Что такое биологические ритмы кратко. Что такое биологические ритмы и в чем их значение для живых организмов

Биологические ритмы или 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 клетках, тканях и органах, в целых организмах и в популяциях. Биологические ритмы - это периодическое повторение изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений в живых организмах.

В основе биологических ритмов лежат изменения метаболизма биологических систем, обусловленные влиянием внешних и внутренних факторов. Факторы, которые влияют на ритмичность процессов, происходящих в живом организме, получили определение "синхронизаторы» или "датчики времени".

К внешним факторам относятся: изменение освещенности (фотопериодизм); изменения температуры (термопериодизм); изменения магнитного поля; интенсивность космических излучений; приливы и отливы; сезонные и солнечно-лунные влияния; социальные влияния, характерные для человека. биологический ритм влияние организм

К внутренним факторам относятся нейрогуморальные процессы, протекающие в определенном, наследственно закрепленном темпе и ритме.

Биологические ритмы обнаружены на всех уровнях организации живой природы - от одноклеточных до биосферы. Это свидетельствует о том, что биоритмика - одно из наиболее общих свойств живых систем. Они признаны важнейшим механизмом регуляции функций организма, обеспечивающим гомеостаз, динамическое равновесие и процессы адаптации в биологических системах. Установлено, что биологические ритмы, с одной стороны, имеют эндогенную природу и генетическую регуляцию, с другой, их осуществление тесно связано с модифицирующим фактором внешней среды, так называемых датчиков времени. Эта связь в основе единства организма со средой во многом определяет экологические закономерности.

Биологические ритмы делятся на три группы:

• 1) Ритмы высокой частоты с периодом, который не превышает получасовой интервал. Это ритмы сокращения сердечных мышц, дыхания, биотоков мозга, биохимических реакций, перистальтики кишечника.
• 2) Ритмы средней частоты с периодом от получаса до семи суток. Сюда входят: изменение сна и бодрости, активности и покоя, суточные изменения в обмене веществ, колебание температуры, артериального давления, частоты деления клеток, колебание состава крови.
• 3) Низкочастотные ритмы с периодом от четверти месяца до одного года: недельные, месячные и сезонные ритмы. К биологическим процессам этой периодичности принадлежат эндокринные изменения, зимняя спячка.

В основе различной ритмики лежит периодический волновой процесс. Для характеристики биоритма важны следующие показатели: период, уровень (мезор), амплитуда, фаза, частота и др.

Знание собственного биологического ритма позволяет четко скоординировать функционирование организма, что позволит помочь в достижении повседневных задач. Биологический ритм у каждого человека индивидуален, прежде всего, именно он задает нашу результативность в нашей работе, поскольку биологический ритм тесно связан с работоспособностью. Определение состояние человека по типу ритма: «жаворонок», «сова» или «голубь» накладывает ограничение на выполняемую ритмику работу в течение дня. Поэтому так важно синхронизировать жизнедеятельность в течение дня с типом ритма, поскольку асинхронизация приводит к ущербности состояния человека в целом. С одной стороны - биологический ритм человека дает определенные плюсы во взаимодействии с внешней средой: заранее предъявляя требования к перестройке внутренних жизненных процессов в соответствии с ожидаемой изменчивостью окружающей среды, с другой стороны, при нарушении внутренней гармонии процессов ведет к потере конкретной в течение дня фазы работоспособности, что в дальнейшем оказывает внутреннею рассинхронизацию с периодами суток. Известно, что у человека при взаимодействии различных функциональных систем организма с окружающей средой, как следствие, выявляется гармоническое согласование различных ритмических биологических процессов, что обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма, свойственную здоровому человеку. Кроме того, человеческий организм подчиняется ритмам, заложенным самой природой, и эти ритмы оказывают влияние на все процессы, происходящие в организме, то учет этих ритмов и уважительное отношение к ним -- основа человеческого здоровья.

Таким образом, важно знать свой эмоциональный, физический и интеллектуальный ритм. Каждый из этих ритмов на половине своей длины достигает наивысшей фазы. Затем он резко опускается вниз, достигает исходного пункта (критической точки), и переходит в фазу спада, где достигает низшей точки. Потом снова поднимается наверх, где начинается новый ритм. Влияние биоритмов происходит постоянно, они пронизывают нас, придают сил или полностью лишают энергии. Все три биоритма связаны между собой и с другими факторами (состояние здоровья, возраст, окружающая среда, стресс и т. д.). Взаимосвязь тела, чувств и духа ведет к тому, что воздействие каждого из них нельзя толковать однозначно, с этой точки зрения каждый человек опять же индивидуален.

