазы биологических ритмов (хронобиотики). Лекарственные растения левзея и дягиль, кофе и чай, элеутерококк, хвойные экстракты - это дневные хронобиотики, которые действуют на дневные биоритмы; валериана, душица, хмель, мята перечная, корень пиона - ночные хронобиотики.

О «совах» и «жаворонках»

А теперь рассмотрим ритмы работоспособности. Несомненно, вопрос о том, как изменяется наша работоспособность в зависимости от времени суток, очень важен. История изучения этой проблемы насчитывает более ста с лишним лет, но до сих пор многое остается невыясненным, а выводы зачастую не позволяют дать конкретные рекомендации. Что же известно на сегодня? Достоверно установлено, что работоспособность действительно сильно зависит от времени суток. Эта зависимость может быть очень разной. Так, в одних случаях отмечают утренний пик повышеннойработоспособности и послеполуденный ее спад. С другой стороны, Бехтерев полагал, что утром все психические процессы человека замедлены, а вечером - ускорены. И исследованиях с применением теста на быструю обработку информации также был обнаружен пик работоспособности в районе 21 часа. Изучение работоспособности школьников, которым предлагалось выполнить простые арифметические вычисления, выявило два максимума активности: утренний (около 11 часов утра) и вечерний (во второй половине дня). Небольшой спад наблюдался около 12 часов утра и в послеобеденное время. Также доказано, что максимумы и минимумы работоспособности также зависят от вида работы: чисто механическое выполнение каких-то заданий или же труд,требующий интеллектуального напряжения. Хотя кратковременное запоминание лучше всего происходит утром, долговременная память наилучшим способом функционировала, когда материал для запоминания ученикам предъявлялся во второй половине дня. Так что лучше всего усваивается информация, которая была запоминаема вечером, в спокойной обстановке.

Приведенные выше данные, однако, никоим образом не могут свидетельствовать о пользе ночных бдений - к примеру, характерных для студентов перед сессией. Запомненная таким образом информация весьма скоро испарится из памяти. А попытки за неделю выучить полугодичный материал приведут к изменению ритмов работоспособности.

После такой встряски довольно трудно войти в колею. Ведь человеку необходим здоровый сои продолжительностью не менее 7 часов в сутки. Впрочем, иногда это может привести к появлению нового своеобразного ритма - чередования «авралов» и «расслаблений».

Большинство ритмов работоспособности можно разделить на три класса:

1) непрерывное возрастание работоспособности на протяжении большей части дня;

2) утренний подъем, после которого наступает спад;

3) утренний максимум работоспособности, в обед - понижение и еще один пик во второй половине дня. Как правило, для типичных «сов» и «жаворонков» характерны 1 и 2 классы ритмов работоспособности, большинство же имеет два максимума работоспособности.

Зачатия по... сезонам

Также не подлежит сомнению наличие у человека окологодовых ритмов. Наиболее любопытны данные о зачатиях. Цифры свидетельствуют о том, что максимум зачатий приходится на конец мая - июль, однако с течением времени годовые колебания становятся все менее выражены. Происходитэто из-за развития цивилизации, улучшения условий проживания. В большинстве люди становятся менее зависимы от погоды, от годовых колебаний температуры. Так, ученые полагают, что максимум зачатий приходится на конец мая именно потому, что к этому времени температура достигает отметки + 18 °С, которая считается «оптимальной» для зачатия (по мнению исследователей).

Но с появлением центрального отопления и возможности круглый год получать свежие овощи и фрукты, с созданием разнообразных витаминных добавок и прочих облегчающих нашу жизнь вещей зависимость человека от внешних условий уменьшается. Мы становимся свидетелями того, как развитие материальной культуры устраняет ритмообразуюшее влияние природных факторов. Ведь помимо температуры, годовые ритмы задаются и продолжительностью светового дня, и составом солнечного света. А с появлением ламп дневного света, ИФ-ламп мы можем получать недостающие нам лучики света и тепла. Однако полностью устранить влияние природных факторов на нашу жизнедеятельность мы не можем, чему подтверждение - сезонные колебания настроения (сезонные депрессии).

Сон и биоритмы

Еще одним важным показателем деятельности человеческого организма является наш сон. Что же такое сон с точки зрения науки, какова его связь с биоритмами?

