Эволюция жизни и биоритмы

 От времени проистекают существа, 
 И от времени они достигают роста, 
 И во времени они исчезают. 
 Время - воплощенное и невоплощенное... 
 Это воплощенное время - великий Океан творений.

Упанишады, I тысячелетие до н. э.

В любом явлении окружающей нас природы строгая ритмичность - повторяемость процессов: день и ночь, прилив и отлив, зима и лето. Всюду ритмы.

Ритмичность биологических процессов - неотъемлемое свойство живой материи. Любое биологическое явление, любая физиологическая реакция периодичны, функциональные системы организма являются ритмическими системами. Живые организмы в течение многих миллионов лет живут в условиях ритмических изменений геофизических параметров среды.

Биологические ритмы - это эволюционная форма адаптации, определяющая выживаемость живых организмов. Выработанная всем ходом эволюции временная последовательность взаимодействия различных функциональных систем организма с окружающей средой способствует гармоничному согласованию, сонастройке разных ритмических биологических процессов и тем самым обеспечивает нормальную жизнедеятельность целостного организма.

Нарушение этого согласования приводит к поломке регуляторных физиологических механизмов организма и в конечном счете к возникновению отклонений - болезненных состояний. Дело в том, что циклическое колебание физиологических процессов с точки зрения энергетики биологически наиболее целесообразно, выгодно и соответствует принципу оптимальной организации. Четкий ритм энергетических процессов обеспечивается последовательностью взаимодействия многочисленных физиологических и биохимических реакций.

Точность, с которой каждый организм придерживается свойственного ему ритма, привела к возникновению понятия "биологические часы". И действительно, в повседневной жизни нас окружают многочисленные физические и "социальные" синхронизаторы (или датчики времени), то есть процессы и явления, способствующие наилучшему согласованию ритмов организма с ритмами окружающей среды.

К физическим синхронизаторам относятся смена дня и ночи с чередованием света и темноты, суточные колебания температуры и влажности воздуха, барометрического давления, напряженности электрического и магнитного полей Земли, космического излучения. На суточную периодичность жизненных процессов могут оказать влияние десятки метеорологических и гелиогеофизических факторов.

К числу "социальных" датчиков времени, оказывающих синхронизирующее воздействие на ритмические жизненные явления, прежде всего относится распорядок нашей производственной и бытовой деятельности, то есть многие циклические явления общественной жизни.

Важное значение имеет не только регулярное чередование труда и отдыха, сна и бодрствования, но и влияние на организм таких датчиков времени, как организация учебного процесса в институте и быта в общежитии, колебания интенсивности городского шума, освещения улиц, а также синхронизация - совпадение ритма каждого индивидуума с общим ритмом жизни коллектива. Для человека такие датчики времени играют определяющую роль в поддержании суточного ритма жизнедеятельности.

Биологические ритмы выявлены на всех уровнях организации жизни, начиная от простейших биохимических реакций в клетке и кончая сложными поведенческими реакциями. Любой организм как колебательная система является носителем многочисленных ритмов с различными частотой, амплитудой, уровнем, отражающими конкретные особенности ритма. Каждая клетка, каждый орган имеет свой собственный "рабочий ритм". Так называемые рабочие ритмы связаны друг с другом на основе суточного ритма с периодом около 24 ч (циркадный ритм).

Суточные (циркадные) ритмы у живых организмов имеют очень широкий диапазон проявления, распространяясь на такие явления, как периодические колебания дыхания и температуры тела, сердечной деятельности и картины крови, в работе органов пищеварения и выделения. В различное время суток изменяется ощущение боли, интенсивность кровотечения, способность видеть, запоминать, ощущать вкус и запах, восприимчивость к болезням, чувствительность к шуму, психическим травмам, страху и т. д. Периодическим циклам подчиняются и такие виды жизнедеятельности, как выработка определенных ферментов, время репродуцирования клеток и протекание биохимических процессов, а также процесс размножения, ритмы рождения и смерти.

С признанием ритмичности функционирования различных систем организма стали более понятными многие не имевшие ранее объяснения значительные отклонения в действии лекарственных препаратов, в том числе влияющих на психику, общее состояние и работоспособность человека.

Здоровье и работоспособность человека во многом определяются состоянием его биологических ритмов. Дело заключается в том, что целостный организм может существовать только при определенных фазовых соотношениях разных колебательных процессов в клетках, тканях, органах и функциональных системах, с одной стороны, и, с другой стороны, при их синхронизации с условиями окружающей среды.

"Таинство" регулярного повторения физиологических процессов в организме не может не привлекать внимания исследователей самых разных научных дисциплин - от физиологов и клиницистов до математиков и физиков, поскольку понимание роли и значения ритмов в жизненных процессах позволяет предвидеть всевозможные нарушения в организме, вскрывать их механизмы и разработать эффективные мероприятия по предупреждению и коррекции этих нарушений.

Интерес к биологическим ритмам прослеживается на протяжении двух с половиной тысячелетий, а письменное свидетельство об этом восходит ко времени древнегреческого поэта Архилоха, который писал: "Познай, какой ритм владеет людьми". Значимость биоритмов была оценена еще Гиппократом, Аристотелем и другими мыслителями древности.

В IV в. до н. э. гениальный мыслитель древности Аристотель писал, что продолжительность всех таких явлений совершенно естественно измерять периодами. "Я называю периодами день и ночь, месяц, год и времена, измеряемые ими; кроме того, лунные периоды... Подобно тому как море и всякого рода воды стоят, как мы видим, неподвижно или волнуются соответственно движению или покою ветров, а воздух и ветры - соответственно периодам Солнца и Луны, так же и то, что возникает из них или в них, необходимо должно следовать за этими периодами, ибо в порядке вещей, чтобы периоды менее важные следовали за более важными. Ведь у ветра есть известная жизнь, возникновение и уничтожение. Что касается обращения светил, оно может иметь какие-нибудь другие причины".

На периодичность как основное свойство живых систем и их взаимосвязь с явлениями окружающей природы обращали внимание в средневековой науке, деятели эпохи Возрождения. Достаточно назвать имена Роджера Бэкона, Иоганна Кеплера, Лючилио Ванини и многих других, чьи исследования основывались на познании законов ритмичности.

Мы видим, что с древних времен мышлению человека было свойственно искать постоянство, повторяемость в явлениях, связь жизненных процессов с окружающими условиями. Однако можно утверждать, что между представлениями древних о гармонии циклов мироздания и понятиями современной биоритмологии нет достаточной научной и исторической преемственности.

Известно, что спектр всевозможных ритмов жизни охватывает практически весь доступный диапазон масштабов времени, от волновых свойств элементарных частиц до глобальных циклов биосферы.

Согласно концепции академика В. И. Вернадского о биосфере как планетарной организации жизни эволюция шла вначале путем вовлечения в живое вещество все большего количества химических элементов из окружающей среды (осуществлялось накопление вещественно-энергетических показателей биосферы)... а затем начался процесс непрерывного усложнения, совершенствования живых систем, их структурной и временной организации.

Ритм стал важным биологическим фактором. "Кругом нас, - писал В. И. Вернадский, - в нас самих, всюду и везде, без перерыва, вечно сменяясь, совпадая и сталкиваясь, идут излучения разной длины волн - от волн, длина которых исчисляется десятимиллионными долями миллиметра, до длинных, измеряемых километрами"¹.

¹(Вернадский В. И. Размышления натуралиста. - М.: 1977. - Кн. 2. - С. 361.)

Ритмичность, повторяемость в протекании биологических процессов отражает органическую неразрывность пространства и времени физического мира.