Время : 2 часа.

Учебная цель: уяснитьзначение биоритмов организма как фона для развития адаптационных реакций.

1. Хронофизиология - наука о временной зависимости физиологических процессов. Составной частью хронобиологии является учение о биологических ритмах.

Ритмичность биологических процессов - неотъемлемое свойство живой материи. Живые организмы в течение многих миллионов лет живут в условиях ритмических изменений геофизических параметров среды. Биоритмы - это эволюционно закрепленная форма адаптации, определяющая выживаемость организмов путем приспособления их к ритмически меняющимся условиям среды обитания. Закрепленность этих биоритмов обеспечила опережающий характер изменения функций, т. е. функции начинают меняться еще до того, как произойдут соответствующие изменения в окружающей среде. Опережающий характер изменений функций имеет глубокий адаптационный смысл и значение, предупреждая напряженность перестройки функций организма под влиянием уже действующих на него факторов.

2. Биологическим ритмом (биоритмом) называется регулярное самоподдерживающееся и в известной мере автономное чередование во времени различных биологических процессов, явлений, состояний организма.

Классификация биологических ритмов .

По классификации хронобиолога Ф. Халберга, ритмические процессы в организме делятся на три группы. К первой относятся ритмы высокой частоты с периодом до 1/2 ч. Ритмы средней частоты имеют период от 1/2 ч до 6 сут. Третью группу составляют ритмы с периодом от 6 сут до 1 года (недельный, лунный, сезонный, годичный ритмы).

Околосуточные биоритмы делят на циркадианные, или циркадные (circa - около, dies - день, лат). Пример: чередование сна и бодрствования, суточные изменения температуры тела, работоспособности, мочеобразования, артериального давления и др.

Хронотип - это специфическая организация работы всего организма в течение суток. Специалисты, занимающиеся физиологией труда, считают, чтомаксимальная работоспособность (и соответственно активность) существует в два временных периода: с 10 до 12 и с 16 до 18 ч, в 14 ч отмечен спад работоспособности, есть он и в вечернее время. Минимальная работоспособность в 2 – 4 часа ночи. Однако у большой группы людей (50 %) повышена работоспособность в утреннее время («жаворонки») или в вечернее и ночное время («совы»). Считается, что «жаворонков» больше в среде рабочих и служащих, а «сов» - среди представителей творческих профессий. Впрочем, есть мнение, что «жаворонки» и «совы» формируются в результате многолетнего, предпочтительно утреннего или вечернего бдения.

Резистентность организма наиболее высока в утренние часы. Чувствительность зубов к болевым раздражителям наиболее высока в вечерние часы (максимальна в 18 часов).

Ритмы с периодом менее суток - инфрадианные (infra - меньше, лат., т. е. цикл повторяется меньше одного раза в сутки). Пример: фазы нормального сна, периодическая деятельность пищеварительного тракта, ритмы дыхания и сердечной деятельности и др.

Ритмы с периодом более суток - ультрадианные (ultra - сверх, лат., т. е. частота больше одного раза в сутки). Пример: менструальный цикл у женщин, зимняя спячка у некоторых животных и др.

Согласно классификации Смирнова В.М все биоритмы классифицируют по источнику происхождения : физиологические, геофизические и геосоциальные биоритмы.

Физиологические ритмы - непрерывная циклическая деятельность всех органов, систем, отдельных клеток организма, обеспечивающая выполнение их функций и протекающая независимо от социальных и геофизических факторов.

Физиологические биоритмы сформировались в процессе эволюции в результате возрастания функциональной нагрузки на отдельные клетки, органы, системы.

Значение физиологических ритмов заключается в обеспечении оптимального функционирования клеток, органов и систем организма. Исчезновение физиологических биоритмов означает прекращение жизни. Возможность изменения частоты физиологических ритмов обеспечивает быструю адаптацию организма к различным условиям жизнедеятельности.

Геосоциальные биоритмы формируются под влиянием социальных и геофизических факторов.

