ОСНОВЫ ХРОНОФИЗИОЛОГИИ
Циркадианные ритмы у
человека
Все или почти все виды деятельности человека связаны с
временем суток, циклом бодрствование — сон. Температура тела на протяжении
суток изменяется на 0,6—1,0 ° С (см. главу 11) и не зависит от того, спит или
бодрствует человек. Температура тела зависит от активности человека и влияет
на продолжительность сна. В наблюдениях в условиях длительной изоляции
человека (проживание в пещере) со свободнотекущими ритмами отмечено, что если
засыпание совпадает с минимальной температурой тела, то сон длится 8 ч; если
человек засыпал при относительно высокой температуре тела, то длительность
сна могла достигать 14 ч. В нормальных условиях люди с нормальным 24-часовым
циклом бодрствование — сон обычно засыпают с понижением и просыпаются с
подъемом температуры тела, не замечая этого. Суточный ритм температуры тела
является очень прочным стереотипом, закрепленным в эволюционном развитии
сменой дня и ночи, с характерными для них разной освещенностью, температурой
окружающей среды, движением воздуха, геомагнитным воздействием и наконец
различной активностью человека, который со времени существования вида Homo
sapiens имел высокую активность в дневное время суток. Этим можно объяснить
то, что со временем суток связана интенсивность основного обмена — он выше
днем, чем ночью.
От времени суток зависят интенсивность мочеобразования и
концентрация в крови регулирующих этот процесс гормонов. У здорового человека
на дневное время приходится акрофаза экскреции воды, электролитов, продуктов
азотистого обмена; на ночное время — экскреция аммиака и Н+. Клубочковая
фильтрация днем выше, чем ночью, канальцевая реабсорбция воды выше ночью, чем
днем. Акрофазы экскреции различных компонентов мочи несинхронны.
Не менее выражена циркадианная ритмичность деятельности
сердечно-сосудистой системы. В ночное время снижаются частота сердечного
ритма, артериальное и венозное давление.
В деятельности органов дыхания также выражены циркадианные
изменения частоты и глубины дыхания, легочной вентиляции, объемов и емкостей
легких с акрофазой в дневное время. При этом акрофазы сопротивления
воздушному потоку в бронхах утром и вечером, а растяжимости легких наблюдают
в 9 и 13 ч.
Характерные изменения претерпевает система крови:
кроветворение в красном костном мозге наиболее интенсивно утром, селезенка и
лимфатические узлы наиболее активны в 17— 20 ч. Максимальная концентрация
гемоглобина в крови наблюдается с 11 до 13 ч, минимальная— в ночное время.
Циркадианность характерна для числа эритроцитов и лейкоцитов в крови.
Минимальная СОЭ отмечается рано утром. С вечера в крови
начинает уменьшаться содержание сывороточных белков. Характерную циркадианную
динамику имеют содержание электролитов сыворотки крови, скорость свертывания
крови. Следовательно, практически для всех показателей крови характерна
циркадианная ритмичность.
Моторная и секреторная деятельность пищеварительного
тракта натощак и после стимулирования приемом пищи существенно ниже в ночное,
чем в дневное, время. Имеется циркадианная ритмичность резорбтивной
активности пищеварительного тракта, пищеварительных и не пищеварительных
функций печени.
Существенны циркадианные колебания концентрации гормонов в
крови. Акрофаза для кортизола и пролактина приходится на 6 ч утра. В это
время отмечается минимальная концентрация тиреотропного гормона. Акрофаза для
инсулина отмечается около полудня, для ренина и самототропного гормона — в
ночные часы, тестостерона — в ночные и утренние часы. Важно, что
циркадианность характерна не только для секреции гормонов, но и реактивности
к ним различных клеток и тканей.
Наличие циркадианной функциональной активности различных
физиологических систем и органов рассматривается как один из диагностических
критериев состояния здоровья, а нарушение циркадианной ритмичности в форме ее
отсутствия или искажения — как показатель предпатологии и патологии.
