Биологические ритмы человека

    Для характеристики волнового процесса используют целый ряд показателей: период, мезор (уровень), амплитуду, фазу (акрофазу, ортофазу), частоту (рис. 35).

    Выделяют  четыре варианта изменений биоритмов.

    Вариант 1 (норма). Индивидуальные диаграммы характеризуются положением мезора в зоне доверительного интервала

    нормы, акрофаза и амплитуда ритма соответствуют  данным здорового человека. Наличие  такого варианта суточного ритма  указывает на сохранность временной  организации физиологического процесса.

    Вариант 2А. Положение акрофазы индивидуальной диаграммы в зоне доверительного интервала нормы. Амплитуда колебании снижена относительно нормы на 30%. Мезор близок к показателям нормы. Этот вариант отражает нарушения в процессах управления временной организации физиологических функций и свидетельствует о режиме перенапряжения.

    Вариант 2Б. Амплитуда колебаний выше нормы на 30%. Этот вариант свидетельствует о наличии активного поиска оптимального функционирования системы.

    Вариант 3. Положение акрофазы биоритма выходит за пределы доверительного интервала нормы. Отмечаются изменения амплитуды ритма в сторону как ее повышения, так и понижения. Эти изменения в показателях ритма указывают на временное рассогласование функций — десинхроноз.

    Вариант 4. Индивидуальные диаграммы имеют вид низкоамплитудных кривых. Амплитуда ритма не превышает 10-15% от нормы — это крайнее проявление десинхроноза.

    В процессе различных воздействий, будь то лечебные или иные воздействия, могут  происходить изменения в основных показателях биоритма. Совокупность этих изменений можно разделить на три качественных показателя (И.Е. Оранский, 1988):

    1. Изменения положительного характера:

    а) возникновение ритма там, где  он раньше отсутствовал;

    б) нормализация количественных показателей  — амплитуды и среднесуточного уровня. Эти изменения расцениваются как проявления синхронизирующего эффекта.

    2. Изменения отрицательного характера: дезорганизация ритма, резкое увеличение или уменьшение амплитуды колебаний и среднесуточного уровня. Эти изменения расцениваются как проявление десинхроноза.

    3. Отсутствие изменений: незначительные сдвиги в любом из показателей биоритма.

    Из  всего многообразия циклических процессов важное значение имеют суточные и сезонные ритмы. Это связано с тем, что суточная и сезонная периодичности присущи всем уровням биологической организации.

    Рассмотрим  вначале влияние на организм суточных ритмов. Наиболее ярким с точки зрения ритмичности феноменом Земли является чередование дня и ночи. Чередование света и темноты сопровождается синхронным изменением не только освещенности, но и температуры окружающей среды, а также гелиомагнитным излучением. Претерпевает изменения и спектровый состав света. Днем солнечный свет имеет максимум энергии в желто-зеленой, а свет неба — в фиолетово-голубой части спектра. В сумерки уменьшается освещенность, а вместе с нею уменьшается процент ультрафиолетовых лучей. Отчетливой изменчивостью отличается суточный ход температуры и влажности, наименьшей ритмичностью — атмосферное давление.

    По  данным Д. Ассмана (1966), понижение атмосферного давления оказывает возбуждающее действие на симпатическую нервную систему, повышает восприимчивость к инфекционным заболеваниям, подавляет настроение и снижает трудоспособность, и, напротив, повышение атмосферного давления вызывает возбуждение парасимпатической нервной системы. Приведенный пример показывает сложность и многогранность влияния природных факторов.

    К настоящему времени у человека обнаружено более трехсот ритмически меняющихся с периодом около 24 ч физиологических функций.

    Впервые Халберг (1959) ввел понятие циркадианных ритмов, т. е. околосуточных. В настоящее  время считается, что в свободно текущем состоянии период циркадианного ритма человека составляет 25,0 ± 0,5 ч и не зависит от того, выполняется ли тяжелая физическая работа или соблюдается постельный режим. Основные суточные ритмы человека:

    1. Умственная и физическая работоспособность. В часы дневного бодрствования человека уменьшается время реакции на зрительный и слуховой раздражители, увеличивается скорость и точность переработки информации. Физический труд также эффективнее днем, чем ночью, так как днем координация движений, лабильность нервно-мышечного аппарата, сила мышц и их выносливость выше.