Значение геосоциальных биоритмов заключается в приспособлении организма к режиму труда и отдыха. Возникновение в живых системах автоколебаний с периодами, близкими к циклам труда и отдыха, свидетельствует о высоких адаптивных возможностях организма.

Геофизические биоритмы - это циклические изменения деятельности клеток, органов, систем и организма в целом, а также резистентности, миграции и размножения, обусловленные геофизическими факторами. Геофизические биоритмы представляют собой циклические колебания физиологических биоритмов, обусловленные изменениями факторов среды обитания.

Геофизические биоритмы сформировались под действием природных факторов, во многом они связаны с временами года, фазами Луны.

Значение геофизических биоритмов – они обеспечивают приспособление организма к циклическим изменениям в природе.

Таблица 1. Характеристика биоритмов человека

Таблица 2. Классификация биоритмов человека

Изменение работоспособности человека протекает в соответствии с тремя циклами:

1.физический ритм (продолжительность - 23 дня); 2.эмоциональный ритм (продолжительность - 28 дней).

В положительном его периоде люди склонны к хорошему настроению и весьма контактны. 3.интеллектуальный ритм (продолжительность - 33 дня).

Эти ритмы «запускаются» в момент рождения и сохраняются затем с удивительным постоянством в течение всей жизни. Первая половина периода каждого ритма характеризуется нарастанием, вторая – спадом физической, эмоциональной и интеллектуальной активности. День перехода от положительной половины цикла к отрицательной или обратно называют критическим, или нулевым. Именно в этот день с людьми чаще происходят несчастные случаи.

3 . Параметры биоритма :

Период (Т) - продолжительность одного цикла, то есть длина промежутка времени до первого повтора. Выражается в единицах времени.

Частота - число циклов, завершившихся в единицу времени, - это частота процесса.

Мезор (М) - уровень среднего значения показателей изучаемого процесса (среднее значение полезного сигнала). Позволяет судить о среднесуточной величине показателя, так как позволяет игнорировать случайные отклонения.

Амплитуда (А) - наибольшее отклонение сигнала от мезора (в обе стороны от средней). Характеризует мощность ритма.

Фаза ритма (Φ, φ,∅) - любая часть цикла, мгновенное состояние, момент цикла, когда регистрируется конкретная величина сигнала. При этом обычно длительность цикла принимают за 360° С, или 2π радиан.

Акрофаза - точка времени в периоде, которое соответствует максимуму синусоиды, - когда отмечается максимальное значение исследуемого параметра. Имеет большое значение для фармакологической коррекции.

Батифаза - точка времени в периоде, когда отмечается минимальное значение исследуемого параметра.

Имеется большое число различных факто­ров, обеспечивающих формирование биоло­гических ритмов.

Главными из них являются следующие:

фотопериодика (смена света и темноты), влияющая на двигательную активность;

циклические колебания геомагнитного поля;

цикличность режимов питания;

цикличность изменений температуры ок­ружающей среды (день-ночь, зима-лето) в связи с вращением Земли вокруг своей оси, а также вокруг Солнца;

цикличность фаз Луны;

циклические изменения (хотя и незначи­тельные) силы притяжения Земли.

Особо важную роль в формировании биоритмов человека играют социальные факторы; в основном это цик­личные режимы труда, отдыха, общественной деятельности. Однако главным (первичным) фактором формирования биоритмов челове­ка является геофизический фактор (фотопери­одизм) - чередование светлого и темного времени суток, предопределяющее двига­тельную и творческую активность человека в составе цикла день-ночь.

Важное место в становлении биоритмов и самой жизни имеет гравитация. Жизнь развивалась на Земле в условиях дей­ствия силы тяготения. Наиболее убедительным примером реакции растительных организмов на силу тяжести служит геотропизм расте­ний - рост корней вниз, стебля - вверх под влиянием земного притяжения. Именно поэтому жизнь растений на­рушается в космосе: корни растут в различ­ных направлениях, а не в землю.

Б иологические часы - это структуры и механизмы биологических рит­мов, сформированные и закрепленные под влиянием геофизических и социальных фак­торов.

Гипотезы о локализации часов:

Биологические часы локализуются в эпифизе . П родукция мелатонина тесно коррелирует с изменением освещенности (день-ночь), половых гормонов. В темное время суток в эпифизе воз­растает продукция мелатонина, в светлое - серотонина.