Для нашей планеты можно установить три основные стадии развития материи - неорганическую (абиогенную), биологическую и социальную. Возникновению жизни согласно имеющимся представлениям предшествовала эволюция углеродистых соединений. Обязательным условием для абиогенного образования углеводородов является наличие водорода в свободном или связанном виде.

Водород является основным элементом нашей Галактики. Углеводороды обнаружены почти во всех доступных исследованию небесных объектах. В частности, их присутствие установлено в раскаленной "атмосфере" многих звезд, в том числе и в "атмосфере" Солнца, на поверхности больших планет и их спутников, в веществе кометы, наконец, в упавших на землю метеоритах. Таким образом, первое звено в цепи превращений углерода, приведшее на нашей планете к возникновению жизни, является весьма универсальным во Вселенной.

Особенностью, качественно отличающей жизнь как более высокую форму движения материи, является то, что в живых телах многочисленные биохимические реакции, составляющие в своей совокупности обмен веществ, не только строго согласованы между собой во времени и пространстве, не только сочетаются в едином порядке непрерывного самообновления, но и весь этот порядок закономерно как бы направлен к постоянному самосохранению, саморазвитию и самовоспроизведению всей живой системы в целом.

Возникновение жизни на Земле представляло собой длительный и направленный процесс постепенного усложнения органических веществ и формировавшихся из них целостных систем. Эти системы функционируют в постоянном взаимодействии с окружающей их средой. Первые живые формы, будучи продуктом геохимического процесса, в свою очередь стали мощным фактором геохимических изменений.

Жизнь начала развиваться как единство процессов синтеза и деструкции органического вещества. Еще в 1870 г. выдающийся французский биолог-физиолог Клод Бернар говорил, что "жизнь может быть только там, где есть вместе и синтез и органическое разрушение". Круговорот органического вещества осуществляется на основе круговорота биогенных элементов и воды, растворенных в воде минеральных веществ. И все живое требует для своего питания органических веществ, первично синтезируемых зелеными растениями, - источников жизненной энергии и строительного материала.

Появившись на Земле несколько миллиардов лет назад, жизнь быстро изменяла весь ее облик. Жизнь порождает жизнь. Огромное количество эволюционных ветвей в развитии мира растений и животных начало интенсивно распространяться в благоприятных условиях, постоянно усложняя и совершенствуя регуляторные приспособительные механизмы. В истории органического мира Земли совершенство и многообразие достигнуты ценой вымирания сотен миллионов видов, и процесс этот продолжается и теперь. И в процесс этот вторгается человек.

Эволюция живых существ на нашей планете шла в направлении прогрессивного развития, специализации и совершенствования регуляторных функциональных систем - стремления свести до минимума зависимость жизнедеятельности от изменений факторов окружающей внешней среды. Можно привести колоссальное количество примеров изумительной приспособляемости организмов к многообразным условиям существования в окружающей среде.

"Если бы жизнь на Земле, - писал академик В. Л. Комаров в книге "Происхождение растений", - раз возникнув, возрастала затем только количественно, то поверхность Земли покрылась бы толстым слоем студня, подобно тому, который и теперь вырабатывают бактерии, амебы и близкие к ним организмы.

Но количество имеет свойство переходить в качество. При этом массы вещества, находящиеся в различных взаимоотношениях (химических, физических и пр.) с внешней средой, приобретают различные количества, или, как говорят, дифференцируются. Однообразная масса становится разнообразной. Поэтому процесс развития организмов есть процесс в большей степени морфологический, чем физиологический. Усложнялись и совершенствовались не только основные жизненные свойства, организмов, но также и их внешние и внутренние структуры и формы, совершенствовалась та машина, с помощью которой осуществляется процесс жизни"¹.

¹(Комаров В. Л. Происхождение растений. - М. : 1961. - С. 47.)

Эволюция приспособления живых существ к непрерывным изменениям окружающей среды шла двумя путями. Одни организмы следовали за этими изменениями путем приспособления своих клеток к новым условиям жизнедеятельности, и если изменения превосходили некоторую критическую величину, они погибали. Другие живые существа демонстрируют путь создания в организме специальных защитных систем, позволяющих "пройти" через геологические эпохи, не изменив стабильных условий существования клеток.

Оградив себя таким путем от влияния изменений, которые претерпевала среда обитания, эти организмы непрерывно эволюционировали, все усложняя свою организацию. Именно второй путь привел жизнь к ее высшим проявлениям (хотя и живые существа, которые предпочли первый путь, также распространялись по всей биосфере).

Переход к наземному существованию знаменовал важный этап в стадии развития позвоночных животных. При этом огромную роль в жизнедеятельности этих живых организмов играло действие силы тяжести. Тяжесть, по словам А. А. Ухтомского, - самое неизбежное и постоянное поле, от которого ни одно существо никогда на Земле не освобождается. Сила тяжести явилась существенным фактором в развитии растительного и животного мира на Земле.

Вся эволюция живых существ на нашей планете является историей активного преодоления организмом силы тяжести. Действие силы тяжести стало особенно ощутимым после перехода живых существ к наземному образу жизни. У наземных позвоночных сформировался мощный скелет и весь опорно-двигательный аппарат, обеспечивавший достаточную двигательную подвижность в гравитационном поле Земли.

Переход позвоночных животных на сушу был связан с резким усилением энергетических затрат не только на передвижение, но и на поддержание собственного тела. Известно, что обитатели водной среды, например рыбы, находясь во взвешенном состоянии, не затрачивают энергии на поддержание собственного тела.

Водная среда неблагоприятна для существования организмов с высокой интенсивностью окислительных процессов. Какой бы степени совершенства ни достигал орган водного дыхания, он не мог обеспечить развития высших форм жизни, которым свойственно постоянство температуры тела за счет интенсивного обмена веществ. Почему? Вот простое объяснение. Если в 1 л воды растворено не более 10 см³ кислорода, то в атмосферном воздухе его содержится 210 см³ на 1 л.

Человек при усиленной мышечной работе может потреблять до 6 л кислорода в минуту. Для этого через его легкие должно пройти около 120 л воздуха, а в разреженной атмосфере - еще больше. Если бы существовал аналогичный организм с водным дыханием, то через его жабры должно было бы пройти до 2 тыс. л воды, то есть около 30 л на каждый килограмм тела. Нельзя себе представить "водную" дыхательную систему с такой производительностью. Столь значительные количества кислорода могут быть добыты только организмом с более совершенным, наземным органом дыхания.

Именно повышенные энергетические потребности, связанные с преодолением силы тяжести, вызвали существенную перестройку двигательной и сердечно-сосудистой систем, усилили кроветворную функцию костного мозга. Сила тяжести наложила свой отпечаток на обмен веществ животных организмов. В ходе эволюции, специализации и совершенствования функций влияние силы тяжести на живые организмы увеличивалось параллельно изменению статики животных от горизонтальной к полувертикальной и стало максимальным при прямохождении.

У высших организмов постепенно сформировалась функциональная система антигравитации: скелетно-мышечная и циркуляторная. Антигравитационная функция скелетно-мышечной системы направлена на поддержание тела в пространстве, а функция циркуляторной - на компенсацию гидростатического эффекта. Таким образом, приспособление организмов к новым условиям - процесс сложный, многоступенчатый и длительный. Жизнь, зародившись первоначально в водной стихи, охватила затем сушу, где стала развиваться ускоренными темпами.

Выход на сушу открыл широкие перспективы для прогрессивной эволюции. Рассматривая различные этапы эволюционного развития живых существ, мы видим, как формировался целостный организм: это саморегулирующая и самовоспроизводящая система, обладающая чрезвычайной приспособляемостью, это структура, заключающая в себе неисчерпаемые возможности развития и совершенствования.

