Характеристики отдельных ритмов
Из всего многообразия колебательных процессов основное внимание исследователей сосредоточено на суточных и годичных ритмах (Б.С.Алякринский, 1983; Ю.Ашофф, 1984; А.В.Лапко, Л.С.Поликарпов, 1994). Другие ритмы изучены в меньшей степени (Н.И.Моисеева, В.И.Сысуев, 1981; А.П.Дубров, 1990), чем отчасти и объясняется неравномерность дальнейшего изложения.
Ультрадианная ритмика
Если биологические ритмы этого диапазона расположить в порядке уменьшения их частоты, то получим ряд от многогерцовых до многочасовых колебаний.
Наиболее высокой частотой (60--100 Гц) отличаются нервные импульсы (И.С.Беритов, 1959; А.Ходжкин, 1965; А.Б.Коган, О.Г.Чараян, 1972), затем следуют колебания ЭЭГ с частотой от 0.5 до 70 Гц (Г.Уолтер, 1966; В.И.Гусельников, А.Я.Супин, 1968; А.Н.Соколов, Е.И.Щебланова, 1974; Ю.М.Забродин, А.Н.Лебедев, 1977; М.Н.Ливанов, 1984).
Декасекундные ритмы были зарегистрированы в биопотенциалах мозга (Н.Н.Богданов, В.А.Илюхина, А.М.Пожинский, Ю.В.Хон, 1972; Н.А.Аладжалова, 1979) и стали основанием для гипотезы о медленной управляющей системе мозга (Н.А.Аладжалова, 1979). Предполагается, что она располагается в структурах гипоталамуса или лимбической системы, регулирующих процессы медиаторного обмена, адаптации и стресса (Н.Н.Трауготт, Я.Ю.Багров, Л.Я.Балонов, В.Л.Деглин, Д.А.Кауфман, А.Е.Личко, 1968; Г.Селье, 1979).
К этому диапазону относятся и колебания биоэлектрохимической активности головного мозга (Т.Б.Швец-Тэнэта-Гурий, 1980), пульса, дыхания, перистальтики кишечника (Р.М.Баевский, Т.Д.Семенова, М.К.Чернышев, 1975; К.В.Судаков, 1983). Минутные ритмы ЭКГ (Н.Н.Данилова, 1992) характеризуют психолого-эмоциональные состояния человека, и были описаны физиологами труда: биоэлектрическая активность мышц, частота сердечных сокращений и дыхания, амплитуда и частота движений изменяются в среднем через каждые 55 с (П.И.Гуменер, 1965; Н.Н.Василевский, 1979; К.М.Смирнов, А.О.Навакатиян, Г.М.Гамбашидзе, 1980; В.Г.Леонтьев, 1987). В психологии спорта для оценки функционального состояния оказались полезными измерения динамики квазиустойчивой разности потенциалов --- т.н. омега-потенциала (А.М.Тен, С.Д.Петров, 1983).
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 (E.Aserinsky, N.Kleitman, 1955; В.С.Ротенберг, 1982; Ю.Ашофф, 1984 b; В.В.Аршавский, Н.И.Гольдштейн, 1994). Такой же ритм в последующем был обнаружен в сверхмедленных колебаниях биопотенциалов бодрствующего мозга, связанных с временной динамикой внимания, бдительности оператора (Н.А.Аладжалова, 1979). Циклы сходной длительности характерны для оральной (S.Friedman, C.Fischer, 1967; I.Oswald, J.Meerington, H.Lewis, 1970) и общей двигательной активности (G.G.Globus, E.C.Phoebus, J.Humphries, R.Boyd, R.Sharp, 1973), для иллюзий движения (P.Lavie, 1976), работоспособности (G.G.Globus, E.C.Phoebus, R.Boyd, 1972; D.F.Kripke, 1972), а также для функций внутренних органов: желудка (Г.Н.Окунева, Ю.А.Власов, Л.Т.Шевелева, 1987; А.А.Курыгин, В.А.Багаев, Ал.А.Курыгин, Л.И.Сысоева, 1994), экскреторной функции почек (P.Lavie, D.E.Kripke, 1977).
Околочасовые ритмы обнаружены не только на системном, но и на нижележащих иерархических слоях (В.Я.Бродский, А.В.Нечаева, 1988). ``Этот ритм имеют многие происходящие на клеточном уровне явления: синтез белка, изменение клеточных размеров и массы, ферментативной активности, проницаемости клеточных мембран, секреции, электрической активности'' (Н.Д.Девятков, М.Б.Голант, О.В.Бецкий, 1991, с.80--81).
