Биологические ритмы и работоспособность

Биологические ритмы  с периодом, равным одному году (циркануальные), традиционно называют сезонными  ритмами. Несмотря на прогресс в разработке средств защиты от резких перепадов  параметров окружающей среды, у человека обнаруживаются годичные колебания биохимических, физиологических и психофизиологических процессов. Сезонные биоритмы, охватывая, по существу, все функции, отражаются на состоянии организма в целом, на здоровье и работоспособности человека.

Комплекс внешних и  внутренних причин, вызывающих циркануальные ритмы, можно разделить условно на три группы по механизму действия.

1. Адаптивные изменения  функционального состояния организма,  направленные на компенсацию  годичных колебаний основных  параметров окружающей среды  и прежде всего температуры, а также качественного и количественного состава пищи.

2. Реакция на сигнальные  факторы среды – продолжительность  светового дня, напряженность  геомагнитного поля, некоторые химические  компоненты пищи. Факторы среды,  играющие роль сезонных «датчиков времени», способны вызывать значительные морфофункциональные перестройки организма.

3. Эндогенные механизмы  сезонных биоритмов. Действие  этих механизмов носит адаптивный  характер, обеспечивая полноценное  приспособление организма к сезонным  изменениям параметров окружающей среды.

Сопряженность сезонных изменений освещенности, температурных  условий окружающей среды и состава  пищи затрудняет разделение их роли в  формировании циркануальных ритмов физиологических систем организма. Следует отметить существенное значение социальных факторов в формировании сезонных биоритмов у человека.

Сезонные колебания в характере  поведенческих реакций человека:

• В процессе питания  общая калорийность пищи возрастает в осенне-зимний период. Причем летом  увеличивается потребление углеводов, а зимой – жиров. Последнее приводит к возрастанию в крови общих липидов, триглицеридов и свободных жиров. Существенное влияние на изменение функционального состояния организма в разные сезоны года оказывает витаминный состав пищи.

• Интенсивность энергетического обмена больше в зимне-весенний период по сравнению с летом, а теплоотдача с поверхности кожи имеет обратную направленность. В зависимости от сезона года отмечается значительная разница в терморегуляторной реакции организма на тепловую и холодовую нагрузку. Устойчивость по отношению к тепловым нагрузкам возрастает летом и снижается зимой. Четкая сезонная периодичность характерна для интенсивности процессов роста. Максимальный прирост массы тела у детей наблюдается в летние месяцы.

• Имеются многочисленные данные о сезонных колебаниях в нейроэндокринной системе. Так, активность парасимпатического отдела вегетативной нервной системы  максимальна в весенние месяцы. В  это же время возрастает концентрация в крови тропных гормонов гипофиза. Активность щитовидной железы увеличивается в зимние месяцы. Глюкокортикоидная функция надпочечников минимальна летом, а активность симпатоадреналовой системы имеет пик в зимние месяцы.

• Сезонную динамику репродуктивной функции связывают с фотопериодизмом (колебаниями продолжительности светлого и темного времени суток). С удлинением ночи происходит увеличение выработки мелатонина эпифизом, который, в свою очередь, приводит к угнетению гонадотропной функции гипоталамо-гипофизарной системы.

• Согласно многочисленным наблюдениям, функциональная активность сердечно-сосудистой системы выше в весенние месяцы. Это проявляется в более высоких показателях частоты сердечных сокращений, артериального давления, сократительной функции миокарда. Комплексные исследования кровообращения, дыхания и крови показывают, что сезонные колебания характерны для кислородтранспортной системы организма и определяются, по-видимому, колебаниями интенсивности энергетического обмена.

Сезонные колебания  интенсивности энергетического  обмена и активности нейроэндокринной системы вызывают закономерные колебания в деятельности различных физиологических систем организма. Наблюдения за состоянием и поведением человека обнаруживают сезонные изменения работоспособности. Так, уровень физической работоспособности минимален зимой и максимален в конце лета – начале осени.

 

2. Характеристики биоритмов

 

В основе всякой ритмики лежит периодический  волновой процесс. Для характеристики биоритма важны следующие показатели: период, уровень (мезор), амплитуда, фаза, частота и др. (рис. 1).

1. Период ритма рассчитывают  как длительность одного полного  цикла ритмических колебаний  в единицах времени.

2. Уровнем (мезором) принято считать  среднюю величину функции, изучаемой  в течение одного биологического  цикла.

3. Амплитуда – это половина разности между наибольшим и наименьшим значениями кривой ритма в течение одного биологического цикла.