В первую очередь необходимо отметить, что сон - это не пассивное состояние, возникающее вследствие прекращения бодрствования, а активный процесс работы определенных структур мозга. Во время сна происходят уменьшение частоты дыхательных движений, частота пульса уменьшается, замедляется обмен веществ, понижается температура тела. Вот эта ритмичность колебания физиологических показателей весьма важна для правильного функционирования нашего организма, она определяет наше здоровье.

Выделяют две фазы сна - медленный и быстрый (парадоксальный). Для фазы быстрого сна характерны быстрые движения глаз (25 раз в минуту) и деятельность мозга, как в состоянии дремы. В первой половине ночи преобладает глубокий, медленный сон с короткими эпизодами быстрого, а во второй половине ночи - поверхностный сон со значительными периодами (20-30 минут) быстрого сна. За ночь может происходить до 5 циклов смены фаз сна. В первой половине ночи у человека доминирует медленный глубокий сон. во второй половине - поверхностный сон со значительными периодами быстрого сна.

Именно во время фазы быстрого сна и могут возникать сновидения. В это время возрастает активность участков мозга, отвечающих за восприятие зрительных образов: человек ничего не видит глазами, это лишь память мозга, его внутренние образы. Ученые полагают, что сновидения - физиологически полезный процесс, поддерживающий функциональное состояние нервной системы, очищающий память от ненужного. Частота сновидений может возрастать во время болезней, сложных жизненных ситуаций, связанных с повышенным нервным напряжением. Знаменитый физиолог Сеченов называл сон «небывалыми комбинациями бывалых впечатлений». Активная работа мозга ночью не останавливается, она лишь переносится из области сознательного в подсознание, которое и комбинирует по-своему события прожитого дня. Поэтому утром мы иногда находим удачные решения проблем, тревоживших нас накануне. Существует гипотеза о том, что мы видим сны каждую ночь, а помним - лишь малую часть.

Чередование периодов сна и бодрствования является одним из важнейших ритмов человека, оно в значительной мере определяет наше состояние здоровья. Так, именно во время сна, в первые его часы, происходит выброс в кровь гормона роста. В состоянии же бодрствования его уровень обычно низок. Выделение этого гормона также происходит в период послеобеденного сна. Вот почему так важно соблюдать режим дня детям, недаром ведь говорят, что маленькие дети во сне растут.

Напоследок снова хочу акцентировать внимание читателей, в особенности будущих мам, на двух важных принципах - это самонаблюдение и режим дня. Помните, что все кривые активности и трудоспособности, построенные учеными, являются усредненными, обобщенными при наблюдениях больших групп добровольцев. Только путем самонаблюдения вы можете определить свои собственные ритмы, индивидуальные колебания настроения и активности и постараться максимально приспособить свой распорядок дня к этим ритмам. Люди могут работать даже в ночную смену - их ритмы перестраиваются, однако и здесь прежде всего важна регулярность и периодичность.

Только в этом случае организм, его клетки и ткани могут приспособиться к определенному распорядку, а внутренние часы - выполнять свою роль: отсчитывать время отведенной нам полноценной и здоровой жизни.

Любое биологическое явление, любая физиологическая реакция имеют периодическую природу, так как у живых организмов, в течение многих миллионов лет живущих в условиях ритмических изменений геофизических параметров среды, выработались и способы приспособления к ним.

Ритмичность - фундаментальная характеристика функционирования живого организма - прямо связана с механизмами обратной связи, саморегуляции и адаптации, а согласование ритмических циклов достигается благодаря важной особенности колебательных процессов - стремлению к синхронизации. Основное назначение ритмичности заключается в поддержании гомеостаза организма при изменении факторов внешней среды. При этом гомеостаз понимается не как статичная устойчивость внутренней среды, а как динамический ритмический процесс - ритмостаз, или гомеокинез.

Собственные ритмы организма не автономны, а связаны с ритмическими процессами внешней среды: сменой дня и ночи, годовыми сезонами и т.д.

Внешние задаватели времени

В терминологии, характеризующей внешние факторы и порождаемые ими внутренние колебания, нет единообразия. Например, существуют названия «внешние и внутренние датчики времени», «задаватели времени», «внутренние биологические часы», «генераторы внутренних колебаний» - «внутренние осцилляторы».

Биологический ритм - периодическое повторение некоторого процесса в биологической системе через более или менее регулярные промежутки времени. Биоритм - не просто повторяющийся, а и самоподдерживающийся и самовоспроизводящийся процесс. Биологические ритмы характеризуются периодом, частотой, фазой и амплитудой колебаний.

Период - время между двумя одноимёнными точками в волнообразно изменяющемся процессе, т.е. продолжительность одного цикла до первого повтора.