Циркадианные колебания
Циркадианные колебания геофизических параметров на нашей планете не могли не оказать воздействия на становление жизни и ее эволюцию (П.К.Анохин, 1962). Всеобщность околосуточных циклов, их универсальность, стабильность, высокая устойчивость и строгая закономерность дают основание считать 24-часовые ритмы столь же фундаментальным свойством живого, как генетический код, а циркадианную систему ритмов - сопоставимой по значимости с нервной и эндокринной системами (Э.Бюннинг, 1964; Б.С.Алякринский, 1983; Ю.Ашофф, 1984 b; Т.Пейдж, 1984; Н.А.Агаджанян, Н.Н.Шабатура, 1989).
Многочисленные циклы организма человека, в частности ритмы состояний и функций ЦНС, системы анализаторов и двигательного аппарата коры больших полушарий мозга имеют суточную периодичность (В.И.Данилов, В.Я.Катинас, Л.А.Попова, 1968; А.Г.Азарян, В.П.Тыщенко, 1969; F.K.Stephan, A.A.Nunez, 1977; Н.А.Агаджанян, Н.Н.Шабатура, 1989; М.Л.Ефимов, 1990). Неоднократно описаны суточные колебания показателей биоэлектрической активности мозга (H.R.Richter, 1955). Наименьшая амплитуда ЭЭГ наблюдается утром, наибольшая - ночью во время сна (Д.И.Иванов, В.Б.Малкин, В.Л.Попков, 1965). На протяжении суток постоянно наблюдаются изменения в частотном спектре ЭЭГ, доминантной частоты и мощности альфа-полосы ЭЭГ, отводимой от лобных, височных и затылочных зон (G.Pruell, 1977).
Внимание многих исследователей привлекает вопрос о роли стволовых структур, в том числе гипоталамуса, в организации циркадианной ритмики (Н.А.Аладжалова, 1979; Л.Г.Дикая, 1991; M.Nakao, D.McGinty, R.Szymusiak, M.Yamamoto, 1995). Особенную актуальность эти работы имели в области психофизиологии труда и спорта (К.М.Смирнов, А.О.Навакатиян, Г.М.Гамбашидзе, 1980; Б.С.Алякринский, 1983; Н.А.Агаджанян, Н.Н.Шабатура, 1989). Циркадианная периодичность обнаружена в интегральных показателях жизнедеятельности. Так, работоспособность в ночное время снижалась, и время выполнения задания как при свете, так и в темноте ночью было более продолжительным, чем днем в тех же условиях (А.П.Тихомиров, 1960). По данным спортивных психофизиологов тренировка в ранние утренние часы дает несколько меньший эффект, чем в середине дня (М.Я.Виленского, 1968; A.Rieck, A.Kaspareit, 1976; Н.А.Агаджанян, Н.Н.Шабатура, 1989). Мониторинг работоспособности учащихся показал, что она наиболее высока в предобеденные часы, а к 14 ч. отмечается значительное ее снижение, второй ее подъем приходится на 16-17 ч., затем наблюдается новый спад, достигающий больших величин (М.В.Антропова, 1968). Аналогичные данные были получены и другими авторами (I.Kuchmeister, 1953; P.R.Jeanneret, W.B.Webb, 1963; В.А.Доскин, Н.А.Лаврентьева, 1991).
Суточная периодичность характерна не только для высшей психонервной деятельности, но и для нижележащих иерархических функций организма. Были зарегистрированы 24-часовые изменения церебральной и кардиальной гемодинамики (В.В.Скрябин, В.П.Сакович, Л.Е.Мякота, 1970), ортостатической устойчивости (Н.Е.Панферова, В.А.Тишлер, 1967; J.C.Aschoff, 1969). Выявлен также суточный ритм сопряженности фаз сердечного цикла и дыхания (P.Engel, G.Hildebrandt, E.Voigt, 1969). В литературе имеются данные о ночном снижении легочной вентиляции и потребления кислорода (A.Bornstein, H.Volker, 1926; H.Volker, 1927), падении минутного объема дыхания у лиц молодого, зрелого и среднего возраста (Р.М.Заславская, 1991).