Например, у больных гипертонической болезнью акрофазы минутного и
систолического объемов сердца и артериального давления передвинуты с дневного
времени на ночное; выражена инверсия ритма уровня кетостероидов, возбудимости
зрительных центров и ряда других функциональных показателей. У больных
язвенной болезнью ночью не снижаются артериальное кровяное давление, уровень
моторики и секреции желудка. Описано нарушение ритмичности экскреции с мочой
ряда гормонов и электролитов при сахарном диабете.
Умственное и физическое утомление существенно изменяет
ритмичность физиологических процессов. Это явление десинхроноза
рассматривается как обязательный компонент стресса.
Существует точка зрения о биоритмологическом условном
делении суток на три периода: первый — с 5 до 13 ч, когда преобладает влияние
симпатической части автономной (вегетативной) нервной системы, усиливается
обмен веществ, повышается работоспособность человека; второй период — с 13 до
21 ч, когда активность симпатической части понижается, постепенно уменьшается
обмен веществ; третий период — ночной, когда повышен тонус парасимпатической
части автономной нервной системы и значительно снижен обмен веществ.
Это деление условно по многим причинам, в частности
потому, что выраженность ритмологических проявлений зависит от
индивидуальных, в том числе типологических, особенностей человека,
выработанного стереотипа времени сна и бодрствования и др. Специалисты,
занимающиеся физиологией труда, считают, что максимальная работоспособность
(и соответственно активность) существует в два временных периода: с 10 до 12
и с 16 до 18 ч, в 14 ч отмечен спад работоспособности, есть он и в вечернее
время. Однако у большой группы людей (50 %) повышена работоспособность в
утреннее время («жаворонки») или в вечернее и ночное время («совы»).
Считается, что «жаворонков» больше в среде рабочих и служащих, а «сов» —
среди представителей творческих профессий. Впрочем, есть мнение, что
«жаворонки» и «совы» формируются в результате многолетнего, предпочтительно
утреннего или вечернего, бдения. Во всяком случае эти особенности следует
учитывать при индивидуализации режима труда, отдыха, приема пищи, что может
повысить функциональную результативность.
Представляет интерес вопрос о том, как изменяются
циркадианные ритмы человека в условиях добровольной изоляции от внешнего
мира. Были проведены наблюдения за людьми, длительно (до полугода и более)
находящимися в пещере и организующими свою активность и сон независимо от дня
и ночи на поверхности Земли. У таких добровольцев в первые дни и недели
оценка длительности суток могла укорачиваться (редко) и удлиняться (часто).
При последующей изоляции «сутки» испытуемого стабильно удлинялись,
приближаясь к 24,8-часовым «лунным суткам». В результате этого французский
спелеолог Мишель Сиффр последний 179-й день своего пребывания в пещере оценил
как 151-е сутки, считая каждые «сутки» за цикл бодрствование — сон.
В естественных условиях ритм физиологической активности
человека синхронизирован с его социальной активностью, обычно высокой днем и
низкой ночью. При перемещениях человека через временные пояса (особенно
быстро на самолете через несколько временных поясов) наблюдается
десинхронизация функций. Это проявляется в усталости, раздражительности,
расстройстве сна, умственной и физической угнетенности; иногда наблюдаются
расстройства пищеварения, изменения артериального давления. Эти ощущения и
функциональные нарушения возникают в результате десинхронизации циркадианных
закрепленных ритмов физиологических процессов с измененным временем световых
суток (астрономических) и социальной активности в новом месте пребывания
человека. Человек, покидая место своего постоянного или длительного
жительства, как бы несет с собой на новое место ритм родных, прежних мест.
