Биологические ритмы человека. Как связаны биологические ритмы и работоспособность

Биологические ритмы — периодически повторяющиеся измене­ния характера и интенсивности биологических процессов и явле­ний в живых организмах. Биологические ритмы физиологических функций столь точны, что их часто называют «биологическими часами».

Есть основание полагать, что механизм отсчета времени заключен в каждой моле­куле человеческого тела, в том числе в молекулах ДНК, хранящих генетическую информацию. Клеточные биологические часы назы­вают «малыми», в отличие от «больших», которые, как считают, расположены в головном мозге и синхронизируют все физиологи­ческие процессы в организме.

Классификация биоритмов.

Ритмы , задаваемые внутренними «часами» или водителями рит­ма, называются эндогенными , в отличие от экзогенных , которые регулируются внешними факторами. Большинство биологических ритмов являются смешанными, т. е. частично эндогенными и час­тично экзогенными.

Во многих случаях главным внешним фактором, регулирующим ритмическую активность, служит фотопериод, т. е. продолжитель­ность светового дня. Это единственный фактор, который может быть надежным показателем времени, и он используется для установки «часов».

Конкретная природа «часов» неизвестна, но нет сомнений, что здесь действует физиологический механизм, который может вклю­чать как нервные, так и эндокринные компоненты.

Большинство ритмов формируются в процессе индивидуально­го развития (онтогенеза). Так, суточные колебания активности различных функций у ребенка наблюдаются до его рождения, их мож­но зарегистрировать уже во второй половине беременности.

• Биологические ритмы реализуются в тесном взаимодействии с окружающей средой и отражают особенности приспособления орга­низма к циклично изменяющимся факторам этой среды. Вращение Земли вокруг Солнца (с периодом около года), вращение Земли вок­руг своей оси (с периодом около 24 ч), вращение Луны вокруг Зем­ли (с периодом около 28 дней) приводят к колебаниям освещеннос­ти, температуры, влажности, напряженности электромагнитного поля и т. п., служат своеобразными указателями, или датчиками, времени для «биологических часов».
• Биологические ритмы имеют большие различия по частотам или периодам. Выделяют группу так называемых высокочастотных био­логических ритмов, периоды колебаний которых находятся в пре­делах от доли секунды до получаса. Примерами могут служить колебания биоэлектрической активности головного мозга, сердца, мышц, других органов и тканей. Регистрируя их с помощью спе­циальной аппаратуры, получают ценную информацию о фи­зиологических механизмах деятельности этих органов, которая используется также для диагностики заболеваний (электроэнцефа­лография, электромиография, электрокардиография и др.). К этой же группе можно отнести ритм дыхания.
• Биологические ритмы с периодом 20-28 ч называются циркадианными (циркадными , или околосуточными), например, перио­дические колебания на протяжении суток температуры тела, час­тоты пульса, артериального давления, работоспособности человека и др.
• Выделяют также группу биологических ритмов низкой часто­ты; это околонедельные, околомесячные, сезонные, окологодовые, многолетние ритмы .

В основе выделения каждого из них лежат четко регистрируе­мые колебания какого-либо функционального показателя.

Напри­мер: Околонедельному биологическому ритму соответствует уро­вень выделения с мочой некоторых физиологически активных веществ, околомесячному — менструальный цикл у женщин, сезон­ным биологическим ритмам — изменения продолжительности сна, мышечной силы, заболеваемости и т. д.

Наиболее изучен циркадианный биологический ритм, один из самых важных в организме человека, выполняющий как бы роль дирижера многочисленных внутренних ритмов.

Циркадианные ритмы высокочувствительны к действию различ­ных отрицательных факторов, и нарушение слаженной работы си­стемы, порождающей эти ритмы, служит одним из первых симптомов заболевания организма. Установлены циркадианные колебания более 300 физиологических функций организма человека. Все эти процессы согласованы во времени.

Многие околосуточные процессы достигают максимальных зна­чений в дневное время каждые 16-20 ч и минимальных — ночью или в ранние утренние часы.

Например: Ночью у человека самая низкая температура тела. К утру она повышается и достигает мак­симума во второй половине дня.

Основной причиной суточных колебаний физиологических фун­кций в организме человека являются периодические изменения возбудимости нервной системы, угнетающей или стимулирующей обмен веществ. В результате изменения обмена веществ и возни­кают изменения различных физиологических функций (рис.1).

Например: Частота дыхания днем выше, чем ночью. В ночное время понижена функция пищеварительного аппарата.

Рис. 1. Суточные биологические ритмы в организме человека

Например: Установлено, что суточная динамика температуры тела имеет волнообразный характер. Примерно к 18 ч температура достигает максимума, а к полуночи снижается: минимальное ее значение меж­ду часом ночи и 5 ч утра. Изменение температуры тела в течение суток не зависит от того, спит человек или занимается интенсив­ной работой. Температура тела определяет скорость биологических реакций , днем обмен веществ идет наиболее интенсивно.

С суточным рит­мом тесно связаны сон и пробуждение. Своеобразным внутренним сигналом для отдыха ко сну служит понижение температуры тела. На протяжении суток она изменяется с амплитудой до 1,3°С.

Например: Измеряя через каждые 2-3 ч на протяжении нескольких суток температуру тела под языком (обычным медицинским термомет­ром), можно довольно точно установить наиболее подходящий момент для отхода ко сну, а по температурным пикам определить периоды максимальной работоспособности.

Днем растет частота сердечных сокращений (ЧСС), выше артериальное давление (АД), чаще дыхание. Изо дня в день к моменту пробуждения, как бы пред­восхищая возрастающую потребность организма, в крови повыша­ется содержание адреналина — вещества, которое увеличивает ЧСС, повышает АД, активизирует работу всего организма; к этому времени в крови накапливаются биологические стимуляторы. Снижение концентрации этих веществ к вечеру — непременное условие спокойного сна. Недаром нарушения сна всегда сопровож­даются волнением и тревогой: при этих состояниях в крови нарас­тает концентрация адреналина и других биологически активных веществ, организм длительное время находится в состоянии «бое­вой готовности». Подчиняясь биологическим ритмам, каждый физиологический показатель в течение суток может существенно менять свой уровень.

Распорядок жизни, акклиматизация.

Биологические ритмы являются основой рациональной регла­ментации распорядка жизни человека, так как высокая работоспо­собность и хорошее самочувствие могут быть достигнуты только в том случае, если ритм жизни соответствует свойственному орга­низму ритму физиологических функций. В связи с этим необходи­мо разумно организовать режим труда (тренировок) и отдыха, а также прием пищи. Отклонение от правильного режима питания может привести к существенному увеличению веса, который в свою очередь, нарушая жизненные ритмы организма, вызывает измене­ние обмена веществ.

Например: Если принимать пищу общей кало­рийностью 2000 ккал только по утрам, вес снижается; если ту же пищу принимать в вечерние часы, увеличивается. Для того, чтобы сохранить вес тела, достигнутый к 20-25 годам, пищу следует принимать 3-4 раза в день в точном соответствии с индивидуаль­ными суточными затратами энергии и в те часы, когда появляется заметное чувство голода.

Однако эти общие закономерности иногда скрывают многооб­разие индивидуальных особенностей биологических ритмов. Не всем людям свойственны однотипные колебания работоспособнос­ти. Одни, так называемые «жаворонки», энергично работают в пер­вой половине дня; другие, «совы», — вечером. Люди, относящиеся к «жаворонкам», вечером испытывают сонливость, рано ложатся спать, но, рано просыпаясь, чувствуют себя бодрыми и работоспо­собными (рис.2).

Легче переносит акклиматизацию человек, если он принимает (3-5 раз в сутки) горячее питание и адаптогены, витаминные комп­лексы, а физические нагрузки увеличивает постепенно, по мере адаптации к ним (рис.3).

Рис. 2. Кривые ритма трудоспособности в течение суток

Рис. 3. Суточные ритмы протекания жизненных процессов при неизменных внешних условиях жизни (по Графу)

При несоблюдении этих условий может наступить так называе­мый десинхроноз (своеобразное патологическое состояние).

Явление десинхроноза наблюдается и у спортсменов, особенно у тренирующихся в условиях жары и влажного климата или среднегорья. Поэтому спортсмен, вылетающий на международные со­ревнования, должен быть хорошо подготовлен. Сегодня существу­ет целая система мероприятий, направленных на сохранение привычных биоритмов.

Для биологических часов человека важен правильный ход не только в суточных, но и в так называемых низкочастотных ритмах, например в околонедельном.

В настоящее время установлено, что недельный ритм вырабо­тан искусственно: убедительных данных о существовании врожден­ных семидневных ритмов у человека не обнаружено. Очевидно, что это эволюционно закрепленная привычка. Семидневная неделя ста­ла основой ритма и отдыха еще в древнем Вавилоне. За тысячеле­тия сформировался недельный социальный ритм: человек продук­тивнее работает в середине недели, чем в начале или в конце ее.

Биологические часы человека отражают не только суточные природные ритмы, но и имеющие большую продолжительность, например сезонные. Они проявляются в повышении обмена веществ весной и в снижении его осенью и зимой, в увеличении процента гемоглобина в крови и в изменении возбудимости дыхательного центра в весеннее и летнее время.