Частота. Ритмы также могут быть охарактеризованы частотой - числом циклов, совершающихся в единицу времени. Частота ритмов может определяться частотой периодических процессов, протекающих во внешней среде.

Амплитуда - наибольшее отклонение исследуемого показателя в какую-либо сторону от средней. Амплитуда иногда выражается через мезор, т.е. в процентах от средней величины всех её значений, полученных при регистрации ритма. Удвоенная амплитуда равна размаху колебаний.

Фаза. Термин «фаза» относится к любой отдельно выделенной части цикла. Чаще всего этим термином пользуются, описывая связь одного ритма с другим. Например, пик активности у одних животных совпадает по фазе с тёмным периодом цикла свет-темнота, у других - со светлым периодом. Если два выделенных отрезка времени не совпадают, то вводится термин разность по фазе, выраженная в соответствующих долях периода. Опережение или отставание по фазе означает, что событие произошло раньше или позже ожидаемого срока. Фаза выражается в градусах. Например, если максимум одного ритма соответствует минимуму другого, то разность по фазе между ними составляет 180?.

Акрофаза - точка времени в периоде, когда отмечается максимальное значение исследуемого показателя. При регистрации акрофазы (батифазы) в течение нескольких циклов отмечено, что время её наступления варьирует в определённых пределах, и это время выделено как зона блуждания фазы. Величина зоны блуждания фазы, вероятно, связана с периодом (частотой) ритма. На частоту и фазу биоритмов влияют не только частота и фаза внешнего колебательного процесса, но и его уровень.

Существует циркадианное правило: для дневных организмов характерна положительная корреляция между освещённостью и частотой циркадианного ритма, а для ночных - отрицательная корреляция.

Классификации биоритмов

Классификация ритмов зависит от выбранных критериев: по их собственным характеристикам, по функциям, которые они выполня- ют, роду процесса, порождающего колебания, а также по биосистеме, в которой наблюдается цикличность.

Спектр возможных ритмов жизни охватывает широкий диапазон масштабов времени - от волновых свойств элементарных частиц

(микроритмов) до глобальных циклов биосферы (макро- и мегаритмов). Пределы их длительности - от многих лет до миллисекунд, группировка иерархическая, но границы между группами в боль- шинстве случаев условны. Верхнюю границу среднечастотных ритмов устанавливают на отметке от 28 ч до 3 с. Периоды от 28 ч до 7 суток либо относят к единой группе мезоритмов, либо часть их (до 3 суток) включают в среднечастотные, а от 4 суток - в низкочастотные.

Ритмы подразделяют по следующим критериям (Ю. Ашофф,

1984):

По собственным характеристикам (например, по периоду);

По биологической системе (например, популяция);

По роду процесса, порождающего ритм;

По функции, которую ритм выполняет.

Предложена классификация, основанная на структурно-функциональных уровнях организации жизни:

Ритмы молекулярного уровня с периодом секундно-минутного диапазона;

Клеточные - от околочасовых до окологодовых; организменные - от околосуточных до многолетних;

Популяционно-видовые - от окологодовых до ритмов длительностью десятки, сотни и тысячи лет;

Биогеоценотические - от сотен тысяч до миллионов лет;

Биосферные ритмы - с периодом сотни миллионов лет.

Наиболее популярна классификация биологических ритмов F. Halberg и A. Reinberg (1967) (рис. 4.1).

ОТДЕЛЬНЫЕ РИТМЫ

В живой природе наиболее отчётливо выражены ритмы с периодом около 24 ч - циркадианные (лат. circa - около, dies - день). Позднее префикс «circa» стали применять для остальных эндогенных ритмов,

Рис. 4-1. Классификация биоритмов (F. Halberg, A. Reinberg)

отвечающих циклам внешней среды: околоприливные, окололунные, окологодовые (circatidal, circalunar, circannual). Ритмы с периодом более коротким, чем циркадианные, определены как ультрадианные, с более длинным - инфрадианные. Среди инфрадианных ритмов выделяют циркасептидианные с периодом (7?3 суток), циркавигентидианные (21 ?3 суток), циркатригентидианные (30?5 суток) и цирканнуальные (1 год?2 мес.).

Ультрадианная ритмика

Если биологические ритмы этого диапазона расположить в порядке уменьшения их частоты, то получается ряд от многогерцовых до многочасовых колебаний. Наиболее высокой частотой (60-100 Гц) отличаются нервные импульсы, затем следуют колебания ЭЭГ с частотой от 0,5 до 70 Гц.

