Биоритмы организма человека. Расскажите,что вам известно о биологических ритмах живых организмов

Общие представления о биоритмах. Ритмичность процессов прослеживается во всем и везде: по закону ритма живут человек и вся окружающая его природа, Земля, Космос.

Когда-то природа «завела» биологические часы живого так, чтобы они шли в соответствии с присущей ей самой цикличностью. Смена дня и ночи, чередование времен года, вращение Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца — изначальные условия развития организма. Биологический ритм стал общим принципом живого, закрепленным в наследственности, неотъемлемой чертой жизни, ее временной основой, ее регулятором.

Биоритмы — периодические изменения интенсивности и характера биологических процессов, которые самоподдерживаются и самовоспроизводятся в любых условиях.

Биоритмы характеризуются:

• периодом — продолжительностью одного цикла колебаний в единицу времени;
• частотой ритмов - частотой периодических процессов в единицу времени;
• фазой - частью цикла, измеряемой в долях периода (начальная, конечная и т.д.);
• амплитудой - размахом колебаний между максимумом и минимумом.

По продолжительности выделяют следующие циклы:

• высокочастотные — продолжающиеся до 30 минут;
• среднечастотные — от 0,5 до 24 часов, 20-28 часов и 29 часов — 6 суток;
• низкочастотные — с периодом 7 суток, 20 суток, 30 суток, около одного года.

Таблица. Классификация биоритмов человека

Характеристика	Продолжительность
Ультрадианные (уровень работоспособности, гормональные сдвиги и др.)
Циркадианные (уровень работоспособности, интенсивность метаболизма и деятельности внутреннихорганов и др.)
Инфрадианные	28 ч — 4 суток
Околонедельные (циркасептанные) (например, уровень работоспособности)	7 ± 3 суток
Околомесячные (циркатригинтанные)	30 ± 5 суток
Ультраннулярные	Несколько месяцев
Цирканнуальные	Около одного года

Для человеческого организма характерен целый спектр ритмопроявляющихся процессов и функций, который объели- нен в единую согласованную во времени колебательную систему, обладающую следующими особенностями: наличием связи между ритмами разных процессов; наличием синхронности, или кратности, в протекании тех или других ритмов; наличием иерархичности (подчинением одних ритмов другим).

На рис. 1 представлена схема биоритмов, которая отражает часть спектра ритмов жизнедеятельности человека. (На самом деле в человеческом организме ритмично все: работа внутренних органов, тканей, клеток, электрическая активность мозга, обмен веществ.)

У человека выявлены и исследованы среди многих других четыре основных биологических ритма:

Полутора часовой ритм (от 90 до 100 минут) чередования нейрональной активности мозга как во время бодрствования, так и во время сна, являющийся причиной полуторачасовых колебаний умственной работоспособности и полуторачасовых циклов биоэлектрической активности мозга во время сна. Через каждые полтора часа человек испытывает попеременно то низкую, то повышенную возбудимость, то умиротворенность, то беспокойство;

Месячный ритм. Месячной цикличности подчинены определенные изменения в организме женщины. Недавно установлен околомесячный ритм работоспособности и настроения мужчин;

Годовой ритм. Отмечаются циклические изменения организма ежегодно во время смены времен года. Установлено, что в разное время года различно содержание гемоглобина и холестерина в крови; мышечная возбудимость выше весной и летом и слабее осенью и зимой, максимальная светочувствительность глаза тоже наблюдается весной и ранним летом, а к осени и зиме падает.

Высказываются предположения, что существуют ритмы 2-, 3- и 11-летние — 22-летние, наиболее вероятной считается связь их с метеорологическими и гелиогеографическими явлениями, обладающими примерно такой же цикличностью.

Кроме ритмов, приведенных выше, жизнь человека подчиняется социальным ритмам. К ним люди приучаются постоянно. Один из них — недельный. Дробя в течение многих веков каждый месяц на недели — шесть рабочих дней, один день для отдыха, человек сам приучил себя к нему. Этот режим, не существующий в природе и появившийся в результате социальных причин, стал неотъемлемой меркой жизни человека и общества. В недельном цикле меняется прежде всего работоспособность. Причем одинаковая закономерность прослеживается у групп населения, различающихся по возрасту и характеру труда: у рабочих и инженеров на промышленных предприятиях, у школьников и студентов. Понедельник начинается с относительно низкой работоспособности, от вторника к четвергу — самый гребень недели — она набирает максимальный подъем, а с пятницы опять падает.

Рис. 1. Ритмы жизнедеятельности человека

Биологическое значение биоритмов. Биоритмы выполняют в организме человека по крайней мере четыре основные функции.

Первая функция — оптимизация жизнедеятельности организма. Цикличность — базисное правило поведения биосистем, необходимое условие их функционирования. Это связано с тем, что биологические процессы не могут интенсивно протекать длительное время; они представляют собой чередование максимума и минимума, ибо доведение функции до максимума лишь в определенные фазы каждого периода цикла экономнее, чем стабильное непрерывное поддержание такого максимума. В биосистемах за всякой активностью должно следовать ее снижение для отдыха и восстановления.

Поэтому принцип ритмической смены активности, при которой происходит расход энергетических и пластических ресурсов, и ее торможения, предназначенного для восстановления этих расходов, изначально заложен при возникновении (рождении) любой биологической системы, включая человека.

Вторая функция — отражение фактора времени. Биоритмы — биологическая форма преобразования шкалы объективного, астрономического времени в субъективное, биологическое время. Целью его является соотнесение циклов жизненных процессов с циклами объективного времени. Основными характеристиками биологического времени как особой формы движущейся материи являются его независимость от нашего сознания и взаимосвязь его с физическим временем. Благодаря этому осуществляются временная организация биологических процессов в организме и согласование их с периодами колебаний внешней среды, что обеспечивает адаптацию организма к окружающей среде и отражает единство живой и неживой природы.