Состояние организма в летнее и зимнее время в какой-то степе­ни соответствует его состоянию днем и ночью. Так, зимой по срав­нению с летом снижалось в крови содержание сахара (аналогичное явление происходит и ночью), увеличивалось количество АТФ и холестерина.

Биоритмы и работоспособность.

Ритмы работоспособности, подобно ритмам физиологических процессов, по своей природе эндогенны.

Работоспособность может зависеть от многих факторов, дей­ствующих по отдельности или совместно. К этим факторам отно­сятся: уровень мотивации, прием пищи, факторы внешней среды, физическая готовность, состояние здоровья, возраст и другие факторы. По-видимому, на динамику работоспособности влияет и утомление (у элитных спортсменов — хроническое утомление), хотя не вполне ясно, каким именно образом. Утомление, возникающее при выполнении упражнений (тренировочных нагрузок), трудно преодо­левать даже достаточно мотивированному спортсмену.

Например: Утомление снижает работоспособность, а повторная тренировка (с интерва­лом в 2-4 ч после первой) улучшает функциональное состояние спортсмена.

При трансконтинентальных перелетах циркадианные ритмы различных функций перестраиваются с разной скоростью — от 2-3 дней до 1 месяца. Для нормализации циклично­сти до перелета необходимо каждый день сдвигать на 1 ч отход ко сну. Если это делать в течение 5-7 дней до отлета и ложиться спать в темной комнате, то удастся быстрее пройти акклиматизацию.

При прибытии в новый временной пояс необходимо плавно вхо­дить в тренировочный процесс (умеренные физические нагрузки в те часы, когда будут производиться соревнования). Тренировки не должны носить «ударный характер».

Следует отметить, что естественный ритм жизнедеятельности организма обусловлен не только внутренними факторами, но и вне­шними условиями. В результате исследований был выявлен волно­вой характер изменения нагрузок на тренировке. Прежние представ­ления о неуклонном и прямолинейном наращивании тренировочных нагрузок оказались несостоятельными. Волнообразный характер изменения нагрузок в процессе тренировок связан с внутренними биологическими ритмами человека.

Например: Различают три категории «волн» тренировок: «малые», охватывающие от 3 до 7 дней (или не­сколько более), «средние» — чаще всего 4-6 недель (недельные тре­нировочные процессы) и «большие», продолжающиеся несколько месяцев.

Нормализация биологических ритмов позволяет осуществлять интенсивные физические нагрузки, а тренировки при нарушенном биологическом ритме приводят к различным функциональным рас­стройствам (например, десинхронозу), а иногда и к заболеваниям.

Источник информации: В.Смирнов, В.Дубровский (Физиология физического воспитания и спорта).

Наука, изучающая ритмичность в биологии, возникла в конце XVIII века. Ее основателем считается немецкий врач Христофор Вильям Гуфелянд. С его подачи длительный период организма считались зависимыми исключительно от внешних цикличных процессов, в первую очередь от вращения Земли вокруг Солнца и собственной оси. Сегодня хронобиология пользуется популярностью. Согласно доминирующей в ней теории, причины биоритмов лежат как вне, так и внутри конкретного организма. Причем повторяющиеся во времени изменения свойственны не только отдельным особям. Они пронизывают все уровни биологических систем — от клетки до биосферы.

Ритмичность в биологии: определение

Таким образом, рассматриваемое свойство является одним из фундаментальных характеристик живой материи. Ритмичность в биологии можно определить как колебания интенсивности процессов и физиологических реакций. Она представляет собой периодические изменения состояния среды живой системы, возникающие под действием внешних и внутренних факторов. Также их называют синхронизаторами.

Биоритмы, не зависящие от внешних (действующих на систему снаружи) факторов, являются эндогенными. Экзогенные, соответственно, не откликаются на воздействие внутренних (действующих внутри системы) синхронизаторов.

Причины

Как уже отмечалось, на первых этапах формирования новой науки ритмичность в биологии считалась обусловленной лишь внешними факторами. На смену этой теории пришла гипотеза внутреннего детерминирования. В ней внешним факторам отводилась незначительная роль. Однако достаточно быстро исследователи пришли к пониманию высокого значения обоих типов синхронизаторов. Сегодня считается, что биологические эндогенные по своей природе, подвержены изменениям под воздействием внешней среды. Эта идея стоит в центре мультиосцилляторной модели регуляции подобных процессов.

Суть теории

Согласно этой концепции, эндогенные генетически запрограммированные колебательные процессы испытывают воздействие со стороны внешних синхронизаторов. Огромное число внутренних ритмических колебаний многоклеточного организма выстроено в определенном иерархическом порядке. В основе его поддержания лежат нейрогуморальные механизмы. Они согласовывают фазовые взаимоотношения различных ритмов: однонаправленные процессы протекают синхронно, а несовместимые работают в противофазе.

Всю эту деятельность трудно себе представить без некоего осциллятора (координатора). В рассматриваемой теории выделяют три взаимосвязанные регулирующие системы: эпифиз, гипофиз и надпочечники. Эпифиз считается наиболее древним.

Предположительно у организмов, стоящих на низких ступенях эволюционного развития, эпифиз играет главную роль. Выделяемый им мелатонин вырабатывается в темноте и распадается на свету. Фактически он сообщает всем клеткам о времени дня. При усложнении организации эпифиз начинает играть вторую роль, уступая первенство супрахиазматическим ядрам гипоталамуса. Вопрос о соотношении в деле регуляции биоритмов обеих структур до конца не решен. В любом случае, согласно теории, у них существует «помощник» — надпочечники.

Виды

Все биоритмы делятся на две основные категории:

физиологические представляют собой колебания в работе отдельных систем организма;

экологические, или адаптивные необходимы для приспособления к постоянно меняющимся условиям окружающей среды.

Также распространенной является классификация, предложенная хронобиологом Ф. Хальбергом. За основу разделения биологических ритмов он взял их длительность:

колебания высокой частоты — от нескольких секунд до получаса;

колебания средней частоты — от получаса до шести дней;

колебания низкой частоты — от шести дней до года.

Процессы первого типа — это дыхание, сердцебиение, электрическая активность головного мозга и другая аналогичная ритмичность в биологии. Примеры колебаний средней частоты — это изменения в течение дня обменных процессов, режима сна и бодрствования. Третий включает сезонные, годичные и лунные ритмы.

Внешние по отношению к человеку синхронизаторы делятся на социальные и физические. Первые — это распорядок дня и различные нормы, принятые на производстве, в быту или обществе в целом. Физические синхронизаторы представлены сменой дня и ночи, напряженностью электромагнитных полей, колебаниями температур, влажности и так далее.

Десинхронизация

Идеальное состояние организма возникает тогда, когда внутренние биоритмы человека работают в соответствии с внешними условиями. К сожалению, так бывает не всегда. Состояние, когда происходит рассогласование внутренних ритмов и внешних синхронизаторов, называют десинхронозом. Он также существует в двух вариантах.

Внутренний десинхроноз — рассогласование процессов непосредственно в организме. Распространенный пример — нарушение ритмов сна и бодрствования. Внешний десинхроноз — это рассогласование внутренних биологических ритмов и условий среды. Подобные нарушения возникают, например, при перелете из одного часового пояса в другой.

Десинхроноз проявляется в виде изменения таких физиологических показателей, как артериальное давление. Часто он сопровождается повышенной раздражимостью, отсутствием аппетита, быстрой утомляемостью. По мнению хронобиологов, как уже говорилось выше, любая болезнь — результат рассогласования тех или иных колебательных процессов.

Суточные биологические ритмы

Понимание логики колебаний физиологических процессов позволяет оптимально выстраивать деятельность. В этом смысле особенно велико значение биологических ритмов длительностью около суток. Их используют как для определения эффективного так и для медицинской диагностики, лечения, и даже выбора дозы препаратов.

В человеческом организме сутки — период колебания огромного числа процессов. Одни из них изменяются существенно, другие — минимально. Важно при этом, что показатели и тех, и других не выходят за рамки нормы, то есть не становятся угрожающими здоровью.

Температурные колебания

Терморегуляция — залог постоянства внутренней среды, а значит, правильной работы организма для всех млекопитающих, в том числе и человека. Изменение температуры происходит в течение суток, при этом диапазон колебаний совсем невелик. Минимальные показатели характерны для периода от часа ночи до пяти утра, максимальные регистрируются около шести часов вечера. Амплитуда колебаний составляет при этом чаще всего меньше одного градуса.

Сердечно-сосудистая и эндокринная системы

Работа главного «мотора» человеческого организма также подвержена колебаниям. Существуют две временные точки, в которые снижается активность сердечно-сосудистой системы: час дня и девять вечера.

Свои ритмы свойственны и всем органам кроветворения. Пик активности костного мозга приходится на раннее утро, а у селезенки — на восемь часов вечера.

Секреция гормонов тоже непостоянна на протяжении дня. Концентрация адреналина в крови возрастает ранним утром и достигает своего пика к девяти часам. Такая особенность объясняет бодрость и активность, которые чаще всего свойственны людям в первой половине дня.