Циркадианную ритмичность имеют и функции системы пищеварения, в частности, слюноотделения, секреторной деятельности поджелудочной железы, синтетической функции печени, моторики желудка (Ф.И.Комаров, Л.В.Захаров, В.А.Лисовский, 1966). Установлено, что наибольшая скорость секреции кислоты с желудочным соком наблюдается вечером, наименьшая - утром (J.G.Moore, E.T.Englert, 1970). На уровне биохимической индивидуальности (термин введен В.Уильмсом, 1960, и В.С.Мерлиным, 1992) открыта суточная цикличность концентрации макро- и микроэлементов: фосфора, цинка, марганца, натрия, калия, рубидия, цезия и хлора в крови человека (А.А.Кист и др., 1967 а, б, в; H.H.Hellwege, 1970; M.R.Wills, 1970), а так же железа в сыворотке крови (E.Werner, E.Giadtke, 1970; A.O.Carmena, 1976; B.Tarquini, 1976). Суточными ритмами отмечены и колебания суммарного содержания аминокислот (R.D.Feigin, A.S.Kleiner, W.R.Beisel, 1967), медиаторов (Г.Я.Авруцкий, А.А.Нерудова, 1988; Ю.И.Губский, В.А.Шаповалова, И.И.Кутько, В.В.Шаповалов, 1997), как, например, серотонина, регулирующего психо-эмоциональное состояние человека (J.Genefke, P.Mandel, 1968; I Sauerbier, H.V.Mayersbach, 1976). Суточная динамика характерна для основного обмена и связанного с ним уровня тирозина (R.L.Wurtman et а1., 1967; F.Cavagnini, R.Litta-Modignani, 1971), тиреоидстимулирующего гормона, тироксина и трийодтиронина (C.Lucke, R.Hehrmann, H.Mayersbach, A.Muhlen, 1977), а также парат-гормона (W.Jubiz, J.M.Canterbury, E.Reise, F.M.Tyler, 1972).
Неудивительна циркадианная ритмичность и для системы половых гормонов: тестостерона (J.A.Resko, K.B.Eik-Nes, 1966; F.M.Barberia, J.Giner, V.Cortes-Gallegos, 1973), андростерона (L.Hellman, J.Kream, R.Rosenfeld, 1977), фолликулостимулирующего гормона (C.Faiman, R.Ryan, 1967), пролактина (A.Pollen, T.Barreca, V.Cicchetti, 1976).
Суточным колебаниям подвержены гормоны нейроэндокринной системы регуляции стресса - АКТГ, кортизола (F.Girard, M.Binoux, P.Mozziconacci, 1965; P.Fumelli, Q.Tommaso, F.Foschi, 1977), 17-оксикортикостероидов (G.C.Saba, F.Materazzi, J.J.Host, 1963; Л.Г.Филатова, Е.Я.Яковенко, 1972), что сопровождается цикличными изменениями уровня глюкозы и инсулина (P.Fumelli, Q.Tommaso, F.Foschi, 1977). Подобная ритмичность замечена и для мелатонина (C.Arendt et а1., 1977), билирубина (E.Balzer, 1953).
Суточная периодичность, описанная западной наукой, была известна в традиционной китайской медицине, основополагающим принципом которой является беспрепятственная циркуляция жизненноважной энергии ``ЦИ'' по меридианам (энергетическим каналам) человека. Циркуляция ``ЦИ'' подчиняется внутренним биологическим часам. За 24 часа ``ЦИ'' проходит полный круг в организме человека, причем каждый меридиан имеет свое минимальное и максимальное напряжение ``ЦИ'' в определенные часы (А.М.Карпухина, 1984; В.Ф.Ананин, 1992; Д.М.Табеева, 1994). Определить время (t) наибольшего напряжения ``ЦИ'' можно по формуле:
t = (N + 1) 2,
где N --- порядковый номер меридиана.
На основе традиционной китайской медицины и достижений современной биоритмологии, строится хронотерапия и хронокоррекция с учетом времени лечебного и психофизиологического воздействия на организм человека, который должен функционировать в полном согласии с часами Вселенной (А.М.Карпухина, 1984; И.Е.Оранский, П.Г.Царфис, 1989; Д.М.Табеева, 1994). Другие примеры практического использования наблюдений в области хронобиологии можно найти в рекомендациях народной медицины, например, указание на время приема лекарственного препарата (Б.С.Алякринский, С.И.Степанова, 1985; А.Н.Корнетов, В.П.Самохвалов, Н.А.Корнетов, 1988).