Третья функция — регуляторная. Ритмование — это рабочий механизм создания функциональных систем в центральной нервной системе (ЦНС) и базисный принцип регуляции функций. Согласно современным представлениям, создание рабочих механизмов в ЦНС обеспечивается синхронизацией ритмической высокочастотной деятельности составляющих ее нервных клеток. Таким образом осуществляется объединение отдельных нервных клеток в рабочие ансамбли, а ансамблей — в общую синхронную функциональную систему. Ритмование разрядов мозга имеет принципиальное значение для преобладания главной в данный момент реакции среди прочих. Так создается доминанта, господствующая в данное время функциональная система ЦНС. Она объединяет в едином ритме различные центры и определяет текущую последовательную их деятельность путем навязывания «своего» ритма. Так в структурах мозга создаются нервные программы, определяющие поведение.

Четвертая функция — интеграционная (объединительная). Биоритм — это рабочий механизм объединения всех уровней организации организма в единую суперсистему. Интеграция реализуется по принципу иерархичности: высокочастотные ритмы низкого уровня организации подчиняются средне- и низкочастотным уровням более высокого уровня организации. Иначе говоря, высокочастотные биоритмы клеток, тканей, органов и систем организма подчиняются базовому среднечастотному суточному ритму. Это объединение осуществляется по принципу кратности.

Общая характеристика биоритмов

Жизнь человека неразрывно связана с фактором времени. Одна из эффективных форм приспособления организма к внешней среде — ритмичность физиологических функций.

Биоритм — автоколебательный процесс в биологической системе, характеризующийся последовательным чередованием фаз напряжения и расслабления, когда тот или иной параметр последовательно достигает максимального или минимального значения. Закон, по которому происходит этот процесс, может быть описан различными функциями, а в самом простом варианте — синусоидальной кривой.

К настоящему времени у человека и животных описано около 400 биоритмов. Естественно, что возникла необходимость их классифицировать. Предложено несколько принципов классификации биоритмов. Чаще всего классифицируют их на основании частоты колебаний (осцилляции), или периодов. Выделяют следующие основные ритмы:

• Высокой частоты, или микроритмы (от долей секунды до 30 мин). Примером могут служить осцилляции на молекулярном уровне (синтез и распад АТФ и др.), частота сокращений сердца (ЧСС), частота дыхания, периодичность перистальтики кишечника.
• Средней частоты (от 30 мин до 28 ч). В эту группу входят ультрадианные (до 20 ч) и циркадные, или циркадианные (околосуточные — 20-28 ч) ритмы. Пример — чередование сна и бодрствования. Циркадианный ритм является основным ритмом физиологических функций человека.
• Мезоритмы (длительностью от 28 ч до 6-7 дней). Сюда относятся циркасептальные ритмы (около 7 дней). С ними связана работоспособность человека, они в значительной степени обусловлены социальным фактором — рабочей неделей с отдыхом на 6-7-й день.
• Макроритмы (от 20 дней до I года). К ним относятся циркануальные (цирканные), или окологодовые ритмы. В эту группу входят сезонные и околомесячные ритмы (лунный ритм, овариально-менструальный цикл у женщин и т.д.).
• Мегаритмы (длительностью в десяток или многие десятки лет). Наиболее известный из них — 11-летний ритм активности Солнца, с которым связаны некоторые процессы на Земле — инфекционные заболевания человека и животных (эпидемии и эпизоотии).

Характеристику каждого биоритма можно описать методами математического анализа и изобразить графически. В последнем случае речь идет о биоритмограмме, или хронограмме.

Как видно из рис. 2, биоритмограмма имеет синусоидальный характер. В ней различают временной период, фазы напряжения и расслабления, амплитуду напряжения, амплитуду расслабления, ак- рофазу данного биоритма.

Временной период — важнейшая характеристика биоритма. Это отрезок времени, по истечении которого происходит повторение функции или состояния организма.

Рис. 2. Схема биоритмограммы на примере циркадного ритма ЧСС: 1 — временной период (сутки); 2 — фаза напряжения (день); 3 — фаза расслабления (ночь); 4 — амплитуда напряжения; 5 — амплитуда расслабления; 6 — акрофаза

Фазы напряжении и расслабления характеризуют усиление и снижение функции в течение суток.

Амплитуда — разница между максимальной и минимальной выраженностью функции в дневное (амплитуда напряжения) и ночное (амплитуда расслабления) время. Общая амплитуда — разница между максимальной и минимальной выраженностью функции в рамках всего суточного цикла.

Акрофаза — время, на которое приходится наивысшая точка (максимальный уровень) данного биоритма.

В некоторых случаях кривая приобретает уплощенный или платообразный вид. Это встречается при малой амплитуде напряжения. Другими разновидностями являются инвертированные и двухвершинные биоритмограммы. Инвертированные кривые характеризуются снижением исходного уровня в дневное время, т.е. изменением функции в направлении, противоположном обычному. Это неблагоприятный признак.

Двухвершинные кривые отличаются двумя пиками активности в течение дня. Появление второго пика рассматривается в настоящее время как проявление адаптации к условиям существования. Так, например, первый пик работоспособности человека (11 — 13 ч) — это естественное проявление биоритма, связанное с дневной активностью. Второй подъем работоспособности, наблюдаемый в вечерние часы, обусловлен необходимостью выполнения домашних и других обязанностей.

Происхождение и регуляция биоритмов

Происхождение биоритмов определяется двумя факторами — эндогенным (внутренним, врожденным) и экзогенным (внешним, приобретенным).