Декасекундные ритмы были зарегистрированы в биопотенциалах мозга. К этому диапазону относятся и колебания пульса, дыхания, перистальтики кишечника. Минутные ритмы характеризуют психолого-эмоциональное состояние человека: биоэлектрическая активность мышц, ЧСС и дыхания, амплитуда и частота движений изменяются в среднем через каждые 55 с.

Декаминутные (90 мин) ритмы были открыты в мозговых механизмах ночного сна, которые были названы медленно- и быстроволновой (или парадоксальной) фазами, при этом именно на вторую фазу приходятся сновидения, непроизвольные движения глаз. Такой же ритм в последующем был обнаружен в сверхмедленных колебаниях биопотенциалов бодрствующего мозга, связанных с временной динамикой внимания, бдительности оператора.

Околочасовые ритмы обнаружены не только на системном, но и на нижележащих иерархических уровнях. Этот ритм имеют многие происходящие на клеточном уровне явления: синтез белка, изменение клеточных размеров и массы, ферментативной активности, проницаемости клеточных мембран, секреции, электрической активности.

Циркадианные колебания

Циркадианная система - та основа, благодаря которой проявляются интегративная деятельность и регулирующая роль нейроэндокринной системы, осуществляющей точное и тонкое приспособление организма к постоянно меняющимся условиям окружающей среды.

Циркадианная периодичность обнаружена в интегральных показателях жизнедеятельности.

Работоспособность в ночное время снижается, и время выполнения задания, как при свете, так и в темноте ночью более продолжительное, чем днём в тех же условиях.

Тренировка в ранние утренние часы даёт несколько меньший эффект, чем в середине дня.

Работоспособность учащихся наиболее высока в предобеденные часы, к 14 ч отмечается значительное её снижение, второй её подъём приходится на 16-17 ч, затем наблюдается новый спад.

Суточная периодичность характерна не только для ВНД, но и для нижележащих иерархических систем организма.

Зарегистрированы 24-часовые изменения церебральной и кардиальной гемодинамики, ортостатической устойчивости.

Выявлен суточный ритм сопряжённости фаз сердечного цикла и дыхания.

В литературе имеются данные о ночном снижении лёгочной вентиляции и потребления кислорода, падении минутного объёма дыхания (МОД) у лиц молодого, зрелого и среднего возраста.

Циркадианная ритмичность присуща и функции системы пищеварения, в частности, слюноотделения, секреторной деятельности поджелудочной железы, синтетической функции печени, моторики желудка. Установлено, что наибольшая скорость секреции кислоты с желудочным соком наблюдается вечером, наименьшая - утром.

На уровне биохимической индивидуальности открыта суточная цикличность для некоторых веществ.

Концентрация макро- и микроэлементов: фосфора, цинка, марганца, натрия, калия, рубидия, цезия и хлора в крови чело- века, а также железа в сыворотке крови.

Суммарное содержание аминокислот и нейромедиаторов.

Основной обмен и связанный с ним уровень тиреотропного гормона гипофиза и гормонов щитовидной железы.

Система половых гормонов: тестостерон, андростерон, фолликулостимулирующий гормон, пролактин.

Гормоны нейроэндокринной системы регуляции стресса - АКТГ, кортизол, 17-оксикортикостероиды, что сопровожда-

ется цикличными изменениями уровня глюкозы и инсулина. Подобная ритмичность известна и для мелатонина.

Инфрадианные ритмы

Биоритмологами описаны не только суточные, но и многодневные (околонедельные, околомесячные) ритмы, охватывающие все иерар- хические уровни организма.

В литературе имеется анализ тонкого спектра колебаний (с периодом 3, 6, 9-10, 15-18, 23-24 и 28-32 дней) частоты сердечных сокращений, АД, мышечной силы.

Ритм 5-7-дневной длительности зафиксирован в динамике интенсивности энергетического обмена, массы и температуры тела человека.

Хорошо известны флюктуации результатов клинических анализов содержания в крови эритроцитов и лейкоцитов. У мужчин количество нейтрофилов в венозной крови изменяется с периодом от 14 до 23 дней.

Среди ритмов этого диапазона наиболее изучены месячные (лунные) циклы. Установлено, что в полнолуние количество случаев послеоперационных кровотечений на 82% больше, чем в другое время, в дни лунных фаз увеличивается частота возникновения инфаркта миокарда.

