Роль высокочастотных биоритмов в процессе адаптации

М.Р. Хайбуллин, Р.А. Гареев

ДГП «Институт физиологии человека и животных» ЦБИ МОН РК,

г. Алматы, Республика Казахстан

Успехи хрономедицины последних лет дают возможность использовать новые методологические подходы в диагностике – хронодиагностика емкости адаптивных ресурсов конкретного организма в масштабах реального времени. Хрономедицина получила объективные количественные критерии оценки переходных состояний от здоровья к болезни на уровне доклинических его нарушений, качества индивидуального и коллективного здоровья, основанные на исследовании биологических циклов физиологических систем организма. Изменения биологических ритмов являются ранними признаками влияния неблагоприятных факторов на человека. Показано, что практически все патологические процессы в организме сопровождаются нарушением временной организации физиологических функций. Вот почему изучение биологических ритмов раскрывает не только возможность диагностики донозологичеких состояний, но и открывает пути к рациональной организации труда, отдыха и лечения.

Целостная ритмическая картина организма отражает особенности его адаптации к конкретным условиям окружающей среды и может служить одним из критериев оценки его состояния, прежде всего в условиях повышенных напряжений.

Многочисленные результаты изучения биологических ритмов человека были положены в основу их классификации по признаку частоты, или длительности периода. Ведущую роль в этом спектре играют циркадианные ритмы с околосуточным периодом, отражающим факт приспособления к суточному вращению Земли. Наряду с циркадианными ритмами в организме присутствуют и другие периодические процессы, в частности, отличающиеся более высокой частотой. Высокочастотные ритмы охватывают очень широкий круг жизненных отправлений, протекающих на внутриклеточном, клеточном, тканевом уровнях, отражающих деятельность функциональных систем и целостного организма.

Высокочастотные ритмы способны служить важным инструментом оценки и прогнозирования состояния живых систем. В этом качестве некоторые из них использовались нами для изучения влияния условий космического полета на организм человека (орбитальный эксперимент «Тангр»). При этом оценке подвергались не только параметры минутных ритмов КГР, но и учитывались особенности их связи с циркадианными ритмами. Использование такого подхода плодотворно не только в экспериментальной, но и в клинико-диагностической практике. Высокочастотные ритмы могут указывать, в частности, на нарушения в сфере циркадианных ритмов, обусловленные отсутствием датчиков времени, разрушением супрахиазматического ядра гипоталамуса, патологией в гормональной сфере и др. [1].

При исследовании околосекундных колебаний скорости простой двигательной реакции обследуемых лиц на световой раздражитель было установлено, что ритмы секундного диапазона, регистрируемые в психической сфере, не просто сопутствуют стрессорному состоянию, но принимают активное участие в обеспечении стрессорной устойчивости, а нарушение этих ритмов приводит к ухудшению адаптации человека к стрессорным условиям [2].

Изучение периодических колебаний различных функций в микроинтервалах времени может оказаться полезным в различных областях физиологии и медицины. Регистрация колебательных процессов минутного диапазона позволяет оценивать состояние человека при длительном выполнении монотонной операторской работы [3]. Лица, способные к длительному поддержанию высокого уровня бдительности при монотонной операторской работе, имеют более богатый ритмический рисунок ЭЭГ по сравнению с лицами, которым свойственно быстрое падение операторской продуктивности в этих условиях. Эти данные указывают на один из путей отбора наиболее эффективных операторов, устойчивых к действию монотонии.

Исследование высокочастотных ритмов может быть полезно и в клинической практике. Об этом свидетельствуют данные, указывающие на те или иные особенности этих ритмов при различных видах патологии. На основании этих данных разработаны биоритмологические методики лечебного применения физиотерапевтических факторов. Для психологических целей особое внимание внутри 90-минутного цикла уделяется фазе подсознательной активации, продолжающейся 15-20 минут («ультрадианная оздоровительная реакция»)[4]. В настоящее время многообещающим показателем активности вегетативной нервной системы является анализ сердечного ритма по показателю вариативности интервалов R-R, характеризующему особенности ваго-симпатического баланса организма. Данный метод позволяет оценить адаптационные возможности организма и риск развития ряда заболеваний, контролировать динамику состояния больного в восстановительном периоде, предвидеть неблагоприятный исход заболевания, позволяет оценить характер вегетативной регуляции, скорректировать тактику и проследить эффективность лечения.