Постоянные циклические колебания в различных системах организма складывались в процессе длительной эволюции, и теперь они являются врожденными. К ним относятся многие функции: ритмическая работа сердца, дыхательной системы, мозга и т.д. Эти ритмы называют физиологическими. Выдвинуто несколько гипотез эндогенной природы биоритмов. Наибольшее число сторонников имеет мультиосцилляторная теория, согласно которой в пределах многоклеточного организма (человека) может функционировать главный (центральный) водитель ритма (биологические часы), навязывающий свой ритм всем остальным системам, не способным генерировать собственные колебательные процессы. Наряду с центральным водителем ритма возможно существование второстепенных осцилляторов, иерархически подчиненных ведущему.

Биоритмы, зависящие от циклических изменений окружающей среды, являются приобретенными, и их называют экологическими. Эти ритмы испытывают большое влияние космических факторов: вращение Земли вокруг своей оси (солнечные сутки), энергетическое влияние Луны и циклических изменений активности Солнца.

Биоритмы в организме складываются из эндогенного — физиологического и экзогенного — экологического ритмов. Средняя частота ритмов обусловлена сочетанием эндогенных и экзогенных факторов.

Считается, что центральным водителем ритма является эпифиз (железа внутренней секреции, находящаяся в промежуточном мозге). Однако у человека эта железа функционирует только до 15-16 лет. По мнению многих ученых, роль центрального синхронизатора (биологических часов) у человека берет на себя область головного мозга, называемая гипоталамусом.

Контроль смены состояния бодрствования и сна зависит в значительной степени от светового фактора и обеспечивается связями коры головного мозга и таламуса (центр, в котором собираются импульсы от всех органов чувств), а также активизирующими восходящими влияниями ретикулярной формации (сетчатые структуры мозга, выполняющие активизирующую функцию). Важную роль играют прямые связи сетчатки глаза с гипоталамусом.

Прямые и опосредованные связи коры головного мозга и гипоталамических структур обеспечивают возникновение системы гормонального контроля периферической регуляции, действующей на всех уровнях — от субклеточного до организменного.

Таким образом, в основе временной организации живой материи лежит эндогенная природа биоритмов , коррегируемая экзогенными факторами. Устойчивость эндогенного компонента биологических часов создается взаимодействием нервной и гуморальной (лат. humor- жидкость; здесь — кровь, лимфа, тканевая жидкость) систем. Слабость одного из этих звеньев может привести к (нарушению биоритмов) и последующим нарушениям функций.

Исследователями доказано, что для постоянного совершенствования и тренировки приспособительных механизмов организм периодически должен испытывать стресс, определенный конфликт с окружающей его физической и социальной средой. Если учесть, что периодичность заложена в самой природе живых систем, то становится ясным, что именно такое динамическое взаимодействие организма со средой обеспечивает его стабильность и устойчивую жизнеспособность. Основу всякой активной деятельности составляют процессы интенсивного расходования жизненных ресурсов организма, и в то же время эти реакции являются мощным стимулом для еще более интенсивных восстановительных процессов. Можно утверждать, что динамическая синхронизация — взаимодействие эндогенных и экзогенных ритмов — придает организму живучесть и устойчивость.

Биологические ритмы — периодически повторяющиеся измене­ния характера и интенсивности биологических процессов и явле­ний в живых организмах. Биологические ритмы физиологических функций столь точны, что их часто называют «биологическими часами».

Есть основание полагать, что механизм отсчета времени заключен в каждой моле­куле человеческого тела, в том числе в молекулах ДНК, хранящих генетическую информацию. Клеточные биологические часы назы­вают «малыми», в отличие от «больших», которые, как считают, расположены в головном мозге и синхронизируют все физиологи­ческие процессы в организме.

Классификация биоритмов.

Ритмы , задаваемые внутренними «часами» или водителями рит­ма, называются эндогенными , в отличие от экзогенных , которые регулируются внешними факторами. Большинство биологических ритмов являются смешанными, т. е. частично эндогенными и час­тично экзогенными.

Во многих случаях главным внешним фактором, регулирующим ритмическую активность, служит фотопериод, т. е. продолжитель­ность светового дня. Это единственный фактор, который может быть надежным показателем времени, и он используется для установки «часов».

Конкретная природа «часов» неизвестна, но нет сомнений, что здесь действует физиологический механизм, который может вклю­чать как нервные, так и эндокринные компоненты.

Большинство ритмов формируются в процессе индивидуально­го развития (онтогенеза). Так, суточные колебания активности различных функций у ребенка наблюдаются до его рождения, их мож­но зарегистрировать уже во второй половине беременности.

• Биологические ритмы реализуются в тесном взаимодействии с окружающей средой и отражают особенности приспособления орга­низма к циклично изменяющимся факторам этой среды. Вращение Земли вокруг Солнца (с периодом около года), вращение Земли вок­руг своей оси (с периодом около 24 ч), вращение Луны вокруг Зем­ли (с периодом около 28 дней) приводят к колебаниям освещеннос­ти, температуры, влажности, напряженности электромагнитного поля и т. п., служат своеобразными указателями, или датчиками, времени для «биологических часов».
• Биологические ритмы имеют большие различия по частотам или периодам. Выделяют группу так называемых высокочастотных био­логических ритмов, периоды колебаний которых находятся в пре­делах от доли секунды до получаса. Примерами могут служить колебания биоэлектрической активности головного мозга, сердца, мышц, других органов и тканей. Регистрируя их с помощью спе­циальной аппаратуры, получают ценную информацию о фи­зиологических механизмах деятельности этих органов, которая используется также для диагностики заболеваний (электроэнцефа­лография, электромиография, электрокардиография и др.). К этой же группе можно отнести ритм дыхания.
• Биологические ритмы с периодом 20-28 ч называются циркадианными (циркадными , или околосуточными), например, перио­дические колебания на протяжении суток температуры тела, час­тоты пульса, артериального давления, работоспособности человека и др.
• Выделяют также группу биологических ритмов низкой часто­ты; это околонедельные, околомесячные, сезонные, окологодовые, многолетние ритмы .