Цирканнуальные ритмы

В организме животных и человека обнаружены колебания различных физиологических процессов, период которых равен одному году - окологодовые (цирканнуальные), или сезонные ритмы. Цирканнуальная периодичность определена для возбудимости нервной системы, показателей гемодинамики, теплопродукции, реакции на острую холодовую нагрузку, содержание половых и других гормонов, нейромедиаторов, рост детей и др.

ХАРАКТЕРИСТИКА БИОРИТМОВ

При изучении периодических явлений в живых системах важно выяснить, отражает ли ритм, наблюдаемый в биологической системе, реакцию на внешнее по отношению к этой системе периодическое воздействие (экзогенный ритм, навязываемый задавателем ритма) или же ритм порождается внутри самой системы (эндогенный ритм), наконец, имеется ли сочетание экзогенного ритма и эндогенного генератора ритма.

Задаватели ритмов и функции

Внешние задаватели ритмов могут быть простыми и сложными.

Простые:

Подача пищи в одно и то же время, что вызывает простые реакции, ограничивающиеся, в основном, вовлечением в актив- ность пищеварительной системы;

Смена света и темноты - также относительно простой задаватель ритма, но он вовлекает в активность не только сон или бодрствование (т.е. одну систему), а весь организм.

Сложные:

Смена сезонов года, приводящая к длительным специфическим изменениям состояния организма, в частности, его реактивности, устойчивости по отношению к различным факторам: уровню обмена веществ, направленности обменных реакций, эндокринным сдвигам;

Периодические колебания солнечной активности, вызывающие зачастую замаскированные изменения в организме, в значительной мере зависящие от исходного состояния.

Связь времязадавателей с биоритмами

Современные нам представления о связи между экзогенными времязадавателями и эндогенными ритмами (представление о единых биологических часах, полиосцилляторная структура) приведены на рис. 4-2.

Гипотезы о единых биологических часах и полиосцилляторной временной структуре организма вполне совместимы.

Гипотеза централизованного управления внутренними колебательными процессами (наличие единых биологических часов) относится преимущественно к восприятию смены света и темноты и трансформации этих явлений в эндогенные биоритмы.

Рис. 4-2. Механизмы взаимодействия организма с внешними задавателями времени

Мультиосцилляторная модель биоритмов. Предполагается, что в многоклеточном организме может функционировать главный пейсмейкер, навязывающий свой ритм всем остальным системам. Не исключается существование (наряду с центральным водителем ритма) и второстепенных осцилляторов, также обладающих пейсмейкерными свойствами, но иерархически под- чинённых ведущему. По одному из вариантов этой гипотезы в организме могут функционировать разрозненные осцилляторы, которые образуют отдельные группы, работающие независимо друг от друга.

МЕХАНИЗМЫ РИТМОГЕНЕЗА

Существует несколько точек зрения на механизмы ритмогенеза. Возможно, что источником циркадианной ритмики являются циклические изменения АТФ в цитоплазме клеток или циклы метаболических реакций. Не исключено, что ритмы организма определяют биофизические эффекты, а именно влияние:

Гравитационного поля;

Космических лучей;

Электромагнитных полей (в том числе магнитного поля Земли);

Ионизации атмосферы и т.д.

Ритмы психической активности

Не только биологические и физиологические процессы, но и динамика психической деятельности, в том числе и эмоциональных состояний, подвержены закономерным колебаниям. Например, установлено, что бодрствующее сознание человека имеет волновую природу. Психологические ритмы могут быть систематизированы в тех же диапазонах, что и биологические.

Ультрадианные ритмы проявляются во флюктуациях порогов восприятия, времени двигательных и ассоциативных реакций, внимания. Соответствие био- и психоритмов в организме человека обеспечивает нормальную работу всех его органов и систем, так слух человека даёт наибольшую точность оценки интервала времени 0,5-0,7 с, что характерно для темпа движений при ходьбе.

Тактовые ритмы. В колебаниях психических процессов, кроме временных ритмов, были обнаружены так называемые тактовые ритмы, зависящие не от времени, а от номера пробы: человек не может постоянно одинаково реагировать на предъявляемые стиму-

лы, если в предыдущей пробе время реакции было коротким, то в следующий раз организм будет экономить энергию, что приведёт к снижению скорости реагирования и колебанию значения этого пока- зателя от пробы к пробе. Тактовые ритмы более выражены у детей, а у взрослых усиливаются при снижении функционального состояния нервной системы. При изучении умственного утомления выделены тактовые декасекундные, или двухминутные (0,95-2,3 мин) и десятиминутные (2,3-19 мин) ритмы.