При регистрации ЭКГ и ФПГ наблюдаются высокочастотные биоритмы сердечно-сосудистой системы первого, второго и третьего порядка [5]. Ритмы первого порядка, секундного диапазона, регулируются локальной, метасимпатической нервной системой сердца и сосудов (так называемый автоматизм), эти ритмы соответствуют флуктуациям активности сердца и сосудов во время каждого кардиоцикла. Биоритмы второго порядка, декасекундного диапазона, формируются под влиянием работы дыхательной системы. Выделены также биоритмы третьего порядка, минутного диапазона, отражающие координирующее влияние ЦНС на деятельность функциональных систем организма. Показано существование импульсно-резонансной структуры организма в диапазоне ритмов третьего порядка, которая определяет пространственно-временную упорядоченность биопроцессов, стабилизируя различные состояния живой системы, а также ее развитие или деградацию. В ряде работ показано, что наиболее адаптагенным диапазоном биоритмов нервных и вегетативных функций является высокочастотный, причем критерием адаптивных изменений функции служит изменение частоты и амплитуды волн третьего порядка. Аналогичные данные получены нами при изучении минутных биоритмов КГР и поверхностной температуры тела. Показано, что основным ритмом минутного диапазона молодых здоровых людей в состоянии покоя является «трехминутный» ритм (с частотой колебаний 2 - 3,5 минуты). Преобладание «семиминутного» ритма (с частотой колебаний 6-8 минут) характеризует состояние напряжения механизмов адаптации, а «декаминутного» ритма (с частотой 10-12 минут) о срыве, «поломке» адаптационных механизмов.

Показано преимущественное значение изменений в области волн третьего порядка в стабилизации устойчивых состояний организма. Для управления висцеральными функциями организмом выбираются флуктуации параметров физиологических процессов в диапазоне волн третьего порядка, синхронизирующиеся с флуктуациями доминирующих нейродинамических процессов [6]. Нами получены предварительные данные возможности коррекции биоритмологической картины (а, следовательно, и функционального состояния организма) путем локальных температурных воздействий в сочетание с гипоксической и физической нагрузкой по данным минутных ритмов.

Степень вариативности, или диапазон колебаний исследуемых реакций, отражает сбалансированность противоречий, заложенных в данной системе, т.е. характеризует устойчивость режима ее функционирования. Таким образом, вариативность является показателем гармоничности системы. Для оценки общего состояния рекомендуется использовать анализ вариативности ряда показателей: R-R интервалов, артериального давления, показателей легочной вентиляции и газообмена, межимпульсных интервалов в электромиограмме двигательных единиц, дифференциального порога мышечного усилия, слухового порога и др.

В отличие от циркадианных ритмов со свойственной им стабильностью периода, высокочастотные ритмы характеризуются высокой вариативностью периода, изменяющегося в соответствии с текущей ситуацией. В состоянии стресса высокого уровня живая система заинтересована в увеличении периода колебательных процессов, обеспечивающем более продолжительное и, следовательно, более полное восстановление энергетических и пластических ресурсов, интенсивно расходуемых в катаболическую фазу. Например, у лиц с более высоким напряжением труда наблюдали медленноволновые автокорреляционные кривые сердечного ритма, на которых отсутствовали волны с более частой периодикой; у лиц с меньшим напряжением труда чаще отмечали медленные волны, сопровождаемые высокочастотными колебаниями. Подчеркивается высокая чувствительность высокочастотных ритмов к различным нагрузкам. Околоминутные ритмы условного рефлекса избегания нарушаются при хронической гипокинезии и травматических повреждениях; при этом наблюдается повышение частоты, увеличение амплитуды колебаний и явление их взаимной десинхронизации. В спектральных характеристиках ЭЭГ человека отражается уровень его эмоционального напряжения; в состоянии эмоционального стресса в лобной области происходит увеличение амплитуды как медленных, так и частых ритмов ЭЭГ [7]. Усиление периодических процессов в диапазоне медленных волн отмечалось также у диспетчеров в наиболее ответственные моменты работы.

На основании многочисленных подобных фактов мы предположили, что подчеркнуто выраженная представленность медленных колебаний (т.е. волн с длительным периодом) в биоритмологической картине свидетельствует о повышенных напряжениях, испытываемых организмом. Это позволило нам предложить экспресс-метод определения адаптационных возможностей организма на основании характера изменений и времени восстановления биоритмологической картины в ответ на различные воздействия. Преимуществом данного подхода является его оперативность (20-40 минут в зависимости от интенсивности воздействия) и универсальность к различным видам воздействия.

Как показывает приведенный материал, высокочастотные ритмы с успехом используются для оценки и прогнозирования состояния организма. В то же время эти данные свидетельствуют о том, что диагностические и прогностические возможности высокочастотных ритмов далеко еще не исчерпаны. Дальнейший прогресс на этом пути будет способствовать не только расширению знаний о биологических ритмах, но и направлять использование этих знаний в русло прикладных проблем экспериментальной и клинической медицины.