Циркадианная организация функций человека

Большинство физиологических и биохимических процессов в организме челове­ка и животных связано со световым режимом и изменяется закономерно в тече­ние суток. Поэтому циркадианный биоритм — базисный биоритм человеческо­го организма. Появление циркадианных ритмов позволило живым организмам «измерять» время, отсюда появилось такое понятие, как «биологические часы». Древнейшая функция циркадианного биоритма заключалась в приурочивании максимальной биологической активности к определенному времени суток, ко­торое было бы наиболее благоприятно для деятельности данного организма.

В основе циркадианной организации функций лежит периодическая смена бодрствования и сна. В целом у человека психическая деятельность и физичес­кая работоспособность эффективнее в дневные часы, чем ночью. В светлой фазе суток у человека больше двигательная активность. Возрастание умственной ра­ботоспособности выражается в повышении скорости переработки информации, эффективности обучения. В это же время повышается биоэлектрическая актив­ность мозга (рис. 11.2).

Можно выявить два пика мозговой деятельности людей в дневные часы: вы­сокая активность в 10-12 и в 16-18 ч, спад — к 14 ч. Однако существуют индиви­дуальные различия временного распределения работоспособности.

Как правило, в ночные часы умственная работоспособность уменьшается. Но это не означает полного исчезновения биоритмов. Сон — это не только ком-

^{6 12} 18 24 Часы

Рис. 11.2. Циркадианный ритм умственной работоспособности школьников

понент циркадианного биоритма (сон-бодрствование). Он состоит из 5-7 повто­ряющихся циклов, т. е. должен рассматриваться как биоритмический феномен.

Суточные колебания работоспособности четко коррелируют с ритмами от­дельных физиологических систем и обмена веществ. К концу дня у человека на­блюдается максимум частоты, глубины и объема дыхания, сократительная функ­ция миокарда достигает наибольших значений. Кровообращение наиболее интен­сивно днем в головном мозге и мышцах, а ночью — в сосудах кистей рук и стоп.

В течение суток изменяется и реактивность сердечно-сосудистой системы к нагрузкам. Днем физическая нагрузка вызывает больший прирост кровообра­щения, чем ночью. Поэтому одна и та же нагрузка ночью ощущается как более тяжелая, что необходимо учитывать при работе в ночную смену.

Циркадианная ритмика охватывает и органы кроветворения. Костный мозг наиболее активен утром, поэтому в утренние часы в кровоток поступает наиболь­шее количество молодых эритроцитов. Содержание гемоглобина в крови самое высокое с 11 до 13 ч, а его минимум приходится на 16-18 ч. Скорость оседания эритроцитов минимальна рано утром и максимальна в 9-10 ч.

Суточные колебания проявляются в процессе свертывания крови: в ночное время происходит уменьшение свертывающей активности, а днем этот процесс постепенно усиливается и достигает максимальных значений в полдень.

Бронхиальная проходимость снижена в ночные и утренние часы, но, начиная с 11 ч, она увеличивается и достигает максимума к 18 ч.

От фазы суточного ритма зависит деятельность желудочно-кишечного трак­та людей. Слюноотделение, секреция желудочного и поджелудочного сока, двига­тельная активность желудка и кишечника больше днем, чем ночью. Данная зако­номерность проявляется даже у людей, работающих в ночную смену.

Хотя желчь вырабатывается печенью непрерывно, ее выделение неодинаково в разное время суток: в первой половине дня оно больше, а в вечерние часы —

меньше. Это создает условия для лучшего переваривания жиров в первую поло, вину дня, когда человеку особенно необходимо энергетическое обеспечение его функций. В первой половине дня более интенсивно происходит процесс распад_а гликогена в печени с освобождением глюкозы. Во второй половине дня и ночью печень усиливает ассимиляцию глюкозы и синтез гликогена, создавая энергети­ческий резерв для следующего дня.

Циркадианный режим характерен и для функции почек. В утренние часы в канальцах почек происходит особенно активная реабсорбция фосфатов, глюкозы и других веществ, необходимых для поддержания энергетических расходов орга­низма. Реабсорбция воды в почках увеличивается в ночное время, в результате чего ночью уменьшается выведение мочи.

Интенсивность метаболических процессов, протекающих как на уровне от­дельной клетки, так и в пределах целого организма, особенно высока в часы наи­большей активности. Так, у человека в дневное время активизируются процессы катаболизма (распада) углеводов и белков, а в ночное время преобладают анабо­лические процессы, т. е. синтез веществ, обеспечивающих пластические и энерге­тические функции.

