CC BY
2469
С.Н. ЕЖОВ
Основные концепции биоритмологии
Рассматриваются история развития и основные понятия биоритмологии, классификация, природа и характеристики отдельных ритмов.
Биоритмология изучает структуры и механизмы колебания биологических показателей. Спектр биологических колебаний простирается от гармоник с периодом в доли секунды до сверхнизкочастотных процессов с периодом, составляющим десятки лет. Наибольшее внимание исследователей обращено к одной из главных компонент спектра - суточным (циркадианным) ритмам, поэтому под биоритмами часто подразумевают именно суточные ритмы.
Биологические ритмы можно определить как статистически достоверные изменения различных показателей физиологических процессов волнообразной формы. Основными параметрами биоритмов (см. рисунок) являются: период - время между двумя одинаковыми точками в волнообразно изменяющемся процессе; акрофаза max - точка времени в периоде, когда отмечается максимальное значение исследуемого показателя; акрофаза min - точка времени в периоде, когда отмечается минимальное значение исследуемого показателя; мезор - уровень среднего значения показателей изучаемого процесса; амплитуда - степень отклонения показателя в обе стороны от средней [21].
Многолетние исследования убедительно доказывают, что все без исключения функции живых организмов, включая человека, подчинены закону ритма - фундаментальному свойству живой материи. Всеобщность феномена ритма в сфере органического мира неоднократно подчеркивалась различными исследователями. Интерес к биоритмам обусловлен и тем, что, с одной стороны, они являются одним из важнейших механизмов приспособления человека к окружающей среде, а с другой - рассматриваются в качестве универсального критерия функционального состояния организма, его благополучия. Изменения биоритмов представляют собой ранние, а иногда первые признаки влияния факторов внешней среды и являются наиболее чувствительным и устойчивым показателем активности воздействующего процесса [9].
Для сторонников биоритмологии характерно признание ритмичности кардинальной закономерностью материального мира. Пе-
риодичность - неотъемлемое свойство материи [31]. Феномен ритмичности является универсальным [32].
С понятием «ритм» связано представление о гармонии и организованности процессов в природе (с греческого «ритмос» - соразмерность, стройность). По словам О.Г. Газенко, «мы живем в согласии с природой, в унисон с ней, и это помогает нам строить свою жизнь по плану, подчиненному законам объективной действительности» [2, с. 4].
Схематичное изображение ритма с периодом в 24 ч (акрофаза max приходится на 12 ч)
История развития биоритмологии. Сведения о биологических ритмах накапливались с давних времен. Бесспорное свидетельство этого - наличие временных интервалов, равных важным биоциклам, в некоторых древних календарных системах. Например, в ритуальном бытовом календаре древних майя короткий год равнялся 260 дням -периоду беременности. Биоритмологическая информация заложена в 60-летнем «календаре животных» и связана с применением одного из древнейших терапевтических средств восточной медицины - акупунктуры [26].
Биоритмология - сравнительно молодая наука. Ее основы сформировались в XVIII в. В 1729 г. французский астроном де Мэран открыл адаптацию животных к вращению Земли. В последующий период истории свидетельств ритмических явлений в деятельности орга-
низма обнаружилось достаточно много. Российскими исследователями проблема биоритмов дискутировалась со времен выхода в свет классической работы Н.А. Северцева «Периодические явления в жизни зверей, птиц и гад Воронежской губернии» (1855 г.) до публикации коллективной монографии «Биологические ритмы» (ред. Ю. Ашофф) в США в 1981 г. и переведенной на русский язык в 1984 г. В двух томах книги отразился современный мировой уровень достижений биоритмологии. Выходу этой монографии предшествовал ряд событий. Вопросы периодичности в живых системах обсуждались на двух всесоюзных конференциях (Москва, 1974 г.; Ленинград, 1976 г.), ряде региональных и республиканских совещаний.
Как самостоятельное и единое научное направление биоритмология (хронобиология) сформировалась только в 1960 г., когда был проведен первый международный симпозиум по биологическим часам в Колд-Спринг-Харборе (США), материалы которого вышли на русском языке в 1964 г. (Биологические часы. - М.: Мир). Представленные работы определили генеральную линию развития биоритмологии на несколько десятилетий. На симпозиуме в сообщениях Ф. Халбер-га и К. Питтендрая впервые была выдвинута концепция о структурной временной организации биологических систем, что является одним из важнейших достижений и, по существу, центральной проблемой в хронобиологии.
Дальнейшее развитие хронобиологии, как и внедрение ее методов в другие области исследования живых систем, в значительной мере определили характер и содержание различных биологических наук. Так, современные миграционные процессы, в связи с глобализацией экономики и развитием авиапассажирской техники, стимулировали проведение специальных хронофизиологических обследований людей, совершающих трансконтинентальные перелеты, где выделяются воздействия временных и климатопогодных факторов. Такие работы стали выполняться с 1960-1970-х гг. практически во всех странах, имеющих развитую гражданскую авиацию. Возникла прикладная область хронобиологии - хронофизиология перемещений человека. В медико-биологической науке появилось новое направление - хрономедицина, и наметилось выделение главных ее разделов: хронотерапия, хронодиагностика, хронофармакология, хронопатология, хронопрофилактика. Первое крупное обобщение этих направлений отразилось в монографии «Хронобиология и хрономедицина» (ред. Ф.И. Комаров. М.: Медицина, 1989), где поставлены большие и сложные задачи, заключающиеся в применении хронобиологических данных для совершенствования профилактики, диагностики и эффективности лечения заболеваний.
