6.1.1 Циклические колебания в системах организма

Биологические ритмы как самоподдерживающиеся ритми­ческие колебания функциональной активности систем орга­низма сохраняются на протяжении многих лет жизни человека даже в искусственно создаваемых постоянных условиях. Рас­сматривая организм во взаимодействии со средой, можно вы­делить две категории ритмов. Это адаптивные ритмы (биорит­мы), совпадающие с геофизическими циклами, и рабочие рит­мы, отражающие деятельность систем организма. Примером адаптивных ритмов служат такие, которые имеют периодич­ность, близкую к 24 часам, т.е. околосуточные. Рабочие ритмы (сердечные, дыхательные, нейронная активность) отражают временную организацию физиологических функций, направлен­ную на поддержание целостности организма.

Таблица 7

Классификация биоритмов по длительности периода

/по Б.Ткаченко,1994/

В зависимости от длительности цикла принято выделять следующие биоритмы (см. табл.7):

Высокочастотные ритмы — в их основе лежат ритмиче­ские осцилляторы клеточных мембран возбудимых тканей. Этим ритмам подвержены электрические явления в головном мозге, сердце, мышцах, дыхание и др.

Ультрадианные ритмы — связаны со временем суток и от­ражают в частности колебания концентрации некоторых компо­нентов крови и мочи, перистальтику кишечника, повторение ста­дии быстрых движений глаз каждые 90 минут сна (от момента засыпания человека).

Циркадианные ритмы — синхронизованы с вращением Зем­ли вокруг своей оси, со сменой времени суток. Это в первую очередь циклы: сон —бодрствование, изменение температуры тела, артериального давления.

Инфрадианные ритмы — имеют период больший, чем сут­ки (до 6 суток). Они наименее изучены.

Низкочастотные ритмы — целая группа биологических рит­мов, имеющих период от 7 суток до десятков лет. В эту группу входят, например, ритмы, соответствующие лунному месяцу, окологодичные ритмы и другие, мало влияющие на текущую ра­ботоспособность человека.

Большинство функций организма подвержено одновре­менно влиянию нескольких ритмов, которые взаимодействуют между собой, формируя текущее состояние функциональных систем. При этом формируется, так называемый, хронобиологический портрет индивидуума. Наиболее известны портрет­ные типы людей трех видов:

1. С нормальным (синхронным) ходом суточных биорит­мов (их большинство).

2. С опережением на 3-4 часа их хода (жаворонки).

3. С задержкой на 3-4 часа (совы).

Для физиологии труда особый интерес представляют све­дения, касающиеся динамики показателей систем организма в околосуточном (циркадианном) и окологодичном (циркануальном) циклах.

Так, описана суточная периодичность процессов обмена веществ — дыхательный коэффициент днем близок к единице, а к ночи достоверно ниже. Максимальное содержание про­дуктов расщепления жиров, холестерина, экскреция мочеви­ны выше в дневные часы и снижается ночью. Концентрация глюкозы в крови наибольшая в 9 часов утра и минимальная в 18 часов. Выделительная функция почек наиболее выраже­на вечером и наименее в ночные и предутренние часы. Про­цессы ассимиляции сахара печенью активируются в первую половину дня. В вечерние и ночные часы усиливается моби­лизация липидов.

Высока зависимость эндокринной системы от времени су­ток. В ночное время гипофиз выделяет гораздо больше тропных гормонов, чем днем. Уровень адреналина и норадреналина наоборот, повышен днем и снижен ночью. Концентрация половых гормонов, как у мужчин, так и у женщин связана с циркадианным ритмом. В свете изложенного понятна динамика то­нуса вегетативной нервной системы, связанного с циклом сон — бодрствование. Недаром бытует определение ночного пе­риода суточного цикла как "царство вагуса".

Давно установлено /Деви, 1845/, что температура тела подвержена колебаниям в течение суток. При этом макси­мальные значения имеют место около 18 часов, а минималь­ные — ночью, между 1 часом ночи и 5 часами утра. Амплиту­да колебаний достигает 1,5 °С, составляя в среднем 1°С. Опи­саны и более сложные, двухфазные колебания темпера­туры тела. Следует иметь в виду, что описываемая динами­ка основана на измерении кожной температуры, колебания же температуры "ядра" тела имеют более сложную динами­ку, связанную с циркадианным ритмом.

Активность сердечно-сосудистой системы также претер­певает спады и подъемы в течение суточного цикла. В ноч­ные часы снижена частота сердечных сокращений и систо­лический выброс, снижается артериальное давление. Обна­ружено, что работоспособность сердечной мышцы снижена дважды в сутки—около 13 часов и 21 часа. Изменения, свя­занные с суточным ритмом наблюдаются в системе крови. Максимум гемоглобина в крови отмечается в 11 - 13 часов, в утренние часы наиболее активен костный мозг, а селезенка и лимфоузлы — в вечерние.

Весьма ярко выражена суточная периодика в показате­лях нервной деятельности. В дневные часы ускоряется осуще­ствление сенсомоторных реакций, увеличивается скорость пе­реработки информации, объем и распределенность внимания. Г.Л.Фельдман /1982/ приводит сведения о динамике реобазы и хронаксии поверхностного сгибателя пальцев кисти. Оказыва­ется, что наибольшие величины указанных показателей имеют место в ранние утренние часы, наименьшие — во второй поло­вине дня. В течении суток изменяются также показатели функ­ционирования мышечной системы. В частности, мышечная си­ла, мышечная выносливость, тонус мышц и другие показатели повышаются в течении дневного времени и снижаются в ноч­ное /Фельдман Г.Л.', 1982/.

Рис. 13

Подводя итоги рассмотрения суточных колебаний фи­зиологических функций, следует еще раз отметить общую закономерность удержания высокого уровня работоспособ­ности отдельных систем в дневное время суток и замет­ное снижение в ночное. Обобщенная кривая работоспособ­ности человека представлена на рис.13.

Ход кривой показывает, что при 24 часовом цикле вы­деляются две фазы повышения работоспособности с мак­симумом около 9 часов и около 18 часов и две фазы ее снижения — около 14 - 15 часов и резкого снижения (до 45-50 %) в 3 часа ночи.

Годичный цикл вращения Земли вокруг Солнца, смена кли­матических факторов, сезонные колебания приводят к возник­новению биоритмов, названных циркануальными, окологодич­ными. Известны сезонные колебания большого числа физио­логических процессов. В целом в весенне-летний период вы­ше частота дыхания, интенсивность пищеварительных и выде­лительных процессов. Показатели физической работоспособ­ности, бактерицидная активность кожи, активность желез внут­ренней секреции выше в летний период и ниже в зимний. Как отмечает Г.Л.Фельдман, у большинства жителей Европы мак­симумы и минимумы ряда физиологических функций приходят­ся на февраль и август месяцы соответственно. Периоды подъ­ема жизнедеятельности совпадают по времени с наиболее благоприятными климатическими условиями (весной и осенью).

Согласно статистически достоверным исследованиям в за­висимости от времени года изменяется эмоциональный и пси­хический настрой человека, что также отражается на работос­пособности. На рис. 14 показаны изменения физиологической психологической работоспособности в течение года.

Рис.14

Из других известных биоритмов отметим особое значение в физиологии труда околомесячных ритмов (связанных с дли­тельностью лунных суток). Речь идет о женском организме, где этот ритм связан с менструальным циклом и обуславлива­ет существенные сдвиги в показателях физиологических сис­тем, психологического и эмоционального статуса.