Описанными выше циркадианными ритмами не исчерпывается характеристика организма как сложной колебательной системы.
Инфрадианные ритмы
Биоритмологами описаны не только суточные, но и многодневные (околонедельные, околомесячные) ритмы, охватывающие все иерархические уровни организма. В литературе имеется сводка тонкого спектра (с периодом 3, 6, 9-10, 15-18, 23-24 и 28-32 дней) колебаний частоты сердечных сокращений, артериального давления, мышечной силы (И.С.Кучеров, В.Г.Ткачук, А.В.Волков, 1970; А.В.Ковальчук, 1975). Околонедельная цикличность была обнаружена и в других показателях организма человека. Ритм 5-7-дневной длительности зафиксирован в динамике интенсивности энергетического обмена, массы и температуры тела человека (П.В.Василик, А.К.Галицкий, 1977; Н.А.Агаджанян, Н.Н.Шабатура, 1989).
Описаны 16,5-дневные колебания роста бороды у 24-летнего мужчины, скорее всего, связанные с половым циклом (R.B.Sothern, 1974). Хорошо известны флуктуации результатов клинических анализов содержания в крови эритроцитов и лейкоцитов (И.С.Кучеров, В.Г.Ткачук, А.В.Волков, 1970; А.В.Ковальчук, 1975). У мужчин количество нейтрофилов в венозной крови изменяется с периодом от 14 до 23 дней (A.A.Morley, 1966).
Трехнедельная цикличность зарегистрирована в нейро-эндокринной системе: доказано существование 21-дневного ритма динамики инкреции и экскреции гормонов стресса и половой активности: тестостерона, кортикостероидов, адреналина (L.E.Kihlstrein, 1966; С.H.Doehring, Н.С.Kraemer, Н.Keith, Н.Brodie, D.A.Hamburg, 1975).
Среди ритмов этого диапазона наиболее изучены месячные (лунные) циклы. Установлено, что в полнолуние случаев послеоперационных кровотечений на 82 % больше, чем в другое время, увеличивается частота случаев возникновения инфаркта миокарда в дни лунных фаз (А.В.Лапко, Л.С.Поликарпов, 1994).
Обширный материал, собранный в отечественной и зарубежной литературе, посвящен циклическому функционированию женского организма, длительность периода которого примерно равна продолжительности лунного месяца. На протяжении менструального цикла в организме женщины происходит целый ряд ритмических изменений: температуры тела, содержания сахара в крови, массы тела и других физиологических показателей (Ю.Ашофф, 1984 b; Л.Детари, В.Карцаги, 1984; А.А.Путилов, 1997). Так, рост нейтрофилов отмечается в середине полового цикла, а также до и после начала менструации (A.A.Morley, 1966).
Околомесячная продолжительность менструального цикла и ее связь у некоторых женщин с синодическим ритмом - чистое совпадение (А.Sollberger, 1963). Замечено, что зачатий в полнолуние больше среди народностей, у которых ночью единственным источником света является Луна. А.Солбергер (1963) полагает, что если такая связь существует, она должна обнаруживаться и у животных. Однако у разных видов представителей фауны продолжительность полового цикла весьма различна и с лунным ритмом по периоду не совпадает.
Околомесячные физиологические циклы имеются и у мужчин. Еще в XVII веке врач Санторио, определяя массу тела в течение длительного времени, заметил, что в течение месяца у мужчин она меняется от 400 до 800 г. (см. Г.Н.Ужегов, 1997). Описан ритм приступов астмы, повторяющийся у мужчин каждые 28 дней (Н.А.Пэрна, 1925).
Цирканнуальные ритмы
В организме животных и человека обнаружены колебания различных физиологических процессов, период которых равен одному году, и в силу этого они получили название окологодовых (цирканнуальных) или сезонных ритмов.
Изучение сезонной ритмичности физиологических процессов у человека началось еще на рубеже веков, и на сегодняшний день она хорошо документирована (А.Д.Слоним, 1961; С.И.Степанова, 1971; А.П.Голиков, П.И.Голиков, 1973; В.А.Матюхин, С.Г.Кривощеков, 1975; В.И.Шапошникова, 1991).