К настоящему времени хронобиология добилась заметных успехов. Чрезвычайно важным является обнаружение в любой, независимо от уровня сложности, биологической системе ритмических колебаний процессов жизнедеятельности. Установлены основные законо-
мерности взаимодействия организма с времязадателями во внешней среде. Крупнейшим достижением являются данные о генетической регуляции биоритмов. Выявлена тесная связь биоритмов с механизмами гомеостаза в организме и выяснена их роль в процессе адаптации. Несомненное значение для теоретической и экспериментальной хронобиологии имеет разработка методов количественного исследования биоритмов. Акцентированы приоритетные направления, в частности, большой интерес для хрономедицины представляет понятие хронобиологической нормы, в которое включаются не только состояние биоритмов организма в условиях его обычного существования, но и те изменения, которые в качестве реакции имеют место при перемене условий (или воздействии факторов) среды. К приоритетному направлению относится и обоснование представления о хронотипе человека, которое необходимо, например, для разработки режимов труда и отдыха людей при выполнении поставленных задач в разных географических регионах. Уже можно говорить об определенных теоретических и практических успехах хронобиологии в таких сферах деятельности человека, как космонавтика, спорт высших достижений, организация трудовой деятельности с многократными перемещениями в новые климатогеографические регионы. Успехи в области хронобиологии (хронофизиологии) создают основу для перехода медицины на более высокий качественный уровень.
Временная структура организма. Согласно определению, принятому Международным обществом изучения биологических ритмов, хронобиология - наука, объективно исследующая на количественной основе механизмы биологической временной структуры, поэтому понятие биологической временной структуры организма заслуживает особого внимания.
Временная организация биологической системы образуется совокупностью всех ее ритмических процессов, взаимодействующих и согласованных во времени между собой и с изменяющимися условиями среды. Отдельный биоритм надо рассматривать как элемент временной организации, который совместно и в определенных взаимоотношениях с другими такими элементами образует временную организацию системы гомеостаза [27].
Структурность организации присуща любой биологической системе, которая при этом может быть охарактеризована во многих аспектах. Все ее элементы располагаются строго упорядоченно в пространстве, что позволяет говорить о ее строении, и обладают собственной функциональной активностью, направленной на обеспечение деятельности системы в целом. Благодаря внутрисистемным регулирующим обратным связям последовательность включения, интенсификации и снижения функциональной активности элементов сложной живой системы строго согласована, причем наступает у разных элементов не одновременно, но в четкой последовательности, т. е. структурно организована и во времени. Поскольку любое проявление
функциональной активности неизбежно сопровождается морфологическими изменениями на субъективном, клеточном и тканевом уровнях, понятие временной структуры организма универсально [15].
Многие ученые признают, что биоритм отражает течение времени в живой системе. Концепция о так называемом биологическом времени была выдвинута В.И. Вернадским в 1932 г. и получила развитие в трудах многих авторов. По отношению к человеку несомненный интерес представляет изучение того, как им воспринимается время. Обнаружение нарушений перцепции времени у человека имеет диагностическое и прогностическое значение. Следует иметь в виду, что течение времени в биологических системах «преломляется» через закономерности их временной организации [19].
К настоящему времени у человека изучены многие сотни физиологических процессов, ритмически меняющихся во времени. Фактически каждый свойственный данному организму биологический процесс не находится в стационарном состоянии, а колеблется с той или иной частотой, что подчеркивает необходимость согласованного взаимодействия многочисленных биоритмов между собой для оптимального состояния функций организма.
Временная структура ритмов очень сложна и мало исследована. Известно, например, что одной и той же функции свойственны колебания разной частоты. Однако, каким образом связаны между собой эти различные колебания, какую роль каждое из них играет - эти и многие другие вопросы, относящиеся к ритмической организации функций, остаются недостаточно изученными. Остается вопросом и то, какие и в какой степени обнаруживаемые сдвиги в параметрах биоритмов при воздействии факторов различной природы являются специфичными и, следовательно, диагностически ценными, или же они стандартны и не зависят от типа и глубины воздействующего процесса.
Тот известный факт, что различные биоритмы выполняют в организме неодинаковую роль, заставляет думать, что образуемая ими временная организация должна состоять из какого-то количества различающихся по своим функциям частей. Например, Б. С. Алякринский [2] в иерархии биоритмов выделяет инертные и лабильные звенья по отношению к действию внешних периодически колеблющихся факторов. С.И. Степанова [2] разделяет биоритмы на ритмы-водители и ритмы-ведомые. Соотношение лабильности первых и константности вторых определяет совершенство организации ритмической системы. По мнению Ю.А. Романова [19], общая структура временной организации биологической системы, независимо от сложности ее строения, должна включать в себя четыре обязательные части: часть, связывающую временную организацию данной биологической системы с внешней средой и с окружающими ее биологическими системами; часть, регулирующую временную организацию; часть, воспринимающую сигналы регуляции; рабочую (эффекторную) часть. 1.8. Т8каЬа8Ы
и М. 2а12 [33] в физиологической системе, ответственной за биологическую ритмичность, выделяют три части: входной путь в систему; пейсмейкер, генерирующий колебания; выходной путь, результи-рующийся в измеряемых исследователем биоритмах. Согласно I. Л8сИо£Г, ритмическая система как минимум состоит из трех элементов: центральный пейсмейкер, генерирующий ритм; рецептор, чувствительный к периодическим сигналам из внешней среды; эфферентный путь от пейсмейкера к органам и функциям, ритмы которых определяются [29]. Сложившиеся современные представления о ритмической организации биологических систем подтверждают эту общую структуру. Дальнейшее изучение биоритмов как системы, в которую они входят связанными и взаимодействующими элементами, требует времени.