Циркадианные ритмы вызывают значительные перестройки в деятельности организма, влияющие на психическое состояние и работоспособность человека. Так, электрическая чувствительность глаза изменяется на протяжении дня: в 9 ч утра она повышается, к 12 ч дня достигает максимума и затем снижается. Подобная суточная динамика присуща не только психическим процессам, но и психо- эмоциональным состояниям индивида. В литературе описаны суточные ритмы интеллектуальной работоспособности, субъективной готовности к работе и способности к сосредоточению, кратковременной памяти. У лиц с утренним типом работоспособности отмечается более высокий уровень тревоги, они отличаются меньшей устойчивостью к фрустрирующим факторам. Люди утреннего и вечернего типов имеют разный порог возбудимости, склонность к экстраили интроверсии.

ЭФФЕКТЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВРЕМЯЗАДАВАТЕЛЕЙ

Биологические ритмы отличаются большой стойкостью, изменение привычных ритмов времязадавателей далеко не сразу сдвигает биоритмы и приводит к десинхронозу.

Десинхроноз - рассогласование циркадианных ритмов - нарушение исходной архитектоники циркадианной системы организма. При нарушении синхронизации ритмов организма и датчиков времени (внешний десинхроноз) организм вступает в стадию тревоги (внутренний десинхроноз). Сущность внутреннего десинхроноза заключается в рассогласовании по фазе циркадианных ритмов организма, в результате чего возникают различные нарушения его благополучия: расстройства сна, снижение аппетита, ухудшение самочувствия, настроения, падение работоспособности, невротические расстройства и даже органические заболевания (гастриты, язвенная болезнь и др.). Наиболее ярко перестройка биоритмов проявляется при быстрых перемещениях (авиаперелётах) в глобальном масш-табе.

Дальние перемещения вызывают выраженный десинхроноз, характер и глубина которого определяются: направлением, временем, длительностью перелёта; индивидуальными особенностями организма; трудовыми нагрузками; климатическим контрастом и т.д. Выделено пять типов перемещений (рис. 4-3).

Рис. 4-3. Хронофизиологическая классификация типов перемещения:

1 - трансмеридианное; 2 - трансширотное; 3 - диагональное (смешанное);

4 - трансэкваториальное; 5 - асинхронное. (В.А. Матюхин и др., 1999)

Трансмеридианное перемещение (1). Главный показатель такого перемещения - угловая скорость движения, выражаемая в градусах долготы. Её можно измерять числом часовых поясов (15?), пересечённых за сутки.

Если скорость перемещения превышает 0,5 часового пояса за сутки, возникает внешний десинхроноз - разность фаз фактического и должного максимумов суточной кривой физиологических функций.

Смена 1-2 часовых поясов не вызывает десинхронизации (имеется зона нечувствительности, в пределах которой фазовая десинхронизация не проявляется). При перелётах через 1-2 часовых пояса типичные для фазовой десинхронизации уплощения суточных колебаний физиологических функций не отмечаются, и ритм мягко «затягивается» внешними датчиками времени.

При дальнейшем перемещении на восток или запад фазовое рассогласование возрастает как функция времени. На разных географических широтах критическая угловая скорость достигается при различных линейных скоростях перемещения: в приполярных широтах даже при небольших скоростях, соответствующих скорости движения пешехода, не исключено возникновение десинхронизации. Практически скорость всех транспортных средств существенно превышает 0,5 угловых часа в сутки. Эффект десинхронизации биологических ритмов проявляется при таком типе перемещений в наиболее выраженной форме.

При скорости перемещения, превышающей три и более часовых поясов в сутки, внешние синхронизаторы уже не в состоя- нии «затягивать» циркадианные колебания физиологических функций и наступает десинхроноз.

Трансширотное перемещение (2) - вдоль меридиана, с юга на север или с севера на юг - не вызывая фазового рассогласования датчиков, даёт эффект, воспринимаемый как рассогласование фактической и ожидаемой амплитуд синхронизаторов. При этом изменяются фазы годового ритма, проявляется сезонная десинхронизация.

На первое место при таких перемещениях выступает несоответствие сезонной готовности физиологических систем тре- бованиям иного сезона в новом месте. Фазового рассогласования ритмов внешних датчиков и биоритмов организма нет, но не совпадают их суточные амплитуды.