В основе выделения каждого из них лежат четко регистрируе­мые колебания какого-либо функционального показателя.

Напри­мер: Околонедельному биологическому ритму соответствует уро­вень выделения с мочой некоторых физиологически активных веществ, околомесячному — менструальный цикл у женщин, сезон­ным биологическим ритмам — изменения продолжительности сна, мышечной силы, заболеваемости и т. д.

Наиболее изучен циркадианный биологический ритм, один из самых важных в организме человека, выполняющий как бы роль дирижера многочисленных внутренних ритмов.

Циркадианные ритмы высокочувствительны к действию различ­ных отрицательных факторов, и нарушение слаженной работы си­стемы, порождающей эти ритмы, служит одним из первых симптомов заболевания организма. Установлены циркадианные колебания более 300 физиологических функций организма человека. Все эти процессы согласованы во времени.

Многие околосуточные процессы достигают максимальных зна­чений в дневное время каждые 16-20 ч и минимальных — ночью или в ранние утренние часы.

Например: Ночью у человека самая низкая температура тела. К утру она повышается и достигает мак­симума во второй половине дня.

Основной причиной суточных колебаний физиологических фун­кций в организме человека являются периодические изменения возбудимости нервной системы, угнетающей или стимулирующей обмен веществ. В результате изменения обмена веществ и возни­кают изменения различных физиологических функций (рис.1).

Например: Частота дыхания днем выше, чем ночью. В ночное время понижена функция пищеварительного аппарата.

Рис. 1. Суточные биологические ритмы в организме человека

Например: Установлено, что суточная динамика температуры тела имеет волнообразный характер. Примерно к 18 ч температура достигает максимума, а к полуночи снижается: минимальное ее значение меж­ду часом ночи и 5 ч утра. Изменение температуры тела в течение суток не зависит от того, спит человек или занимается интенсив­ной работой. Температура тела определяет скорость биологических реакций , днем обмен веществ идет наиболее интенсивно.

С суточным рит­мом тесно связаны сон и пробуждение. Своеобразным внутренним сигналом для отдыха ко сну служит понижение температуры тела. На протяжении суток она изменяется с амплитудой до 1,3°С.

Например: Измеряя через каждые 2-3 ч на протяжении нескольких суток температуру тела под языком (обычным медицинским термомет­ром), можно довольно точно установить наиболее подходящий момент для отхода ко сну, а по температурным пикам определить периоды максимальной работоспособности.

Днем растет частота сердечных сокращений (ЧСС), выше артериальное давление (АД), чаще дыхание. Изо дня в день к моменту пробуждения, как бы пред­восхищая возрастающую потребность организма, в крови повыша­ется содержание адреналина — вещества, которое увеличивает ЧСС, повышает АД, активизирует работу всего организма; к этому времени в крови накапливаются биологические стимуляторы. Снижение концентрации этих веществ к вечеру — непременное условие спокойного сна. Недаром нарушения сна всегда сопровож­даются волнением и тревогой: при этих состояниях в крови нарас­тает концентрация адреналина и других биологически активных веществ, организм длительное время находится в состоянии «бое­вой готовности». Подчиняясь биологическим ритмам, каждый физиологический показатель в течение суток может существенно менять свой уровень.

Распорядок жизни, акклиматизация.

Биологические ритмы являются основой рациональной регла­ментации распорядка жизни человека, так как высокая работоспо­собность и хорошее самочувствие могут быть достигнуты только в том случае, если ритм жизни соответствует свойственному орга­низму ритму физиологических функций. В связи с этим необходи­мо разумно организовать режим труда (тренировок) и отдыха, а также прием пищи. Отклонение от правильного режима питания может привести к существенному увеличению веса, который в свою очередь, нарушая жизненные ритмы организма, вызывает измене­ние обмена веществ.

Например: Если принимать пищу общей кало­рийностью 2000 ккал только по утрам, вес снижается; если ту же пищу принимать в вечерние часы, увеличивается. Для того, чтобы сохранить вес тела, достигнутый к 20-25 годам, пищу следует принимать 3-4 раза в день в точном соответствии с индивидуаль­ными суточными затратами энергии и в те часы, когда появляется заметное чувство голода.

Однако эти общие закономерности иногда скрывают многооб­разие индивидуальных особенностей биологических ритмов. Не всем людям свойственны однотипные колебания работоспособнос­ти. Одни, так называемые «жаворонки», энергично работают в пер­вой половине дня; другие, «совы», — вечером. Люди, относящиеся к «жаворонкам», вечером испытывают сонливость, рано ложатся спать, но, рано просыпаясь, чувствуют себя бодрыми и работоспо­собными (рис.2).

Легче переносит акклиматизацию человек, если он принимает (3-5 раз в сутки) горячее питание и адаптогены, витаминные комп­лексы, а физические нагрузки увеличивает постепенно, по мере адаптации к ним (рис.3).

Рис. 2. Кривые ритма трудоспособности в течение суток

Рис. 3. Суточные ритмы протекания жизненных процессов при неизменных внешних условиях жизни (по Графу)

При несоблюдении этих условий может наступить так называе­мый десинхроноз (своеобразное патологическое состояние).

