Космические ритмы настраивают биологические часы

Американский профессор биологии Фрэнк А. Браун считает, что ритмические колебания, наблюдаемые в живых организмах, есть не что иное, как результат непрерывного воздействия космических и геофизических факторов проникающего характера.

Вероятно, существование бесчисленного количества ритмических колебаний разной природы позволяет организму формировать наиболее рациональные взаимоотношения с окружающей средой.

Работая в течение нескольких лет в Исследовательском центре на Бермудских островах, профессор биологии Фрэнк А. Браун наблюдал два совершенно удивительных примера: появление стаи бермудской креветки и скоплений атлантического светящегося червя строго в определенные фазы Луны. Впоследствии ему удалось доказать, что суточный ритм обмена веществ у некоторых морских животных зависит от количества падающих на Землю космических лучей. С изменениями атмосферного давления оказались связаны колебания обмена веществ в клубнях картофеля, содержавшегося в герметически закрытых контейнерах. Эти и многие другие эксперименты позволили Брауну сделать вывод – время, когда наблюдаемые свойства биологических ритмов можно было объяснить только за счет эндогенных (внутренних) механизмов, миновало.

Согласие или разлад ритмов

Болезни – результат поломки биологических часов

В середине 60-х гг. физиолог А.А. Маркосян предложил такое понятие, как «надежность биологической системы». Ученый вкладывал в него следующий смысл: система работает надежно только тогда, когда регуляция функций обеспечивает физиологический процесс значительными резервными возможностями. Так, здоровый человек хорошо чувствует себя не только при артериальном давлении 120/80 мм рт. ст. Ведь после подъема на шестой этаж оно, конечно, выше, а во время сна или после теплой ванны – ниже.

Диапазон суточных колебаний физиологических функций весьма значителен. Одни функции могут увеличивать размах колебаний в течение суток, другие – уменьшать, а третьи лишь изменяются вокруг среднего уровня в ту или другую сторону. Например, суточная амплитуда частоты пульса (размах колебаний) у здоровых детей 4-13 лет достигает 35 % от ее средней величины.

Врачи давно убедились в том, что для здорового человека характерны определенные наилучшие или, как их называют, оптимальные величины амплитуды любых функций организма. Значительное увеличение или уменьшение пределов колебаний происходит в биологически менее надежных состояниях.

К недостаточно надежной биологической системе можно отнести организм недоношенных детей. Именно поэтому они чаще болеют и острее реагируют на любые внешние воздействия, чем здоровые дети, родившиеся в срок. У них еще не сформировался суточный ритм физиологических функций.

Любое заболевание является результатом нарушения той или иной функции организма и изменения ее суточного ритма, следовательно, у больных также снижается надежность организма как биологической системы. Амплитуда различна и для разных показателей. Так, у здоровых молодых людей мы наблюдали разные величины амплитуды: для температуры тела – 3 %, для пульса – 30 %, для артериального давления – 25 % и т. д. Температура тела человека оказалась самым стабильным показателем, так как у него наименьшая амплитуда: она варьирует в пределах 1 °C. На собственном опыте мы знаем, как бывает дискомфортно, когда температура к вечеру поднимается до 39 °C.

У часто болеющих детей после перенесенного острого респираторного заболевания, гриппа или ангины долго держится «температурный хвост», т. е. к вечеру температура повышается до 37,1-37,3 °C. Такие перепады температуры постепенно проходят, знаменуя полное выздоровление ребенка и нормализацию физиологических процессов в организме.

Значительно большая амплитуда характерна для концентрации в крови биологически активных веществ, ответственных за передачу нервного возбуждения: концентрация адреналина и ацетилхолина изменяется в течение суток в несколько раз, серотонина – более чем на 50 % от среднесуточной величины. Вероятно, процессы регуляции функций требуют именно такой существенной изменчивости внутренних сред организма.

В значительной степени амплитуда колебаний подвержена влиянию социальных факторов.

При исследовании амплитуды суточного ритма температуры тела у экипажа самолета во время ответственного полета оказалось, что она ниже обычной, свойственной молодым здоровым людям. Самая низкая амплитуда была у командира экипажа. Исследователи назвали это явление депрессией амплитуды температурного ритма, а весь комплекс нарушений биологических ритмов в этих условиях – «синдромом командира корабля». Депрессия усиливалась при неблагоприятном режиме работы – многократном чередовании периодов работы и отдыха в течение суток.

Амплитуда колебаний температуры тела, артериального давления, пульса и других показателей сглаживается или меняет форму при так называемой гипокинезии, или ограничении естественных движений человека, под влиянием больших умственных нагрузок, при неправильном питании и в других случаях.

Показатели биологических ритмов

Амплитуда суточных ритмов различных функций стала для исследователей и врачей показателем благополучия в организме или индикатором неблагоприятных влияний.

Помимо амплитуды, биологический ритм характеризуется и другими показателями. Прежде всего, это период или время, в течение которого колебательная система совершает полный цикл изменений. Когда мы говорим о суточном ритме, то имеем в виду период, равный 24 часам. Но в действительности человек практически никогда не ложится спать в один и тот же час, время отхода ко сну изменяется на 1–1,5 часа в ту или другую сторону. Поэтому длина одного цикла «сон – бодрствование» может составить 23 часа, а следующего – 25 часов. Эти периоды называют околосуточными, или циркадианными (от латинских слов circa – «около» и dies – «день»).

Положение колеблющейся системы в любой момент времени характеризует фаза. Описывая связь одного ритма с другим, можно сказать, что ритмы совпадают или, наоборот, расходятся по фазе.