4. Фаза характеризует  положение колеблющейся системы  в каждый данный момент времени.  При этом время наибольшего  подъема функций определяется  как акрофаза, а время наибольшего  спада процесса – как батифаза.

5. Количество циклов, совершающихся в единицу времени, называют частотой.

Помимо этих показателей, каждый биологический ритм характеризуется  формой кривой, которую анализируют  при графическом изображении  динамики ритмически меняющихся явлений (хронограмма, фазовая карта и  др.). Простейшая кривая, описывающая биоритмы, – это синусоида. Однако, как показывают результаты математического анализа, структура биоритма бывает, как правило, более сложной.

Истинно периодическими колебания могут быть только в  стационарном режиме. Колебания обычно не сразу достигают стационарного состояния, а начиная с момента возникновения, приближаются к нему асимптотически. Это позволяет считать, что биоритм, у которого существует промежуточный режим – переходный период, – является процессом, способным к регуляции.

 

Рисунок 1 - Схематическое изображение биоритма и его основные показатели

 

 

3. Теория «Трех ритмов»

 

В последние годы широкую  популярность приобрела теория "трех ритмов", в основе которой лежит  теория о полной независимости этих многодневных ритмов, как от внешних факторов, так и от возрастных изменений самого организма. Пусковым механизмом этих исключительных ритмов является только момент рождения (по другим вариантам – момент зачатия) человека. Родился человек, и возникли ритмы с периодом в 23, 28 и 33 суток, определяющие уровень его физической, эмоциональной и интеллектуальной активности. Графическим изображением этих ритмов является синусоида. Однодневные периоды, в которые происходит переключение фаз ("нулевые" точки на графике) и которые якобы отличаются снижением соответствующего уровня активности, получили название критических дней. Если одну и ту же "нулевую" точку пересекают одновременно две или три синусоиды, то такие "двойные " или "тройные " критические дни особенно опасны.

Многократные исследования, проведенные с целью проверки этой гипотезы, не подтвердили, однако, существование этих сверхуникальных биоритмов. Сверхуникальных потому, что у животных аналогичных ритмов не выявлено; никакие известные биоритмы не укладываются в идеальную синусоиду; периоды биоритмов не постоянны и зависят как от внешних условий, так и от возрастных изменений; в природе не обнаружено явлений, которые являлись бы синхронизаторами для всех людей и в то же время были "персонально " зависимы от дня рождения каждого человека.

Специальные исследования колебаний функционального состояния людей показали, что они никак не связаны с датой рождения. Подобные исследования спортсменов, проведенные в нашей стране, в США и других странах, не подтвердили связи уровня работоспособности и спортивных результатов с ритмами, предлагаемыми в гипотезе. Показано отсутствие всякой связи различных несчастных случаев на производстве, аварий и других дорожно-транспортных происшествий с критическими днями людей – виновников этих событий. Проверены также методы статистической обработки данных, свидетельствовавших якобы о наличии трех ритмов, и установлена ошибочность этих методов. Таким образом, гипотеза "трех биоритмов" не находит подтверждения. Однако ее появление и разработка имеют положительное значение, так как привлекли внимание к актуальной проблеме – исследованию многодневных биоритмов, отражающих влияние на живые организмы космических факторов (Солнца, Луны, других планет) и играющих важную роль в жизни и деятельности человека.

 

4. Влияние биологических ритмов на физическую работоспособность человека

 

Имея понятия об основных биологических ритмах, можно рассмотреть данные о циркадианной периодичности одного из аспектов поведения, который можно назвать работоспособностью. Под этим понимаются показатели эффективности при выполнении различных заданий, требующих совершения нужных движений в результате восприятия и переработки головным мозгом определенной сенсорной информации.

Колебания умственной работоспособности  в период бодрствования изучались, по меньшей мере, на протяжении последних 100 лет. Еще Эббингауз в 1885 г. отметил, что запоминание бессмысленных слогов обычно быстрее происходит утром — по, его мнению, из-за того, что «в более поздние часы умственные силы и восприимчивость снижены». С другой стороны, Бехтерев утверждал, что психические процессы утром замедлены, а вечером — ускорены, причем скорость их протекания минимальна в послеполуденное время. Об этом послеполуденном снижении говорил также Крепелин, который связывал его с приемом пищи. Обстоятельно изучив «кривую работоспособности», он тоже заметил подъем в утренние часы, но в отличие от Эббингауза заключил, что наблюдавшийся спад и сопутствующие явления «отнюдь не свидетельствовали об утомлении», поскольку они «исчезали спустя 2—3 часа, даже если работа продолжалась».