Через некоторое время эти ритмы согласуются, но для разных
направлений перемещения человека и разных функций это время будет
неодинаковым. При перелетах в западном направлении биологические часы отстают
по отношению к 24-часовому солнечному циклу, и для приспособления к
распорядку дня в новом месте должна произойти фазовая задержка биологических
часов. При перелете в восточном направлении происходит их ускорение.
Организму легче осуществить фазовую задержку, чем ускорение, поэтому после
перелетов в западном направлении ритмы синхронизируются быстрее, чем при
перелете в обратном направлении. Люди имеют существенные индивидуальные
различия в скорости синхронизации ритмов при перемещениях. Скорость
синхронизации прямо зависит от того, как скоро прилетевший на новое место
человек включится в активную деятельность и сон по местному времени,
насколько он в этом заинтересован.
Если поездка недлительная и предстоит скорое возвращение,
то не стоит перестраивать на местное время свои биологические часы, так как
предстоит их скорая возвратная «перенастройка». Это небезвредно для организма
человека, если такие «перенастройки» частые, например у пилотов дальних
авиалиний. Они предпочитают скорое возвращение и на новом месте недлительного
пребывания биологические часы «не переводят на местное время».
Часто встречающимся видом десинхронизации биологического и
социального ритмов активности является работа в вечернюю и ночную смену на
предприятиях с круглосуточным режимом работы. Обычно рабочие и служащие этих
предприятий работают одну неделю в утреннюю, вторую — в вечернюю и третью — в
ночную смену. При переходе с одной смены на другую происходит десинхронизация
биоритмов, и они не полностью восстанавливаются к следующей рабочей неделе,
так как на перестройку биоритмов человека в среднем необходимо примерно 2
нед. У работников с напряженным трудом (например, авиадиспетчеры, авиапилоты,
водители ночного транспорта) и переменной сменностью работы нередко
наблюдается временная дезадаптация — десинхроноз. У этих людей нередко
отмечаются различные виды патологии, связанные со стрессом, — язвенная
болезнь, гипертония, неврозы. Это плата за нарушение циркадианных биоритмов.
Существуют методы индивидуальной профилактики и коррекции десинхроноза.
Исследования связи эндогенных биоритмов с экзогенными
датчиками ритмов в изолирующих человека от внешней среды камерах показали
возможность «укоротить» сутки до 18 ч, постепенно изменяя продолжительность
фаз сна и бодрствования. Попытка «сжать» сутки до 16 ч оказалась безуспешной,
и у испытуемых проявлялись различные, в основном психические, расстройства.
«Удлинение» суток в условиях камеры испытуемыми переносилось
несколько легче и функциональные расстройства у них отмечались при
навязывании «суток» длительностью 40 ч и более.
Существенная зависимость функционального состояния
человека от времени суток дает объяснение многим явлениям, в том числе
преимущественной приуроченности приступов астмы и стенокардии, смерти к
ночному времени.
Показаны циркадианные изменения реактивности организма
человека, его органов и систем по отношению к токсинам и ряду
фармакологических веществ. Описаны хронофармакологические эффекты гистамина,
ацетилхолина, простагландинов, этанола, инсулина, АКТГ и ряда других
эндогенных и экзогенных веществ. Это явление нашло применение в практической
медицине при использовании разных дозировок препаратов в дневное и ночное
время. Например, для большинства гипотензивных средств наиболее эффективен
прием в 15—17 ч, когда начинается циркадианный подъем АД у больных
гипертонической болезнью (максимум АД отмечается в 18—20 ч). Максимум реакции
на введение гистамина отмечается от 21 ч 45 мин до 00 ч 50 мин с акрофазой в
23 ч 30 мин, поэтому антигистминные препараты рекомендуется вводить в 19—20
ч. Нашли объяснение различия результатов хирургических операций, выполненных
в разное время суток. Такие примеры многочисленны и рассматриваются в
соответствующих разделах медицины с учетом все обновляющихся клинических и
экспериментальных данных ритмо-(хроно-) патологии.
|