    2. Дыхание. Суточные ритмы частоты, глубины и минутного объема дыхания у человека имеют максимумы в дневные часы, причем максимумы скорости вдоха и выдоха приходятся на вторую половину дня.

    3. Сердечно-сосудистая система. Четкой суточной периодикой обладают все показатели функции кровообращения. Максимум частоты сердечных сокращений у человека в состоянии покоя приходится на вторую половину дня. Сократительная функция миокарда, ударный и минутный объем кровообращения, мощность сердечных сокращений также выше в дневное время. Диастолическое давление нередко бывает выше ночью и утром. Реактивность кровеносных сосудов к суживающим и расширяющим агентам максимальна в дневное время.

    4. Метаболические процессы. Один из показателей углеводно-липидного обмена — отношение потребляемого кислорода к выделяемому СО₂ — равен единице днем и понижается ночью. Повышенная способность организма к утилизации углеводов в первой половине дня проявляется в увеличении толерантности к нагрузке глюкозой. Максимальная мобилизация липидов отмечается вечером и ночью. Наибольшее содержание триглицеридов и холестерина в сыворотке крови наблюдается днем, а содержание в ней суммарной фракции липопротеидов низкой и очень низкой плотности — вечером.

    Для устойчивых биоритмов белкового  обмена характерно преобладание катаболических процессов в период активности организма  и анаболических - во время покоя. Экскреция мочевины повышается днем. Выведение с мочой воды, натрия, калия, кальция, хлоридов и других неорганических веществ совпадает с периодом наибольшей активности организма.

    Ведущую роль в координации всех этих циклических  процессов играют циркадианные ритмы  активности механизмов нервной  эндокринной регуляции. Практически все ее звенья (высшие отделы ЦНС, вегетативная нервная система, гипоталамическая секреция рилизинг-факторов, секреция гормонов гипофиза, функциональная реактивность периферических желез, емкость транспортной системы крови, метаболизм и т. д.) имеют свои биоритмы и определяют суточные колебания концентрации гормонов, запуская тем самым биоритмы других физиологических показателей. Это относится и к суточным колебаниям тонуса вегетативной нервной системы, тесно связанной со сменой фаз сна и бодрствования. При этом уровень адреналина, норадреналина и продуктов их обмена в моче и катехоламинов в крови выше днем, чем ночью.

    Суточные  ритмы активности гипофиза проявляются  в колебаниях активности тройных  гормонов. Максимум их секреции имеет  место во время ночного сна. В  первой половине ночи возрастает уровень тиреотропного гормона в крови. Колебания концентрации адренокортикотропного гормона характеризуется несколькими подъемами во второй половине ночи. Максимум содержания в крови гормонов, вырабатываемых периферическими эндокринными железами, или совпадает с повышением содержания тройных гормонов, или отстает от него на 2-3 ч.

    Например, концентрация глюкокортикоидов в плазме крови человека достигает максимума  перед пробуждением; в этот же период времени нарастает и содержание в крови андрогенов. Концентрация тиреоидных гормонов максимальна во второй половине ночи, а концентрация альдостерона у человека выше в утренние часы.

    Выраженные  циркадные ритмы имеются также  со стороны факторов иммунитета, в  том числе фагоцитоза, содержания в крови Т- и В-лимфоцитов, активности комплемента.

    Суточные  колебания различных функций  организма образуют единый ансамбль, в котором прослеживается строго упорядоченная последовательность в активизации поведенческих, физиологических  и метаболических процессов. В основе временной координации ритмов лежит принцип, согласно которому колебания уровня функционирования различных систем организма, как правило, бывают синхронизированными по фазе с ритмами функциональных возможностей этих систем.

    Условно суточный цикл можно разделить на три фазы, характеризующиеся преобладанием определенных эндокринных и метаболических процессов (Н.Р. Деряпа и др., 1985).