Таким образом, даже в  самых ранних работах встречаются  упоминания о двух различных тенденциях на протяжении дня, а также о «спаде после ленча» (после полудня). Утомление  было признано важным фактором, хотя его  конкретное проявление во времени представлялось спорным.

Рассмотрим влияние  месячного, недельного и суточного  цикла на работоспособность организма  человека.

Месячный цикл в отличие  от недельного существует объективно  в окружающей нас природе. Это  так называемый сидерический месяц - 27 1/3 дня - период вращения Луны вокруг Земли и 29 1/2 дня - синодический месяц - время от одного новолуния до другого.

Известно,  что основное действие Луны на Землю связано с  взаимодействием их масс (закон всемирного тяготения), проявляющихся в виде приливов и отливов в реках и морях, а так же с экранированием Земли Луной от электромагнитного излучения солнца или дополнительным потоком в виде отраженного света. Это важно знать и учитывать гипертоникам и гипотоникам. Итак, гипертоникам надо остерегаться полнолуния, когда кровь максимально приливает к голове, а гипотоникам - новолуния, когда кровь отливает к ногам. На смене лунных фаз необходимо делать перерывы в работе, для восполнения сил, а также делать кратковременные перерывы в работе на пиках фаз.

 Поэтому, желательно, в течение месячного цикла  планировать нагрузку на работе, в соответствии, с биологическими  ритмами, т.к. в критические  дни цикла снижается работоспособность  и ухудшается общее самочувствие  организма.

В недельных ритмах подчеркнуто, выражен социальный (экзогенный) компонент - недельный ритм работы и отдыха, в соответствии с которым изменяются функциональные отправления нашего организма. 
              Динамика работоспособности испытывает влияние недельного ритма: в понедельник происходит врабатываемость после выходных дней, максимум работоспособности наблюдается в середине недели, а к пятнице уже накапливается усталость, утомление и работоспособность падает. Следовательно, в понедельник и пятницу рабочую нагрузку стоит уменьшить за счет других рабочих дней. Недельному биоритму подвержены не только физиологические, но и психические процессы, а точнее целостное протекание тех и других. Поэтому особенно удачным распорядком оказывается тот, когда попеременно усиливается то физическая, то интеллектуальная активность человека. Недельный ритм упорядочил трудовую деятельность, приспособив ее к физическим возможностям и потребностям организма. Ритм этот не случаен, и борьба с ним - это борьба человека с его же собственными, но еще не познанными законами.

Конечно, нельзя жить строго по расписанию, но учитывать особенности  каждого дня и, сообразуясь с  этим, контролировать себя вполне возможно. Распределяя рабочую нагрузку, следует  учитывать следующее:

а) не стоит планировать  сильные нагрузки в понедельник. Понедельник – день конфликтов, инфарктов и инсультов;

б) дни активных действий – вторник, среда, четверг;

в) пятница – день спокойной, рутинной работы, не требующей нагрузки и напряжения.

Смена дня и ночи, времени  года приводит к тому, что органы человека также ритмично изменяют свою активность. Суточный цикл, один из основных циклов, влияющих на работоспособность человека.

Самочувствие человека во многом зависит от того, насколько  режим труда и отдыха соответствует  его индивидуальным биоритмам. Активизация органов подчиняется внутренним биологическим часам. При энергетическом возбуждении организма происходит взаимодействие главных органов, подстройка их друг под друга, и под изменения окружающей среды. Полный цикл энергетического возбуждения органов завершается примерно за 24 часа. Причем максимальная активность органов длится около двух часов. Именно в это время органы человека лучше поддаются лечебному воздействию.

Ниже приводится время  максимальной активности человека в  его суточном биоритме:

• печень - с 1 до 3 часов ночи;
• легкие - с 3 до 5 часов утра;
• толстая кишка - с 5 до 7 часов утра;
• желудок - с 7 до 9 часов утра;
• селезенка и поджелудочная железа - с 9 до 11 часов утра;
• сердце - с 11 до 13 часов дня;
• тонкая кишка - с 13 до 15 часов дня;
• мочевой пузырь - с 15 до 17 часов дня;
• почки - с 17 до 19 часов вечера;
• органы кровообращения, половые органы - с 19 до 21 часов вечера;
• органы теплообразования - с 21 до 23 часов ночи;
• желчный пузырь - с 23 до 1 часу ночи.