Биологические часы локализуются супрахиазмальном ядре (СХЯ) гипоталамуса.

Роль часов выполняют клеточные мембраны (мембран­ная теория).

Роль часов выполняет кора большого мозга. У живот­ных с удаленной корой большого мозга нару­шается чередование сон-бодрствование.

Широкое распространение получи­ла хронон-гипотеза . Согласно хронон-гипоте- зе, клеточными часами является цикл синте­за белка, продолжительность которого около 24 ч.

Существуют «большие» биологические часы, отсчитывающие длительность жизни. Они констатируют суммарные изменения в гомеостазе организма от момента его рождения до смерти. «Большие» биологические часы «идут» неравномерно. Многие факторы влияют на них, ускоряя (факторы риска) или замедляя их ход, укорачивая или удлиняя жизнь.

Ритмозадающий стимул может быть и внешним. «Лунный месяц» оказался эволюционно закрепленным в ритмичности физиологических процессов (менструальный цикл), так как Луна оказывает влияние на ряд земных явлений, которые в свою очередь воздействуют на живые организмы, и они адаптивно изменяют свои функции. К физическим синхронизаторам относятся также колебания температуры и влажности воздуха, барометрического давления, напряженности электрического и магнитного полей Земли, меняющихся и в связи с солнечной активностью, также имеющей периодичность. С солнечной активностью А. Л. Чижевский справедливо связывал «эхо солнечных бурь» - ряд заболеваний человека.

В естественных условиях ритм физиологической активности человека синхронизирован с его социальной активностью, обычно высокой днем и низкой ночью. При перемещениях человека через временные пояса (особенно быстро на самолете через несколько временных поясов) наблюдается десинхронизация функций. Это проявляется в усталости, раздражительности, расстройстве сна, умственной и физической угнетенности; иногда наблюдаются расстройства пищеварения, изменения артериального давления. Эти ощущения и функциональные нарушения возникают в результате десинхронизации циркадианных закрепленных ритмов физиологических процессов с измененным временем световых суток (астрономических) и социальной активности в новом месте пребывания человека.

Часто встречающимся видом десинхронизации биологического и социального ритмов активности является работа в вечернюю и ночную смену на предприятиях с круглосуточным режимом работы. При переходе с одной смены на другую происходит десинхронизация биоритмов, и они не полностью восстанавливаются к следующей рабочей неделе, так как на перестройку биоритмов человека в среднем необходимо примерно 2 недели. У работников с напряженным трудом (например, авиадиспетчеры, авиапилоты, водители ночного транспорта) и переменной сменностью работы нередко наблюдается временная дезадаптация - десинхроноз. У этих людей нередко отмечаются различные виды патологии, связанные со стрессом, - язвенная болезнь, гипертония, неврозы. Это плата за нарушение циркадианных биоритмов.

Десинхроноз – это расстройство циркадианных биоритмов.

1. рассогласование (несколько дней);

2. постепенное формирование новых биоритмов (7 – 10 дней);

3. полного восстановления (ч/з 14 дней.)

Вопросы для самоподготовки

Понятие о хронофизиологии.

Биоритмы человека, их классификация.

Характеристика основных параметров биоритмов.

Факторы, обусловливающие биоритмы.

Управление внутренними колебательными процессами в организме

Понятие о десинхронозе.

Домашнее задание

Составить таблицу ритмических процессов организма по следующей схеме:

Нарисовать кривую биоритма, обозначить её фазы.

Зарисовать график суточной ритмики работоспособности человека.

Самостоятельная работа на занятии

Таблица 7.2

Таблица 1

Таблица 2

Тестовый контроль

Главный фактор формирования биоритмов

1) социальный;

2) геофизический (фотопериодизм);

3) физиологический.

Базисными являются биоритмы

1) физиологические;

2) геосоциальные;

3) геофизические

Физиологические биоритмы

1) сплав врождённых и приобретённых биоритмов;

2) генетически запрограммированы, обладают видовой специфичностью;

3) циклические изменения деятельности клеток, органов и систем обусловленные геофизическими факторами.

К геофизическим факторам относятся

1) режим труда, отдыха, общественной деятельности;

2) гравитация, магнитное поле земли, фотопериодизм.