Как неотъемлемая частица природы каждый животный организм представляет собой сложную обособленную систему, внутренние силы которой уравновешиваются с внешними силами окружающей среды. При этом чем сложнее организм, тем тоньше и разнообразнее элементы уравновешивания. По словам И. П. Павлова, вся жизнь от простейших до сложнейших организмов, включая, конечно, и человека, есть длинный ряд все усложняющихся до высочайшей степени "уравновешиваний" внешней среды.

На значительном протяжении эволюционного развития изменялось и восприятие времени у живых организмов. Фактор времени на различных этапах эволюции все более и более становился явным, существенным звеном, влияющим на формирование структуры организма. В течение сотен миллионов лет шел процесс непрерывного усложнения и совершенствования живых систем, их структурной и временной организации. Поразительно сложные и упорядоченные функциональные системы и организм в целом стремились к гармоничной взаимосвязи с внешней средой.

Для жизнедеятельности организма и его выживания в постоянно изменяющейся окружающей среде постоянно требуются координация и регуляция сложных и разнообразных процессов, протекающих в организме. Ведь некоторые процессы регуляции протекают быстро, в течение долей секунды, другие длятся часами. Они нуждаются в постоянной корректировке, обеспечивающей приспособление - тончайшую связь различных элементов сложной системы между собой и всего их комплекса с окружающей обстановкой.

Так время оказывается объективным элементом целостной системы живого организма. Именно поэтому в последние годы одним из важнейших направлений в изучении структуры и функции биологических систем стала разработка вопросов их временной организации.

В течение своего исторического процесса эволюция живых существ осуществлялась гигантскими волнами, и с появлением человеческого разума начался качественно новый этап в эволюции органического мира. В современную эпоху организм человека, приспосабливаясь к условиям окружающей среды, сохраняет свои основные биологические характеристики.

В чем же заключается сущность прогресса в живой природе? Как отмечал еще В. И. Вернадский, на протяжении последних 500 млн. лет, хотя и с большими "остановками", идет процесс усложнения и совершенствования строения центральной нервной системы, "центрального мозга"¹.

¹(См. Вернадский В. И. Размышления натуралиста. - М.: 1975. - Кн. 1. - С. 43. См. в этой связи: Ахундов М. Д. Пространство и время в физическом познании. - М.: 1982.)

Ныне бурный технический прогресс, появление сложных видов трудовой деятельности постоянно нарушают "привычный" ритм жизни человека, предъявляя особенно серьезные требования к его нервно-психической сфере. Нервно-эмоциональные напряжения, обусловленные темпами современной жизни, ведут к существенным нарушениям регуляции функций организма человека, прежде всего к напряжению систем, обеспечивающих психофизиологическую стабильность организма, возможность его активного функционирования.

Многие психологи и физиологи, занимающиеся изучением функций мозга, серьезно обеспокоены тем, что темп современной жизни может привести к десинхронизации - рассогласованию биологических ритмов, угрожающему превращением стройной, гармонично функционирующей ритмической системы жизненных отправлений в хаотическое нагромождение не связанных между собой колебаний.

Десинхроноз, или рассогласование биологических ритмов, - явление, которое уже сегодня приводит к различным нервно-психическим заболеваниям - неврозам, неврозоподобным состояниям. В настоящее время это и серьезная социальная проблема. Так, нарушение биологических закономерностей жизнедеятельности организма человека вызывает неизбежные социальные последствия.

Основным "распорядителем" и "распределителем" функций организма является головной мозг. Еще в 1863 г. И. М. Сеченов в работе "Рефлексы головного мозга" указывал, что для деятельного состояния высших отделов головного мозга необходима минимальная сумма раздражений, идущих от воспринимающих рецепторов. Впоследствии это предположение И. М. Сеченова нашло подтверждение как в клинической практике, так и в убедительных экспериментах, проведенных в лаборатории И. П. Павлова.

Но вот существенная черта деятельности головного мозга - периодичность рефлекса. "Всякий знает по собственному опыту, - пишет И. П. Павлов, - до какой степени нервная система наклонна усвоять известную последовательность, ритм и темп деятельности. Как трудно сойти с привычного темпа и ритма в разговоре, ходьбе и т. д. И в лаборатории при изучении сложных нервных явлений животных можно наделать много и грубых ошибок, если не считаться самым тщательным образом с этой наклонностью".

В своем докладе "Рефлексы цели" на III съезде по экспериментальной педагогике (Петроград, январь 1916 г.) И. П. Павлов говорил: "Человеческая жизнь состоит в преследовании всевозможных целей: высоких, низких, пустых и т. д., причем применяются все степени человеческой энергии. При этом обращает на себя внимание то, что не существует никакого постоянного соотношения между затрачиваемой энергией и важностью цели: сплошь и рядом на совершенно пустые цели тратится огромная энергия, и наоборот. Подобное же часто наблюдается и в отдельном человеке, который, например, работает с одинаковым жаром как для великой, так и для пустой цели. Это наводит на мысль, что надо отделять самый акт стремления от смысла и ценности цели".

Конечно, физиологическое понятие цели неприложимо к человеку как социальному существу. От рефлекса цели до цели как ценностно-смысловой категории имеется целый ряд закономерностей разных уровней обобщения, и трансляция физиологического содержания на такой уровень - весьма серьезная методологическая проблема, постановка которой не входит в нашу задачу.

Ограничимся лишь выделением некоторых общих моментов, в плане которых рассматриваются конкретные явления.

В биологии существуют различные временные шкалы, отражающие жизненные явления в зависимости от уровня организации. По классификации известного хронобиолога Ф. Хальберга, ритмические процессы могут быть разделены на три группы. К первой относятся ритмы высокой частоты с периодом до 0,5 ч. Это ритмы дыхания, ритмы работы сердца, электрических явлений в мозге, периодические колебания в системах биохимических реакций. Указанные физиологические ритмы хорошо изучены. Вторая группа - ритмы средней частоты с периодом от 0,5 ч до 6 дней. Это смена сна и бодрствования, активности и покоя, околосуточные изменения обмена веществ, содержание в крови и моче биологически активных веществ.

И наконец, третью группу циклических биологических процессов составляют низкочастотные ритмы с периодом от 6 дней до 1 года. Сюда входят недельный, лунный и годичный ритмы. К биологическим процессам, охватываемым этими ритмами, относятся менструальные циклы, циклы экскреции гормонов, половые циклы у некоторых млекопитающих и многих обитателей Мирового океана.

В основе циклических колебаний физиологических процессов заложена выработанная в процессе эволюции живых организмов способность различать длину солнечных и лунных суток.

Из биологических ритмов с особо длинными периодами наибольшее внимание ученых привлекают лунные ритмы. К ним относятся циклические изменения физиологических процессов, максимум и минимум которых проявляются один или два раза в месяц, и приурочены они к определенной фазе Луны.

Суточные (циркадные) ритмы

Хотя современный человек и создал для себя искусственную среду, но температура его тела в течение суток колеблется, как и многие тысячи лет назад. Дело в том, что температура тела зависит от скорости протекания биохимических процессов. В дневное время наиболее интенсивно идет обмен веществ, и это определяет большую активность человека.

Френсис Бэкон указывал: "Тот, кто не обновляется, - разрушается, так как неумолимое течение времени всех изменяет". Жизнедеятельность организма - это прежде всего расходование энергии в результате обмена веществ. Биологический ритм человека хорошо отражает этот процесс, внешне проявляющийся в периодическом изменении температуры тела, кровяного давления, частоты дыхания, пульса. Тот факт, что организм и его приспособительные (адаптивные) регуляторные механизмы в резко изменившихся условиях переходят к новому, энергетически целесообразному режиму функционирования, свидетельствует прежде всего о большой пластичности высших отделов головного мозга.

