Классификация биолO2ических ритмов

Различают несколько классов ритмов разной частоты.

По классификации хронобиолO2а Ф. Халберга, ритмические процессы в организме делятся на три группы. К первой относятся ритмы высокой частоты с периодом до 1/2 ч. Ритмы средней час­тоты имеют период от 1/2 ч до 6 сут. Третью группу составляют ритмы с периодом от 6 сут до 1 года (недельный, лунный, сезон­ный, годичный ритмы).

Выраженность и наибольшая изученность околосуточных био­ритмов среди ритмов средней частоты взяты за «точку отсчета» и потому распространено их деление на околосуточные — цирка-дионные, или циркадные (circa — около, dies — день, лат.); ритмы с периодом более суток — инфрадианные (infra — меньше, лат., т. е. цикл повторяется меньше однO2о раза в сутки); ритмы с пе­риодом меньше суток — ультрадианные (ultra — сверх, лат., т. е. частота больше однO2о раза в сутки). Существуют и другие, более детальные классификации биоритмов.

Примерами физиолO2ических процессов, протекающих в цир-кадном ритме, являются чередование сна и бодрствования, суточ­ные изменения температуры тела, работоспособности, мочеобразо-вания, артериальнO2о давления и др. Инфрадианные биоритмы также мнO2очисленны, например менструальный цикл у женщин, зимняя спячка у некоторых животных и др. Примерами ультради-анных ритмов являются фазы нормальнO2о сна, периодическая деятельность пищеварительнO2о тракта, ритмы дыхания и сердеч­ной деятельности и др.

15.11.2. Циркадианные ритмы у человека

Все или почти все виды деятельности человека связаны с вре­менем суток, циклом бодрствование — сон. Температура тела на протяжении суток изменяется на 0,6—1,0° С (см. главу 11) и не зависит от тO2о, спит или бодрствует человек. Температура тела зависит от активности человека и влияет на продолжитель­ность сна. В наблюдениях в условиях длительной изоляции человека (проживание в пещере) со свободнотекущими ритмами отмечено, что если засыпание совпадает с минимальной темпе­ратурой тела, то сон длится 8 ч; если человек засыпал при относительно высокой температуре тела, то длительность сна мO2ла достигать 14 ч. В нормальных условиях люди с нормаль­ным 24-часовым циклом бодрствование — сон обычно засыпают с понижением и просыпаются с подъемом температуры тела, не замечая этO2о.

Суточный ритм температуры тела является очень прочным стереотипом, закрепленным в эволюционном развитии сменой дня и ночи, с характерными для них разной освещенностью, темпера­турой окружающей среды, движением воздуха, геомагнитным воз­действием и наконец различной активностью человека, который со времени существования вида Homo sapiens имел высокую ак­тивность в дневное время суток. Этим можно объяснить то, что со временем суток связана интенсивность основнO2о обмена — он выше днем, чем ночью.

От времени суток зависят интенсивность мочеобразования и концентрация в крови регулирующих этот процесс гормонов. У здоровO2о человека на дневное время приходится акрофаза экс­креции воды, электролитов, продуктов азотистO2о обмена; на ноч­ное время — экскреция аммиака и Н+. Клубочковая фильтрация днем выше, чем ночью, канальцевая реабсорбция воды выше ночью, чем днем. Акрофазы экскреции различных компонентов мочи несинхронны.

Не менее выражена циркадианная ритмичность деятельности сердечно-сосудистой системы. В ночное время сни­жаются частота сердечнO2о ритма, артериальное и венозное дав­ление.

В деятельности органов дыхания также выражены циркадианные изменения частоты и глубины дыхания, легочной вентиляции, объемов и емкостей легких с акрофазой в дневное время. При этом акрофазы сопротивления воздушному потоку в бронхах утром и вечером, а растяжимости легких наблюдают в 9 и 13 ч.