Дальность перемещения, при которой климатические условия и структура фотопериодизма на новом месте начинают вызывать напряжение механизмов поддержания сезонного ритма физиологических функций, зависит от географической широты: оценка ширины зоны нечувствительности показывает, что она может изменяться от 1400 км у экватора до 150 км на широте 80?.

- «Окно хронофизиологической нечувствительности», его линейные и угловые размеры зависят от широты. Скорость, выраженная в числе «окон», пересекаемых за сутки, будет при равной линейной скорости возрастать по направлению от экватора к полюсу до очень больших величин. Сужение

«окна» по мере движения к северу - важное обстоятельство, свидетельствующее о повышенной хронофизиологической напряжённости при перемещениях в приполярных широтах по сравнению с низкими или средними широтами.

Перемещение по диагонали (3) подразумевает изменение долготы и широты, большой климатический контраст и значительные изменения поясного времени. Эти перемещения не являются простой суммой (суперпозицией) эффектов «горизонтального» (1) и «вертикального» (2) перемещения. Это сложный комплекс хронобиологических раздражителей, реакция на который может существенно отличаться от реакций на каждый вид десинхронизации, рассматриваемый изолированно.

Перемещение в другое полушарие (4) с пересечением экваториальной зоны. Главный воздействующий фактор такого перемещения - контрастная смена сезона, вызывающая глубокий сезонный десинхроноз, смещение и инвертирование фазы годового цикла физиологических функций.

Пятый тип перемещений - хроноэкологический режим, при котором колебательные свойства среды резко ослаблены или полностью отсутствуют. К таким перемещениям относятся:

Орбитальные полёты;

Пребывание в условиях с резко ослабленными суточными и сезонными синхронизаторами (подводных лодках, космических кораблях);

Вахтовые режимы труда со скользящим графиком смен и т.д. Среды такого типа предложено называть «асинхронными». Воздействие подобной «хронодепривации» вызывает грубые нарушения суточной и другой периодики.

СУБЪЕКТИВНОСТЬ ВОСПРИЯТИЯ ВРЕМЕНИ

Течение времени воспринимается субъективно, в зависимости от интенсивности физической или психической деятельности каждого отдельного индивидуума. Время как бы становится более ёмким при большей занятости или при необходимости принять правильное решение в экстремальной ситуации.

За считанные секунды человек успевает проделать сложнейшую работу. Например, лётчик в аварийной ситуации принимает решение изменить тактику управления самолётом. При этом он

мгновенно учитывает и сопоставляет динамику развития многочисленных факторов, влияющих на условия полёта.

В процессе изучения субъективного восприятия времени исследователи применяли тест «индивидуальная минута». Человек по сигналу отсчитывает секунды, а экспериментатор следит за стрелкой секундомера. Оказалось, что у одних «индивидуальная минута» короче истинной, у других - длинней, расхождения в ту или иную сторону могут быть весьма значительными.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ В РАЗНЫХ КЛИМАТОГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Высокогорье. В условиях высокогорья околосуточные ритмы гемодинамики, дыхания, газообмена зависят от метеофакторов и изменяются прямо пропорционально изменениям температуры воздуха и скорости ветра и обратно пропорционально изменениям атмосферного давления и относительной влажности воздуха.

Высокие широты. Специфические свойства полярного климата и особенности среды определяют особенности биоритмов у жителей:

В период полярной ночи отсутствуют достоверные циркадианные колебания потребления кислорода. Поскольку зна- чение коэффициента использования кислорода отражает интенсивность энергообмена, то снижение размаха колебаний потребления кислорода во время полярной ночи является косвенным свидетельством в пользу фазового рассогласования различных энергозависимых процессов.

У жителей Крайнего Севера и у полярников в период полярной ночи (зимой) наблюдают снижение амплитуды суточного ритма температуры тела и смещение акрофазы на вечерние часы, а весной и летом - на дневные и утренние часы.

Аридная зона. При адаптации человека к пустыне ритмические колебания условий окружающей среды приводят к синхронизации ритмики функционального состояния организма с этими колебаниями. Таким путём достигается частичная оптимизация деятельности компенсаторных механизмов в экстремальных условиях среды. Например, акрофаза ритма средневзвешенной температуры кожи приходится на 16 ч 30 мин, что практически совпадает с максимумом температуры воздуха, температура тела

достигает максимума в 21 ч, коррелируя с максимумом теплообразования.

МЕТОДЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ В ХРОНОБИОЛОГИИ

Косинусоидальная функция. Простейшим периодическим процессом является гармонический колебательный процесс, описываемый косинусоидальной функцией (рис. 4-4):

Рис. 4-4. Основные элементы гармонического (косинусоидального) колебательного процесса: М - уровень; Т - период; ρ A , ρ B , αφ A ,αφ B - амплитуды и фазы процессов А и В; 2ρ A - размах процесса А; αφ Ч - разность фаз процессов А и В

x(t) = М + рХcos2π/ТХ(t-αφ Ч),

где:

М - постоянная составляющая; ρ - амплитуда колебаний; Т - период, ч; t - текущее время, ч; аαφ Ч - фаза, ч.

При анализе биоритмов обычно ограничиваются первым членом ряда - гармоникой с периодом, равным 24 ч. Иногда учитывается также гармоника с периодом 12 ч. В результате аппроксимации временной ряд оказывается представленным небольшим числом обобщённых параметров - уровнем М, амплитудой р, фазой αφ.

Фазовые соотношения между двумя гармоническими колебательными процессами могут быть различными. Если фазы двух процессов одинаковы, они называются синфазными, если разница между фазами равна Т/2, - противофазными. О фазовом опережении или фазовом отставании одного гармонического процесса А относительно другого В, говорят тогда, когда αφ A <αφ B или αφ A >αφ B соответственно.

Описанные параметры, строго говоря, можно использовать только применительно к гармоническому колебательному процессу. Фактически суточная кривая отличается от математической модели: она может быть несимметричной относительно среднего уровня, а интервал между максимумом и минимумом, в отличие от косинусоиды, оказаться равным не 12 ч и т.д. Ввиду указанных причин использование этих параметров для описания реального колебательного периодического или близкого к периодическому процессу требует известной осторожности.

Хронограммы. Наряду с гармонической аппроксимацией временного ряда широко используется традиционный метод представления результатов биоритмологического исследования в виде суточных хронограмм, т.е. усреднённых по множеству индивидуальных замеров суточных кривых. На хронограмме одновременно со средним значением показателя на определённый час суток указывается доверительный интервал в виде среднеквадратического отклонения или ошибки среднего.

В литературе встречается несколько типов хронограмм. Если дисперсия индивидуальных уровней велика, периодическая компонента может оказаться замаскированной. В таких случаях применяют предварительное нормирование суточных кривых, так что усреднению подвергаются не абсолютные значения амплитуды р, а относительные (p/M). Для некоторых показателей хронограмма исчисляется в долях (процентах) общего суточного объё- ма потребления или выделения некоторого субстрата (например, потребления кислорода или выделения калия с мочой).

Хронограмма даёт достаточно наглядное представление о характере суточных кривых. Путём анализа хронограммы можно приблизительно определить фазу колебаний, абсолютную и относительную амплитуду, а также их доверительные интервалы.

Косинор - статистическая модель биоритмов, основанная на аппроксимации кривой колебаний физиологического показателя

гармонической функцией - косинор-анализа. Назначение косиноранализа - представление индивидуальных и массовых биоритмо- логических данных в сопоставимой унифицированной и доступной для статистических оценок форме. Суточные косинор-параметры характеризуют выраженность биоритма, переходные процессы при его перестройке, наличие статистически значимого отличия одних групп от других.

Косинор-анализ имеет очевидные преимущества по сравнению с методом хронограмм, поскольку он позволяет использовать для анализа структуры биоритмов корректные статистические методы.

Косинор-анализ выполняют в два этапа:

На первом этапе индивидуальные суточные кривые аппроксимируют гармонической (косинусоидой) функцией, в результате чего определяют основные параметры биоритма - среднесуточный уровень, амплитуду и акрофазу;

На втором этапе производят векторное усреднение индивидуальных данных, определяют математическое ожидание и доверительные интервалы амплитуды и акрофазы суточных колебаний изучаемого показателя.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Приведите примеры временных параметров организма и его систем?

2. В чём сущность синхронизации работы различных систем организма?

3. Что такое биологический ритм? Какие он имеет характеристики?

4. Какие классификации биоритмов вы можете привести? В чём принципиальное отличие разных типов биоритмов?

5. Назовите механизмы ритмогенеза.

6. Какие ритмы психической активности вы знаете?

7. Что происходит при устранении или изменении времязадавателей?

8. Какие типы перемещений вы знаете?

9. Назовите методы статистического анализа в хронобиологии.

10. В чём принципиальное отличие косинор-анализа?