Суточные или околосуточные (циркадные) ритмы являются неотъемлемым свойством живых систем и составляют основу их организации. Важность циркадного ритма как основного для жизнедеятельности всего организма обусловлена совпадением длительности его периода с длительностью периода обращения Земли вокруг собственной оси. Околосуточные ритмы являются столь же фундаментальным всеобщим свойством живого, как, например, генетический код, а циркадная система организма сопоставима по значимости с такими жизненно важными физиологическими системами, как нервная и эндокринная (Н. А. Агаджанян, А. М. Алпатов, 1984).

В циркадных ритмах исследователя прежде всего поражает их всеобщность, универсальность. Очевидно, они присущи всем без исключения организмам - от одноклеточных водорослей до человека включительно. И проявляются во всех важнейших жизненных (физиологических) отправлениях: питании, обмене веществ, росте, размножении, передаче наследственной информации. Весьма характерно, что у всех живых существ - простейших, растений, животных - одинаковы основные свойства ритмов, такие, как стабильность фазы, независимость периода от температуры, устойчивость к метаболическим ядам и экстремальным факторам.

Эволюция жизни на Земле - это процесс постоянного приспособления организмов к меняющимся условиям окружающей среды. В борьбе за выживание видов происходит естественный отбор наиболее совершенных форм. При этом физиологические, генетические системы и поведенческие механизмы обеспечивают выживание, нормальную жизнедеятельность и размножение организмов в конкретных условиях среды обитания.

Все закрепляющиеся в ходе эволюции особенности в своей сущности являются приспособительными, т. е. эволюция и является процессом возникновения адаптаций - адаптациогенезом. В эколого-физиологическом и эволюционном смысле понятие адаптации относится не к отдельной особи, а к популяции, виду, биогеоценозу. Если та или иная популяция выступает элементарной единицей эволюционного процесса, то вид - конечный, качественный его этап - как носитель уникального генофонда (Яблоков А. В., Юсупов А. Г. Эволюционное учение. - 1981). Поэтому значение в эволюции имеет не выживание особей само по себе, а вклад каждой из них в генофонд популяции.

Генетико-эволюционные события, протекающие на различных уровнях организации жизни, исключительно важны для понимания сущности восприятия времени. Одним из главных факторов, к которому необходимо было приспособиться живым организмам, и явилось суточное вращение нашей планеты.

Действительно, условия обитания живых существ резко менялись со сменой дня и ночи. Причем строгая повторяемость изменений давала уникальную возможность заранее готовиться к ним, упреждать их наступление. Первые организмы, вероятно, уже обладали средством для такой адаптации.

Так, свойственный всему живому обмен веществ представляет собой цепь биохимических реакций, скорость которых зависит от присутствия специфических ферментов (катализаторов). Каждое звено этой цепи выступает потенциальным осциллятором (колебательной системой). Вероятно, среди многообразия таких биохимических циклов преимущество в отборе получали те, постоянная времени которых была близка к земным суткам - к 24 ч.

Генетическая закрепленность этого свойства определяет уникальное свойство околосуточных ритмов: они сохраняются в условиях изоляции неограниченно долго. И хотя величина периода может меняться в зависимости от условий среды обитания и индивидуальных особенностей организма, обычно она не выходит из пределов 20 - 28 ч. Характерно при этом, что средний период каждого отдельного циркадного ритма не равен суткам в точности. И это вовсе не случайное отклонение периода свободнотекущих биологических ритмов от 24-часовой смены суток. Эта закономерность, названная феноменом циркадности (околосуточности), является одной из наиболее интригующих загадок биоритмологии.

И на самом деле, почему ритмы, согласовывающие жизнедеятельность организмов с планетарным хронометром, точным до долей секунды, имеют систематическую погрешность, достигающую нескольких часов? Вероятно, в этом и особенность биологических систем. Живые существа с жесткой временной привязанностью к циклическим явлениям окружающей среды были бы не жизнеспособными, не могли бы адаптироваться к постоянно меняющимся условиям окружающей среды. Именно динамическое постоянство временных связей внутренней среды организма с окружающей средой создает наблюдающуюся гармонию в его приспособлении к местообитанию.

Важнейшим условием благополучия и высокой жизнедеятельности организма является согласованность суточных ритмов. Если согласованность - точность работы циркадных ритмов - обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма, в конечном счете являясь одним из непременных условий сохранения здоровья и работоспособности, то нарушение ее способствует возникновению болезненного состояния.

Казалось бы, что может быть загадочного в обычной смене сна и бодрствования, в изменениях жизнедеятельности организма человека в течение суток? Все просто: человек днем работает, к вечеру устает, ему необходим отдых. Ночной сон и служит таким отдыхом. Такой же самоочевидной, обусловленной действием внешних условий казалась приуроченность времени активности к дневным часам, сна - к ночным. Эти представления переносились и на жизнедеятельность других организмов.

Видимо, вследствие такой самоочевидной естественности суточного цикла активности живых организмов биологический ритм долгое время не привлекал внимания исследователей. Как показали проведенные в последние годы фундаментальные исследования по проблеме биологических ритмов, самое обыденное наблюдение скрывало в себе одну из величайших тайн природы. Оказалось, что жизнь высокоорганизованных обитателей нашей планеты во многом определяется тем, насколько совершенно осуществляется согласование различных периодических процессов в организме.

Например, сохранение энергетического баланса на определенном уровне в течение суток обеспечивается за счет ритмических колебаний температуры тела. Составляя одно из важнейших условий существования организма, терморегуляция в то же время выполняет роль своеобразного биологического синхронизатора, имеющего исключительное значение для адаптации организма к постоянно меняющимся условиям окружающей среды. И появление суточного ритма температуры тела, позволяющего чередовать степень активности в зависимости от температурных колебаний окружающей среды, было одним из важнейших этапов в эволюции живого мира.

Изучая биологические ритмы у живых организмов, ученые обращались к наблюдениям характера периодических изменений температуры тела. И это не случайно, так как суточные ритмы дыхания и температуры тела отражают изменение уровня обмена веществ, а терморегуляция представляет наиболее яркий пример циклических колебаний. Так, у человека период ритма температуры тела всегда составляет 25,0 ± 0,5 ч и не зависит от того, выполняется ли тяжелая физическая работа или соблюдается постельный режим, находится обследуемый в полной изоляции или в коллективе.

Это незначительное отличие периода от суток всего на один час тем не менее весьма существенно. Важные приспособительные свойства системы околосуточных ритмов можно наблюдать при резком сдвиге внешнего времени, например после перелета через несколько часовых поясов. Адаптируя организм к новому режиму, околосуточные ритмы разных физиологических процессов перестраиваются с различной скоростью - от 2 - 3 дней до месяца. Причем соотношения между ними, как правило, необычны и меняются во времени.

Изучение закономерностей такого рода позволит выявить информативные биоритмологические критерии, характеризующие уровень адаптации организма к различным факторам воздействия, индивидуальные различия, а также стать эффективным средством диагностики различных болезней.

Наличие суточных изменений температуры тела и частоты дыхания было впервые установлено у голубей еще в середине прошлого века. Позднее в научной литературе появилось большое количество сообщений об изучении суточной периодики температуры тела у человека. В результате этих исследований было выяснено, что суточная динамика температуры тела имеет волнообразный характер с максимальным значением периода, близким к 18 часам, и самым низким уровнем между 1 часом ночи и 5 часами утра.

Полное изменение суточной кривой температуры тела у человека впервые установил датский физиолог Линдгарт (1917) во время полярной зимовки (в полярную ночь) путем выключения раздражителей, обычно сопутствующих дню и ночи, то есть в изоляции от всего ритма жизни и работы. И. С. Кандрором (1954) была показана быстрая, ежедневно наступающая (соответственно долготному местопребыванию и фактической смене дня и ночи) перемена суточной температуры тела у пассажиров экспресса, следующего из Владивостока в Москву.