Очевидно, можно утверждать, что, если биоритм, в котором наблюдаются нарушения, связан с биоритмами других функций, то в последних тоже будут отклонения. Именно такая ситуация, по мнению Ю. А. Романова, должна возникать при развитии патологии биоритмов, объединенных системой общей временной организации. Несмотря на различия в подходах к нормализации параметров временной организации биологической системы, общая конечная цель должна заключаться в создании в организме естественной временной структуры биоритма [28].
Итак, живому организму присущи одновременно все существующие ритмы, его функции могут изменяться в различных ритмах, различных диапазонах периодов, но «сцепление» между ними создает стройную систему. Последняя взаимодействует с факторами внешней среды как в норме, так и при патологии. Представление о временной организации живых систем вносит определенную упорядоченность в совокупность и взаимоотношения их биоритмов. Развитие этого представления позволит получить качественно новые данные о закономерностях ритмической деятельности организма, и именно они должны служить базой для решения различных вопросов хронобиологии.
Классификация биоритмов. В основу всех классификаций биоритмов положена длина периода (Т или 1), время между одинаковыми состояниями соседних циклов. Понятия «цикл» и «ритм» близки, их употребление определяется семантическими оттенками, что зависит от контекста. Под цикличностью чаще имеют в виду только повторяемость событий, употребляя термин «ритм», обычно подразумевают, что кроме периода известны и другие его параметры. Конечно, колебания процессов в организме не остаются неизменными, но на протяжении некоторого времени их свойства могут меняться столь незначительно, что их можно считать стационарными. Поэтому о биоритмах часто говорят как о квазипериодических.
Спектр возможных ритмов жизни охватывает широкий диапазон масштабов времени - от волновых свойств элементарных частиц (микроритмов) до глобальных циклов биосферы (макро- и мегарит-
мов). Пределы их длительности - от многих лет до миллисекунд, группировка иерархическая, хотя границы между группами в большинстве случаев условны. Самое крупное деление - на ритмы высоко-, средне- и низкочастотные. Применительно к человеку наиболее устоявшаяся классификация, не охватывающая, правда, очень короткие и очень длительные периоды колебаний, опубликована в работе Ф. Халберга и А. Рейнберга [30].
В живой природе наиболее отчетливо выражены и поэтому наиболее изучены ритмы с периодом около 24 ч (соответственно, область от 20 до 24 ч), названные Ф. Халбергом циркадианными (лат. circa -около, dies - день). Причины, определяющие эту область в таких границах, состоят в том, что в данных пределах возможны изменения длительности ритма в условиях, когда продолжительность циклов среды обитания начинает отклоняться от суток. В обычных условиях сутки никогда точно не соответствуют 24 ч: нам приходится ложиться то позже, то раньше, и если регистрировать длительность наших суток по моментам отхода ко сну несколько дней подряд, то окажется, что сутки варьируют по длительности примерно в границах 20-28 ч. Другими словами, термины «циркадианный» и «суточный» стали использовать как синонимы, не забывая, однако, о первоначальном смысле термина «циркадианный» [2].
Префикс «цирка-» был использован и для всех остальных эндогенных ритмов, отвечающих циклам внешней среды: околоприлив-ных, окололунных, окологодовых (circatidal, circalunar, circannual). Суточный (24-часовой) ритм естественно связан с вращением Земли вокруг оси. По аналогии с видимым светом ритмы с периодом более коротким, чем у циркадианных, названы ультрадианными, с более длинным - инфрадианными. Среди инфрадианных ритмов выделяют циркасептанные (лат. septem - семь) с периодом «7 сут, циркадисептан-ные - «14 сут, циркавигинтанные (лат. viginti - двадцать) - «21 сут, цир-катригинтанные - «30 сут и, наконец, цирканнуальные (лат. annus -год) - « 1 год. Ритмы с такими периодами выявлены в ходе систематических исследований. В то же время в литературе приводятся данные о биологических колебаниях с периодами, достигающими нескольких лет (инфрааннуальные ритмы).
Однако существующие классификации, фиксируя те или иные биоритмы, не предусматривают их взаимного перехода. В результате иногда возникает ситуация, когда некоторые ритмические процессы, протекающие в живой материи, не вписываются в данные рамки. Этот пробел восполняет спектр физиологических ритмов, предложенный
Н.А. Агаджаняном с соавторами [1].
Несмотря на существование значительного числа ритмов, они составляют единую систему. Это обнаруживается в их стремлении к синхронизации, временной согласованности, при которой достигается равенство или кратность периодов, появляется упорядоченность во времени наступления разных фаз одного или нескольких колебаний.
Характеристики отдельных ритмов. Ультрадианная ритмика. Биологические ритмы этого диапазона располагаются в порядке от многогерцевых до многочасовых колебаний.
Наиболее высокой частотой (60-100 Гц) отличаются нервные импульсы. Декасекундные ритмы зарегистрированы в биопотенциалах мозга. К этому диапазону относятся колебания пульса, дыхания, перистальтика кишечника.
Минутные ритмы описаны физиологами труда: биоэлектрическая активность мышц, частота сердечных сокращений, дыхания, амплитуда и частота движений изменяются в среднем через каждые 55 с.
Декаминутные (10 мин) ритмы открыты в мозговых механизмах ночного сна, названных медленно- и быстроволновой, или парадоксальной, фазами, и в сверхмедленных колебаниях биопотенциалов бодрствующего мозга. Циклы сходной длительности характерны для общей двигательной активности, работоспособности, функций желудка, почек.
Околочасовые ритмы имеют многие явления, происходящие на клеточном уровне: синтез белка, изменение клеточных размеров и массы, ферментативной активности, проницаемости клеточных мембран, секреции, электрической активности.