Резкое изменение внешних ориентиров может привести к сдвигу фазы. Так бывает, когда человек, перелетев большое расстояние на самолете, оказывается в другом часовом поясе. В этом случае фаза его ритмов должна сдвигаться, чтобы приспособиться к местному времени.

Важной характеристикой ритмического процесса является средний уровень, вокруг которого происходят колебания.

Немецкие врачи Цюльх и Хоссман показали, что амплитуда колебаний артериального давления существенно увеличивается с возрастом и зависит от среднедневного давления. У гипотоников амплитуда минимальна, у гипертоников она максимальна, у нормотоников, или людей со средними цифрами артериального давления, она занимает среднее положение.

Показатели суточного, или циркадианного, ритма различных функций служат надежным ориентиром благополучия в организме. И если развитие ребенка – это становление ритма, то старение – это разлад и постепенная его потеря.

В преклонном возрасте чаще всего нарушается сон, вернее, с годами утрачивается правильный ритм сна и бодрствования. Постепенно изменяется частота сердечных сокращений и дыхания, перестраивается деятельность эндокринной системы.

Геронтологи подсчитали, что 80 % людей старше 70 лет страдают функциональными расстройствами центральной нервной системы. Эти изменения являются наиболее характерными проявлениями поломки биологических часов.

Не существует ни одного заболевания, которое протекало бы на фоне нормального хода биологических ритмов организма. Да и многие заболевания сами характеризуются определенной цикличностью.

Суточный ритм физиологических функций является биологически целесообразным. Благодаря ему человек может напряженно работать в часы оптимального состояния организма, используя периоды относительно низкого уровня функций для восстановления сил. На все внешние воздействия организм человека реагирует в зависимости от того, в какой фазе ритма он находится, например, от фазы ритма зависит и сила, и направленность реакции организма. Период, фаза, амплитуда ритма, датчики времени – вот те параметры, которые изучают хронобиологи. Оценка функционального состояния организма человека, его диагностика и лечение немыслимы без знания этих параметров. Не случайно именно врачи были среди первых исследователей биологических ритмов. Многое пришлось сделать и математикам. Появились новые математические методы, заметно обогатившие хронобиологию. Теперь «заговорили» не столько факты, которые порой бывают и исключением из правил, сколько цифры, полученные путем строгого математического анализа.

Усилиями многих ученых существование биологических ритмов доказано и в обычных условиях, и «в пробирке», и даже в специальной лаборатории – подземном бункере. Поэтому медикам и биологам приходится учитывать биологические ритмы во всех исследованиях, при анализе самых различных аспектов жизни человека.

Известно, что ночью состояние больных становится более тяжелым, учащаются приступы бронхиальной астмы. А вот стенокардия, инфаркт миокарда, инсульт, в том числе и со смертельным исходом, чаще отмечаются между 8 и 9 часами утра. Как показало специальное исследование, проведенное американскими учеными, эти печальные явления наблюдаются, как правило, у пожилых людей, сосуды которых склеротически изменены. Утром повышаются требования к обеспечению тканей кислородом, питательными веществами – следовательно, артериальное давление должно подняться, нагрузка на сердечно-сосудистую систему возрасти, и этого не выдерживает измененное сосудистое русло.

Вы можете исследовать свой ритм температуры тела, частоты пульса и артериального давления. Чтобы получить представление о суточном ритме, желательно проводить измерения не менее чем через 3 часа, но в этих исследованиях допустим ночной перерыв в 6 часов. Ежедневные утренние измерения в один и тот же час дадут вам представление о 7-дневном или околомесячном ритме. Запомните: минимальная длительность исследования – три длины периода, интервал – 1/6—1/8 периода.

Свет и ритм

В 1937 г. в Стокгольме группа ученых организовала первое Международное общество по изучению биологических ритмов. Господствующие в то время представления о постоянстве внутренней среды организма не увязывались с новыми идеями, с идеями постоянного изменения во времени. Идея постоянного изменения состояния организма во времени, казалось, подрывала все существующие устои медицины.

В свое время понятие «постоянство внутренней среды», предложенное выдающимся французским физиологом Клодом Бернаром, было весьма прогрессивным. С легкой руки американца У. Кэннона, опубликовавшего в 1932 г. свою знаменитую книгу «Мудрость организма», постоянство внутренней среды стали называть гомеостазом – стремлением организма к одному и тому же состоянию. Это была плодотворная концепция, стимулировавшая многие исследования. Ведь если у здорового человека состояние внутренней среды не меняется, то можно изучить это состояние и узнать, что такое здоровье. Все отличающееся от показателей здоровья – это болезнь.

Доказывать существование ритмов пришлось с большой тщательностью. Как это можно было сделать? По наличию колебаний? Ритм – это не только колебательный процесс. Это самоподдерживающийся, или автономный, процесс. Следовательно, он должен сохраняться в постоянных условиях.

Основным фактором, влияющим на биологические ритмы, является свет, следовательно, первое требование к ритмам заключается в том, чтобы они сохранялись в темноте. Каким образом определить, существует ли ритм в темноте? На помощь пришли лабораторные животные. В обычных условиях им свойственна периодическая двигательная активность.

К спинке белой крысы прикрепили ниточку, связанную с рычажком, который оставлял след на медленно двигавшейся закопченной ленте. Это устройство издавна применяется в физиологии и называется кимографом. Так были получены первые результаты – и в полной темноте наблюдаются строго определенные периоды двигательной активности белых крыс. Но оппоненты уже нашли повод для сомнений: «Как часто вы кормили животных?