Явление десинхроноза наблюдается и у спортсменов, особенно у тренирующихся в условиях жары и влажного климата или среднегорья. Поэтому спортсмен, вылетающий на международные со­ревнования, должен быть хорошо подготовлен. Сегодня существу­ет целая система мероприятий, направленных на сохранение привычных биоритмов.

Для биологических часов человека важен правильный ход не только в суточных, но и в так называемых низкочастотных ритмах, например в околонедельном.

В настоящее время установлено, что недельный ритм вырабо­тан искусственно: убедительных данных о существовании врожден­ных семидневных ритмов у человека не обнаружено. Очевидно, что это эволюционно закрепленная привычка. Семидневная неделя ста­ла основой ритма и отдыха еще в древнем Вавилоне. За тысячеле­тия сформировался недельный социальный ритм: человек продук­тивнее работает в середине недели, чем в начале или в конце ее.

Биологические часы человека отражают не только суточные природные ритмы, но и имеющие большую продолжительность, например сезонные. Они проявляются в повышении обмена веществ весной и в снижении его осенью и зимой, в увеличении процента гемоглобина в крови и в изменении возбудимости дыхательного центра в весеннее и летнее время.

Состояние организма в летнее и зимнее время в какой-то степе­ни соответствует его состоянию днем и ночью. Так, зимой по срав­нению с летом снижалось в крови содержание сахара (аналогичное явление происходит и ночью), увеличивалось количество АТФ и холестерина.

Биоритмы и работоспособность.

Ритмы работоспособности, подобно ритмам физиологических процессов, по своей природе эндогенны.

Работоспособность может зависеть от многих факторов, дей­ствующих по отдельности или совместно. К этим факторам отно­сятся: уровень мотивации, прием пищи, факторы внешней среды, физическая готовность, состояние здоровья, возраст и другие факторы. По-видимому, на динамику работоспособности влияет и утомление (у элитных спортсменов — хроническое утомление), хотя не вполне ясно, каким именно образом. Утомление, возникающее при выполнении упражнений (тренировочных нагрузок), трудно преодо­левать даже достаточно мотивированному спортсмену.

Например: Утомление снижает работоспособность, а повторная тренировка (с интерва­лом в 2-4 ч после первой) улучшает функциональное состояние спортсмена.

При трансконтинентальных перелетах циркадианные ритмы различных функций перестраиваются с разной скоростью — от 2-3 дней до 1 месяца. Для нормализации циклично­сти до перелета необходимо каждый день сдвигать на 1 ч отход ко сну. Если это делать в течение 5-7 дней до отлета и ложиться спать в темной комнате, то удастся быстрее пройти акклиматизацию.

При прибытии в новый временной пояс необходимо плавно вхо­дить в тренировочный процесс (умеренные физические нагрузки в те часы, когда будут производиться соревнования). Тренировки не должны носить «ударный характер».

Следует отметить, что естественный ритм жизнедеятельности организма обусловлен не только внутренними факторами, но и вне­шними условиями. В результате исследований был выявлен волно­вой характер изменения нагрузок на тренировке. Прежние представ­ления о неуклонном и прямолинейном наращивании тренировочных нагрузок оказались несостоятельными. Волнообразный характер изменения нагрузок в процессе тренировок связан с внутренними биологическими ритмами человека.

Например: Различают три категории «волн» тренировок: «малые», охватывающие от 3 до 7 дней (или не­сколько более), «средние» — чаще всего 4-6 недель (недельные тре­нировочные процессы) и «большие», продолжающиеся несколько месяцев.

Нормализация биологических ритмов позволяет осуществлять интенсивные физические нагрузки, а тренировки при нарушенном биологическом ритме приводят к различным функциональным рас­стройствам (например, десинхронозу), а иногда и к заболеваниям.

Источник информации: В.Смирнов, В.Дубровский (Физиология физического воспитания и спорта).

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.

Биологические ритмы организма – это изменения характера и интенсивности биологических процессов в организме, которые имеют определенную периодичность. Они присутствуют в каждом живом организме и являются настолько точными, что их даже называют «биологическими часами» или же «внутренними часами». На самом деле, именно биоритмы управляют нашими жизнями, хотя мы в этом даже не отдаем себе отчета. Но ведь если задуматься, то важность биологических ритмов человека становится очевидной, ведь даже основной орган – сердце, работает в определенном ритме, который задается теми самыми «внутренними часами». Но что же такое эти биологические ритмы и какую именно роль они играют в человеческих жизнях, каково их значение? Давайте несколько более подробно разберемся в этих вопросах.

Виды биологических ритмов

Все биологические ритмы делятся по определенным типам. При этом существует несколько разнообразных классификаций, основывающихся на разных критериях. Самой распространенной, можно даже сказать, основной классификацией, является та, в которой критерием считается длина периода биологических ритмов.

Согласно этой классификации, существуют циркадианные, ультрадианные, инфрадианные, циркалунарные и лунно-месячные биологические ритмы. Циркадианные ритмы имеют периодичность около двадцати четырех часов и являются наиболее изученными из всех. Ультрадианные ритмы – околочасовые. Инфрадианные – ритмы, периодичность которых составляет больше, чем двадцать четыре часа. Остальные два биологических ритма связаны с лунными фазами.

Также есть классификация биоритмов по источнику происхождения. Они разделяются на физиологические, геофизические и геосоциальные. Физиологические – это биоритмы внутренних органов человека, которые не зависят от внешних факторов. Геофизические биоритмы уже входят в плотную зависимость от внешних факторов окружающей среды. А геосоциальные ритмы не являются врожденными в отличие от первых двух и формируются под влиянием, как факторов окружающей среды, так и под влиянием социальных факторов.