Суточные колебания уровня метаболических процессов коррелируют с тем­пературой тела. У человека самая высокая температура тела отмечается в вечер­нее время, самая низкая — в утренние часы.

Суточные колебания деятельности внутренних органов и обмена веществ во многом определяются изменениями нейроэндокринной регуляции в цикле бодр­ствование - сон. Во время бодрствования преобладает функциональная активность симпато-адреналовой системы. Циркадианные ритмы характерны и для функции желез внутренней секреции. В первой половине ночи увеличена секреция соматот-ропина, пролактина и тиреотропина. Кортикотропин выделяется из гипофиза во второй половине ночи.

С ритмами гипоталамо-гипофизарной системы связаны колебания функции периферических эндокринных желез, но максимальный уровень их секреторной активности отстает на 2-3 ч от выделения гипофизарных гормонов. Так, если кор­тикотропин секретируется максимально во второй половине ночи, то кортико-стероиды — ранним утром, что создает условия для хорошей работоспособности человека сразу же после пробуждения. А ритм тиреоидных гормонов достигает максимума во второй половине ночного сна.

Суточные ритмы различных функций организма образуют единое целое, в ко­тором прослеживается строго упорядоченная последовательность метаболичес­ких, физиологических процессов и поведенческих актов. У животных ведущими являются ритмы поведенческой деятельности, а у человека — трудовой. Биорит­мы человека могут в определенной мере перестраиваться при изменении условий работы, например, при переходе из дневной смены в ночную. У человека наблюда­ется социальная детерминированность ритмических колебаний физиологических и биохимических процессов.

_lt>3. БИОРИТМОЛОГИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА

Сезонные биоритмы

Сезонные биоритмы у животных сформировались в ответ на изменения про-_оЛЖительности светового дня, температуры окружающей среды, кислородного обеспечения, наличия пищи и воды в разные периоды года. Примером генети­чески закрепленного сезонного биоритма у животных служат весенние и осенние _передеты птиц. У животных четко выражены зимняя спячка, сезонная линька, сезонность репродуктивных функций. Это связано с метеорологическими факто­рами, действующими в разные времена года. .,_;

У человека, жизнедеятельность которого'мелыне зависит от изменяющихся метеоусловий, сезонные биоритмы выражены слабее. Тем не менее, некоторые функции человека зависят от сезонности. Так, максимальное увеличение роста у детей происходит весной и ранним летом, а минимальное — зимой. Зимой содер­жание общих липидов и жирных кислот вирлазме и эритроцитах крови больше, чем летом, что имеет существенное энергетические значение.

Человек не относится к живым существам с выраженным сезонным ритмом размножения. Однако половая активность мужнин снижается в конце зимы, и в это же время обнаруживается максимум нежизнеспособных половых клеток. С наступлением весны происходит активирование половой функции. Увеличение концентрации тестостерона происходит у мужчин в конце лета и начале осени.

Зимой увеличивается активность симпато-адреналовой и гипофизарно-тире-оидной систем. Значительная выработка катехоламинов, возбуждение симпати­ческих нервов и повышенная продукция тиреоидных гормонов усиливают работу энергетических механизмов организма в условиях холодной температуры окружа­ющей среды и, следовательно, способствуют сохранению нормальной температу­ры тела.

В летнее время как у животных, так и у человека увеличивается выработка вазопрессина — нейрогормона, одной из функций которого является сохранение воды в организме. Это предохраняет организм от обезвоживания в жаркое время года.

Система кровообращения человека функционирует наиболее напряженно в холодное время года, поэтому сердечно-сосудистые патологии протекают цик­лично. У жителей северного полушария акрофаза смертности от сердечно-сосу­дистых заболеваний совпадает с январем. В южном полушарии наибольшая час­тота сердечно-сосудистых заболеваний приходится на июнь.

Иммунная система организма человека максимально напряжена зимой. Наи­более благоприятна для человека ранняя осень. Осенью у человека повышается обмен веществ и потребление кислорода, организм насыщается витаминами, а это улучшает метаболические процессы. Прохлада, наступающая после летней Жары, повышает тонус нейроэндокринной регуляции функций. Стимулирующее влияние на человека оказывают факторы среды, воспринимаемые важнейшими

анализаторными системами организма: яркие краски осенних растений, их ар₀ маты. Все эти факторы благоприятно действуют на человека.

Кроме сезонных и околосуточных биоритмов существуют и другие. Например спортсмены-мужчины достигают наивысших результатов раз в три года, а женщ_и' ны-спортсменки — раз в два года. Колебания душевного состояния на протяжении всей жизни человека происходят с периодичностью в 6-7 лет. Каждый из этих пе-риодов характеризуется особым творческим подъемом.