Характеристики сезонных колебаний возбудимости нервной системы были получены путем измерения порогов электрической чувствительности (реобаза) и лабильности (хронаксия, или порог времени при стимуляции в две реобазы, см. В.Д.Смирнова, 1965). Цирканнуальная периодичность определена и для показателей гемодинамики (Л.Н.Котолевская, С.А.Кузнецова, 1975), газообмена (Л.Р.Исеев, 1967), теплопродукции и реакции на острую холодовую нагрузку (F.Girling, 1967), роста у детей (А.Д.Слоним, 1961; П.В.Василик, А.К.Галицкий, 1977).
Времена года оказывают влияние также и на систему половых гормонов. Уровень гонадотропных гормонов в плазме крови выше весной, тестостерона - в августе (Ю.Ашофф, 1984 a). Установлена сезонная ритмичность для гормонов коркового слоя надпочечников - кортикостероидов (П.П.Голиков, А.М.Попова, 1969; А.Ф.Баженова, Н.В.Багинская, М.Г.Колпаков, П.В.Матвеев, 1974). Концентрация кортизола в крови минимальна летом (Ю.Ашофф, 1984 a). Активность симпатоадреналовой системы максимальна в зимние месяцы, а парасимпатического отдела вегетативной нервной системы - в весенние (Ю.Ашофф, 1984 a). Отмечаются сезонные колебания и для серотонина в крови (А.Wirz-Justice, H.Feer, R.Richter, 1974).
Различными исследователями зарегистрированы у человека сезонные колебания: содержания в крови воды и электролитов (Т.Morimoto, K.Shiraki, T.Inoue, H.Yoshimura, 1969; А.Ф.Баженова, Н.В.Багинская, М.Г.Колпаков, П.В.Матвеев, 1974), триптофана (А.Wirz-Justice, H.Feer, R.Richter, 1974), холестерина (V.Balaz, M.Slavkovsky, 1970), тироксина (А.Д.Слоним, 1961), ряда ферментов и сахара (Л.Г.Филатова, Е.Я.Яковенко, 1972). Меняется состав и свойства форменных элементов: среднего диаметра и осмотической резистентности эритроцитов (М.Б.Реутова, 1969), фагоцитарной активности лейкоцитов (И.В.Галактионова, 1967; А.Г.Анна-Гельдыева, 1968), белка и активности моноаминооксидазы в тромбоцитах (А.Е.Гиленсон, А.О.Войнар, 1948; А.Wirz-Justice, H.Feer, R.Richter, 1974).
Исследования годичных ритмов имели большое прикладное значение. Физиологи труда, наблюдая за состоянием и поведением человека, обнаружили сезонные изменения уровня физической работоспособности: спад приходится на зиму, пик - на конец лета, начало осени (В.А.Матюхин, С.Г.Кривощеков, 1975; К.М.Смирнов, А.О.Навакатиян, Г.М.Гамбашидзе, 1980; В.А.Доскин, Н.А.Лаврентьева, 1991). В спортивной физиологии имеются сведения о том, что одинаковая тренировка дает больший эффект весной и в начале осени, чем зимой (Б.С.Алякринский, 1983; В.Н.Ягодинский, 1981). Это обусловлено влиянием как экзогенных факторов - погоды, питания, режима жизни, так и периодичностью в деятельности эндокринного аппарата (Г.Селье, 1979).
В экологической физиологии проведены сопоставления некоторых функциональных показателей у постоянных жителей южных, средних и северных широт в контрастные периоды года --- летом и зимой, в результате чего выявлены сезонные различия, амплитуда которых в некоторой степени зависит от широты проживания (Н.Н.Василевский, 1979). Широтные изменения показателей более выражены летом, чем зимой. С продвижением к полюсу возрастают показатели артериального давления, снижаются частота сердечных сокращений и минутный объем крови, симпатическая регуляция вегетатики сменяется на парасимпатическую, увеличивается выносливость мышц к статическому усилию, замедляется зрительно-моторная реакция (Ю.Г.Солонин, 1996).
Природа биоритмов
Следующий вопрос после классификации относится к происхождению ритмов: являются ли они следствием периодически действующих стимулов среды (экзогенность) или же они встроены в структуру биологического объекта, будучи генетически обусловленными (эндогенность). Далее каковы их физиологические, биохимические и биофизические механизмы, а также какова роль ритмической организации в обеспечении эффективной адаптации организма (эффект десинхроноза).