Роль биологических ритмов в жизни человека

Существует, весьма условная, по мнению ученых хронобиологов, теория трех биоритмов. Согласно ей, состояние человека определяется тремя биоритмами: физическим, интеллектуальным и эмоциональным. И бывают дни, когда одни биоритмы активнее других, так как все они обладают разной степенью периодичности. Именно поэтому в определенные дни и определенное время бывают всплески, например, физической активности при плохом настроении, или же выбросы позитивных эмоций, а, быть может, появляется огромно желание заняться какой-то умственной деятельностью.

То есть, от биоритмов полностью зависит активность человеческого организма и его состояние. Поэтому не стоит «насиловать» свой организм. Напротив, нужно прислушиваться к нему и грамотно использовать свои собственные ресурсы.

Например, сон и его значение, как биологического ритма, пожалуй, является одним из самых важных. Именно поэтому никак нельзя ложиться слишком поздно или спать слишком мало, ведь из этого следует нарушение абсолютно всех биоритмов организма. Вообще ученными установлено, что наилучший сон происходит в период с двадцати трех часов до семи. А ложиться после полуночи весьма вредно для умственной активности, то есть, интеллектуальных биоритмов.

Нельзя забывать и о том, что человек все же является частью природы, поэтому на него оказывают влияние и фазы луны. Например, многие люди ощущают упадок сил в новолуние и повышенную активность во время полнолуния.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БИОРИТМОВ

Жизнь человека неразрывно связана с фактором времени. Одна из эффективных форм приспособления организма к внешней среде - ритмичность физиологичес­ких функций. Биоритм - автоколебательный процесс в биологической системе, характеризующийся последовательным чередованием фаз напряжения и расслаб­ления, когда тот или иной параметр последовательно достигает максимального или минимального значения. Закон, по которому происходит этот процесс, мо­жет быть описан синусоидальной кривой.

Ритмические процессы отражают движение составляющих тел Вселенной, в том числе и движение Земли. Возникновение биологических ритмов связано с пе­риодами, близкими к геофизическим циклам. Это возникновение было необходи­мым условием сохранения живой материи на Земле и возможности ее дальнейшей эволюции. Биоритмы получили распространение во всем живом: в простейшей живой плазме, растениях, мире животных, человеке. Появление даже самых при­митивных биоритмов имеет адаптивное значение.

У человека и животных описано около 400 биоритмов. Существует несколько их классификаций. Чаще всего биоритмы классифицируют на основании частоты колебаний (осцилляций), или периодов. Выделяют следующие основные ритмы:

Ритмы высокой частоты, или микроритмы (от долей секунды до 30 мин). Примерами микроритмов являются осцилляции на молекулярном уровне, ЧСС, частота дыхания, периодичность перистальтики кишечника.

Ритмы средней частоты (от 30 мин до 28 ч). В эту группу входят ультрадиан- ные (до 20 ч) и циркадианные, или околосуточные (20-28 ч), ритмы. Цирка­дианный ритм - основной ритм физиологических функций человека.

Мезоритмы (от 28 ч до 6-7 дней). Сюда относятся циркасептальные ритмы (около 7 дней). С этими ритмами связана работоспособность человека, по­этому каждый 6 или 7 день недели является выходным.

Макроритмы (от 20 дней до 1 года). К ним относятся циркануальные (цирканные), или окологодовые, ритмы, а также сезонные и околомесячные (цир- касинодические) ритмы.

Мегаритмы (длительность в десяток или многие десятки лет). Этому виду ко­лебаний подчинены некоторые инфекционные процессы, свойственные чело­веку (эпидемии) и животным (эпизоотии). Примером мегаритма является волнообразное изменение физического развития людей на протяжении мно­гих веков. Так, неандертальцы были маленького роста, а кроманьонцы - боль­шого. В средние века рост людей был относительно мал, а в середине ХХ в. возникло явление акселерации.

Между перечисленными типами биоритмов существуют переходы.

В другой классификации биоритмов учитывают специфику субстрата, или уро­вень организации изучаемой биологической системы. Выделяют ритмы:

отдельных субклеточных структур;

жизнедеятельности клеток;

органов или тканей;

одно- и многоклеточных организмов;

популяций и экосистем.

Каждый биоритм можно охарактеризовать с помощью методов математического анализа, а также графического изображения (биоритмограммы, или хронограммы).

На рис. 11.1 представлен принцип построения биоритмограммы на примере суточного изменения ЧСС.

Как видно из рисунка, биоритмограмма имеет синусоидальный характер. В ней различают: временной период, фазу напряжения, фазу расслабления, амп­литуду напряжения, амплитуду расслабления, акрофазу данного биоритма.

Временной период - важнейшая характеристика биоритма - отрезок време­ни, по истечению которого происходит повторение функции или состояния орга­низма.

Рис. 11.1. Схема биоритмограммы на примере циркадного ритма ЧСС: 1 - амплитуда напряжения; 2 - амплитуда расслабления

Фазы напряжения и расслабления характеризуют усиление и снижение функ­ции в течение суток.

Амплитуда - разница между максимальной и минимальной выраженнос­тью функции в дневное (амплитуда напряжения) и ночное (амплитуда расслабле­ния) время. Общая амплитуда - разница между максимальной и минимальной выраженностью функции в рамках всего суточного цикла.

Акрофаза - время, на которое приходится наивысшая точка (или максималь­ный уровень) данного биоритма.

Другими разновидностями биоритмограммы являются инвертированные и двухвершинные кривые.