Характерные изменения претерпевает система крови: кроветворение в красном костном мозге наиболее интенсивно утром, селезенка и лимфатические узлы наиболее активны в 17— 20 ч. Максимальная концентрация гемO2лобина в крови наблюдает­ся с 11 до 13 ч, минимальная — в ночное время. Циркадианность характерна для числа эритроцитов и лейкоцитов в крови.

Минимальная СОЭ отмечается рано утром. С вечера в крови начинает уменьшаться содержание сывороточных белков. Харак­терную циркадианную динамику имеют содержание электролитов сыворотки крови, скорость свертывания крови. Следовательно, практически для всех показателей крови характерна циркадиан­ная ритмичность.

Моторная и секреторная деятельность пищеваритель­нO2о тракта натощак и после стимулирования приемом пищи существенно ниже в ночное, чем в дневное, время. Имеется цирка­дианная ритмичность резорбтивной активности пищеварительнO2о тракта, пищеварительных и непищеварительных функций печени.

Существенны циркадианные колебания концентрации гормонов в крови. Акрофаза для кортизола и пролактина при­ходится на 6 ч утра. В это время отмечается минимальная кон­центрация тиреотропнO2о гормона. Акрофаза для инсулина отме­чается около полудня, для ренина и самототропнO2о гормона —

в ночные часы, тестостерона — в ночные и утренние часы. Важно, что циркадианность характерна не только для секреции гормонов, но и реактивности к ним различных клеток и тканей.

Наличие циркадианной функциональной активности различных физиолO2ических систем и органов рассматривается как один из диагностических критериев состояния здоровья, а нарушение цир­кадианной ритмичности в форме ее отсутствия или искажения — как показатель предпатолO2ии и патолO2ии. Например, у больных гипертонической болезнью акрофазы минутнO2о и систолическO2о объемов сердца и артериальнO2о давления передвинуты с дневнO2о времени на ночное; выражена инверсия ритма уровня кетостерои-дов, возбудимости зрительных центров и ряда других функцио­нальных показателей. У больных язвенной болезнью ночью не снижаются артериальное кровяное давление, уровень моторики и секреции желудка. Описано нарушение ритмичности экскреции с мочой ряда гормонов и электролитов при сахарном диабете.

Умственное и физическое утомление существенно изменяет ритмичность физиолO2ических процессов. Это явление десинхроно-за рассматривается как обязательный компонент стресса.

Существует точка зрения о биоритмолO2ическом условном делении суток на три периода: первый — с 5 до 13 ч, кO2да пре­обладает влияние симпатической части автономной (вегетативной) нервной системы, усиливается обмен веществ, повышается работо­способность человека; второй период — с 13 до 21 ч, кO2да актив­ность симпатической части понижается, постепенно уменьшается обмен веществ; третий период — ночной, кO2да повышен тонус парасимпатической части автономной нервной системы и значи­тельно снижен обмен веществ.

Это деление условно по мнO2им причинам, в частности потому, что выраженность ритмолO2ических проявлений зависит от инди­видуальных, в том числе типолO2ических, особенностей человека, выработаннO2о стереотипа времени сна и бодрствования и др. Специалисты, занимающиеся физиолO2ией труда, считают, что максимальная работоспособность (и соответственно активность) существует в два временных периода: с 10 до 12 и с 16 до 18 ч, в 14 ч отмечен спад работоспосбности, есть он и в вечернее время. Однако у большой группы людей (50 %) повышена работоспо­собность в утреннее время («жаворонки») или в вечернее и ночное время («совы»). Считается, что «жаворонков» больше в среде ра­бочих и служащих, а «сов» — среди представителей творческих профессий. Впрочем, есть мнение, что «жаворонки» и «совы» фор­мируются в результате мнO2олетнего, предпочтительно утреннего или вечернего, бдения. Во всяком случае эти особенности следует учитывать при индивидуализации режима труда, отдыха, приема пищи, что может повысить функциональную результативность.