Подобные же данные были получены как в условиях переезда из Восточного в Западное, так и из Западного в Восточное полушарие. Введение в экспериментах различных режимов сна и бодрствования повлекло за собой формирование соответствующих ритмов температуры тела. Следует отметить, что изменение режима создавалось каждый раз незаметно для исследуемого лица путем изменения хода часов.

Большой интерес представляет изучение суточной периодики физиологических реакций в сравнительном плане у таких животных, как приматы (павианы-гамадрилы, макаки-резусы, макаки-лапундеры), хищные (шакалы, медведи, барсуки, динго, собаки, кошки), грызуны (кролики, морские свинки, дикобразы, крысы, мыши). Здесь можно сослаться на недавние исследования О. П. Щербаковой.

Известно, что у обезьяны четко ограничены периоды сна ночью и бодрствования днем. Температура тела у обезьян ночью равна 36,5°С, днем - около 38,5°С.

У хищных и грызунов вегетативные функции отличаются большим постоянством: суточные колебания их или совершенно отсутствуют, или выражены крайне слабо. Температура тела хищников около 38,5°С, у грызунов - 37,5°С.

Наибольшие суточные колебания температуры тела, доходящие до 3°, наблюдаются у обезьяны; у человека эти колебания не превышают 1°, а у хищных млекопитающих составляют всего только 0,3 - 0,4°. Еще меньше колебания температуры тела у грызунов, а у копытных эти колебания практически отсутствуют.

У человека разница между температурой кожи лба и периферических участков рук колеблется в пределах 3,1 ° утром, 2,9° вечером и 1,7° ночью. Наиболее стабильна на протяжении суток температура кожи лба. Конечности являются в определенном смысле "резервуаром тепла". При температуре окружающей среды в пределах 19 - 33°С терморегуляция осуществляется главным образом за счет теплоотдачи через конечности.

При сопоставлении суточных колебаний температуры различных участков тела обнаружены обратные, "извращенные" отношения в динамике изменения температуры тела и кожи кистей рук. Этот факт обусловлен суточным перераспределением тонуса сосудистой системы.

Ритм света и темноты является, по-видимому, основным внешним раздражителем, который способен выработать у теплокровных животных строгий 24-часовой ритм изменения температуры тела. Установлено, что на свету у животных выделяется углекислоты на 8 - 25% больше, чем в темноте. При этом существует удивительный параллелизм между суточными изменениями температуры тела и выделением углекислоты не только у животных, но и у человека. Позднее было выявлено, что свет усиливает дыхание и оказывает стимулирующее влияние на интенсивность обмена веществ в организме. Правда, у ночных животных, например у сов, максимальные температуры тела и уровень газообмена отмечаются, наоборот, не днем, а в ночное время.

Суточная ритмичность интенсивности обмена веществ прямо не связана с суточным ритмом света и темноты, так как она проявляется и у животных, постоянно находящихся в темноте, а также у животных с разрушенным зрительным анализатором. У слепорожденных мышей суточный ритм температуры сохраняется из поколения в поколение. При исключении внешнего ритма света и темноты наступает разрыв (десинхронизация) между биологическим и геофизическим ритмами.

Глубокий наркоз обусловливает извращение чувства времени. Охлаждение организма приводит к сильному смещению биологических ритмов, "головные часы" начинают "отставать". Среди химических веществ, способных удлинять период биологических ритмов, можно назвать различные поверхностно-активные вещества (например, спирт, папаверин и др.).

Возможность нарушения суточного ритма соответственно режиму освещения свидетельствует о том, что в основе его формирования лежит описанный И. П. Павловым условно-рефлекторный динамический стереотип, а именно: возможность образования у человека и животных условного рефлекса на время.

Так, у железнодорожного диспетчера, сдающего дежурство, всегда более низкая температура, чем у принимающего. У диспетчера, привыкшего к работе в ночное время, температура в 8 часов утра не поднимается, а, наоборот, падает.

У некоторой части больничных сиделок, постоянно работающих в ночную смену, наблюдается изменение суточной температурной кривой, что выражается в нарастании температуры тела в ночные часы.

Следовательно, сигналы предстоящей работы или предстоящего отдыха изменяют характер суточной кривой. Этот факт показывает, что условные рефлексы, лежащие в основе суточного ритма, вырабатываются у человека под воздействием разных факторов и с различной скоростью. Это относится и к животным.

Так, если для обезьян наиболее действенным фактором является режим освещения, то для человека решающее значение имеют сигналы, действующие через вторую сигнальную систему, или резкая перемена жизненной обстановки. Например, при переезде в другую местность в широтном направлении наблюдается смещение суточной кривой, а именно: температура тела меняется в одни астрономические сутки соответственно времени суток в данном месте.

Целостный организм может существовать только при определенных фазовых соотношениях разных колебательных процессов в клетках, тканях, органах и функциональных системах, с одной стороны, и с другой - при их синхронизации с периодическими изменениями условий окружающей среды.

По мнению Б. С. Алякринского (1975), рассогласование по фазе суточных ритмов организма с физическими и социальными датчиками времени (в условиях вечерних и ночных рабочих смен) постоянно сопровождается десинхронозом с нарушением деятельности циркадной (рассчитанной на 24 ч работы) системы организма.

В синхронизации ритмов живая природа достигла удивительного совершенства.

Изменения деятельности сердца обычно происходят при одновременном изменении состояния сосудов, то есть в ответ на определенные изменения во внешней среде наблюдаются сдвиги со стороны всей сердечно-сосудистой системы.

В нормальных условиях регуляция сердечной деятельности обеспечивает соответствие между количеством крови, нагнетаемой за единицу времени в сосудистую систему, и определенным уровнем общего обмена веществ организма.

В зависимости от условий, характера и интенсивности деятельности организма количество крови, нагнетаемой сердцем в аорту за одну минуту, увеличивается с 4 - 6 л при полном покое до 20 - 25 л при значительной мышечной работе. Чем ниже общий обмен веществ в организме, потребление кислорода и выделение углекислого газа, тем ниже частота сердечных сокращений. Во время глубокого сна, когда скелетная мускулатура почти полностью расслаблена, функция пищеварительного аппарата понижена, частота сердцебиений очень низкая - примерно 50 - 60 ударов в минуту. Частота пульса тем выше, чем больше степень мышечной нагрузки.

При тяжелой мышечной работе у высокотренированных спортсменов частота пульса достигает 260 ударов в минуту. При этом легочная вентиляция у них достигает 150 - 180 л в минуту, а потребление кислорода организмом составляет 5 - 6 л в минуту.

У живого организма безостановочное движение крови по сосудам - от сердца через артерии в капилляры, а затем по венам обратно в сердце - обусловливается главным образом ритмическими сокращениями сердца, чередующимися с его расслаблением. Строгая ритмичность работы сердца является главным признаком его нормального состояния. Однако сердечная деятельность, как и остальные физиологические функции организма, обладает еще и суточной периодичностью.

Уже давно установлено, что во время сна сердце бьется медленнее, уменьшается его минутный объем, понижается давление артериальной и венозной крови.

Частота сердечных сокращений является наибольшей к 18 ч. В это же время наблюдаются более высокие показатели максимального и минимального кровяного давления.

Наименьшие величины частоты пульса отмечаются к 4 ч, а кровяного давления - примерно в 9 ч утра. Показано также, что капилляры наиболее расширены в 18 ч, а наиболее сужены в 2 ч. Внутриглазное давление утром повышается, а вечером падает.