Циркадианная периодичность. Циркадианные колебания геофизических параметров на нашей планете не могли не оказать воздействия на становление жизни и ее эволюцию. Всеобщность околосуточных циклов, стабильность, высокая устойчивость и строгая закономерность дают основание считать 24-часовые ритмы столь же фундаментальным свойством живого, как генетический код, а циркадианную систему ритмов - сопоставимой по значимости с нервной и эндокринной системами.
Многочисленные циклы организма человека, в частности ритмы состояний и функций ЦНС, системы анализаторов и двигательного аппарата коры больших полушарий мозга, имеют суточную периодичность.
Циркадианная периодичность обнаружена в интегральных показателях жизнедеятельности. Так, работоспособность в ночное время снижается, спортивная деятельность в ранние утренние часы дает несколько меньший эффект, чем в середине дня. Зарегистрированы 24-часовые изменения церебральной и кардиальной гемодинамики, ортостатической устойчивости. Выявлен суточный ритм сопряженности фаз сердечного цикла и дыхания, легочной вентиляции и потребления кислорода. Циркадианную периодичность имеют функции системы пищеварения, концентрация макро- и микроэлементов, суммарного содержания аминокислот, медиаторов. Суточная динамика характерна для основного обмена, системы половых гормонов, гормонов нейроэндокринной системы [16].
Циклические, околосуточные изменения различных факторов внешней среды (продолжительности светового дня, температуры, на-
пряженности магнитного поля) вызывают значительные перестройки деятельности организма, влияющие на психосоматическое состояние и работоспособность человека. Имеются сообщения о суточной периодике порогов контрастной чувствительности, порогов ощущения света, двигательных реакций, мышечной эффективности. Описаны суточные ритмы интеллектуальной работоспособности, субъективной готовности к работе и способности к сосредоточению, кратковременной памяти, когнитивных функций человека, активности антиокси-дантной системы [24] и т. д.
В начале ХХ в. М. О’Шиэ, И. Янделл и Х. Маш разделили людей на два типа с утренним (дневным) и вечерним (ночным) пиком работоспособности. В дальнейшем была показана связь между биоритмологическими типами, с одной стороны, и поведенческими и психологическими особенностями, с другой. У лиц с утренним типом работоспособности отмечается более высокий уровень тревоги, они отличаются меньшей устойчивостью к фрустрирующим факторам. Люди утреннего и вечернего типов имеют разный порог возбудимости, склонность к экстра- или интраверсии [23].
Инфрадианные ритмы. Человеку также свойственны многодневные (околонедельные, околомесячные) ритмы, охватывающие все иерархические уровни организма. В литературе имеется сводка спектра с периодом 3, 6, 9-10, 15-18, 23-24 и 28-32 дней, например колебаний частоты сердечных сокращений, артериального давления, мышечной силы. Околонедельная цикличность обнаружена в динамике интенсивности энергетического обмена, массы и температуры тела человека, а также в других показателях организма.
Учеными описаны изменения количества нейтрофилов в венозной крови у мужчин с периодом от 14 до 23 дней. Трехнедельная цикличность зарегистрирована в нейроэндокринной системе: доказано существование 21-дневного ритма динамики инкреции и экскреции гормонов стресса и половой активности: тестостерона, кортикостероидов, адреналина.
Среди ритмов этого диапазона наиболее изучены месячные (лунные) циклы. Вызывая морские приливы и отливы, колебания твердой части земной коры, Луна оказывает сильное гравитационное влияние на человека, на его циклические физиологические и психологические процессы. В полнолуние возрастает возбудимость нервной системы человека и раздражительность, повышается его работоспособность, а в новолуние наблюдается обратное - слабость, снижение активности, упадок творческих сил и способностей. Статистика свидетельствует, что в период полнолуния увеличивается число больных, поступающих в психиатрические клиники, количество припадков и обострений у больных с заболеваниями психической сферы. Обширный материал, собранный в отечественной и зарубежной литературе, посвящен циклическому функционированию женского организма, длительность периода которого примерно равна продолжительности
лунного месяца. На протяжении менструального цикла в организме женщины происходит целый ряд ритмических изменений: температуры тела, содержания сахара в крови, массы тела и других физиологических показателей. Установлено, что в полнолуние случаев послеоперационных кровотечений на 82 % больше, чем в другое время. Увеличивается также частота случаев возникновения инфаркта миокарда в дни лунных фаз. Околомесячные физиологические циклы имеются и у мужчин. Еще в XVII в. врач Санторио, длительное время определяя массу тела, заметил, что в течение месяца у мужчин она меняется от 400 до 800 г. Описан ритм приступов астмы, повторяющийся у мужчин каждые 28 дней. Подобная связь приступов с синодическим лунным циклом выявлена у детей с бронхиальной астмой и дневным распределением приступов у больных подагрой [22].
Многолетние (инфрааннуальные) ритмы. Из всех ритмических воздействий, поступающих на Землю из космоса, наиболее сильным является изменяющееся излучение Солнца. Первые доказательства влияния солнечной активности на жизненные процессы на Земле, включая массовые миграции животных, эпидемии и психические заболевания, были получены А. Л. Чижевским и его последователями.
Многочисленные исследования, проведенные отечественными и зарубежными учеными, показали, что во время наибольшей активности Солнца возникает резкое ухудшение состояния больных. В первые дни после появления пятен на Солнце в 4 раза возрастало количество автокатастроф. Эти эффекты связывают с тем, что с увеличением солнечной активности меняется магнитное поле Земли, что в свою очередь может повлечь изменения возбудимости нервной системы. Во время геомагнитных бурь различной интенсивности изменяется чувство восприятия времени, снижаются кратковременная память, объем и интенсивность внимания, повышается вероятность принятия неверных решений [3].
