Экологические аспекты хронобиологии и биоритмологии

Все живое на нашей планете подвержено воздействию ритмических процессов, самые очевидные из которых – смена дня и ночи, сезонов года. Изменение положения Земли относительно Солнца приводит к изменениям таких факторов окружающей среды, как освещенность, спектральный состав света, температура. Известны суточные и годичные изменения ионизации воздуха, напряженности электрического и магнитного полей.

Жизнь возникла и эволюционировала в среде с периодически изменяющимися условиями, поэтому присущие любому живому организму циклические процессы – биоритмы – оказались сопряженными с ритмикой внешних воздействий. Это позволяет организмам жить в гармонии с природными циклическими процессами.

Каждый биологический ритм имеет два компонента: экзогенный и эндогенный. Эндогенный передается по наследству, а экзогенный связан с внешними периодически меняющимися факторами. Всякое рассогласование этих ритмов обычно неблагоприятно сказывается на состоянии и жизнедеятельности организмов. Не является исключением и человек.

Наиболее сильным синхронизирующим фактором природных и биологических ритмов считается свет, особенно яркий. В большинстве случаев суточная динамика освещенности оказывает наиболее существенное влияние на жизнедеятельность организмов. Однако и циклические изменения других факторов окружающей среды могут в значительной степени определять изменения состояния организма.

На состояние человека оказывают влияние перепады температуры воздуха, влажности, освещенности, интенсивности электромагнитных полей и пр. Например, частота и сила геомагнитных бурь зависит от времени года: вероятность их возникновения возрастает в марте–апреле и августе–сентябре, что коррелирует с весенними и осенними всплесками заболеваемости, числа правонарушений, самоубийств и т.п.

Организм человека реагирует на изменения атмосферного давления. Так понижение атмосферного давления активирует симпатическую, а повышение – парасимпатическую нервную систему. Многие люди тяжело переносят резкие перепады атмосферного давления. Наиболее частой реакцией на них являются нарушения работы сердечно-сосудистой системы – приступы стенокардии, гипертонические кризы, одышка.

Действие всего комплекса периодических факторов внешней среды сильно зависит от погодных и космофизических явлений, например, от прохождения атмосферных фронтов, вспышек на Солнце и т.п. Возмущения, вносимые такими факторами в ритмичность природных процессов, приводят к возмущениям биоритмов. Так, течение различных заболеваний часто обостряется при смене облачной погоды на солнечную и наоборот, т.е. при одновременном изменении освещенности и атмосферного давления.

Одним из важнейших факторов синхронизации биоритмов являются периодические изменения солнечной активности. Наиболее выражены ритмические изменения солнечной активности с периодом около 11 лет. В годы активного Солнца наблюдаются резкие изменения метеорологических условий, снижение устойчивости организмов к неблагоприятным внешним воздействиям, чаще возникают эпидемии. С повышением солнечной активности связано увеличение частоты гипертонических кризов и приступов стенокардии, инфарктов миокарда и инсультов. Существуют циклические изменения солнечной активности и с другими периодами, например, 2 ч 40 мин и около 100 лет.

Все в организме человека подвержено циклическим изменениям с различными периодами – от секунд до нескольких лет.

В течение суток варьируют частота пульса, частота и глубина дыхания, уровень артериального давления и работоспособность сердца. Наибольшая частота пульса приходится на дневные часы – 12–16 ч. В это же время увеличиваются ударный и минутный объемы сердца, скорость кровотока в скелетных мышцах. Потребление кислорода (частота, глубина и минутный объем дыхания) значительно возрастает в послеполуденное время. В эти же часы достигает максимальных значений физическая работоспособность сердца. Максимальный уровень гемоглобина в крови наблюдается в 11–13 ч, минимальный – в 16–18 ч.

При нормальном образе жизни и трехразовом питании в первую половину дня печень выделяет наибольшее количество желчи, необходимой для усвоения жиров, во вторую половину суток печень усваивает сахара, накапливая гликоген и воду, – ее клетки увеличиваются в объеме в три раза. Поэтому меньше всего гликогена содержится в печени около 15 ч дня, а больше всего – около 3 ч ночи. С этим связана неравномерность метаболизма жиров и углеводов в течение суток: углеводы активно утилизируются в первой половине дня, а липиды – в вечерние или даже в ночные часы.

Изменения с такой периодичностью характерны и для функциональной активности нервной системы: в дневное время она характеризуется низкочастотными ритмами, в позднее вечернее время – высокочастотными.

Наибольшим изменениям подвержены суточные ритмы у людей, находящихся в экстремальных условиях жизни и работы – в районах Крайнего Севера, высокогорьях, пустынях и т.п.

Известны биоритмы, синхронизированные фазами Луны, – так называемые ультрадианные, инфрадианные и околонедельные ритмы. К ультрадианным относят ритмы с периодами от 0,5 до 20 ч, например, фазы сна с полуторачасовой сменой «медленного» и «быстрого» сна. Инфрадианные ритмы с периодами 1,6–5 суток проявляются в показателях работоспособности человека и поведенческих реакциях. Околонедельные ритмы часто обуславливают привычки людей, с ними связывают режимы лечения некоторых заболеваний.