Акушеркам известна любопытная статистика: родовая деятельность в большинстве случаев начинается около полуночи. Это также связано с особенностями работы К этому времени активизируется задняя доля гипофиза, вырабатывающая соответствующие гормоны.

Утром — мясо, вечером — молоко

Для приверженцев правильного питания будут любопытны факты, связанные с пищеварительной системой. Первая половина дня — время, когда усиливается перистальтика желудочно-кишечного тракта, увеличивается выработка желчи. Печень утром активно расходует гликоген и отдает воду. Из этих закономерностей хронобиологи выводят нехитрые правила: тяжелую и жирную пищу лучше есть в первой половине дня, а после обеда и вечером идеальны молочные продукты и овощи.

Работоспособность

Не секрет, что биоритмы человека влияют на его активность в течение дня. Колебания у разных людей имеют особенности, однако можно выделить и общие закономерности. Три «птичьих» хронотипа, связывающие биологические ритмы и работоспособность, пожалуй, известны всем. Это «жаворонок», «сова» и «голубь». Первые два — крайние варианты. «Жаворонки» полны сил и энергии с утра, легко встают и рано ложатся спать.

«Совы», как и их прототип, ведут ночной образ жизни. Активный период для них начинается примерно в шесть вечера. Ранний подъем им бывает очень трудно перенести. «Голуби» способны работать как днем, так и вечером. В хронобиологии их называют аритмиками.

Зная свой тип, человек может более эффективно управлять собственной деятельностью. Впрочем, существует мнение, что любая «сова» может стать «жаворонком» при желании и настойчивости, а разделение на три типа обусловлено, скорее, привычками, нежели заложенными особенностями.

Постоянное изменение

Биоритмы человека и других организмов не являются жесткими, навсегда закрепленными признаками. В процессе онто- и филогенеза, то есть индивидуального развития и эволюции, они изменяются с определенными закономерностями. Что отвечает за подобные сдвиги, до конца еще непонятно. Существует две основные версии на этот счет. Согласно одной из них, изменениями руководит заложенный на клеточном уровне механизм — его можно назвать

Другая гипотеза основную роль в этом процессе отводит геофизическим факторам, которые еще предстоит изучить. Приверженцы этой теории объясняют различия биоритмов особей их положением на эволюционной лестнице. Чем выше уровень организации, тем интенсивнее обмен веществ. При этом характер показателей не меняется, но увеличивается амплитуда колебания. Саму же ритмичность в биологии и ее синхронизацию с геофизическими процессами они рассматривают как результат работы естественного отбора, приводящий к превращению внешнего (например, смена дня и ночи) во внутреннее (период активности и сна) колебание ритма.

Влияние возраста

Хронобиологам удалось установить, что в процессе онтогенеза, в зависимости от проходимой организмом стадии, меняются околосуточные ритмы. Каждому развития соответствуют свои колебания внутренних систем. Причем изменение биологических ритмов подчинено определенной закономерности, описанной российским специалистом Г.Д. Губиным. Ее удобно рассмотреть на примере млекопитающих. У них подобные изменения связаны в первую очередь с амплитудами околосуточных ритмов. С первых этапов индивидуального развития они нарастают и достигают максимума в молодом и зрелом возрасте. Затем амплитуды начинают уменьшаться.

Это не единственные изменения ритмов, связанные с возрастом. Меняются также последовательности акрофаз (акрофаза — точка времени, когда наблюдается максимальное значение параметра) и величины диапазона возрастной нормы (хронодезма). Если учитывать все эти изменения, становится очевидным, что именно в зрелом возрасте биоритмы прекрасно согласованы и организм человека способен противостоять различным внешним влияниям, сохраняя свое здоровье. С течением времени ситуация меняется. В результате рассогласования различных ритмов запас здоровья постепенно заканчивается.

Хронобиологи предлагают использовать подобные закономерности для прогнозирования болезней. На основе знания об особенностях колебаний околосуточных ритмов человека на протяжении жизни теоретически возможно построение некоего графика, отражающего запас здоровья, его максимумы и минимумы во времени. Подобное тестирование — дело будущего, по мнению большинства ученых. Однако существуют теории, позволяющие построить нечто подобное такому графику уже сейчас.

Три ритма

Приоткроем немного завесу тайны и расскажем о том, как определить свои биоритмы. Расчет в них делается на основе теории психолога Германа Свобода, врача Вильгельма Фисса и инженера Альфреда Тельчера, созданной ими на рубеже XIX и XX веков. Суть концепции в том, что существует три ритма: физический, эмоциональный и интеллектуальный. Они возникают в момент рождения и на протяжении всей жизни не меняют своей частоты:

физический — 23 дня;

эмоциональный — 28 дней;

интеллектуальный — 33 дня.

Если построить график их изменений с течением времени, он примет вид синусоиды. Для всех трех параметров часть волны над осью Ох соответствует подъему показателей, под ней располагается зона спада физических, эмоциональных и умственных возможностей. Биоритмы, расчет которых можно произвести по подобному графику, в точке пересечения с осью сигнализируют о начале периода неопределенности, когда сильно падает устойчивость организма к воздействиям внешней среды.

Определение показателей

Расчет биологических ритмов на основе этой теории можно произвести самостоятельно. Для этого необходимо подсчитать, сколько вы уже прожили: умножить возраст на количество дней в году (не забудьте, что в високосном их 366). Полученную цифру нужно разделить на частоту того биоритма, график которого вы строите (23, 28 или 33). Получится некоторое целое число и остаток. Целую часть снова умножьте на продолжительность конкретного биоритма? f полученное значение вычтите из количества прожитых дней. Остаток будет числом дней периода в настоящий момент.

Если полученное значение не превышает одной четвертой от продолжительности цикла, — это время подъема. В зависимости от биоритма оно предполагает бодрость и физическую активность, хорошее настроение и эмоциональную устойчивость, творческое вдохновение и интеллектуальный подъем. Значение, равное половине продолжительности периода, символизирует время неопределенности. Попадание в последнюю треть длительности любого биоритма означает нахождение в зоне спада активности. В это время человеку свойственно быстрее уставать, возрастает опасность болезней, если речь идет о физическом цикле. В эмоциональном плане наблюдается снижение настроения вплоть до депрессии, ухудшение способности сдерживать сильные внутренние порывы. На уровне интеллекта период спада характеризуется трудностью в принятии решений, некоторой заторможенностью мысли.

Отношение к теории

В научном мире концепция трех биоритмов в таком формате, как правило, критикуется. Отсутствуют достаточные основания для предположения, что в организме человека нечто может быть настолько неизменным. Об этом говорят все обнаруженные закономерности, которым подчиняется ритмичность в биологии, характеристики внутренних процессов, свойственные разным уровням живых систем. Поэтому описанную методику расчета и всю теорию чаще всего предлагается рассматривать как интересный вариант времяпрепровождения, но не серьезную концепцию, на основе которой стоит планировать свою деятельность.

Биологический ритм сна и бодрствования, таким образом, не единственный, существующий в организме. Колебаниям подвержены все системы, составляющие наше тело, причем не только на уровне таких крупных формирований, как сердце или легкие. Ритмичные процессы заложены еще в клетках, а потому свойственны живой материи в целом. Наука, изучающая подобные колебания, пока достаточно молода, но уже стремится объяснить многие закономерности, существующие в человеческой жизни и во всей природе. Уже накопленные данные позволяют предположить, что потенциал хронобиологии на самом деле очень высок. Возможно, в ближайшее время ее принципами станут руководствоваться и врачи, назначая дозы лекарств в соответствии с особенностями фазы того или иного биологического ритма.

Любое биологическое явление, любая физиологическая реакция имеют периодическую природу, так как у живых организмов, в течение многих миллионов лет живущих в условиях ритмических изменений геофизических параметров среды, выработались и способы приспособления к ним.

Ритмичность - фундаментальная характеристика функционирования живого организма - прямо связана с механизмами обратной связи, саморегуляции и адаптации, а согласование ритмических циклов достигается благодаря важной особенности колебательных процессов - стремлению к синхронизации. Основное назначение ритмичности заключается в поддержании гомеостаза организма при изменении факторов внешней среды. При этом гомеостаз понимается не как статичная устойчивость внутренней среды, а как динамический ритмический процесс - ритмостаз, или гомеокинез.

Собственные ритмы организма не автономны, а связаны с ритмическими процессами внешней среды: сменой дня и ночи, годовыми сезонами и т.д.

Внешние задаватели времени

В терминологии, характеризующей внешние факторы и порождаемые ими внутренние колебания, нет единообразия. Например, существуют названия «внешние и внутренние датчики времени», «задаватели времени», «внутренние биологические часы», «генераторы внутренних колебаний» - «внутренние осцилляторы».

Биологический ритм - периодическое повторение некоторого процесса в биологической системе через более или менее регулярные промежутки времени. Биоритм - не просто повторяющийся, а и самоподдерживающийся и самовоспроизводящийся процесс. Биологические ритмы характеризуются периодом, частотой, фазой и амплитудой колебаний.

