9.4. Астрофизические факторы и биоритмы
Эволюция Земли и биосферы неразрывно связана с эволюцией космоса, в частности, солнечной системы. Эта взаимосвязь издавна отмечалась людьми, но до развития современных наук она не выходила за пределы легенд или составления астрологических гороскопов. Выдающиеся ученые В. И. Вернадский и А. Л. Чижевский обратили серьезное внимание на соотношение явлений астрофизической природы и жизни организмов, населяющих нашу планету.
А. Л. Чижевский (1897–1964) одним из первых провел обстоятельное исследование взаимосвязи проявлений солнечной активности – пятен на Солнце – с биологическими процессами, в частности, с эпидемическими заболеваниями. Он является основателем гелиобиологии. В настоящее время известно, что солнечная активность ритмически колеблется, во-первых, в связи с тем, что каждая активная область проходит определенный цикл развития и, во-вторых, потому что во времени меняется количество пятен, т. е. взрывов на Солнце. Средний период колебаний активности Солнца за последние 200 лет составляет от 7,3 до 17,1 лет (в среднем принято считать 11 лет).
Установлено, что в годы максимальной солнечной активности увеличивается и активность ряда вирулентных бактерий, в связи с чем учащаются эпидемии. Чаще возникают заболевания сердечно-сосудистой системы – гипертонические кризы, инфаркт миокарда, мозговые инсульты. Статистический анализ показывает, что вслед за геомагнитными бурями, обусловленными солнечной активностью, возрастает число автокатастроф и случаев травматизма на производстве.
Каким образом периодические изменения солнечной активности влияют на человеческий организм? А. Л. Чижевский считал, что повышение уровня солнечной активности ни в коей мере нельзя рассматривать как непосредственную причину заболеваний. Правильнее считать, что это явление выводит организм из состояния устойчивого равновесия, носит характер «толчка», провоцирующего болезненные состояния.
Значительно меньше фактических данных о влиянии Луны. Сейчас известно, что атмосферные приливы, связанные с движениями Луны, имеют существенное значение для метеорологических явлений. Второй фактор, связанный с месячным движением Луны (лунный месяц – 28 суток) – изменение геомагнитного поля. Через эти факторы осуществляется влияние Луны на погоду, а через нее – на живые организмы. Особенно большое влияние оказывает наложение солнечных и лунных приливов, когда Луна и Солнце располагаются примерно на одной прямой. Лунные биоритмы обнаружены у плоских червей, моллюсков, крабов, некоторых видов рыб и птиц. Речь здесь главным образом идет о связи размножения с определенными фазами Луны. Предполагается взаимосвязь лунных ритмов с околомесячными ритмами обострения заболеваний человека, особенно неврологических.
Трудность изучения действия отдельных геофизических и астрофизических факторов на человека связана в значительной мере с тем, что они действуют комплексно и их трудно отделить друг от друга, а также от одновременно действующих социальных факторов.
9.5. Синхронизация биоритмов
Множество суточных ритмов биохимических процессов и физиологических функций строго взаимно организовано. Иначе говоря, существует синхронизация биоритмов, т. е. их согласованность во времени. Так, например, частота сердечных сокращений (ЧСС) и частота дыхания соотносятся как 4:1 (72:18, 80:20). Именно это отношение обеспечивает оптимальное снабжение тканей кислородом. В свою очередь, это отношение согласуется с ритмами обмена веществ.
Эта организованность биоритмов дала основание предполагать, во-первых, наличие эндогенных (внутренних) механизмов, и, во-вторых, существование экзогенных (внешних) факторов, играющих роль «датчиков времени».
В пользу справедливости такого предположения говорят результаты обследования спелеологов (более 100 человек), которые находились в пещерах в условиях полной изоляции от внешних «датчиков времени» – смены освещения, трудовой деятельности, информации о событиях во внешнем мире и т. д. До изоляции у этих людей наблюдалась синхронизация, т. е. согласованность во времени суточных ритмов сна – бодрствования, температуры тела, экскреции с мочой разных веществ. При изоляции изменялось субъективное ощущение времени и цикл сон-бодрствование. Так, у одного из участников эксперимента длительность бодрствования продолжалась 45 ч, а сон – 20 ч, а он оценил бодрствование в 14 ч, сон – в 8–10 ч.
Такое рассогласование, или десинхронизацию ритмов, можно объяснить только с позиции признания внутренних «водителей ритма» и внешних «датчиков времени».
Наличие эндогенных, или внутренних механизмов, определяющих ритмическую структуру функций живого организма, не вызывает ни у кого сомнений. Но представления об их природе неоднозначны.
В 1976 г. выдвинули так называемую «хрононгипотезу» Согласно этой гипотезе, в структуре ДНК имеется участок – «хронон», который контролирует биоритмы.