У человека существуют также трехнедельные и околомесячные физиологические циклы. Считается, что физическое состояние человека изменяется с периодом около 23 дней, а эмоциональное – с периодом около 28 дней.

Биоритмы с большими периодами синхронизированы с сезонными изменениями природных условий. На протяжении года изменяются частота и глубина дыхания, а следовательно, и потребление кислорода, – они увеличиваются осенью и зимой. Максимальная физическая работоспособность отмечается летом, весной и в начале осени, минимальная – зимой.

Сезонным колебаниям подвержены скорость реакции оседания эритроцитов (РОЭ) и количество крови в организме: они увеличиваются в теплый и уменьшаются в холодный периоды.

У жителей Сочи содержание гемоглобина и количество эритроцитов, а также максимальное и минимальное давление крови в холодное время года возрастают на 15–20% по сравнению с теплым периодом. Исследования же, проведенные в Ташкенте, показали, что у женщин сезонные изменения частоты пульса отличаются от сезонных изменений частоты пульса у мужчин: у женщин летом она меньше, чем зимой, у мужчин – наоборот. При этом количество эритроцитов в крови у женщин в летнее время меньше, чем зимой, а у мужчин – наоборот.

У жителей континентальных районов наибольшее количество лейкоцитов в крови бывает в начале осени, наименьшее – в конце весны.

Сезонность лежит в основе обострений многих заболеваний. Так, увеличение частоты гипертонических кризов отмечается в мае, июле, сентябре, нарушений мозгового кровообращения – в зимние и осенние месяцы, инфаркта миокарда – в осенние месяцы, заболеваний двенадцатиперстной кишки – в осеннее и весеннее время. Зимой следует ожидать обострений заболеваний суставов, периферических сосудов, верхних дыхательных путей, в то время как в теплое время года более вероятно обострение болезней внутренних органов. В период перехода от одного сезона года к другому идет перестройка всех физиологических процессов организма. С этим связано, например, увеличение частоты обострений язвенной болезни весной – в это время кислотность желудочного сока и интенсивность его выделения достигают максимальных значений.

В жизни человека существуют ритмы с периодами около и более одного года. Так, например, у женщин-спортсменок наивысшие достижения наблюдаются с периодом в два года, у мужчин – в три года. Выявлены психологические ритмы с периодом в 7 лет: наиболее важные изменения в жизни человека происходят в 6–7, 12–13, 18–19, 25–26 лет, 31–32 года, 37–38 лет, 43–44 года – эти годы характеризуются эмоционально-духовными всплесками.

К каким же последствиям приводит нарушение синхронизации биоритмов с периодическими изменениями факторов окружающей среды?

У людей, выполняющих работу с чередованием смен, а также при частых перелетах, сопровождающихся сменой временных поясов, возникает десинхроноз. При этом наблюдаются различные нарушения: расстройства сна, неврозы, ухудшение работоспособности, потеря аппетита. С ростом числа людей, часто совершающих дальние перелеты, растет и число страдающих десинхронозом.

После перелета на запад максимумы показателей работоспособности смещаются на утренние часы и первую половину дня, а при перелете на восток – на вторую половину дня и вечернее время. Для скорейшей адаптации после дальних перелетов на запад рекомендуется в первые дни находиться на свежем воздухе после полудня, при перелетах на восток – до полудня. Это способствует восстановлению синхронизации биоритмов с местными временными ритмами. Для адаптации после полета в восточном направлении требуется 14–15 дней, в западном – 11–12 дней.

Перемещение человека в новые климатические условия сопровождается повышением возбудимости нервной системы, усилением реакций обмена веществ и изменением артериального давления. Так, например, после возвращения с южных курортов 25% больных гипертонической болезнью жалуются на сонливость, головокружение, головную боль. У северян, возвратившихся с курортов в осеннюю пору, часто отмечаются обострения заболеваний, особенно туберкулеза и ревматизма.

Биологические часы любого организма не имеют абсолютно строгой точности хода и нуждаются в постоянной корректировке со стороны внешних периодических воздействий. Об этом свидетельствуют опыты по полной изоляции животных и людей от внешних воздействий – биоритмы остаются, но постепенно меняются их периоды. После длительных периодов такой рассинхронизации на восстановление нормальной жизнедеятельности требуется нескольких дней.

Большинство природных факторов воздействует на биоритмы через различные органы чувств, однако механизмы действия таких факторов, как электромагнитное поле, пока еще точно не установлены.

Периодические изменения различного рода следует учитывать при планировании повседневной жизни, например при составлении расписания уроков. Правильное чередование уроков с умственной и физической нагрузками как в течение дня, так и на протяжении недели, распределение нагрузок по четвертям позволит повысить работоспособность школьников и усваиваемость учебного материала.