Суточные (циркадные) ритмы физиологических процессов

Температура тела.

Наличие суточных изменений температуры тела и частоты дыхания было впервые установлено на голубях еще в середине прошлого века. Позднее в литературе появилось много работ по изучению суточной динамики температуры тела у человека. В результате этих исследований был установлен ее волнообразный характер с максимальным значением к 18 часам и минимальным – в период от 1 до 5 часов утра. Амплитуд колебания составляет 0,6 – 1,3º.

Суточный ритм температуры тела является чрезвычайно прочным стереотипом, закрепленным в процессе исторического развития под влиянием циклически изменяющихся факторов внешней среды.

Возможность полного извращения суточной кривой температуры тела человека впервые установил датский физиолог Лингарт (1917) во время полярной зимовки (в полярную ночь) путем полного выключения раздражителей, обычно сопутствующих дню и ночи, то есть путем изменения всего ритма жизни и работы замкнутого коллектива.

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 у животных на свету углекислоты выделяется 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 показано, что свет усиливает дыхание и показывает стимулирующее влияние на интенсивность обмена веществ в организме. Правда, у ночных животных, например у сов, максимальная температура тела и уровень газообмена отмечаются 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 биологическими и географическими ритмами.

Кровообращение.

Наибольшей частота сердечных сокращений бывает около 18 часов. В эти же часы отмечены более высокие показатели максимального и минимального кровяного давления. Наименьшие показатели пульса отмечаются около 4 часов, кровяного давления – примерно в 9 часов. Установлено также, что капилляры наиболее расширены в 18 часов, наиболее сужены – в 2 часа. Внутриглазное давление утром повышается, а вечером снижается.

Имеющиеся экспериментальные данные свидетельствуют о том, что работоспособность органов кровообращения в различное время дня неодинакова: два раза в сутки (около 13 часов и 21 часа) она резко снижается. В течение суток наблюдаются также характерные изменения биоэлектрической активности сердца, отмечаемые на электрокардиограмме. Врачебные наблюдения показали, что при повреждениях миокарда, особенно при инфаркте, суточный ритм на электрокардиограмме исчезает. Это особенно может быть использована при диагностике некоторых сердечных заболеваниях.

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).

Пищеварение.

Первые экспериментальные данные о существовании суточного ритма в работе органов пищеварения были получены в 1928 году. Несмотря на то, что желчь вырабатывается в печени непрерывно, однако в первой половине дня выделяется ее большое количество, что обеспечивает наиболее оптимальные условия, главным образом, для переваривания жиров. Суточное количество секретируемой желчи колеблется в довольно значительных пределах.

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

Данные о ритмической работе органов пищеварения и выделения свидетельствуют о необходимости строго соблюдать суточный график, 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.

Железы внутренней секреции.

С суточной периодичностью системы кровообращения (и других систем) связана работа желез внутренней секреции. Установлено, что самый высокий уровень адреналина и крови у человека наблюдается в 9т часов, самый низкий – в 18 часов. Такова же ритмичность выработки половых гормонов. Приуроченность родов к определенному времени суток (у человека чаще к полуночи) связана с усилением деятельности задней доли гипофиза. Адреналин накапливается 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 выделения с мочой. Максимальная концентрация гормонов в моче наблюдается в утренние часы, минимальная – в ночное время. Доказано наличие ритмических изменений активности ферментных систем.

Центральная нервная система.

В основе формирования суточного ритма лежит описанный И.П. Павловым условнорефлекторный динамический стереотип, то есть возможность образования у человека и животных условного рефлекса на время.

Установлено, что 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, напротив снижается. У больничных сиделок, а также у булочников, постоянно работающих в ночную смену, происходит извращение суточной температурной кривой, выражающееся нарастанием температуры тела в ночные часы.

Следовательно, сигналы предстоящей работы или отдыха изменяют характер суточной температурной кривой. Это свидетельствует о том, что условные рефлексы, лежащие в основе суточного ритма, вырабатываются у разных животных и у человека под воздействием разных факторов и с различной скоростью. Так, для обезьян наиболее действенным фактором является режим освещения, для человека – сигналы, действующие через вторую сигнальную систему, или резкая перемена жизненной обстановки. Например, при переезде в другую местность в направлении по широте температура тела меняется в одни астрономические сутки соответственно времени суток в данном месте. Лишь полная изоляция человека не только от физических факторов, определяющих суточный ритм, но и от социального окружения может вызвать существенные извращения суточного ритма.

Определенное изменение в течение суток претерпевает также биоэлектрическая активность мозга. В ночные часы на электроэнцефалограмме у человека появляются так называемые медленные волны. Ночью, особенно между 2 и 4 часами, у человека снижается память, мышечная сила, отмечается замедленность в действиях, увеличивается число ошибок при решении арифметических задач.