Период - время между двумя одноимёнными точками в волнообразно изменяющемся процессе, т.е. продолжительность одного цикла до первого повтора.

Частота. Ритмы также могут быть охарактеризованы частотой - числом циклов, совершающихся в единицу времени. Частота ритмов может определяться частотой периодических процессов, протекающих во внешней среде.

Амплитуда - наибольшее отклонение исследуемого показателя в какую-либо сторону от средней. Амплитуда иногда выражается через мезор, т.е. в процентах от средней величины всех её значений, полученных при регистрации ритма. Удвоенная амплитуда равна размаху колебаний.

Фаза. Термин «фаза» относится к любой отдельно выделенной части цикла. Чаще всего этим термином пользуются, описывая связь одного ритма с другим. Например, пик активности у одних животных совпадает по фазе с тёмным периодом цикла свет-темнота, у других - со светлым периодом. Если два выделенных отрезка времени не совпадают, то вводится термин разность по фазе, выраженная в соответствующих долях периода. Опережение или отставание по фазе означает, что событие произошло раньше или позже ожидаемого срока. Фаза выражается в градусах. Например, если максимум одного ритма соответствует минимуму другого, то разность по фазе между ними составляет 180?.

Акрофаза - точка времени в периоде, когда отмечается максимальное значение исследуемого показателя. При регистрации акрофазы (батифазы) в течение нескольких циклов отмечено, что время её наступления варьирует в определённых пределах, и это время выделено как зона блуждания фазы. Величина зоны блуждания фазы, вероятно, связана с периодом (частотой) ритма. На частоту и фазу биоритмов влияют не только частота и фаза внешнего колебательного процесса, но и его уровень.

Существует циркадианное правило: для дневных организмов характерна положительная корреляция между освещённостью и частотой циркадианного ритма, а для ночных - отрицательная корреляция.

Классификации биоритмов

Классификация ритмов зависит от выбранных критериев: по их собственным характеристикам, по функциям, которые они выполня- ют, роду процесса, порождающего колебания, а также по биосистеме, в которой наблюдается цикличность.

Спектр возможных ритмов жизни охватывает широкий диапазон масштабов времени - от волновых свойств элементарных частиц

(микроритмов) до глобальных циклов биосферы (макро- и мегаритмов). Пределы их длительности - от многих лет до миллисекунд, группировка иерархическая, но границы между группами в боль- шинстве случаев условны. Верхнюю границу среднечастотных ритмов устанавливают на отметке от 28 ч до 3 с. Периоды от 28 ч до 7 суток либо относят к единой группе мезоритмов, либо часть их (до 3 суток) включают в среднечастотные, а от 4 суток - в низкочастотные.

Ритмы подразделяют по следующим критериям (Ю. Ашофф,

1984):

По собственным характеристикам (например, по периоду);

По биологической системе (например, популяция);

По роду процесса, порождающего ритм;

По функции, которую ритм выполняет.

Предложена классификация, основанная на структурно-функциональных уровнях организации жизни:

Ритмы молекулярного уровня с периодом секундно-минутного диапазона;

Клеточные - от околочасовых до окологодовых; организменные - от околосуточных до многолетних;

Популяционно-видовые - от окологодовых до ритмов длительностью десятки, сотни и тысячи лет;

Биогеоценотические - от сотен тысяч до миллионов лет;

Биосферные ритмы - с периодом сотни миллионов лет.

Наиболее популярна классификация биологических ритмов F. Halberg и A. Reinberg (1967) (рис. 4.1).

ОТДЕЛЬНЫЕ РИТМЫ

В живой природе наиболее отчётливо выражены ритмы с периодом около 24 ч - циркадианные (лат. circa - около, dies - день). Позднее префикс «circa» стали применять для остальных эндогенных ритмов,

Рис. 4-1. Классификация биоритмов (F. Halberg, A. Reinberg)

отвечающих циклам внешней среды: околоприливные, окололунные, окологодовые (circatidal, circalunar, circannual). Ритмы с периодом более коротким, чем циркадианные, определены как ультрадианные, с более длинным - инфрадианные. Среди инфрадианных ритмов выделяют циркасептидианные с периодом (7?3 суток), циркавигентидианные (21 ?3 суток), циркатригентидианные (30?5 суток) и цирканнуальные (1 год?2 мес.).

Ультрадианная ритмика

Если биологические ритмы этого диапазона расположить в порядке уменьшения их частоты, то получается ряд от многогерцовых до многочасовых колебаний. Наиболее высокой частотой (60-100 Гц) отличаются нервные импульсы, затем следуют колебания ЭЭГ с частотой от 0,5 до 70 Гц.

Декасекундные ритмы были зарегистрированы в биопотенциалах мозга. К этому диапазону относятся и колебания пульса, дыхания, перистальтики кишечника. Минутные ритмы характеризуют психолого-эмоциональное состояние человека: биоэлектрическая активность мышц, ЧСС и дыхания, амплитуда и частота движений изменяются в среднем через каждые 55 с.

Декаминутные (90 мин) ритмы были открыты в мозговых механизмах ночного сна, которые были названы медленно- и быстроволновой (или парадоксальной) фазами, при этом именно на вторую фазу приходятся сновидения, непроизвольные движения глаз. Такой же ритм в последующем был обнаружен в сверхмедленных колебаниях биопотенциалов бодрствующего мозга, связанных с временной динамикой внимания, бдительности оператора.

Околочасовые ритмы обнаружены не только на системном, но и на нижележащих иерархических уровнях. Этот ритм имеют многие происходящие на клеточном уровне явления: синтез белка, изменение клеточных размеров и массы, ферментативной активности, проницаемости клеточных мембран, секреции, электрической активности.

Циркадианные колебания

Циркадианная система - та основа, благодаря которой проявляются интегративная деятельность и регулирующая роль нейроэндокринной системы, осуществляющей точное и тонкое приспособление организма к постоянно меняющимся условиям окружающей среды.

Циркадианная периодичность обнаружена в интегральных показателях жизнедеятельности.

Работоспособность в ночное время снижается, и время выполнения задания, как при свете, так и в темноте ночью более продолжительное, чем днём в тех же условиях.

Тренировка в ранние утренние часы даёт несколько меньший эффект, чем в середине дня.

Работоспособность учащихся наиболее высока в предобеденные часы, к 14 ч отмечается значительное её снижение, второй её подъём приходится на 16-17 ч, затем наблюдается новый спад.

Суточная периодичность характерна не только для ВНД, но и для нижележащих иерархических систем организма.

Зарегистрированы 24-часовые изменения церебральной и кардиальной гемодинамики, ортостатической устойчивости.

Выявлен суточный ритм сопряжённости фаз сердечного цикла и дыхания.

В литературе имеются данные о ночном снижении лёгочной вентиляции и потребления кислорода, падении минутного объёма дыхания (МОД) у лиц молодого, зрелого и среднего возраста.

Циркадианная ритмичность присуща и функции системы пищеварения, в частности, слюноотделения, секреторной деятельности поджелудочной железы, синтетической функции печени, моторики желудка. Установлено, что наибольшая скорость секреции кислоты с желудочным соком наблюдается вечером, наименьшая - утром.

На уровне биохимической индивидуальности открыта суточная цикличность для некоторых веществ.

Концентрация макро- и микроэлементов: фосфора, цинка, марганца, натрия, калия, рубидия, цезия и хлора в крови чело- века, а также железа в сыворотке крови.

Суммарное содержание аминокислот и нейромедиаторов.

Основной обмен и связанный с ним уровень тиреотропного гормона гипофиза и гормонов щитовидной железы.

Система половых гормонов: тестостерон, андростерон, фолликулостимулирующий гормон, пролактин.

Гормоны нейроэндокринной системы регуляции стресса - АКТГ, кортизол, 17-оксикортикостероиды, что сопровожда-

ется цикличными изменениями уровня глюкозы и инсулина. Подобная ритмичность известна и для мелатонина.

Инфрадианные ритмы

Биоритмологами описаны не только суточные, но и многодневные (околонедельные, околомесячные) ритмы, охватывающие все иерар- хические уровни организма.

В литературе имеется анализ тонкого спектра колебаний (с периодом 3, 6, 9-10, 15-18, 23-24 и 28-32 дней) частоты сердечных сокращений, АД, мышечной силы.

Ритм 5-7-дневной длительности зафиксирован в динамике интенсивности энергетического обмена, массы и температуры тела человека.

Хорошо известны флюктуации результатов клинических анализов содержания в крови эритроцитов и лейкоцитов. У мужчин количество нейтрофилов в венозной крови изменяется с периодом от 14 до 23 дней.

Среди ритмов этого диапазона наиболее изучены месячные (лунные) циклы. Установлено, что в полнолуние количество случаев послеоперационных кровотечений на 82% больше, чем в другое время, в дни лунных фаз увеличивается частота возникновения инфаркта миокарда.

Цирканнуальные ритмы

В организме животных и человека обнаружены колебания различных физиологических процессов, период которых равен одному году - окологодовые (цирканнуальные), или сезонные ритмы. Цирканнуальная периодичность определена для возбудимости нервной системы, показателей гемодинамики, теплопродукции, реакции на острую холодовую нагрузку, содержание половых и других гормонов, нейромедиаторов, рост детей и др.