Определенное изменение в течение суток претерпевает также биоэлектрическая активность мозга. В ночные часы на электроэнцефалограмме у человека фиксируется сниженная активность биопотенциалов мозга. Ночью, особенно между 2 и 4 ч, у человека понижается память, отмечается замедленность в действиях, увеличивается число ошибок при решении арифметических задач. В эти же часы человек оказывается наиболее слабым, у него снижается мышечная сила.

В течение суток наблюдаются также характерные изменения биоэлектрической активности сердца, наблюдаемые на электрокардиограмме. Многочисленные врачебные наблюдения показали, в частности, что при повреждениях миокарда, особенно при инфаркте, суточный ритм на электрокардиограмме исчезает. Эта особенность может быть также использована при диагностике некоторых сердечных заболеваний.

У человека в отличие от животных установлена не только связь между изменениями сердечной деятельности и факторами внешней среды, но и отчетливое влияние на работу сердца словесных раздражителей (участие второй сигнальной системы).

Еще в глубокой древности наблюдали связь между деятельностью сердца и факторами внешней среды, вызывающими эмоции (такие, как страх, радость, тревога, печаль, тоска и другие чувства). Мы часто слышим такие выражения: "сердце прыгает от радости", "бьется от волнения", "колотится от страха", "горит любовью", "замерло от неожиданности" и т. д.

Весьма точное наблюдение зависимости работы сердца от определенных словесных сигналов было сделано около 1000 лет назад великим врачом древности Авиценной. До нас дошло сказание, что однажды при лечении тяжелобольного племянника одного из феодалов Средней Азии Авиценна, считая пульс больного, предложил ему перечислить все улицы города. Когда при названии одной улицы пульс больного изменился, Авиценна попросил перечислить все дома этой улицы. Таким путем врач узнал улицу, дом и, наконец, имя девушки, любовь к которой вызвала у юноши тяжелый душевный недуг. Установив по пульсу больного причину недуга, Авиценна убедил родных заболевшего юноши согласиться на его брак с этой девушкой и таким образом излечил больного.

Но вернемся к экспериментальным данным, которые свидетельствуют о том, что работоспособность органов кровообращения в различное время дня неодинакова: два раза в сутки (около 13 ч и 21 ч) она резко снижается.

Любопытны и такие данные: в период пищеварения количество крови, протекающей через органы брюшной полости, возрастает на 30 - 50%. Вероятно, именно этим отливом крови к органам брюшной полости обусловливаются некоторая сонливость, стремление к покою, часто отмечаемое у человека после сытного обеда.

Все это учитывается при разработке современных научно обоснованных лечебно-профилактических мероприятий в клинической медицине.

Для профилактики сердечно-сосудистых расстройств немаловажное значение имеет тот факт, что работоспособность сердечной мышцы в определенные часы суток уменьшается. Поэтому нецелесообразна в эти часы для человека большая физическая нагрузка.

Известно, что по анализам крови можно судить о протекании многих физических реакций.

У человека и высших животных кровь осуществляет перенос различных веществ от одних органов тела к другим. То есть кровообращение (наряду с системой дыхания и др.) обеспечивает возможность обмена веществ между организмом и внешней средой.

Благодаря движению крови происходит непрерывный приток кислорода и питательных веществ к тканям, а также отток продуктов обмена из тканей к выделительным органам - легким, почкам, коже, кишечнику. Однако этой транспортной ролью физиологическое значение крови не исчерпывается.

Форменные элементы крови - лейкоциты - выполняют важную защитную роль, "поедая" попадающих в тело болезнетворных микробов (функция фагоцитоза, открытая И. И. Мечниковым). Через кровь в известной мере осуществляется регуляция деятельности различных физиологических систем (в кровь из желез внутренней секреции поступают высокоактивные вещества - гормоны).

Суточные колебания физиологических процессов в полной мере отражаются и на деятельности кроветворных органов. Установлено, что костный мозг наиболее активен рано утром, а селезенка и лимфатические узлы - около 17 - 20 ч. В утренние часы в кровоток поступает наибольшее число молодых эритроцитов (а вообще, в костном мозге человека ежесекундно делится около 10 млн. клеток). Максимум гемоглобина крови наблюдается с 11 до 13, а минимум - с 16 до 18 ч. Максимум сахара в крови приходится на 9 - 10 ч утра, а минимум - на ночное время.

С вечера в крови уменьшается количество белков, повышается содержание серы. Максимум остаточного азота в крови отмечается в 16, а минимум - в 20 ч, количество хлора минимально ночью. В течение суток в крови закономерно изменяется содержание калия, кальция, натрия, фосфора.

Максимальная скорость реакции оседания эритроцитов отмечена между 9 и 10 ч, а минимальная - рано утром.

С суточной периодичностью работы системы кровообращения связана и периодичность в деятельности желез внутренней секреции. Установлено, что у человека максимум адреналина в крови наблюдается в 9, а минимум - в 18 ч. Такова же ритмичность выработки половых гормонов. Приуроченность родов к определенному времени суток (у человека чаще к полуночи) связана с усилением деятельности задней доли гипофиза. Днем в крови человека больше тироксина и адреналина, а ночью больше инсулина и гормона паращитовидных желез. Адреналин скапливается в крови до начала периода двигательной активности, как бы подготавливая к ней организм.

Установлено наличие четкой суточной периодичности в содержании кортикостероидов в крови и их выделении с мочой. Максимальная концентрация гормонов в моче наблюдается в утренние часы, минимальная - в ночное время.

Отражением суточного ритма кортикостероидов является постоянный суточный ритм количества циркулирующих в крови эозинофилов (и других лейкоцитов периферической крови), обратный по отношению к ритму гормонов коры надпочечников. Отмечено также совпадение суточного ритма указанных гормонов с выделением калия и натрия.

Доказано наличие ритмических изменений активности ферментных систем, участвующих в биосинтезе гормонов коры надпочечников, и числа митозов (делений) в клетках паренхимы надпочечников. Суточный ритм активности коры надпочечников находится в прямой зависимости от суточной периодичности выделения гормонов гипофизом.

Исчезновение суточного ритма гормонов коры надпочечников отмечается у больных с опухолями головного мозга. Именно поэтому большинство исследователей считают, что нарушение суточного ритма гормонов коры надпочечников может служить дифференциально-диагностическим признаком при атипично протекающих формах этой болезни.

Отмечено также наличие суточных колебаний содержания гормона серотонина в шишковидной железе. При перерыве симпатических путей от верхнего шейного ганглия к шишковидной железе суточные ритмические колебания не возникают.

Для жизнедеятельности организма важное значение имеет сохранение нормальной суточной периодики в работе органов пищеварения и выделения. И. П. Павлов по этому поводу писал: "Если чрезмерное и исключительное увлечение едой есть животность, то и высокомерное невнимание к еде есть неблагоразумие, и истина здесь, как и всюду, лежит в середине: не увлекайся, но оказывай должное внимание".

Экспериментальные данные о существовании суточного ритма в работе органов пищеварения впервые были получены еще в 1928 г. (Е. Форсгрен). Было показано, что хотя желчь вырабатывается в печени непрерывно, однако в первой половине дня печень выделяет наибольшее количество желчи, что обеспечивает наиболее оптимальные условия главным образом для переваривания жиров. Суточное количество секретируемой желчи колеблется в довольно значительных пределах, составляя у взрослого человека примерно 800 - 1000 мл. При длительном голодании желчеобразование может резко уменьшиться.

В первой половине дня печень расходует запасной углерод, гликоген, превращая его в простые сахара, отдает воду, образует больше мочевины и накапливает жиры. Во второй половине дня печень начинает ассимилировать сахар, накапливать гликоген, воду. При этом клетки печени увеличиваются в объеме почти в 3 раза.