Инвертированные кривые характеризуются снижением исходного уровня ак­тивности в дневное время, т. е. изменением функции в направлении, противопо­ложном обычному. Двухвершинные кривые отличаются двумя пиками активности в течение дня. Появление второго пика - это проявление адаптации к условиям существования. Например, первый пик работоспособности человека (11-13 ч) - это естественное проявление биоритма, связанное с дневной активностью. Вто­рой подъем работоспособности (вечерние часы) обусловлен необходимостью вы­полнения домашних и других обязанностей.

ЦИРКАДИАННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ФУНКЦИЙ ЧЕЛОВЕКА

Большинство физиологических и биохимических процессов в организме челове­ка и животных связано со световым режимом и изменяется закономерно в тече­ние суток. Поэтому циркадианный биоритм - базисный биоритм человеческо­го организма. Появление циркадианных ритмов позволило живым организмам «измерять» время, отсюда появилось такое понятие, как «биологические часы». Древнейшая функция циркадианного биоритма заключалась в приурочивании максимальной биологической активности к определенному времени суток, ко­торое было бы наиболее благоприятно для деятельности данного организма.

В основе циркадианной организации функций лежит периодическая смена бодрствования и сна. В целом у человека психическая деятельность и физичес­кая работоспособность эффективнее в дневные часы, чем ночью. В светлой фазе суток у человека больше двигательная активность. Возрастание умственной ра­ботоспособности выражается в повышении скорости переработки информации, эффективности обучения. В это же время повышается биоэлектрическая актив­ность мозга (рис. 11.2).

Можно выявить два пика мозговой деятельности людей в дневные часы: вы­сокая активность в 10-12 и в 16-18 ч, спад - к 14 ч. Однако существуют индиви­дуальные различия временного распределения работоспособности.

Как правило, в ночные часы умственная работоспособность уменьшается. Но это не означает полного исчезновения биоритмов. Сон - это не только компонент циркадианного биоритма (сон-бодрствование). Он состоит из 5-7 повто­ряющихся циклов, т. е. должен рассматриваться как биоритмический феномен.

Показатель работоспособности

Рис. 11.2. Циркадианный ритм умственной работоспособности школьников

Суточные колебания работоспособности четко коррелируют с ритмами от­дельных физиологических систем и обмена веществ. К концу дня у человека на­блюдается максимум частоты, глубины и объема дыхания, сократительная функ­ция миокарда достигает наибольших значений. Кровообращение наиболее интен­сивно днем в головном мозге и мышцах, а ночью - в сосудах кистей рук и стоп.

В течение суток изменяется и реактивность сердечно-сосудистой системы к нагрузкам. Днем физическая нагрузка вызывает больший прирост кровообра­щения, чем ночью. Поэтому одна и та же нагрузка ночью ощущается как более тяжелая, что необходимо учитывать при работе в ночную смену.

Циркадианная ритмика охватывает и органы кроветворения. Костный мозг наиболее активен утром, поэтому в утренние часы в кровоток поступает наиболь­шее количество молодых эритроцитов. Содержание гемоглобина в крови самое высокое с 11 до 13 ч, а его минимум приходится на 16-18 ч. Скорость оседания эритроцитов минимальна рано утром и максимальна в 9-10 ч.

Суточные колебания проявляются в процессе свертывания крови: в ночное время происходит уменьшение свертывающей активности, а днем этот процесс постепенно усиливается и достигает максимальных значений в полдень.

Бронхиальная проходимость снижена в ночные и утренние часы, но, начиная с 11 ч, она увеличивается и достигает максимума к 18 ч.

От фазы суточного ритма зависит деятельность желудочно-кишечного трак­та людей. Слюноотделение, секреция желудочного и поджелудочного сока, двига­тельная активность желудка и кишечника больше днем, чем ночью. Данная зако­номерность проявляется даже у людей, работающих в ночную смену.

Хотя желчь вырабатывается печенью непрерывно, ее выделение неодинаково в разное время суток: в первой половине дня оно больше, а в вечерние часы -меньше. Это создает условия для лучшего переваривания жиров в первую поло­вину дня, когда человеку особенно необходимо энергетическое обеспечение его функций. В первой половине дня более интенсивно происходит процесс распада гликогена в печени с освобождением глюкозы. Во второй половине дня и ночью печень усиливает ассимиляцию глюкозы и синтез гликогена, создавая энергети­ческий резерв для следующего дня.

Циркадианный режим характерен и для функции почек. В утренние часы в канальцах почек происходит особенно активная реабсорбция фосфатов, глюкозы и других веществ, необходимых для поддержания энергетических расходов орга­низма. Реабсорбция воды в почках увеличивается в ночное время, в результате чего ночью уменьшается выведение мочи.

Интенсивность метаболических процессов, протекающих как на уровне от­дельной клетки, так и в пределах целого организма, особенно высока в часы наи­большей активности. Так, у человека в дневное время активизируются процессы катаболизма (распада) углеводов и белков, а в ночное время преобладают анабо­лические процессы, т. е. синтез веществ, обеспечивающих пластические и энерге­тические функции.

Суточные колебания уровня метаболических процессов коррелируют с тем­пературой тела. У человека самая высокая температура тела отмечается в вечер­нее время, самая низкая - в утренние часы.

Суточные колебания деятельности внутренних органов и обмена веществ во многом определяются изменениями нейроэндокринной регуляции в цикле бодр­ствование - сон. Во время бодрствования преобладает функциональная активность симпато-адреналовой системы. Циркадианные ритмы характерны и для функции желез внутренней секреции. В первой половине ночи увеличена секреция соматот- ропина, пролактина и тиреотропина. Кортикотропин выделяется из гипофиза во второй половине ночи.