ХАРАКТЕРИСТИКА БИОРИТМОВ

При изучении периодических явлений в живых системах важно выяснить, отражает ли ритм, наблюдаемый в биологической системе, реакцию на внешнее по отношению к этой системе периодическое воздействие (экзогенный ритм, навязываемый задавателем ритма) или же ритм порождается внутри самой системы (эндогенный ритм), наконец, имеется ли сочетание экзогенного ритма и эндогенного генератора ритма.

Задаватели ритмов и функции

Внешние задаватели ритмов могут быть простыми и сложными.

Простые:

Подача пищи в одно и то же время, что вызывает простые реакции, ограничивающиеся, в основном, вовлечением в актив- ность пищеварительной системы;

Смена света и темноты - также относительно простой задаватель ритма, но он вовлекает в активность не только сон или бодрствование (т.е. одну систему), а весь организм.

Сложные:

Смена сезонов года, приводящая к длительным специфическим изменениям состояния организма, в частности, его реактивности, устойчивости по отношению к различным факторам: уровню обмена веществ, направленности обменных реакций, эндокринным сдвигам;

Периодические колебания солнечной активности, вызывающие зачастую замаскированные изменения в организме, в значительной мере зависящие от исходного состояния.

Связь времязадавателей с биоритмами

Современные нам представления о связи между экзогенными времязадавателями и эндогенными ритмами (представление о единых биологических часах, полиосцилляторная структура) приведены на рис. 4-2.

Гипотезы о единых биологических часах и полиосцилляторной временной структуре организма вполне совместимы.

Гипотеза централизованного управления внутренними колебательными процессами (наличие единых биологических часов) относится преимущественно к восприятию смены света и темноты и трансформации этих явлений в эндогенные биоритмы.

Рис. 4-2. Механизмы взаимодействия организма с внешними задавателями времени

Мультиосцилляторная модель биоритмов. Предполагается, что в многоклеточном организме может функционировать главный пейсмейкер, навязывающий свой ритм всем остальным системам. Не исключается существование (наряду с центральным водителем ритма) и второстепенных осцилляторов, также обладающих пейсмейкерными свойствами, но иерархически под- чинённых ведущему. По одному из вариантов этой гипотезы в организме могут функционировать разрозненные осцилляторы, которые образуют отдельные группы, работающие независимо друг от друга.

МЕХАНИЗМЫ РИТМОГЕНЕЗА

Существует несколько точек зрения на механизмы ритмогенеза. Возможно, что источником циркадианной ритмики являются циклические изменения АТФ в цитоплазме клеток или циклы метаболических реакций. Не исключено, что ритмы организма определяют биофизические эффекты, а именно влияние:

Гравитационного поля;

Космических лучей;

Электромагнитных полей (в том числе магнитного поля Земли);

Ионизации атмосферы и т.д.

Ритмы психической активности

Не только биологические и физиологические процессы, но и динамика психической деятельности, в том числе и эмоциональных состояний, подвержены закономерным колебаниям. Например, установлено, что бодрствующее сознание человека имеет волновую природу. Психологические ритмы могут быть систематизированы в тех же диапазонах, что и биологические.

Ультрадианные ритмы проявляются во флюктуациях порогов восприятия, времени двигательных и ассоциативных реакций, внимания. Соответствие био- и психоритмов в организме человека обеспечивает нормальную работу всех его органов и систем, так слух человека даёт наибольшую точность оценки интервала времени 0,5-0,7 с, что характерно для темпа движений при ходьбе.

Тактовые ритмы. В колебаниях психических процессов, кроме временных ритмов, были обнаружены так называемые тактовые ритмы, зависящие не от времени, а от номера пробы: человек не может постоянно одинаково реагировать на предъявляемые стиму-

лы, если в предыдущей пробе время реакции было коротким, то в следующий раз организм будет экономить энергию, что приведёт к снижению скорости реагирования и колебанию значения этого пока- зателя от пробы к пробе. Тактовые ритмы более выражены у детей, а у взрослых усиливаются при снижении функционального состояния нервной системы. При изучении умственного утомления выделены тактовые декасекундные, или двухминутные (0,95-2,3 мин) и десятиминутные (2,3-19 мин) ритмы.

Циркадианные ритмы вызывают значительные перестройки в деятельности организма, влияющие на психическое состояние и работоспособность человека. Так, электрическая чувствительность глаза изменяется на протяжении дня: в 9 ч утра она повышается, к 12 ч дня достигает максимума и затем снижается. Подобная суточная динамика присуща не только психическим процессам, но и психо- эмоциональным состояниям индивида. В литературе описаны суточные ритмы интеллектуальной работоспособности, субъективной готовности к работе и способности к сосредоточению, кратковременной памяти. 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 экстраили интроверсии.

ЭФФЕКТЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВРЕМЯЗАДАВАТЕЛЕЙ

Биологические ритмы отличаются большой стойкостью, изменение привычных ритмов времязадавателей далеко не сразу сдвигает биоритмы и приводит к десинхронозу.

Десинхроноз - рассогласование циркадианных ритмов - нарушение исходной архитектоники циркадианной системы организма. При нарушении синхронизации ритмов организма и датчиков времени (внешний десинхроноз) организм вступает в стадию тревоги (внутренний десинхроноз). Сущность внутреннего десинхроноза заключается в рассогласовании по фазе циркадианных ритмов организма, в результате чего возникают различные нарушения его благополучия: расстройства сна, снижение аппетита, ухудшение самочувствия, настроения, падение работоспособности, невротические расстройства и даже органические заболевания (гастриты, язвенная болезнь и др.). Наиболее ярко перестройка биоритмов проявляется при быстрых перемещениях (авиаперелётах) в глобальном масш-табе.

Дальние перемещения вызывают выраженный десинхроноз, характер и глубина которого определяются: направлением, временем, длительностью перелёта; индивидуальными особенностями организма; трудовыми нагрузками; климатическим контрастом и т.д. Выделено пять типов перемещений (рис. 4-3).

Рис. 4-3. Хронофизиологическая классификация типов перемещения:

1 - трансмеридианное; 2 - трансширотное; 3 - диагональное (смешанное);

4 - трансэкваториальное; 5 - асинхронное. (В.А. Матюхин и др., 1999)

Трансмеридианное перемещение (1). Главный показатель такого перемещения - угловая скорость движения, выражаемая в градусах долготы. Её можно измерять числом часовых поясов (15?), пересечённых за сутки.

Если скорость перемещения превышает 0,5 часового пояса за сутки, возникает внешний десинхроноз - разность фаз фактического и должного максимумов суточной кривой физиологических функций.

Смена 1-2 часовых поясов не вызывает десинхронизации (имеется зона нечувствительности, в пределах которой фазовая десинхронизация не проявляется). При перелётах через 1-2 часовых пояса типичные для фазовой десинхронизации уплощения суточных колебаний физиологических функций не отмечаются, и ритм мягко «затягивается» внешними датчиками времени.

При дальнейшем перемещении на восток или запад фазовое рассогласование возрастает как функция времени. На разных географических широтах критическая угловая скорость достигается при различных линейных скоростях перемещения: в приполярных широтах даже при небольших скоростях, соответствующих скорости движения пешехода, не исключено возникновение десинхронизации. Практически скорость всех транспортных средств существенно превышает 0,5 угловых часа в сутки. Эффект десинхронизации биологических ритмов проявляется при таком типе перемещений в наиболее выраженной форме.

При скорости перемещения, превышающей три и более часовых поясов в сутки, внешние синхронизаторы уже не в состоя- нии «затягивать» циркадианные колебания физиологических функций и наступает десинхроноз.

Трансширотное перемещение (2) - вдоль меридиана, с юга на север или с севера на юг - не вызывая фазового рассогласования датчиков, даёт эффект, воспринимаемый как рассогласование фактической и ожидаемой амплитуд синхронизаторов. При этом изменяются фазы годового ритма, проявляется сезонная десинхронизация.

На первое место при таких перемещениях выступает несоответствие сезонной готовности физиологических систем тре- бованиям иного сезона в новом месте. Фазового рассогласования ритмов внешних датчиков и биоритмов организма нет, но не совпадают их суточные амплитуды.

Дальность перемещения, при которой климатические условия и структура фотопериодизма на новом месте начинают вызывать напряжение механизмов поддержания сезонного ритма физиологических функций, зависит от географической широты: оценка ширины зоны нечувствительности показывает, что она может изменяться от 1400 км у экватора до 150 км на широте 80?.

- «Окно хронофизиологической нечувствительности», его линейные и угловые размеры зависят от широты. Скорость, выраженная в числе «окон», пересекаемых за сутки, будет при равной линейной скорости возрастать по направлению от экватора к полюсу до очень больших величин. Сужение

«окна» по мере движения к северу - важное обстоятельство, свидетельствующее о повышенной хронофизиологической напряжённости при перемещениях в приполярных широтах по сравнению с низкими или средними широтами.