Геосоциальные биоритмы

1) генетически запрограммированы;

2) обладают видовой специфичностью;

3) могут изменяться в онтогенезе.

Согласно хроногипотезе клеточные часы – это

1) эпифиз и супрахиазматическое ядро гипоталамуса;

2) кора большого мозга;

3) цикл синтеза белка.

Эпифиз продуцирует мелатонин в больших количествах..

3) вечером.

Выберите правильную последовательность стадий десинхроноза

1) перестройка, стабилизация, рассогласование;

2) стабилизация, рассогласование, перестройка;

3) рассогласование, перестройка; стабилизация.

Новый циркадианный биоритм у человека вырабатывается

1) через 24 часа;

2) через 6 месяцев;

3) через 3 – 4 недели.

Резистентность организма наиболее высока…

1) в утренние часы;

2) в вечерние часы;

Ответы

1 -2; 2 – 1; 3 – 2; 4 – 2; 5 – 3; 6 – 3; 7 – 2; 8 – 3; 9 – 3; 10 – 1.

Задачи

В эпифизе образуется гормон мелатонин, который тормозит действие гонадотропных гормонов. Свет угнетает синтез мелатонина. Можно ли на этом основании утверждать, что эпифиз принимает участие в регуляции годовых ритмов плодовитости млекопитающих?

Во время летних каникул студенты совершили перелет из Владивостока в Москву. При резкой смене часовых поясов нарушилась работа организма: ухудшился аппетит, снизилась работоспособность, наблюдается сонливость днём и бессонница ночью, немного понизилось давление (≈ 115/60 мм.рт.ст). Как называется это состояние? Какие рекомендации вы бы дали студентам?

Как вы думаете, почему одни люди легко встают по утрам и засыпают вечером, а другие с трудом?

Как вы думаете, почему в Индии и Китае лунный цикл внесен в гражданский календарь?

Ответы

Чем больше света (продолжительный день), тем выше активность гонадотропных гормонов, а, следовательно, и половых, регулирующих половое поведение. Поэтому периоды размножения приходятся на весну и лето.

Это состояние называется десинхронозом. Возникает при сбое обычных ритмов, что пагубно отражается на самочувствии человека. Чтобы быстрее адаптироваться к изменившимся условиям, необходимо придерживаться привычного режима дня.

Причина в том, что биологические часы, определяющие циклы сна и бодрствования различаются у разных людей. Как показывают исследования, у «жаворонков» более короткие циклы биологических часов, чем у «сов». Это означает, что «жаворонки» спят как раз тогда, когда их цикл сна находится на пике, и поэтому просыпаются бодрыми и свежими. «Совы» же обычно вынуждены просыпаться на пике цикла сна, в это время уровень мелатонина у них повышен, и они чувствуют сонливость и усталость.

Один из важнейших биоритмов – месячный. Под месячным биоритмом подразумевается лунный цикл, длительность которого составляет 29,5 суток. Лунный цикл оказывает огромное влияние на все процессы, протекающие на нашей планете: морские приливы и отливы, периоды размножения у животных, интенсивность поглощения кислорода растениями и т. д. Особенно отчетливо изменение фаз Луны чувствует люди, испытывающие проблемы со здоровьем. Например, в дни новолуний, когда гравитационное воздействие Луны на оболочку Земли особенно сильно, увеличивается количество рецидивов заболеваний сердечнососудистой системы, снижается активность головного мозга, возрастает число психических нарушений.

Вопросы для самоконтроля

В чём заключается гипотеза хронона?

Что такое акрофаза, батифаза, мезор, период, частота, амплитуда биоритма?

Чем отличаются геосоциальные биоритмы от геофизических?

В чём отличие между физиологическими и геосоциальными биоритмами?

Что такое биологические часы и где они локализуются?

В какое время суток наиболее высока резистентность организма?