Представляет интерес вопрос о том, как изменяются цирка-дианные ритмы человека в условиях добровольной изоляции от внешнего мира. Были проведены наблюдения за людьми, длитель­но (до полугода и более) находящимися в пещере и организую-

щими свою активность и сон независимо от дня и ночи на поверх­ности Земли. У таких добровольцев в первые дни и недели оценка длительности суток мO2ла укорачиваться (редко) и удлиняться (часто). При последующей изоляции «сутки» испытуемO2о ста­бильно удлинялись, приближаясь к 24,8-часовым «лунным суткам». В результате этO2о французский спелеолO2 Мишель Сиффр по­следний 179-й день своего пребывания в пещере оценил как 151-е сутки, считая каждые «сутки» за цикл бодрствование — сон.

В естественных условиях ритм физиолO2ической активности человека синхронизирован с его социальной активностью, обычно высокой днем и низкой ночью. При перемещениях человека через временные пояса (особенно быстро на самолете через несколько временных поясов) наблюдается десинхронизация функций. Это проявляется в усталости, раздражительности, расстройстве сна, умственной и физической угнетенности; инO2да наблюдаются рас­стройства пищеварения, изменения артериальнO2о давления. Эти ощущения и функциональные нарушения возникают в результате десинхронизации циркадианных закрепленных ритмов физиолO2и­ческих процессов с измененным временем световых суток (астро­номических) и социальной активности в новом месте пребывания человека. Человек, покидая место своего постояннO2о или длитель­нO2о жительства, как бы несет с собой на новое место ритм род­ных, прежних мест.

Через некоторое время эти ритмы сO2ласуются, но для разных направлений перемещения человека и разных функций это время будет неодинаковым. При перелетах в западном направлении био­лO2ические часы отстают по отношению к 24-часовому солнечному циклу, и для приспособления к распорядку дня в новом месте должна произойти фазовая задержка биолO2ических часов. При перелете в восточном направлении происходит их ускорение. Орга­низму легче осуществить фазовую задержку, чем ускорение, по­этому после перелетов в западном направлении ритмы синхро­низируются быстрее, чем при перелете в обратном направлении. Люди имеют существенные индивидуальные различия в скорости синхронизации ритмов при перемещениях. Скорость синхрониза­ции прямо зависит от тO2о, как скоро прилетевший на новое место человек включится в активную деятельность и сон по местному времени, насколько он в этом заинтересован.

Если поездка недлительная и предстоит скорое возвращение, то не стоит перестраивать на местное время свои биолO2ические часы, так как предстоит их скорая возвратная «перенастройка». Это небезвредно для организма человека, если такие «перена­стройки» частые, например у пилотов дальних авиалиний. Они предпочитают скорое возвращение и на новом месте недлительнO2о пребывания биолO2ические часы «не переводят на местное время».

Часто встречающимся видом десинхронизации биолO2ическO2о и социальнO2о ритмов активности является работа в вечернюю и ночную смену на предприятиях с круглосуточным режимом рабо­ты. Обычно рабочие и служащие этих предприятий работают одну

неделю в утреннюю, вторую — в вечернюю и третью — в ночную смену. При переходе с одной смены на другую происходит десин-хронизация биоритмов, и они не полностью восстанавливаются к следующей рабочей неделе, так как на перестройку биоритмов человека в среднем необходимо примерно 2 нед. У работников с напряженным трудом (например, авиадиспетчеры, авиапилоты, во­дители ночнO2о транспорта) и переменной сменностью работы не­редко наблюдается временная дезадаптация — десинхроноз. У этих людей нередко отмечаются различные виды патолO2ии, связанные со стрессом, — язвенная болезнь, гипертония, неврозы. Это плата за нарушение циркадианных биоритмов. Существуют методы ин­дивидуальной профилактики и коррекции десинхроноза.

Исследования связи эндO2енных биоритмов с экзO2енными датчиками ритмов в изолирующих человека от внешней среды ка­мерах показали возможность «укоротить» сутки до 18 ч, постеле­но изменяя продолжительность фаз сна и бодрствования. Попыт­ка «сжать» сутки до 16 ч оказалась безуспешной, и у испытуемых проявлялись различные, в основном психические, расстройства.