Перемещение по диагонали (3) подразумевает изменение долготы и широты, большой климатический контраст и значительные изменения поясного времени. Эти перемещения не являются простой суммой (суперпозицией) эффектов «горизонтального» (1) и «вертикального» (2) перемещения. Это сложный комплекс хронобиологических раздражителей, реакция на который может существенно отличаться от реакций на каждый вид десинхронизации, рассматриваемый изолированно.

Перемещение в другое полушарие (4) с пересечением экваториальной зоны. Главный воздействующий фактор такого перемещения - контрастная смена сезона, вызывающая глубокий сезонный десинхроноз, смещение и инвертирование фазы годового цикла физиологических функций.

Пятый тип перемещений - хроноэкологический режим, при котором колебательные свойства среды резко ослаблены или полностью отсутствуют. К таким перемещениям относятся:

Орбитальные полёты;

Пребывание в условиях с резко ослабленными суточными и сезонными синхронизаторами (подводных лодках, космических кораблях);

Вахтовые режимы труда со скользящим графиком смен и т.д. Среды такого типа предложено называть «асинхронными». Воздействие подобной «хронодепривации» вызывает грубые нарушения суточной и другой периодики.

СУБЪЕКТИВНОСТЬ ВОСПРИЯТИЯ ВРЕМЕНИ

Течение времени воспринимается субъективно, в зависимости от интенсивности физической или психической деятельности каждого отдельного индивидуума. Время как бы становится более ёмким при большей занятости или при необходимости принять правильное решение в экстремальной ситуации.

За считанные секунды человек успевает проделать сложнейшую работу. Например, лётчик в аварийной ситуации принимает решение изменить тактику управления самолётом. При этом он

мгновенно учитывает и сопоставляет динамику развития многочисленных факторов, влияющих на условия полёта.

В процессе изучения субъективного восприятия времени исследователи применяли тест «индивидуальная минута». Человек по сигналу отсчитывает секунды, а экспериментатор следит за стрелкой секундомера. Оказалось, что у одних «индивидуальная минута» короче истинной, у других - длинней, расхождения в ту или иную сторону могут быть весьма значительными.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ В РАЗНЫХ КЛИМАТОГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Высокогорье. В условиях высокогорья околосуточные ритмы гемодинамики, дыхания, газообмена зависят от метеофакторов и изменяются прямо пропорционально изменениям температуры воздуха и скорости ветра и обратно пропорционально изменениям атмосферного давления и относительной влажности воздуха.

Высокие широты. Специфические свойства полярного климата и особенности среды определяют особенности биоритмов у жителей:

В период полярной ночи отсутствуют достоверные циркадианные колебания потребления кислорода. Поскольку зна- чение коэффициента использования кислорода отражает интенсивность энергообмена, то снижение размаха колебаний потребления кислорода во время полярной ночи является косвенным свидетельством в пользу фазового рассогласования различных энергозависимых процессов.

У жителей Крайнего Севера и у полярников в период полярной ночи (зимой) наблюдают снижение амплитуды суточного ритма температуры тела и смещение акрофазы на вечерние часы, а весной и летом - на дневные и утренние часы.

Аридная зона. При адаптации человека к пустыне ритмические колебания условий окружающей среды приводят к синхронизации ритмики функционального состояния организма с этими колебаниями. Таким путём достигается частичная оптимизация деятельности компенсаторных механизмов в экстремальных условиях среды. Например, акрофаза ритма средневзвешенной температуры кожи приходится на 16 ч 30 мин, что практически совпадает с максимумом температуры воздуха, температура тела

достигает максимума в 21 ч, коррелируя с максимумом теплообразования.

МЕТОДЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ В ХРОНОБИОЛОГИИ

Косинусоидальная функция. Простейшим периодическим процессом является гармонический колебательный процесс, описываемый косинусоидальной функцией (рис. 4-4):

Рис. 4-4. Основные элементы гармонического (косинусоидального) колебательного процесса: М - уровень; Т - период; ρ A , ρ B , αφ A ,αφ B - амплитуды и фазы процессов А и В; 2ρ A - размах процесса А; αφ Ч - разность фаз процессов А и В

x(t) = М + рХcos2π/ТХ(t-αφ Ч),

где:

М - постоянная составляющая; ρ - амплитуда колебаний; Т - период, ч; t - текущее время, ч; аαφ Ч - фаза, ч.

При анализе биоритмов обычно ограничиваются первым членом ряда - гармоникой с периодом, равным 24 ч. Иногда учитывается также гармоника с периодом 12 ч. В результате аппроксимации временной ряд оказывается представленным небольшим числом обобщённых параметров - уровнем М, амплитудой р, фазой αφ.

Фазовые соотношения между двумя гармоническими колебательными процессами могут быть различными. Если фазы двух процессов одинаковы, они называются синфазными, если разница между фазами равна Т/2, - противофазными. О фазовом опережении или фазовом отставании одного гармонического процесса А относительно другого В, говорят тогда, когда αφ A <αφ B или αφ A >αφ B соответственно.

Описанные параметры, строго говоря, можно использовать только применительно к гармоническому колебательному процессу. Фактически суточная кривая отличается от математической модели: она может быть несимметричной относительно среднего уровня, а интервал между максимумом и минимумом, в отличие от косинусоиды, оказаться равным не 12 ч и т.д. Ввиду указанных причин использование этих параметров для описания реального колебательного периодического или близкого к периодическому процессу требует известной осторожности.

Хронограммы. Наряду с гармонической аппроксимацией временного ряда широко используется традиционный метод представления результатов биоритмологического исследования в виде суточных хронограмм, т.е. усреднённых по множеству индивидуальных замеров суточных кривых. На хронограмме одновременно со средним значением показателя на определённый час суток указывается доверительный интервал в виде среднеквадратического отклонения или ошибки среднего.

В литературе встречается несколько типов хронограмм. Если дисперсия индивидуальных уровней велика, периодическая компонента может оказаться замаскированной. В таких случаях применяют предварительное нормирование суточных кривых, так что усреднению подвергаются не абсолютные значения амплитуды р, а относительные (p/M). Для некоторых показателей хронограмма исчисляется в долях (процентах) общего суточного объё- ма потребления или выделения некоторого субстрата (например, потребления кислорода или выделения калия с мочой).

Хронограмма даёт достаточно наглядное представление о характере суточных кривых. Путём анализа хронограммы можно приблизительно определить фазу колебаний, абсолютную и относительную амплитуду, а также их доверительные интервалы.

Косинор - статистическая модель биоритмов, основанная на аппроксимации кривой колебаний физиологического показателя

гармонической функцией - косинор-анализа. Назначение косиноранализа - представление индивидуальных и массовых биоритмо- логических данных в сопоставимой унифицированной и доступной для статистических оценок форме. Суточные косинор-параметры характеризуют выраженность биоритма, переходные процессы при его перестройке, наличие статистически значимого отличия одних групп от других.

Косинор-анализ имеет очевидные преимущества по сравнению с методом хронограмм, поскольку он позволяет использовать для анализа структуры биоритмов корректные статистические методы.

Косинор-анализ выполняют в два этапа:

На первом этапе индивидуальные суточные кривые аппроксимируют гармонической (косинусоидой) функцией, в результате чего определяют основные параметры биоритма - среднесуточный уровень, амплитуду и акрофазу;

На втором этапе производят векторное усреднение индивидуальных данных, определяют математическое ожидание и доверительные интервалы амплитуды и акрофазы суточных колебаний изучаемого показателя.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Приведите примеры временных параметров организма и его систем?

2. В чём сущность синхронизации работы различных систем организма?

3. Что такое биологический ритм? Какие он имеет характеристики?

4. Какие классификации биоритмов вы можете привести? В чём принципиальное отличие разных типов биоритмов?

5. Назовите механизмы ритмогенеза.

6. Какие ритмы психической активности вы знаете?

7. Что происходит при устранении или изменении времязадавателей?

8. Какие типы перемещений вы знаете?

9. Назовите методы статистического анализа в хронобиологии.

10. В чём принципиальное отличие косинор-анализа?

Биологический ритм

Биологи́ческие ри́тмы - периодически повторяющиеся изменения в ходе биологических процессов в организме или явлений природы. Является фундаментальным процессом в живой природе. Наукой, изучающей биоритмы, является хронобиология . По связи с естественными ритмами окружающей среды биоритмы подразделяются на физиологические и экологические.

Экологические ритмы по длительности совпадают с каким-либо естественным ритмом окружающей среды. (суточные, сезонные, приливные и лунные ритмы). Благодаря экологическим ритмам, организм ориентируется во времени и заранее готовится к ожидаемым условиям существования. Экологические ритмы служат организму как биологические часы.

Физиологические ритмы не совпадают с каким-либо естественным ритмом (ритмы давления, биения сердца и артериального давления). Имеются данные о влиянии, например, магнитного поля Земли на период и амплитуду энцефалограммы человека. По причине возникновения биоритмы делятся на эндогенные (внутренние причины) и экзогенные (внешние). По длительности биоритмы делятся на циркадианные (около суток), инфрадианные (более суток) и ультрадианные (менее суток).

Инфрадианные ритмы

Ритмы длительностью больше суток. Примеры: впадение в зимнюю спячку (животные), менструальные циклы у женщин (человек).

