Сезонные (циркануальные) ритмы
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.
Основы циркануальных ритмов. 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. 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.
Установлено влияние лунных циклов: замечено, что в полнолуние приходятся периоды максимальной эмоциональной приподнятости у людей, а 28-дневный женский цикл, возможно, унаследованный от предков млекопитающих, у которых синхронно с изменением фаз Луны менялась и температура тела.
Одни биоритмы относительно самостоятельные (например, частота сокращений сердца, дыхания), другие связаны с приспособлением организма к геофизическим циклам - суточным (колебания обмена веществ, двигательной активности), приливным, годовым и т.д. Разработана теория так называемых расчетных низкочастотных ритмов: физического - с периодом 23 дня, эмоционального - 28 дней, интеллектуального - 33 дня. Ритмы «запускаются» в момент рождения и сохраняются затем с удивительным постоянством в течение всей жизни. Первая половина каждого ритма характеризуется нарастанием соответствующей активности, вторая - ее спадом.
Биоритмы отличаются большой устойчивостью и меняются далеко не сразу, если происходит изменение привычных факторов. Так, наблюдения, проведенные в Москве по российским и латиноамериканскими студентами с Кубы, показали, что суточные ритмы их физической работоспособности различные из-за разницы в часовых поясах Москвы и Кубы (9 часов). Ритм работоспособности у кубинцев в Москве не менялся, как минимум, в течение года.
Знание закономерностей «биологических часов» помогает человеку найти наилучшие режимы работы и отдыха. Биоритмы являются основой регламентации распорядка жизни человека, поскольку высокая работоспособность и хорошее самочувствие могут быть достигнуты только при соблюдении постоянного распорядка дня, питания. Отклонение (работа в ночные смены, в полярных широтах, при перелетах) приводит к нарушению координации тех или других биоритмов, возникает патологическое состояние - десинхроза Особенно остро проблема биоритмов чувствуется при быстром перемещении людей в другие часовые пояса. Явление десинхроза негативно сказывается на состоянии людей, усложняет работу пилотов на дальних рейсах, влияет на достижение спортсменов и т.д.. Именно поэтому очень важно временное согласование между подсистемами, а нарушение этой ритмической упорядоченности может вызвать десинхроз.
Дисинхроз - нарушение координации тех или иных биоритмов, вызывающее патологическое состояние.
Симптоматика десинхроноза сводится к расстройствам сна, снижению аппетита, настроения, умственной и физической работоспособности, различным невротическим расстройствам. В некоторых случаях отмечают органические заболевания (гастрит, язвенная болезнь и т. п.).
Состояние, когда система циркадианных ритмов организма не соответствует временным условиям окружающей среды, называется внешним десинхронозом. Под влиянием новых «датчиков времени» начинается перестройка сложившейся ранее системы циркадианных ритмов организма. При этом физиологические функции перестраиваются с различной скоростью, нарушается фазовая структура ритмов физиологических функций – развивается внутренний десинхроноз. Он сопровождает весь период приспособления организма к новым временным условиям и длится иногда на протяжении нескольких месяцев.
Среди факторов, приводящих к адаптивной перестройке биологических ритмов, выделяют:
– смену временных поясов (переезды на значительные расстояния в широтном направлении, трансмеридианные перелеты);
– устойчивое рассогласование по фазе с местными датчиками времени ритма «сон – бодрствование» (работа в вечернюю и ночную смену);
– частичное или полное исключение географических датчиков времени (условия Арктики, Антарктики и др.);
– воздействие различных стрессоров, среди которых могут быть патогенные микробы, болевые и физические раздражители, психическое или усиленное мышечное напряжение и т. п.
Все чаще появляются сведения о рассогласовании биологических ритмов человека с ритмами его социальной активности, составляющими уклад жизни, – режимом труда и отдыха и т. п.
Перестройка биоритмов происходит также и под влиянием неблагоприятных условий, первично не связанных с трансформацией ритмов и приводящих к развитию десинхроноза лишь вторично. Такой эффект оказывает, например, утомление. Поэтому в одних случаях возникает специфический синхроноз как последствие необычных или чрезмерных требований к циркадианной системе (например, временные сдвиги), в других – неспецифический десинхроноз как следствие воздействия на организм неблагоприятных социальных и биологических факторов.
Человек еще не научился жить в условиях оптимального взаимодействия с окружающей средой и предупреждать возникновение ряда заболеваний сердечно-сосудистой системы, которые тесно связаны с нарушениями суточных ритмов, условиями быта, отдыха и работы. Практическое значение имеет изучение процессов утомления и переутомления, которые изнашивают организм человека. Главным биологическим ритмом, очевидно, является суточный ритм бодрствования и сна, который предохраняет клетки мозга от истощения и обеспечивает нормальную деятельность всех систем организма.
Утомление - временное состояние органа или организма, характеризующееся снижением его работоспособности в результате длительной или чрезмерной нагрузки. У человека различают физическую и психическую усталость.
Напряжение - механические внутренние силы, возникающие в теле, которое деформируется, под влиянием внешних воздействий.
В наше время изучение любой динамической системы обязательно должно включать исследование как ее пространственной структуры, так и временной организации. Временную динамику биологических процессов изучает хронобиология и в частности биоритмология. Биологические ритмы - это внешнее выражение постоянно существующих в организме эндогенных колебаний, которые самовозбуждаются - автоколебаний. Они возникли на раннем этапе биологической эволюции и были фактором отбора.