Литература

Основная:

Нормальная физиология. Учебник. / Под ред. В.М. Смирнова. – М.: Академия, 2010

Нормальная физиология. Учебник. / Под ред. А.В., Завьялова. В.М. Смирнова.- М.: «Медпресс-информ», 2009

Руководство к практическим занятиям по нормальной физиологии / Под ред. С.М. Будылиной, В.М. Смирнова. М.: Издательский центр «Академия», 2005

Дополнительная:

Нормальная физиология. Учебник. / Под ред.В.Н. Яковлева. М.: Издательский центр «Академия», 2006

Нормальная физиология. Учебник. / Под ред. Р.С. Орлова, А.Д. Н Орлова. М. Издателькая группа «ГЭОТАР-Медиа», 2005

Ситуационные задачи по нормальной физиологии; под ред.Л.Д. Маркиной. - Владивосток: Медицина ДВ, 2005

Физиология человека. Учебник./ Под ред. В.М. Покровского, Г.Ф. Коротько.- М.: Медицина, 2003

Руководство к практическим занятиям по физиологии / Под ред. К.В.Судакова М.: Медицина, 2002

Физиология человека. Учебник./ Под ред. Н.А. Агаджаняна, В.И. Циркина.-СП.: СОТИС, 2002

Физиология человека. Учебник./ Под ред. В.М. Смирнова. М.: Медицина, 2002

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.

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?

Биологические ритмы функций организма

Согласно наиболее распространенной гипотезе, живой организм является независимой колебательной системой, которая характеризуется целым набором внутренне связанных ритмов. Они позволяют организму успешно приспособиться к циклическим изменениям окружающей среды. Ученые полагают, что в многовековой борьбе за существование выживали лишь те организмы, которые могли не только уловить изменения в природных условиях, но и настроить ритмический аппарат в такт внешним колебаниям, что означало наилучшее приспособление к окружающей среде. Например, осенью многие птицы улетают на юг, а некоторые животные впадают в спячку.

Зимняя спячка помогает животным пережить неблагоприятный период. Они точно определяют время для спячки.

Ученые убедительно доказали существование внутренней, природной обусловленности основных биологических ритмов в организме человека. Так, у однояйцевых близнецов эти ритмы сходны. Известен такой случай: два брата были разлучены вскоре после рождения и воспитывались в разных семьях, не зная друг друга. Однако оба проявляли склонность к одним и тем же занятиям, обладали одинаковыми вкусами и выбрали одну и ту же специальность. Но самое поразительное заключалось в том, что братья-близнецы росли и развивались по одной генетической программе, жили по одним биологическим часам. Подобных примеров можно привести достаточно много. Однако в науке на природу биологических ритмов существует и противоположная точка зрения.

«Система, насквозь пронизанная ритмами» – так образно назвал человека один из основоположников отечественной школы исследователей биологических ритмов Б. С. Алякринский. Основной дирижер этой системы – суточный ритм . В этом ритме изменяются все функции организма: в настоящее время наука располагает достоверными сведениями о суточной периодичности более 400 функций и процессов. В сложном ансамбле суточных ритмов одним из главных факторов ученые считают ритм температуры тела: ночью ее показатели самые низкие, утром температура повышается и достигает максимума к 18 часам. Такой ритм на протяжении долгих лет эволюции позволял подстраивать активность человеческого организма к периодическим температурным колебаниям окружающей среды.

Неизвестная и не признанная ранее хронобиология, хотя и утверждавшая свое старинное происхождение от самого Гиппократа, была принята как равноправная среди других наук весной 1960 года в американском городе Колд-Спринг-Харборе на международном симпозиуме, посвященном исследованию ритмов в живых системах. В настоящее время научные общества хронобиологов существуют во всех развитых странах мира. Их деятельность координируют европейское и международное общества, причем последнее издает специальный журнал и каждые два года собирает ученых на свои съезды.

Давно уже человек не испытывает таких резких колебаний окружающей среды: одежда и жилище обеспечили ему искусственную температурную среду, но температура тела варьирует, как и много веков назад. И эти колебания имеют для организма не меньшее значение, ведь температура определяет скорость протекания биохимических реакций, которые являются материальной основой всех проявлений жизнедеятельности человека. Днем температура выше – увеличивается активность биохимических реакций и более интенсивно происходит обмен веществ в организме; следовательно, выше и уровень бодрствования. К вечеру температура тела понижается, и человеку легче заснуть.

Ритм температуры тела повторяют показатели многих систем организма: это прежде всего пульс, артериальное давление, дыхание и др.