Шведские ученые Г. Холмгрен и В. Свенсен установили, что максимум гликогена в печени содержится в 3, а минимум - в 15 ч. С 3 до 15 ч гликоген отдается и с 15 до 3 ч накапливается. Соответственно этому в крови максимум сахара бывает в 9 ч утра, а минимум - в 18 ч.

Установлено также, что в связи с ритмическим изменением количества соляной кислоты утром желудочный сок менее кислый, чем вечером.

Перистальтика кишечника и моторная функция желудка усилены в первой половине дня. Утром очищается кишечник, что создает в организме дефицит поваренной соли и воды. Выделительная деятельность почек наиболее выражена вечером, а наименее - рано утром, между 2 и 5 ч.

Ученые располагают сейчас данными и о том, что в течение суток в тканях нашего тела изменяется концентрация водородных ионов. Согласно этим данным внутренняя среда нашего организма в период с 3 до 15 ч находится преимущественно в кислой и с 15 до 3 ч - в щелочной фазе. При этом переход из одной фазы в другую занимает примерно около 2 ч.

Данные о ритмической работе органов пищеварения и выделения свидетельствуют о необходимости строго соблюдать суточный график, строго регламентировать время приема пищи, ее количество и качество. Анализ физиологических данных показывает, что в первой половине дня должна преобладать белковая и жирная пища, а во второй половине - углеводная и молочная.

При изменении режима труда и отдыха, сопровождающемся нарушением суточного ритма, необходимо соответственно перестраивать график и рацион питания.

В. Гуфеланд (1779) назвал 24-часовой период "единицей нашей естественной хронологии". И на самом деле, происхождение и свойства циркадной системы определили ту важную роль, которую она играет в жизни всех живых организмов. Очевидно, древнейшая ее функция состояла в приурочивании биологической активности к наиболее благоприятному времени суток - сейчас это основа существования животных с дневным или ночным образом жизни. Другая, вероятно основная для высокоорганизованных существ, функция - взаимное согласование физиологических процессов во времени, поддержание стабильной последовательности событий, обеспечение предельно экономной физиологической регуляции. И наконец, организмы действительно используют околосуточные ритмы для "измерения времени". Эту функцию с полным правом можно назвать живыми биологическими часами в самом точном смысле этого слова. Здесь следует отметить, что выражение "живые часы" впервые в 1814 г. использовал в своей диссертации французский ученый-медик Ж. Вире.

Установлено, что многие животные, особенно мигрирующие на большие расстояния, способны поразительно точно ориентироваться в пространстве по Солнцу и звездам, делая необходимую поправку на суточное вращение планеты. И те же циркадные ритмы позволяют растениям и животным "измерять" относительную длину дня и ночи в разные сезоны года, а благодаря этому заранее готовиться к оптимальному периоду для цветения, плодоношения, выведения потомства.

Столь уникальные свойства и особенности околосуточных ритмов не только выделяют их в качестве главного объекта изучения из всего спектра прочих колебаний процессов жизнедеятельности, но делают своего рода эталоном в изучении других биологических ритмов.

Следует отметить, что развитие современной авиации и космонавтики является одним из важных стимулов для изучения проблемы биологических ритмов. Принципиальная возможность космических полетов и достижения других планет расширила сферу нашего мышления, оказала благотворное влияние на стремительное развитие науки.

Непрерывное увеличение скорости и продолжительности полетов летательных аппаратов приводит к тому, что их пассажиры за короткий промежуток времени преодолевают огромные расстояния. Известно, что разница во времени между каждым меридианом составляет 4 мин. Зона в 14 меридианов составляет один часовой пояс. Всего таких поясов 24, а разница во времени для каждого из них составляет 1 ч.

Современные самолеты за несколько часов пересекают 5 - 6 часовых поясов. А с развитием космонавтики появились и еще более значительные возможности. При этом человек через короткое время попадает в условия, отличающиеся по циклу смены дня и ночи. Меняется и физиологический цикл день - ночь, к которому организм приспособился. В результате возникает фазовый сдвиг между этими двумя циклами, так как внутренние эндогенные часы человека не совпадают с астрономически определяемым и местным временем.

Известно, что люди, перелетающие из Восточного полушария в Западное, первое время чувствуют себя плохо. Быстрый перелет через несколько временных поясов, как правило, выбивает человека из привычного ритма. У него появляются слабость, утомляемость, желание спать днем и бодрствовать ночью, чувство голода в ночное время.

Все это результат временного разрыва, десинхронизации биологических часов и местного времени. Основные функциональные системы в этих новых условиях некоторое время продолжают жить по старому времени. В первые несколько суток измененного образа жизни организм человека как бы расщеплен на бодрствующий мозг и спящее тело, и наоборот. Затем постепенно он начинает привыкать к новому распорядку жизни.

Давно замечено, что при переезде в места с другим поясным временем наблюдаются существенные нарушения деятельности различных функциональных систем организма. Эти ощущения знакомы жителям Восточной Сибири, Дальнего Востока, Камчатки, Чукотки и Сахалина, выезжающим в европейскую часть страны в командировки, в отпуск.

Резкая смена поясного времени сказывается также на спортивных достижениях, особенно если соревнования проводятся в первые дни после перелета. Об этом, в частности, свидетельствуют весьма убедительные высказывания многих известных спортсменов.

Пожалуй, лучше всего об отрицательном влиянии на организм дальних переездов сказала перед первенством страны трехкратная чемпионка В. Стенина: "Всю зиму мы, словно маятник, то устремлялись на тренировки в Берлин, то возвращались в Иркутск, то летели в Норвегию, а оттуда в Гренобль, а сейчас сделали посадку в Челябинске. Признаться, даже у тренированного спортсмена такие перепады времени и метеоусловий не проходят бесследно".

Сейчас твердо установлено, что после быстрого пересечения нескольких часовых поясов в организме человека происходит рассогласование суточных ритмов физиологических функций с новым поясным временем. Это проявляется в изменении кровяного давления, температуры тела, в выделении (с мочой) калия, натрия, кортикостероидов и др. Особенно существенны нарушения психических функций. Проведенные авиакомпанией "Эйр Франс" наблюдения над большим числом пилотов и пассажиров показали, что после перелета по маршруту Франция - Северная Америка у 76% из них был нарушен сон, а у 41% отмечались расстройства настроения, внутренний дискомфорт, нарушались внимание, память.

Международная организация гражданской авиации, объединяющая 116 стран, в настоящее время утвердила ряд правил, ограничивающих длительность полетов и регламентирующих продолжительность отдыха после полетов. Проведение указанных мероприятий вызвано тем, что, по мнению ученых, возникающие при пересечении поясных широт отрицательные физиологические и психологические сдвиги у экипажа могут сказаться и на безопасности полета.

Согласование, то есть синхронизация, биологического времени с астрономическим в основном происходит в течение 2 недель. Человек после перелета должен постепенно адаптироваться к новому поясному времени, пока не наступит синхронизация его биологического времени с местным временем.

Всестороннее научное исследование биологических ритмов практически только начинается, и трудно сейчас еще представить все возможности, которые может дать человечеству знание механизма этого явления и, быть может, возможности управления им.

До настоящего времени врачи недостаточно учитывали биологические ритмы при лечении и предупреждении различных заболеваний. Сейчас накапливаются убедительные экспериментальные и клинические данные, свидетельствующие о необходимости строго учитывать суточный ритм физиологических процессов.

Теперь уже установлено, что определенную роль в увеличении частоты приступов при таких заболеваниях, как стенокардия, гипертоническая болезнь, бронхиальная астма и др., играет снижение уровня физиологических функций в ночное время. Тромбоз мозговых сосудов, как и инсульт, а также инфаркт миокарда чаще всего возникают ночью. Причиной более частого возникновения инфаркта миокарда в ночное время является изменение ночью уровня протромбина и других компонентов свертывающей системы крови.