Существует тесная зависимость между фазой солнечного цикла и антропометрическими данными молодежи. Акселерация весьма подвержена солнечному циклу: тенденция к повышению модулируется волнами, синхронными с периодом «переполюсовки» магнитного поля Солнца (а это удвоенный 11-летний цикл, то есть 22 года). В деятельности Солнца выявлены и более длительные периоды, охватывающие несколько столетий. Важное практическое значение имеет также исследование других многодневных (околомесячных, годовых и пр.) ритмов, датчиком времени для которых являются такие периодические изменения в природе, как смена сезонов, лунные циклы и др.

Ультрадианные ритмы

Ритм длительностью меньше суток. Пример-концентрация внимания, уменьшение болевой чувствительности вечером, процессы секреции, цикличность фаз, чередующихся на протяжении 6-8-часового нормального сна у человека. В опытах на животных было установлено, что чувствительность к химическим и лучевым поражениям колеблется в течение суток очень заметно

Циркадианные (околосуточные) ритмы

Центральное место среди ритмических процессов занимает циркадианный ритм, имеющий наибольшее значение для организма. Понятие циркадианного (околосуточного) ритма ввел в 1959 году Халберг. Он является видоизменением суточного ритма с периодом 24 часа, протекает в константных условиях и принадлежит к свободно текущим ритмам. Это ритмы с не навязанным внешними условиями периодом. Они врожденные, эндогенные, то есть обусловлены свойствами самого организма. Период циркадианных ритмов длится у растений 23-28 часов, у животных 23-25 часов.

Поскольку организмы обычно находятся в среде с циклическими изменениями ее условий, то ритмы организмов затягиваются этими изменениями и становятся суточными. Циркадианные ритмы обнаружены у всех представителей животного царства и на всех уровнях организации. В опытах на животных установлено наличие ЦР двигательной активности, температуры тела и кожи, частоты пульса и дыхания, кровяного давления и диуреза. Суточным колебаниям оказались подвержены содержания различных веществ в тканях и органах, например, глюкозы, натрия и калия в крови, плазмы и сыворотки в крови, гормонов роста и др. По существу, в околосуточном ритме колеблются все показатели эндокринные и гематологические, показатели нервной, мышечной, сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем. В этом ритме содержание и активность десятков веществ в различных тканях и органах тела, в крови, моче, поте, слюне, интенсивность обменных процессов, энергетическое и пластическое обеспечение клеток, тканей и органов. Этому же циркадианному ритму подчинены чувствительность организма к разнообразным факторам внешней среды и переносимость функциональных нагрузок. У человека выявлено около 500 функций и процессов, имеющих циркадианную ритмику.

Установлена зависимость суточной периодики, присущей растениям, от фазы их развития. В коре молодых побегов яблони был выявлен суточный ритм содержания биологически активного вещества флоридзина, характеристики которого менялись соответственно фазам цветения, интенсивного роста побегов и т. д. Одно из наиболее интересных проявлений биологического измерения времени - суточная периодичность открывания и закрывания цветков и растений.

Экзогенные биологические ритмы

Влияние (отражение) лунных ритмов на отлив и прилив морей и океанов. Соответствуют по циклу фазам Луны (29.53 суток) или лунным суткам (24.8 часов). Лунные ритмы хорошо заметны у морских растений и животных, наблюдаются при культивировании микроорганизмов.

Психологи отмечают изменения в поведении некоторых людей, связанные с фазами луны, в частности, известно, что в новолуние растёт число самоубийств, сердечных приступов и пр. Возможно, менструальный цикл связан с лунным циклом.

Псевдонаучная теория «трёх ритмов»

Теория «трех ритмов» о полной независимости этих многодневных ритмов как от внешних факторов, так и от возрастных изменений самого организма. Пусковым механизмом этих исключительных ритмов является только момент рождения (или зачатия) человека. Родился человек, и возникли ритмы с периодом в 23, 28 и 33 суток, определяющие уровень его физической, эмоциональной и интеллектуальной активности. Графическим изображением этих ритмов является синусоида. Однодневные периоды, в которые происходит переключение фаз («нулевые» точки на графике) и которые якобы отличаются снижением соответствующего уровня активности, получили название критических дней. Если одну и ту же «нулевую» точку пересекают одновременно две или три синусоиды, то такие «двойные» или «тройные» критические дни особенно опасны. Не подтверждено исследованиями.

Теории «трех биоритмов» около ста лет. Интересно, что ее авторами стали три человека: Герман Свобода, Вильгельм Флисс, открывшие эмоциональный и физический биоритмы, а также Фридрих Тельчер - исследовавший интеллектуальный ритм. Психолога Германа Свободу и отоларинголога Вильгельма Флисса можно считать «дедушками» теории биоритмов. В науке такое случается очень редко, но одинаковые результаты они получили независимо друг от друга. Свобода работал в Вене. Анализируя поведение своих пациентов, он заметил, что их мысли, идеи, импульсы к действию повторяются с определенной периодичностью. Герман Свобода пошел дальше и начал анализировать начало и развитие болезней, особенно цикличность сердечных и астматических приступов. Результатом этих исследований стало открытие ритмичности физических (22 дня) и психических (27 дней) процессов. Доктора Вильгельма Флисса, который жил в Берлине, заинтересовала сопротивляемость организма человека болезням. Почему дети с одинаковыми диагнозами в одно время имеют иммунитет, а в другое - умирают? Собрав данные о начале болезни, температуре и смерти, он связал их с датой рождения. Расчеты показали, что изменения иммунитета можно прогнозировать с помощью 22-дневного физического и 27-дневного эмоционального биоритмов. «Отцом» теории «трех биоритмов» стал преподаватель с Инсбрука (Австрия) Фридрих Тельчер. Новомодные биоритмы подтолкнули его к своим исследованиям. Как и все педагоги Тельчер заметил, что желание и способность студентов воспринимать, систематизировать и использовать информацию, генерировать идеи время от времени изменяется, то есть имеет ритмический характер. Сопоставив даты рождений студентов, экзаменов, их результаты, он открыл интеллектуальный ритм с периодом 32 дня. Тельчер продолжал свои исследования, изучая жизнь творческих людей. В результате он нашел «пульс» нашей интуиции - 37 дней, но со временем этот ритм «потерялся». Все новое с трудом пробивает себе дорогу. Несмотря на профессорские звания и то, что одинаковые открытия были сделаны независимо, основатели теории «трех биоритмов» имели многих противников и оппонентов. Исследования биоритмов продолжались в Европе, США, Японии. Особенно интенсивным этот процесс стал с открытием ЭВМ и более современных компьютеров. В 70 - 80 гг. биоритмы завоевали весь мир. Сейчас мода на биоритмы прошла, но все в природе имеет свойство повторяться.

Академические исследователи отрицают «теорию» трех биоритмов. Теоретическая критика «теории» излагается, например, в научно-популярной книге признанного специалиста в хронобиологии Артура Уинфри. К сожалению, авторы научных (не научно-популярных) трудов не сочли нужным специально уделить время критике, однако знакомство с их работами (на русском языке есть замечательный сборник под редакцией Юргена Ашоффа, книга Л. Гласса . и М. Мэки . и другие источники) позволяют сделать вывод, что «теория» трех биоритмов несостоятельна. Гораздо убедительнее, однако, экспериментальная критика «теории». Многочисленные экспериментальные проверки 70-80х годов полностью опровергли «теорию» как несостоятельную.

К сожалению, благодаря широкому распространению лженаучной теории трех ритмов, слова «биоритм» и «хронобиология» нередко ассоциируются с антинаукой. На самом деле, хронобиология представляет собой научную доказательную дисциплину, лежащую в традиционном академическом русле исследований, а путаница возникает в связи с недобросовестностью мошенников (например, первая ссылка в поисковике Google по запросу «хронобиология» - сайт, рекламирующий услуги шарлатанов).

Бытовое использование и программы для «определения биоритмов»

Термин Биори́тм используют также для определения предполагаемых циклов спадов и подъемов физической либо психической активности человека не зависящий ни от расы, ни от национальности человека, ни от каких либо других факторов.

Существуют многочисленные программы для определения биоритмов, все они привязываются к дате рождения и не имеют научного обоснования.

В многочисленных алгоритмах таких расчётов предполагается, что, якобы, человек со дня рождения находится под воздействием трех устойчивых и неизменных биологических ритмов: физическом, эмоциональном и интеллектуальном.

• Физический цикл равен 23 дням. Он определяет энергию человека, его силу, выносливость, координацию движения.
• Эмоциональный цикл равен 28 дням и обусловливает состояние нервной системы и настроение.
• Интеллектуальный цикл (33 дня), он определяет творческую способность личности.

Считается, что любой из циклов состоит из двух полупериодов, положительного и отрицательного. В положительный полупериод биоритма, человек испытывает положительное влияние данного биоритма, в отрицательный полупериод - отрицательное влияние. Существует также критическое состояние биоритма, когда его значение равно нулю - в этот момент влияние данного биоритма на человека имеет непредсказуемый характер. Энтузиасты таких вычислений считают, что общее состояние человека определяется его «уровнем положительных циклов». Программы суммируют амплитуды трёх «циклов» и выдают «благоприятные и неблагоприятные даты».