В связи с этим представляют интерес циклы интеллектуальной продуктивности, которые на основании 18-летних самонаблюдений были открыты Н. А. Пэрной. В дальнейшем было показано, что динамика творчества связана с вариациями солнечной активности. На основании этих данных выдвинута гипотеза об улучшении умственных задатков младенцев под воздействием благоприятных факторов среды. Для ее обоснования проанализирована рождаемость одаренных людей в 11-летнем солнечном цикле и сезонность в их рождаемости. Период следования всплесков кривой рождения великих людей составил в среднем 22,7 года. Анализ ритма работы великих поэтов, писателей и композиторов также показал, что подъем в их творчестве совпадал с максимумом гелиоактивности [7].
Природа биоритмов. В отношении происхождения биоритмов выдвинуты разнообразные теории и гипотезы. Наиболее изучены эти проблемы на примере суточных и годичных ритмов, связанных с фотопериодичностью условий жизни на планете. Фактически организм
человека является колебательной системой, особенность которой заключается в подчиненности ее функций (при любой собственной частоте колебаний) общему суточному или, вернее, околосуточному циркадианному ритму, отражающему периодичность геофизических факторов, обусловленных вращением Земли вокруг своей оси. Есть утверждение, что у всех видов растений и животных формы поведения -размножение, спячка, миграции и другие жизненно важные проявления - жестко связаны с вращением Земли относительно Солнца и имеют в основе ритмичность метаболических, нейроэндокринных процессов.
В течение суток прежде всего закономерно изменяется естественное освещение. Суточным колебаниям подвержены температура и влажность воздуха, напряженность электрического и магнитного полей Земли, интенсивность солнечной активности. Все эти колебания имеют жизненно важное значение для обитателей Земли. Возникает вопрос, являются биоритмы реакцией организма на периодические стимулы, или они закреплены генетически (т. е. не исчезают при элиминации в искусственной среде ритмических сигналов), или же имеет место взаимодействие внешнего синхронизатора с внутренним ритмогенным механизмом? Исследования показали, что биоритмы продолжают функционировать при изолировании животных и человека от воздействия гелиотропного фактора: например, суточные ритмы сохраняются, но удлиняется их период. Один из авторитетных биорит-мологов Ф. Халберг склоняется к тому, что циркадианная организация отражает генетическое приспособление обмена веществ организма к условиям жизни на Земле. В связи с этим, по мнению некоторых исследователей, биологический ритм формируется задолго до рождения ребенка, и организм матери является основным источником сигналов времени для будущего ребенка.
Циркадианная периодичность физиологических процессов формируется по общим законам эволюции. Эта периодичность является приспособительной в том смысле, что она постоянно и заранее подготавливает организм к обстоятельствам, которые могут быть ожидаемы в окружающей природе, являясь одновременно как способом сохранения внутренней устойчивости, так и способом адаптации. Сейчас уже твердо установлено, что организм человека в разное время суток представляет собой различную физиологическую, биохимическую и даже морфологическую систему (в последнем случае имеется в виду тонкая структура клеток и тканей). По словам известного хронобиолога Г. фон Майерсбаха, микроскопическая структура клетки в течение суток изменяется настолько, что кажется, будто данная клетка превратилась совсем в другую (цит. по Б. С. Алякринскому [2]). Днем, в период активности, в нашем организме усиливаются процессы расхода энергии, затрачиваемой на выполнение физической и умственной работы, во время которой структурные элементы организма -клетки, ткани, органы - изнашиваются. Ночью, в период отдыха, ак-
тивизируются процессы восстановления этих структур, в частности, усиленно идет размножение клеток. Другими словами, в период покоя организм восстанавливает то, что оказывается разрушенным в активную фазу его жизнедеятельности. Ритмически изменяется не только функциональная активность организма и его частных систем, но и их чувствительность к воздействию внешних агентов, в том числе токсических, аллергизирующих, лекарственных. Различны даже скорость и способ заживания ран после травм, нанесенных в разное время суток, т. е. в разные фазы циркадианного ритма. К этой же категории фактов относятся данные по различному влиянию в течение суток лекарственной терапии, физиотерапевтического и бальнеологического воздействия - ванн, процедур, массажа [10].
Таким образом, для того чтобы лучше приспособиться к условиям существования, организм должен соразмерять ритмы своих жизненных процессов с колебаниями внешних факторов. Следовательно, циркадианная периодичность жизненных функций является внутренним свойством организма, его врожденной особенностью или, иначе говоря, имеет эндогенную природу. Такая точка зрения в последние годы стала преобладать среди специалистов и, как отмечает Б. С. Алякринский [2], едва ли сейчас найдется человек, который стал бы всерьез оспаривать ее. Но еще сравнительно недавно в биоритмологии наряду с эндогенной существовала противоположная ей, экзогенная, концепция циркадианных ритмов, согласно которой циркадианные ритмы целиком наводятся внешними периодическими влияниями, и организм не имеет внутренних механизмов, обусловливающих суточную ритмичность его жизнедеятельности.
Другую, очень важную, группу биологических ритмов, имеющих огромное значение в жизни как низших, так и высших организмов, представляют сезонные проявления окологодового (цирканну-ального) ритма, обусловленного вращением Земли вокруг Солнца. Цирканнуальные ритмы, как и циркадианные, сформировались в ходе естественного отбора и закрепились в наследственных структурах организма. Так, сезонные изменения растительного покрова Земли, ежегодные миграции птиц, зимняя спячка животных, весеннее культивирование микроорганизмов, сезонные колебания жизненных отправлений человека, его творческая продуктивность и физическая работоспособность - все это хорошо известные примеры ритмов с годичным периодом. Следовательно, их тоже нужно считать эндогенными.