В синхронизации ритмов природа достигла совершенства. Так, к моменту пробуждения человека в крови накапливаются биологически активные вещества, адреналин, гормоны коры надпочечников и др. Все это подготавливает человека к дневному активному бодрствованию: повышается артериальное давление, частота пульса, возрастают мышечная сила, работоспособность и выносливость.

Пример целесообразности существования суточного ритма демонстрируют почки. В основном структурном образовании почек (клубочки) происходит фильтрация крови, в результате чего образуется «первичная моча». Однако она содержит еще множество необходимых для организма веществ, поэтому в другом отделе почек (канальцах) эти вещества поступают обратно в кровь. В ближайшем к клубочкам отделе канальцев (так называемом проксимальном) всасываются белки, фосфор, аминокислоты и другие соединения. В дальнем (или дистальном) отделе канальцев всасывается вода, и тем самым уменьшается объем мочи. В результате хронобиологических исследований установлено, что проксимальный отдел канальцев почек наиболее активен в утренние и дневные часы, поэтому в это время выведение белка, фосфора и других веществ минимально. Дистальный же отдел канальцев наиболее интенсивно функционирует в ночные и ранние утренние часы: вода всасывается, и объем мочи в ночное время уменьшается. Одновременно с этим большее выведение фосфатов облегчает освобождение организма от ненужных кислот.

В реализации ритмических колебаний функций организма особая роль принадлежит эндокринной системе. Свет, падая на сетчатку глаза, через зрительные нервы передает возбуждение в один из важнейших отделов головного мозга – гипоталамус. Гипоталамус – это высший вегетативный центр, осуществляющий сложную координацию функций внутренних органов и систем в целостную деятельность организма. Он связан с гипофизом – основным регулятором работы желез внутренней секреции. Итак, гипоталамус – гипофиз – железы внутренней секреции – «рабочие» органы. В результате работы этой цепочки меняется гормональный фон, а вместе с ним и деятельность физиологических систем. Стероидные гормоны оказывают непосредственное влияние и на состояние нервных клеток, меняя уровень их возбудимости, поэтому параллельно с колебаниями гормонального уровня меняется настроение человека. Это определяет высокий уровень функций организма днем и низкий – ночью.

Во время одной из пересадок сердца, сделанной человеку, в сердце остался функционировать пейсмекер – тот участок сердечной мышцы, который задает ритм всему сердцу. Его суточный ритм несколько отличался от суточного ритма реципиента, т. е. больного, получившего новое сердце. И вот в английском журнале «Nature» Крафт, Александер, Фостер, Личмен и Линскомб описали этот удивительный случай. У пациента суточный ритм сердца, или частоты пульса, на 135 минут отличался по фазе от суточного ритма температуры. Здесь следует повторить, что наибольшая частота пульса практически совпадает с максимальной температурой тела. Не случайно, если нет термометра, врач для определения температуры подсчитывает пульс или число дыханий: при ее повышении на 1 °C происходит учащение сердечных сокращений примерно на 10–15 ударов в минуту, а частота пульса соотносится с частотой дыхания как 1: 4.

Ученые НИИ экспериментальной медицины РАМН пришли к выводу, что в организме человека пульсирует не только сердце, но и… кишечник, когда он выполняет свою эвакуационную функцию, т. е. очищается. Признаком заболевания следует считать не только редкий (1–2 раза в неделю) стул, но и нарушение суточного ритма. Обратив внимание на это отклонение от нормы, можно предупредить развитие тяжелых недугов, которые возникают вследствие запоров. Известно, что ритм обмена веществ сохраняется в так называемой тканевой культуре, т. е. при выращивании тканей «в пробирке».

Исследователи считают, что для человека преобладающее значение имеют социальные факторы: ритм сна и бодрствования, режим труда и отдыха, работа общественных учреждений, транспорта и т. п. Их условились называть «социальными датчиками времени» в отличие от «природных датчиков времени» (свет, температура окружающей среды, ионный состав воздуха, напряженность электрического и магнитного полей Земли и т. п.).

Социальная природа человека и созданная им искусственная окружающая среда способствуют тому, что в обычном состоянии он не чувствует выраженных сезонных колебаний функционального состояния. Тем не менее они существуют и отчетливо проявляются – прежде всего при заболеваниях. Учет этих колебаний при профилактике, диагностике и лечении заболеваний составляет основу практической хронобиологии.