С 9 до 15 ч происходит более благоприятное заживление ран, чем с 21 до 3 ч ночи, что связано с усилением процессов протеолиза в ночное время.

Эти наблюдения находят все более широкое применение в практике. Очевидно, уже в самое ближайшее время большую роль в лечебно-оздоровительных учреждениях и учебных заведениях будет играть так называемая функциональная музыка, а точнее, одно из ее выразительных средств воздействия - ритм (ритмотерапия, ритмопедия). Это важно для поддержания на высоком уровне таких качеств, как память, внимание, координация движений, мышечная свобода.

Точно так же намечается и учет времени применения в течение суток с лечебной целью различных фармакологических веществ, биологических стимуляторов, физиотерапии, лечебной физкультуры и т. д. Ведь в лечебно-оздоровительных учреждениях уже экспериментально подтверждено, что в определенное время суток, а именно в 23 ч, организм человека в 2 раза чувствительнее к гистамину, чем в утренние часы. При введении антигистаминного препарата в 7 ч эффект длится около 14 ч, а при введении в 19 ч - только 6 ч.

На людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями один препарат в 4 ч утра действует в 40 раз сильнее, чем в другое время суток. При диабете введение инсулина в 4 ч утра также оказывает наиболее сильное действие. Можно привести и много других примеров, иллюстрирующих действие факторов времени и его индикатора - ритма как биологически значимых явлений физического мира.

Итак, еще раз отметим, что суточному ритму подчинена работа всего человеческого организма как единой сложной саморегулирующейся системы. Благодаря этому обеспечивается приспособление к изменяющимся во времени условиям внешней среды (так, физиологическая подготовка организма к активной деятельности начинается до пробуждения, а подготовка ко сну - задолго до засыпания).

Сезонные ритмы

Еще Гиппократ писал: "Тот, кто хочет заслужить действительное и полное признание в искусстве врачевания, должен прежде всего учитывать особенности сезона года не только потому, что они отличаются друг от друга, но и потому, что каждый из них может вызвать самые разные последствия... От атмосферных явлений зависит очень многое потому, что состояние организма меняется в соответствии с чередованием сезонов года".

И действительно, по своему самочувствию люди могут предсказывать перемену погоды, например приближение грозы. При резкой смене погоды снижается физическая и умственная работоспособность, обостряются болезни, увеличивается количество ошибок, число несчастных и даже смертных случаев. Дело в том, что большинство физических факторов внешней среды, во взаимодействии с которыми эволюционировал человеческий организм, имеет электромагнитную природу.

Одним из важнейших и окончательно нерешенных вопросов биоритмологии является вопрос о внешних датчиках времени и о механизмах синхронизации биоритмов с изменяющимися внешними условиями. Существование такой синхронизации в настоящее время не вызывает сомнений, причем роль синхронизирующих факторов, как полагают ученые, играют геофизические явления. Данные о биоритмах вновь и вновь подтверждают, что связь между геофизическими факторами и биологической периодичностью следует считать закономерным явлением.

В свою очередь, как показывают достижения геофизики, астрофизики, результаты космических исследований, вариации геофизических параметров либо целиком, либо в значительной мере объясняются изменениями в околоземном космическом пространстве, которые обусловлены деятельностью Солнца, движением Луны и другими астрономическими факторами.

Роль этих факторов прослеживается в геологии и климатологии практически на протяжении всей истории Земли, доступной для изучения. Кроме того, нельзя исключить возможность и самосознательного (то есть специфического) влияния Солнца и Луны (возможно, и других астрономических объектов) на живые организмы.

Из всех изменяющихся факторов внешней среды астрономические факторы обладают наиболее четкой повторяемостью. В отличие от них цикличность геофизических, метеорологических, гидрологических и других параметров обнаруживается менее явственно вследствие маскирующего эффекта локальных явлений, происходящих на Земле (колебаний атмосферного давления, приливов и отливов океана и других метеорологических изменений).

Периоды, свойственные астрономическим факторам, следует рассматривать как естественные временные вехи, ориентиры, организующие ритмичность процессов в биосфере.

Изучение астрономических факторов (циркадных, лунных, солнечных и других биоритмов) в медико-биологической практике чрезвычайно важно для разработки научно обоснованных рекомендаций. Для получения объективных данных прежде всего необходимо иметь ясное представление об астрономической длительности соответствующих периодов. Измерение этой длительности возможно путем идентификации внешних физических событий (изменение погоды, уровня воды в океане, колебания атмосферного давления и т. д.). Проведение такой идентификации - дело непростое.

Самые сильные влияния на биосферу Земли, несомненно, оказывают ее ближайшие космические соседи, и прежде всего Солнце. По существу, наша биосфера есть прямое порождение солнечного тепла и света, без которых жизнь вообще была бы невозможна. И все, что живет на Земле, все, что движется, дышит, размножается, испытывает на себе солнечные воздействия. Все мы дети Солнца. И все мы зависим от него.

Еще на древнегреческих барельефах лучи Солнца изображались в виде протянутых к Земле рук. Они несли тепло и свет. Нас постоянно обдувает солнечный ветер - идущий от нашего дневного светила поток частиц. Биологические ритмы живых организмов синхронизированы с космическими ритмами.

Как известно, на большей части земного шара происходят сезонные изменения климата: зимние холода сменяются знойной жарой, меняются при этом влажность, барометрическое давление, электрические свойства атмосферы.

Яркий пример проявления сезонных ритмов у животных - весенние прилеты и осенние отлеты птиц. С наступлением осени огромные стаи птиц перелетают на новые места. Многие из них достигают Австралии, юга Африки и Америки. В строго определенное время года птицы снова возвращаются на север. Так, большинство стрижей в Московской области ежегодно с удивительной точностью прилетают и улетают в один и тот же день в мае и соответственно в августе. В Калифорнии, когда возвращаются ласточки, этот мартовский день знаменует начало весны (как прилет грачей у нас в средней полосе).

Миграция птиц - поразительное явление живой природы. В перелетах они преодолевают огромные расстояния: просторы морей, озер, горные массивы. Рекорд дальности полета принадлежит полярной крачке, вьющей гнездо в Арктике. Эта птица во время своего ежегодного двойного перелета преодолевает расстояние до 15 тыс. км.

Наиболее заметно биоритмика обнаруживается в характере изменения жизнедеятельности организмов от времени года. Сезонная ритмичность четко проявляется и в деятельности человека. Так, для нас весна - время надежд и тревог. Спросите сельского труженика, и он ответит вам, что весной человек, связавший свою жизнь с землей, озабочен более чем когда бы то ни было. И это понятно, наступила вновь пора сеять.

Мы ценим все времена года, все двенадцать месяцев. Разве не замечательна осень. Именно осень богата урожаем в садах, полях и огородах, яркими красками. Вспомним пушкинские строки: "И с каждой осенью я расцветаю вновь..." Осень - удивительная пора прилива творческих сил. Но "как это объяснить?" - спрашивал себя поэт.

Личное пристрастие человека к тому или иному времени года обычно носит субъективный характер. И учеными замечено, что осенью у человека повышаются обмен веществ, общий тонус организма, наблюдается подъем жизнедеятельности, повышается потребление кислорода. Все это - естественная реакция приспособления, подготовки организма к долгой и трудной зиме. А краски осени - желтые, красные - действуют возбуждающе на человека. После летней жары прохладный воздух бодрит, активизирует деятельность здорового человека.

Синхронизация биологических ритмов с природными циклами, когда-то благоприятствовавшая видовому дифференцированию растений и животных, не утратила своего значения и для организма современного человека. И наряду с сезонными колебаниями особенно интересны биоритмы, связанные с солнечной активностью и соседством Луны.