Параметры эндогенных биоритмов определяются структурой самого организма. В общем виде эта структура может быть представлена как упорядоченная совокупность нескольких взаимосвязанных колебательных систем - осцилляторов. Каждый из них может иметь собственные параметры ритма. Не исключено, что длительность их периода связана с иерархическим уровнем, который занимает осциллятор в целостном организме. В соответствии с этой концепцией для организма как целого наиболее характерна циркадианная ритмика,
для частных систем тканевого и клеточного уровня - ультрадианная. Внутриклеточным процессам, определяемым деятельностью клетки как целого, в ультрадианном диапазоне свойственны более медленные колебания, чем процессам, связанным с деятельностью клеточного ядра или органелл цитоплазмы [8].
В организме осцилляторы одного иерархического уровня функционируют параллельно, а разных уровней - последовательно. Во взаимосвязанных системах ритмы имеют одинаковый период, а разность их фаз постоянна, т. е. в результате взаимодействия у них устанавливается общий период колебаний (согласование ритмов) за счет изменения длительности периода и фазы [17].
Объясняя физиологические, биохимические и биофизические механизмы ритмогенеза, многие ученые пытаются свести феномен генерации биологических ритмов к некоторой системе самостоятельных осцилляторов. В связи с этим исторический интерес представляет гипотеза академика П.П. Лазарева (1930-е гг.) о том, что в механизме осцилляций лежат периодические химические реакции (движение ионов), вызванные нервным возбуждением и сопровождающиеся электрическими явлениями на поверхности головы, что должно стать причиной генерации электромагнитных волн в окружающей среде, распространяющихся со скоростью света, в силу чего голова человека должна излучать волны большой длины. Сегодня, когда открыты колебательные химические реакции Белоусова-Жаботинского, эти воззрения не представляются совершенно наивными. Имеются данные, что многие нейроны в головном мозге и клетки в сердце характеризуются эндогенной ритмической активностью, которая опирается на комплексное взаимодействие между несколькими конечными ионными каналами. В частности, один тип ионных каналов играет ведущую роль в контроле ритмической электрической активности, т. к. определяет частоту осцилляций. Эти каналы относят к пейсмейкерам [13].
Ряд авторов источник циркадианной ритмики располагают на клеточном уровне. В качестве конкретного механизма биологических часов называют циклические изменения аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) в цитоплазме клеток. Но не исключается, что основу суточного ритма составляют циклы метаболизма. Динамика концентрации РНК в клетках, отражающая интенсивность синтеза пластического обмена, а также синтез белка, и динамика концентрации гликогена, расход которого указывает степень затраты энергетических ресурсов клетки, являются хорошим тестом суточного ритма внутриклеточного обмена веществ [5].
В последние годы отмечается взрывоподобный прорыв в понимании работы биологических часов. Как ключевая структура для регуляции циркадианных ритмов выделяется супрахиазматическое ядро. Проведен поиск генов, связанных с поддержанием циркадианных ритмов человека, и расширено понимание молекулярных механизмов, контролирующих циркадианные ритмы у млекопитающих. Сформу-
лирована концепция общности структурного и функционального обеспечения биоритмов и аутохронометрии, согласно которой при организации внутреннего отсчета времени центральным интегративным компонентом является ритмдезорганизующая структура - гиппокамп. Вторичную регуляторную роль играют эпифиз и стриатум. Мелатонин в качестве связующего гормонального звена между двумя механизмами биологических часов модулирует отклонения в их работе как в сторону генетически детерминированной упорядоченности, так и в сторону хаотичного разнообразия и дизритмии, необходимых для успешной реализации чувства временной пунктуальности [4].
Все большее число исследователей склоняются к мнению об обусловленности ритмов организма не только биохимическими, но и биофизическими эффектами: влиянием гравитационного поля, космических лучей, электромагнитных полей, в том числе магнитного поля Земли, ионизации атмосферы и т. д. Установлено соответствие различных диапазонов биологических ритмов и механизмов их генерации: коротковолновый диапазон имеет преимущественно генетическую природу, а на медленноволновую часть спектра (отражающую тотальные функции организма) влияет космическая и геофизическая обстановка [18].
Механизм ритмики (на примере суточной) пытались объяснить «законом компенсации», согласно которому отклонение какой-либо функции под воздействием того или иного фактора «уравновешивается» противоположным по направлению отклонением, благодаря чему средние величины оказываются постоянными. За последние годы эта точка зрения получила новый импульс в математическом моделировании биоритмов методами нелинейной динамики: если показатель каждой последующей биологической реакции зависит от предыдущей, то при определенных функциональных отношениях это может стать причиной колебательного процесса в биосистеме [14]. Следовательно, нелинейная динамика объясняет наличие ритмики без постулирования генетического осциллятора и без внешних синхронизирующих воздействий.
Итак, поддержание постоянства, обеспечивающего устойчивую внутреннюю синхронизацию циркадианных ритмов (естественную фазовую архитектонику циркадианной системы), осуществляется так называемыми времязадателями, или синхронизаторами ритмов. Разделяют понятия «синхронизатор» и «синхронизирующий фактор», применяя первое по отношению к физически существующему осциллятору, а второе - к средствам реализации его воздействия. В рамках колебательной системы организма в качестве осциллятора может выступить супрахиазматическое ядро, в качестве синхронизирующих факторов - периодически меняющиеся импульсы, в нем возникающие.
Различают физические и социальные синхронизаторы. При рассмотрении внешних природных систем в качестве осциллятора-
синхронизатора выступает вращающаяся планета Земля, а в качестве синхронизирующего фактора (агента) - смена света и темноты. Чередование света и темноты является основным физическим времязада-телем. Свет побуждает нас к активной деятельности, темнота - к покою. Влияние этого фактора отчетливо прослеживается на всех живых организмах.