• Все эти алгоритмы и программы не имеют никакого научного обоснования, и относятся исключительно к сфере псевдонауки .

Научное обоснование есть: 1.Браун Ф. Биологические ритмы. В кн.: Сравнительная физиология животных. Т.2, М.: Мир, 1977, с.210-260.; 2.Горшков М. М. Влияние луны на биоритмы.//Сб.:Электромагнитные поля в биосфере. Т.2// М.: Наука, 1984, с.165-170.

Алгоритмы расчета биоритмов

B=(-cos(2pi*(t-f)/P))*100 % где P={22,27,32}

Повсеместно используется формула:

B=(sin(2pi*(t-f)/P))*100 % где P={23,28,33}

B - состояния биоритма в % либо может выражатся как состояние относительно нуля а так же состояния нарастание или спадание.

pi - число π.

t - количество дней относительно нуля единиц измерения.до текущего момента.

f - количество дней от нуля единиц измерения времени до даты рождения.

Поправка по значениям

Точные значения биоритмов:

• физический 23,688437
• эмоциональный 28,426125
• интеллектуальный 33,163812

PI 3.1415926535897932385

Расчет по усредненным значениям приводит к погрешности в несколько дней на каждый год расчета. По всей видимости, имеется некая профанация, кочующая туда-сюда из разных «авторитетных» источников.

Примечание: этот раздел является ересью от начала до конца, что подтверждает заведомую ложность «теории трех биоритмов». Дело в том, что, если бы действительно проводились исследования по измерению «физического», «эмоционального» и «интеллектуального» состояний, результат был бы известен с точностью, скажем с запасом, до 1 секунды (хотя обычно подразумеваются часы или даже дни). Таким образом, определить длину цикла даже для одного человека и в предположении, что циклы абсолютно стабильны, можно было бы не лучше, чем с точностью до 5 знаков после запятой (1 секунда = 0.00001 суток). Цифры, приведенные с точностью до шестого (после запятой) знака, подтверждают, что на самом деле никаких серьезных исследований на тему «трех биоритмов» не производилось. На самом деле, так оно и есть: если в существовании самих циклов сомнений нет, и это было подтверждено многими опытами, то утверждение о том, что есть три строго фиксированных ритма, является заблуждением или ложью (и это как раз доказано экспериментально, см. сноски внизу страницы).

Совместимость по биоритмам

Совместимость по отдельным биоритмам определяется по формуле:

S = [((D/P) - ) * 100]%, где P={23,28,33}

S - коэффициент совместимости биоритмов.

D - разница в датах рождения 2 людей в днях.

Функция округления десятичной дроби до меньшего целого (антье).

P - фаза биоритма.

K - Коэффициент совместимости биоритмов %

Коффициент находится по таблице

Примечания

Биоритмы у некоторых людей могут быть в виде 12-часового суточного цикла, а не 24-часового, как у большинства людей. Это явление до конца не изучено, причины до сих пор не выяснены.

Существуют внутренние биологические часы, которые так же влияют на состояние организма. Когда человек испытывает прилив энергии, внутренние органы взаимодействуют между собой. Возбуждение прекращается спустя 24 часа . Из этого длительного периода в состоянии полной активности человек находится только в течение двух часов. Этот короткий этап сопровождается массовыми в организме, а так же выплеском энергии.

Специалисты выделяют три группы биоритмов, в зависимости от их частоты.

1. Высокочастотные ритмы с периодом не более 30 минут. К ним относятся биоритмы дыхания, мозга, кишечника;
2. Ритмы средней частоты с периодом от 40 минут до 7 суток. К этой группе относятся изменения температуры, давления, кровообращения;
3. Низкочастотные ритмы с периодом от 10 дней до нескольких месяцев.

Активность органов человека

Каждый орган в человеке представляет собой отдельную полноценную единицу, состояние зависит от смены дня и ночи. Все органы активны в разное время:

1. печень – с 1 до 3 часов ночи;
2. система кровообращения – с 19 до 21 часа вечера;
3. желудок – с 7 до 9 часов утра;
4. сердце – с 11 до 13 часов дня;
5. почки – с 17 до 19 часов вечера;
6. половые органы – с 19 до 21 часа;
7. мочевой пузырь – с 15 до 17 часов дня.

Работа всех органов кровообращения в течение суток меняется. Примерно в час дня и в 9 часов вечера их работа значительно замедляется. В это время лучше не заниматься физическими упражнениями. Так же свой ритм существует и в системе органов пищеварения. В утренние часы желудок очищается и нуждается в большом количестве . В вечернее время усиливается деятельность желудка и почек. В замедленном режиме органы пищеварения функционируют с 2 до 5 часов ночи. Для того чтобы не нарушать ритмы системы пищеварения следует следить за рационом питания и соблюдать время приема пищи и ее количество. Первую часть дня должно поступать достаточное количество белковой и жирной пищи. Ближе к вечеру употребляйте продукты богатые углеводами.

На протяжении суток меняются и такие показатели как температура тела, вес, давление и дыхание. Наиболее высокая температура и давление наблюдаются в период с 6 до 7 часов вечера. Максимальный вес тела обычно в 8 часов вечера, а объем дыхания – в час дня . Низкая температура тела влияет на замедление всех процессов в организме, а жизнь человека в этот период продлевается. Когда человек болеет, его температура увеличивается, часы идут гораздо быстрее.

Лучше всего заниматься физическими упражнениями в период с 10 до 12 часов или с 16 до 18 часов дня. В это время организм полон энергии и сил. Умственная деятельность в это время так же . Творческий подъем наблюдается с 12 до часу ночи. Самые высокие показатели активности в организме человека приходятся на 5-6 часов утра. Многие в это время встают на работу и это правильно. В медицинских учреждениях говорят о том, что роды у женщины в это время проходят безболезненно и спокойно.

Биоритмы во время сна

С детства родители всегда приучают детей ложиться спать с 21 до 23 часов . В это время все процессы жизнедеятельности замедляются, и происходит упадок сил. Если в это время не удалось заснуть, то дальше сделать это будет еще проблематичнее, ведь чем ближе к 24 часам , тем больше возрастает активность. Людям с бессонницей знать об этом особенно полезно. Если не получается ложиться спать в 9 часов вечера, то хотя бы старайтесь это делать в одно и тоже время. Здоровый сон должен длиться 8 часов . Критическим периодом является сон 4-5 часов , это жизненно необходимо для любого организма. Нормальный здоровый человек должен засыпать за 10-15 минут .

На голодный желудок сложно уснуть, поэтому можно организовать небольшой второй ужин, к примеру, съесть яблоко, йогурт или выпить стакан кефира. Главное не переедать. Многие знают, что ночные кошмары напрямую связаны с состоянием и здоровьем человека. Причиной плохого сна могут стать сердечно-сосудистые заболевания. Перед сном следует хорошенько проветрить помещение, ведь в большинстве случае человек храпит из-за недостатка кислорода. Многие не запоминают свои сны, это является положительной характеристикой, так как организм был полностью расслаблен и функция памяти не работала.

Для того чтобы все процессы в организме работали правильно, соблюдайте режим дня. Самым лучшим началом дня будет 6 утра . Контрастный душ и небольшая разминка взбодрит и поможет проснуться. В 7-8 часов утра повышается количество активных веществ. Аллергикам следует быть осторожными в это время. Ни в коем случае нельзя употреблять алкоголь, в этот период организм к этому просто не готов. Самым полезным завтрак будет в период с 7 до 9 утра .

Позавтракать можно , так и на работе, главное чтобы пища не была слишком тяжелой. Антицеллюлитными процедурами лучше всего заняться с 10 до 13 часов . В это время вы добьетесь наибольшего эффекта и результата. Минимальная чувствительность кожи в 9 утра , поэтому от ухода за кожей лица и тела будет мало толку.

С 9 до 10 вечера человек наиболее активен, он с легкостью решает всевозможные умственные задачи. Обед должен быть с 13 до 14 часов дня, так как в это время выделяется самое большое количество желудочного сока. Организм является уязвимым с 13 до 17 часов . Рабочий день должен заканчивается в период с 18 до 19 часов .

Правильно говорят, что после 6 часов вечера есть нельзя, ведь в это время процессы пищеварения значительно замедляются. В позднее время кушать нельзя, так как организм должен отдыхать и не переваривать пищу, к тому же полностью она перевариться все равно не сможет. Полезным фактом для студентов и школьников будет то, что лучше всего память работает с 9 до 10 часов вечера.

Биологические часы

Сам человек может выстроить свои биологические часы, достаточно лишь отказаться от вредных привычек и следить за своей жизнедеятельностью. Работа, сон, отдых и прием пищи каждый день должны быть в одно время. Вредные привычки и неполноценный сон сбивают все биоритмы, нарушая жизнедеятельность организма. Работать всегда следует при хорошей освещенности, желательно при дневном свете. В течение суток человек всегда должен получать достаточное количество теплового облучения.

Специалистами доказано, что уровень здоровья человека гораздо выше, если он соблюдает биологические ритмы.