    I фаза Восстановления, которая охватывает у человека первую половину сна. В эту фазу отмечается повышение секреции соматотропного гормона (СТГ), пролактина, тиреотропного гормона (ТТГ), лютеинизирующего гормона (ЛГ), т. е. гормонов с преимущественно анаболическим действием. Одновременно увеличивается митотическая активность клеток, которым свойственно непрерывное самообновление. Преобладание парасимпатических влияний в конце активного периода способствует накоплению гликогена в печени, который расходуется во время сна на биоэнергетические потребности организма при отсутствии внешних поступлений биоэнергетических субстратов. На электроэнцефалограмме (ЭЭГ) в этот период преобладают стадии медленно-волнового сна.

    Наряду  со структурно-функциональным восстановлением  первая половина сна играет важную роль в процессах долговременного  запоминания информации, накопленной  в активный период. Предполагают, что повышенная секреция СТГ во время медленно-волнового сна активизирует синтез белков в мозге и способствует формированию долговременной памяти.

    II фаза Подготовки к активной деятельности протекает во второй половине сна и в начале периода бодрствования. Этот период характеризуется увеличением доли парадоксальных стадий сна, которые играют важную роль в творческой переработке и упорядочивании накопленной информации. Синхронно с наступлением парадоксального сна увеличивается секреция АКТГ и кор-тикостероидов. Активация гипоталамо-гипофизарной системы реципрокно подавляет секрецию СТГ, ЛГ и ТТГ. Увеличение уровня кортикостероидов снижает митотическую активность клеток. В отличие от пептидных гормонов, у стероидных гормонов многие метаболические эффекты реализуются после значительного латентного периода. Поэтому метаболические изменения, вызванные повышением уровня стероидных гормонов, наблюдаются только через 4-6 ч после пика концентрации глюкокортикоидов в крови.

    III фаза Активности по нейрофизиологическим критериям характеризуется высоким уровнем бодрствования, что выражается в преобладании высокочастотных ритмов ЭЭГ, повышенной нервной, моторной и вегетативной реактивностью организма на внешние воздействия. В этот период характерно усиление функциональной активности симпатико-адреналовой системы. Гормоны и нейромедиаторы этой системы играют важную роль в стимуляции сердечной деятельности, мобилизации биоэнергетических субстратов в формировании эмоциональных реакций организма и улучшении процессов обучения. Адреналин и норадреналин существенно подавляют митотическую активность клеток.

    Биологические ритмы, как и любое свойство организма, обладают индивидуальными особенностями. Разнообразие кривых суточного ритма  определяется, с одной стороны, внешними условиями, с другой — внутренними свойствами организма: состоянием здоровья, возрастом, конституциональными особенностями.

    В приложении к человеку широкое распространение  получила биоритмологическая классификация, основанная на индивидуальных различиях по фазам максимальной умственной и физической работоспособности.

    Люди, относящиеся к  утреннему типу («жаворонки»), предпочитают работать в первой половине дня, их суточные ритмы, прежде всего температура тела, имеют максимумы, смещенные на более ранние часы относительно среднестатистических значений. «Жаворонки» быстро засыпают и просыпаются примерно в одни и те же утренние часы независимо от времени отхода ко сну. При позднем засыпании у них значительно сокращается продолжительность сна, а по субъективным оценкам это приводит к ухудшению функционального состояния организма.

    Люди, относящиеся к  вечернему типу («совы»), наоборот, более работоспособны во второй половине дня и даже ночью. Максимум температурного режима у них смещен на более поздние часы. «Совы» засыпают более длительное время, но продолжительность сна у них всегда остается постоянной. Поэтому независимо от времени отхода ко сну они чувствуют себя хорошо отдохнувшими и сохраняют высокую работоспособность.

    Немецкий  исследователь Хамп в группе из 400 обследованных выявил у 52% преобладание того или иного типа «деловой активности»: из них 35% он отнес к «вечерним» типам и 17% — к «утренним». Наибольший процент лиц «утреннего» типа (28%) он выявил среди служащих; среди работников умственного труда преобладали лица «вечернего» типа, тогда как среди рабочих, занятых физическим трудом, почти 50% составили «аритмики».