В группу социальных времязадателей, которые определяются как совокупность периодических жизненных явлений цивилизованного мира, осознаваемых человеком, входит распорядок нашей производственной и бытовой деятельности: трудовой ритм, жестко регламентирующий прежде всего момент подъема (перехода от сна к бодрствованию), ритм повседневных привычек (поездки на работу и с работы, приемы пищи, традиционные вечерние мероприятия). Социально регламентированный распорядок жизни человека получает отражение в отправлениях его организма, которые подпадают под влияние социальных времязадателей. Например, стало уже привычным сравнение нашего желудка с часами.
К числу социальных времязадателей относятся некоторые атрибуты городской жизни: городской шум со связанными с приходом дня и ночи усилениями и ослаблениями, огни и реклама вечерних улиц (электрический свет в отличие от солнечного для человека является сигналом вечера и ночи). Сюда же относятся и показания часов: мы (в особенности городские жители) привыкли судить о времени суток не столько по природным явлениям, сколько по положению стрелок на циферблате наших часов. Как отмечают ведущие российские биорит-мологи Б.С. Алякринский и С.И. Степанова [2], в налаживании ритма суточных колебаний человека социальные времязадатели чаще всего играют ведущую роль, и прежде всего потому, что они в буквальном смысле вписаны в ткань нашей жизни, и многие из них входят органически во многие поведенческие акты. Социальным времязадателям свойственна высокая стабильность положения на оси времени, практическая независимость от географических факторов. Фактически система социальных времязадателей представляет собой жесткий временной каркас, в рамках которого формируется активность как отдельного человека, так и коллективов самого разного состава, объема и целевого назначения.
Прослеживается очевидная связь циркадианных ритмов организма с суточной периодичностью средовых факторов, так что создается впечатление о чисто внешней экзогенной природе этих ритмов. Игнорировать влияние физических и социальных факторов на внутреннюю синхронизацию циркадианной системы невозможно. В этом плане представляет интерес следующая эволюционная точка зрения: ритмичность первоначально возникает в результате периодических воздействий среды, затем закрепляется генетически, и в настоящее время ритмы генерируются внутренним механизмом, но период их синхронизируется с частотой внешних стимулов [4].
Анализ и сопоставление точек зрения на природу циркадианных ритмов убедительно свидетельствует в пользу ее эндогенности. Есть все основания утверждать, что времязадатели регулируют только положение фаз циркадианных ритмов на суточной шкале, сами же ритмы с присущим им периодом являются эндогенными. Таким образом, циркадианные ритмы имеют эндогенное происхождение, их параметры генно запрограммированы, что не исключается и даже предполагается, наличие в ритмических системах организма экзогенного компонента [11].
В циркадианном ритме колеблется чувствительность организма к разнообразным внешним и внутренним раздражителям, как положительной, так и отрицательной природы. Слаженность циркадианных ритмов является необходимым условием благополучия живой системы. Нарушение такой слаженности - десинхроноз - есть постоянный и самый ранний компонент стадии тревоги общего адаптационного синдрома, а состояние этой слаженности - универсальный критерий общего функционального состояния организма. Справедливо предположить, что временная последовательность, выработанная всем ходом эволюции, является предпосылкой хорошего здоровья и работоспособности [6].
Мы также можем утверждать, что биоритмологические закономерности отчетливо прослеживаются на уровне всех морфофункциональных систем организма. Например, иммунная система при всей ее относительной автономности является частью целостного организма и подчиняется основным фундаментальным закономерностям организации живой материи, одной из которых является принцип ритмичности протекания всех биопроцессов [25].
Хронобиологические закономерности регуляции иммунных функций, по-видимому, основываются на определенных фазовых взаимоотношениях между биоритмами синтеза и продукции регуляторных факторов с одной стороны, биоритмами рецепторного аппарата и метаболического потенциала иммунокомпетентных клеток - с другой. Вполне возможно считать, что ситуации, приводящие к изменению ритмов жизнедеятельности (широтные перелеты, миграции в контрастные поясно-временные и климатические регионы, суточные дежурства), являются факторами риска для развития иммунологических нарушений [12, 20].
Литература
1. Агаджанян Н.А. Биоритмы, спорт, здоровье / Н.А. Агаджанян, Н.Н. Шабатура. - М.: Физкультура и спорт, 1989. - 208 с.
2. Алякринский Б.С. По закону ритма / Б.С. Алякринский, С.И. Степанова. - М.: Наука, 1985. - 172 с.
3. Баевский Р. М. Временная адаптация человека и некоторые вопросы математической биоритмологии / Р.М. Баевский, Т.Д. Семе-
нова, М.К. Чернышев // Циркадные ритмы человека и животных. Фрунзе: Илим, 1975. С. 206-208.
4. Бейер Э.В. Сдвиги в содержании мелатонина плазмы и изменения циркадианной локомоции при разрушении дорзального гиппокампа у интактных и стрессированных крыс / Э.В. Бейер, К.С. Эльбекьян, Э.Б. Арушанян // Журн. высш. нерв. деятельности им. Павлова. 2001. Т. 51, № 5. С. 631-635.
5. Бирюкович А. А. К вопросу о суточном ритме частоты дыхания у детей и подростков / А. А. Бирюкович // Гигиена и санитария. 1972. № 5. С. 40-43.
6. Бородин Ю.И. Основные принципы хронотерапии / Ю.И. Бородин, В.А. Труфакин, А.В. Шурлыгина, Т.И. Новоселова. - Новосибирск: Изд-во СО РАМН, 2002. - 42 с.
7. Бюннинг Э. Ритмы физиологических процессов (физиологические часы) / Э. Бюннинг. - М.: ИЛ, 1961. - 162 с.