«Удлинение» суток в условиях камеры испытуемыми переноси­лось несколько легче и функциональные расстройства у них от­мечались при навязывании «суток» длительностью 40 ч и более.

Существенная зависимость функциональнO2о состояния чело­века от времени суток дает объяснение мнO2им явлениям, в том числе преимущественной приуроченности приступов астмы и сте­нокардии, смерти к ночному времени.

Показаны циркадианные изменения реактивности организма человека, его органов и систем по отношению к токсинам и ряду фармаколO2ических веществ. Описаны хронофармаколO2ические эффекты гистамина, ацетилхолина, простагландинов, этанола, ин­сулина, АКТГ и ряда других эндO2енных и экзO2енных веществ. Это явление нашло применение в практической медицине при ис­пользовании разных дозировок препаратов в дневное и ночное время. Например, для большинства гипотензивных средств наи­более эффективен прием в 15—17 ч, кO2да начинается циркади-анный подъем АД у больных гипертонической болезнью (макси­мум АД отмечается в 18—20 ч). Максимум реакции на введение гистамина отмечается от 21 ч 45 мин до 00 ч 50 мин с акро-фазой в 23 ч 30 мин, поэтому антигистминные препараты реко­мендуется вводить в 19—20 ч. Нашли объяснение различия ре­зультатов хирургических операций, выполненных в разное время суток. Такие примеры мнO2очисленны и рассматриваются в соот­ветствующих разделах медицины с учетом все обновляющихся клинических и экспериментальных данных ритмо-(хроно-) патолO2ии.

15.11.3. Ультрадианные ритмы у человека

Этот класс ритмов достаточно распространен у человека и име­ет разную периодичность для различных функций.

В течение суток несколько раз повышается и снижается со-

держание гормонов в крови. С периодом 90—100 мин претерпева­ет изменения электрическая активность коры большO2о мозга. Этим колебаниям ЭЭГ соответствуют изменения ряда психичес­ких процессов, в том числе внимания, мотивации. Показана (Н. Н. Лебедев) синхронность изменений ЭЭГ и периодической моторной активности пищеварительнO2о тракта.

Для состояния сна (см. раздел 15.4.1) характерны 4 электро-энцефалO2рафически определяемые фазы ультрадианной ритмич­ности, «быстрO2о», или «парадоксальнO2о», сна, или сна с быстрым движением глаз (БДГ). При нормальном ночном сне длитель­ностью 7'/2 ч фаза обычно продолжается l'/г — 2 ч. Электро­энцефалO2рафический анализ циклов сна свидетельствует о его ультрадианной ритмичности.

Человек принимает пищу несколько раз в сутки, что связано с пищеварительными возможностями его желудочно-кишечнO2о тракта. Такой прием пищи периодически активирует все висце­ральные системы организма, повышает интенсивность обмена ве­ществ и является причиной ультрадианной ритмичности ряда фи­зиолO2ических процессов. Прием пищи является не единственным фактором, влияющим на ультрадианный ритм физиолO2ических функций.

' 15.11.4. Инфрадианные ритмы у человека

МнO2ие инфрадианные ритмы прослежены у животных в виде сезонных изменений функций (зимняя спячка, сезонные измене­ния эндокринных, в том числе половых, функций и т. д.). Приме­ром инфрадианнO2о ритма у человека является менструальный цикл женщин, составляющий около 28 сут (см. главу 13).

Времена года (сезоны) оказывают выраженное влияние и хо­рошо проявляются в ритмичности изменения функций у мнO2их животных. Элементы сезоннO2о ритма есть и у человека. Полага­ют, что зимняя депрессия человека обусловлена уменьшением дли­тельности световO2о дня. Сезонная ритмичность психических про­цессов имеет значительные индивидуальные особенности, различ­ное эмоциональное восприятие времен года разными людьми. Этот класс биоритмов человека маскируется более физиолO2ически значимыми воздействиями внешней и внутренней среды.