С ритмами гипоталамо-гипофизарной системы связаны колебания функции периферических эндокринных желез, но максимальный уровень их секреторной активности отстает на 2-3 ч от выделения гипофизарных гормонов. Так, если кор- тикотропин секретируется максимально во второй половине ночи, то кортико­стероиды - ранним утром, что создает условия для хорошей работоспособности человека сразу же после пробуждения. А ритм тиреоидных гормонов достигает максимума во второй половине ночного сна.

Суточные ритмы различных функций организма образуют единое целое, в ко­тором прослеживается строго упорядоченная последовательность метаболичес­ких, физиологических процессов и поведенческих актов. У животных ведущими являются ритмы поведенческой деятельности, а у человека - трудовой. Биорит­мы человека могут в определенной мере перестраиваться при изменении условий работы, например, при переходе из дневной смены в ночную. У человека наблюда­ется социальная детерминированность ритмических колебаний физиологических и биохимических процессов.

БИОРИТМОЛОГИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА

Сезонные биоритмы

Сезонные биоритмы у животных сформировались в ответ на изменения про­должительности светового дня, температуры окружающей среды, кислородного обеспечения, наличия пищи и воды в разные периоды года. Примером генети­чески закрепленного сезонного биоритма у животных служат весенние и осенние перелеты птиц. У животных четко выражены зимняя спячка, сезонная линька, сезонность репродуктивных функций. Это связано с метеорологическими факто­рами, действующими в разные времена года.

У человека, жизнедеятельность которого меньше зависит от изменяющихся метеоусловий, сезонные биоритмы выражены слабее. Тем не менее, некоторые функции человека зависят от сезонности. Так, максимальное увеличение роста у детей происходит весной и ранним летом, а минимальное - зимой. Зимой содер­жание общих липидов и жирных кислот в плазме и эритроцитах крови больше, чем летом, что имеет существенное энергетическое значение.

Человек не относится к живым существам с выраженным сезонным ритмом размножения. Однако половая активность мужчин снижается в конце зимы, и в это же время обнаруживается максимум нежизнеспособных половых клеток. С наступлением весны происходит активирование половой функции. Увеличение концентрации тестостерона происходит у мужчин в конце лета и начале осени.

Зимой увеличивается активность симпато-адреналовой и гипофизарно-тире- оидной систем. Значительная выработка катехоламинов, возбуждение симпати­ческих нервов и повышенная продукция тиреоидных гормонов усиливают работу энергетических механизмов организма в условиях холодной температуры окружа­ющей среды и, следовательно, способствуют сохранению нормальной температу­ры тела.

В летнее время как у животных, так и у человека увеличивается выработка вазопрессина - нейрогормона, одной из функций которого является сохранение воды в организме. Это предохраняет организм от обезвоживания в жаркое время года.

Система кровообращения человека функционирует наиболее напряженно в холодное время года, поэтому сердечно-сосудистые патологии протекают цик­лично. У жителей северного полушария акрофаза смертности от сердечно-сосу­дистых заболеваний совпадает с январем. В южном полушарии наибольшая час­тота сердечно-сосудистых заболеваний приходится на июнь.

Иммунная система организма человека максимально напряжена зимой. Наи­более благоприятна для человека ранняя осень. Осенью у человека повышается обмен веществ и потребление кислорода, организм насыщается витаминами, а это улучшает метаболические процессы. Прохлада, наступающая после летней жары, повышает тонус нейроэндокринной регуляции функций. Стимулирующее влияние на человека оказывают факторы среды, воспринимаемые важнейшими анализаторными системами организма: яркие краски осенних растений, их аро­маты. Все эти факторы благоприятно действуют на человека.

Кроме сезонных и околосуточных биоритмов существуют и другие. Например, спортсмены-мужчины достигают наивысших результатов раз в три года, а женщи­ны-спортсменки - раз в два года. Колебания душевного состояния на протяжении всей жизни человека происходят с периодичностью в 6-7 лет. Каждый из этих пе­риодов характеризуется особым творческим подъемом.

Астрофизические факторы и биоритмы

Эволюция Земли и биосферы неразрывно связана с эволюцией космоса, в част­ности с Солнечной системой. Впервые серьезное внимание на связь явлений астро­физической природы с жизнью организмов обратили В. И. Вернадский и А. Л. Чи­жевский.

А. Л. Чижевский одним из первых проанализировал взаимосвязи проявле­ний солнечной активности - пятен на Солнце - с биологическими процессами, в частности, с эпидемическими заболеваниями. Он является основателем гелио­биологии*. Солнечная активность ритмически колеблется, потому что, во-первых, каждая активная область проходит определенный цикл развития и, во-вторых, во времени меняется количество пятен, т. е. взрывов на Солнце. Средний период ко­лебаний активности Солнца - 11 лет.

В годы максимальной солнечной активности увеличивается и активность ря­да вирулентных бактерий, поэтому учащаются эпидемии. Чаще возникают забо­левания сердечно-сосудистой системы: гипертонические кризы, инфаркт миокар­да, мозговые инсульты. В момент геомагнитных бурь возрастает число автокатас­троф и случаев травматизма на производстве.

А. Л. Чижевский считал, что повышение уровня солнечной активности выво­дит организм из состояния устойчивого равновесия и провоцирует болезненные состояния.

Луна также влияет на живые организмы. Вследствие ежемесячного движения Луны (лунный месяц - 28 суток) изменяется геомагнитное поле, что в свою оче­редь влияет на погоду и живые организмы. Особенно большое влияние оказыва­ет наложение солнечных и лунных приливов, когда Луна и Солнце располагают­ся примерно на одной прямой. Лунные биоритмы обнаружены у плоских червей, моллюсков, крабов, некоторых видов рыб и птиц.

Трудность изучения действия отдельных геофизических и астрофизических факторов на человека связана с тем, что они действуют комплексно и их трудно отличить друг от друга.