8. Васильев И. О влиянии тренировок, проводимых днем и ночью на повышение мышечной работоспособности военнослужащих в ночные часы / И. Васильев, Г. Волоухов // Тр. КВИФКиС. 1959. Вып. 21. С. 14-20.
9. Вельтищев Ю.К. О функциональном состоянии коры надпочечников при ревматизме в активной фазе / Ю.К. Вельтищев, Н.Ф. Сахаров, О.К. Ботвиньев и др. // Вопр. охраны материнства и детства. 1969. № 2. С. 20-24.
10. Горизонтов П. Д. Гомеостаз / П. Д. Горизонтов. - М.: Медицина, 1981.
11. Ежов С.Н. Хронофизиологические аспекты авиаперемещений в современном спорте / С.Н. Ежов. - Владивосток: Изд-во ДВГАЭУ, 2003. - 74 с.
12. Ежов С.Н. Хронофизиология географических перемещений / С.Н. Ежов. - Владивосток: Изд-во ДВГАЭУ, 2003. - 212 с.
13. Карп В. П. Математические методы исследования биоритмов / В.П. Карп, Г.С. Катинас // Хронобиология и хрономедицина. М.: Медицина, 1989. С. 29-45.
14. Катинас Г.С. Выявление периодичностей при неравно отстоящих наблюдениях / Г.С. Катинас, Л.В. Ермолина, А.В. Марты-нихин // Хронобиология и хрономедицина: Сб. тез. конф., г. Уфа, 26-28 ноября 1985 г. Уфа: БГУ, 1985. Т. 1. С. 34-36.
15. Катинас Г. С. Организация биоритмологических исследований / Г. С. Катинас, В. А. Яковлев // Хронобиология и хрономедицина. М.: Медицина, 1989.С. 45-50.
16. Катинас Г.С. Уровни организации живых систем и биологические ритмы / Г.С. Катинас // Фактор времени в функциональной организации живых систем. Л., 1980. С. 82-85.
17. Квашнина С.И. Охрана здоровья работников вахтового труда на Крайнем Севере России / С.И. Квашнина, С.Г. Кривощеков. -Ухта: УИИ, 1998. - 11 с.
18. Комаров Ф.И. Суточный ритм физиологических функций у здорового и больного человека / Ф.И. Комаров, Л.В. Захаров, В.А. Лисовский. - Л.: Медицина, 1966. - 199 с.
19. Комаров Ф.И. Хрономедицина - новое направление в медикобиологической науке и практике / Ф.И. Комаров, Ю.А. Романов, Н.И. Моисеева // Хронобиология и хрономедицина. М.: Медицина, 1989. С. 5-17.
20. Кривощеков С.Г. Производственная миграция и здоровье человека на Севере / С.Г. Кривощеков, С.В. Охотников. - Москва; Новосибирск: Изд-во СО РАМН, 2000. -118 с.
21. Кривощеков С.Г. Профилактика и прогнозирование десинхро-нозов / С.Г. Кривощеков, В.А. Матюхин, А.Н. Разумов, В.А. Труфакин. - Москва; Новосибирск: Изд-во СО РАМН, 2003. - 56 с.
22. Кривощеков С.Г. Психофизиологические аспекты незавершенных адаптаций / С.Г. Кривощеков, В.П. Леутин, М.Г. Чухрова. -Новосибирск: СО РАМН, 1998. - 100 с.
23. Леутин В.П. Инверсия полушарного доминирования как психофизиологический механизм интервальной гипоксической тренировки / В.П. Леутин, Я.Г. Платонов, Г.М. Диверт и др. // Физиология человека. 1999. Т. 25, № 3.
24. Маклаков А.Г. Личностный адаптационный потенциал: его мобилизация и прогнозирование в экстремальных условиях / А.Г. Маклаков // Психол. журн. 2001. № 1. С. 16-24.
25. Матюхин В. А. Экологическая физиология человека и восстановительная медицина / В. А. Матюхин, А.Н. Разумов. - М.: ГЭОТАР Медицина, 1999. - 335 с.
26. Табеева Д.М. Иглотерапия / Д.М. Табеева. - М.: Ратмос, 1994. -472 с.
27. Хетагурова Л. Г. Временная организация системы гомеостаза в норме и при десинхронозе. Возможности ее хронофитокоррекции: дис. ... д-ра мед. наук / Л.Г. Хетагурова. - Владикавказ, 1992. - 192 с.
28. Ширинян Л.Г. Временная организация основных систем жизнеобеспечения у лиц физического труда. Десинхронозы. Возможности активной хронофитоадаптации: автореф. дис. ... канд. биол. наук / Л.Г. Ширинян; Северо-Осет. гос. мед. акад. - М., 1997. - 47 с.
29. Aschoff J. Circadian systems / J. Aschoff // Pflügers Arch. 1985. Vol. 403. Suppl. P. 1.
30. Halberg F. Rythmes circadiens et rythmes de basses frequencies en physiologic humaine / F. Halberg, A. Reinberg // J. Physiol. (France). 1967. Vol. 59. Suppl. I. P. 117-120.
31. Moore R.Y. The organization of the human circadian timing system / R.Y. Moore // Prog. Brain Res. 1992. Vol. 93. P. 101-117.
32. Singh Kum Kum. Circadian rhythms and behaviour / Singh Kum Kum // Everyman’s Sci. 1999. Vol. 34, N 6. P. 124-126.
33. Tskahashi J.S. Regulation of circadian rhythmicity / J.S. Tskahashi, M. Zatz // Science. 1982. Vol. 217, N 4565. P. 1104-1111.
© Ежов С.Н., 2008 г.