Наибольшим признанием пользуется в настоящее время так называемая мультиосцилляторная модель биоритмов (лат. multi – много, oscillatio – колебание). Согласно этой теории, в организме существует множество водителей ритма – пейсмейкеров (англ.pасе – скорость, темп, make – делать). Они генерируют колебания, т. е. являются осцилляторами.
Эти пейсмейкеры могут находиться непосредственно в клетках органов. Так, при трансплантации донорского сердца и соединении его с частично сохраненным предсердием реципиента наблюдаются самостоятельные ритмы предсердия и пересаженного сердца. В других случаях пейсмейкеры находятся вне функционирующих клеток. Таким образом, существуют множественные внутренние механизмы биологических часов. Они объединяются в отдельные группы, относительно независимые друг от друга.
Общая синхронизация осуществляется внешними факторами.
Прежде всего, к ним относятся геофизические факторы: фотопериоды (день-ночь), колебания геомагнитного поля Земли, значительные изменения температуры среды и др. Важнейшее место среди внешних факторов занимает фотопериодизм.
Для современного человека немаловажное значение имеет изменение филогенетически сложившегося стереотипа. Человек – существо дневной активности, но в современных условиях он нередко вынужден работать не только в дневную, но и в ночную смену, спортивные тренировки проводятся в интервале от 6 до 22 ч, практикуются учебные занятия в вечерние часы. Свойственный современному человеку дефицит времени сдвигает на вечерние и даже ночные часы многие бытовые проблемы.
Это – социальные факторы, изменяющие эволюционно свойственные человеку биоритмические процессы.
Подводя итог, нужно признать, что живым организмам свойственна наследственно закрепленная цикличность многих физиологических процессов, т. е. биоритмы имеют эндогенную природу. Но в целостной организации колебательных процессов в организме, в их интеграции имеют важное значение экзогенные факторы – геофизические (для животных и человека) и социальные (для человека).
|
|
физиологических функций
В процессе эволюции выработались сложные механизмы нервной и гуморальной регуляции биоритмов, их оптимальной синхронизации. К настоящему времени наиболее изучены механизмы регуляции циркадианных биологических ритмов, возникающих в связи с суточными колебаниями освещенности и ряда других геофизических факторов.
Имеющиеся в настоящее время факты свидетельствуют, что запуск циркадианных колебаний и осуществление их взаимосвязи определяются деятельностью центрального нервного механизма, выполняющего пейсмейкерную функцию.
Однако для реализации действия центрального пейсмейкера, передачи его «команд» к органам и тканям необходимо участие гуморального, прежде всего гормонального, звена регуляции.
В целостном организме основным фактором, определяющим деятельность супрахиазматических ядер (СХЯ) как «биологических часов», является свет. Информация о световом режиме поступает в СХЯ из сетчатки глаза. Они получают также сигналы от других отделов мозга (афферентные входы) и посылают импульсы к различным мозговым структурам (эфферентные входы). Через эфферентные пути СХЯ участвуют в регуляции ритмической деятельности эндокринной системы, кровообращения, пищевого поведения и других функций.
Второй структурой, важной для ритмической организации функций, является эпифиз, или шишковидная железа. Его оценивают как нейроэндокринный трансдуктор, т. е. орган, передающий информацию об освещенности среды от нервной системы к эндокринной. Иначе говоря, эпифиз образует «мостик» между нервными и эндокринными механизмами согласования ритмов.
Как осуществляется эта взаимосвязь? В настоящее время известно, что в клетках эпифиза синтезируется биологически активное вещество – мелатонин (главный гормон эпифиза). Активность синтеза мелатонина зависит от времени суток: в темную фазу суток он максимален, а в светлую – достигает минимальных значений. Вырабатываемый эпифизом мелатонин поступает в гипоталамус. Таким образом, через мелатонин СХЯ связаны с гипоталамусом, в частности, с его нейросекреторными клетками, вырабатывающими нейрогормоны и регулирующими гормональную функцию передней доли гипофиза. Мелатонин тормозит гипоталамическую нейросекрецию, а это, в свою очередь, снижает выработку тропных гормонов гипофиза, что вызывает уменьшение активности периферических желез внутренней секреции и органов мишеней (рис. 9.3).
Рис. 9.3. Взаимодействие нервных и гуморальных механизмов в контроле циркадианной ритмики физиологических функций (по Н. А. Агаджаняну с соавторами, 1987): 1 – глаз; 2 – зрительный тракт; 3 – супрахиазматическое ядро; 4 – таламус; 5 – центр зрения; 6 – эпифиз; 7 – гипоталамус; 8 – гипофиз; 9 – ретикулярная формация; 10 – симпатическая нервная система
|
|
Хотя всем живым существам присущи биологические ритмы, нельзя думать, что они полностью однотипны в пределах каждого вида. И у людей, и у животных установлена биоритмологическая индивидуальность, т. е. особенности, присущие данной особи. Она определяется генотипическими особенностями эндогенных пейсмейкеров и различиями реакции на действие внешних факторов.
Среди людей выделяются «жаворонки» и «совы», т. е. люди, у которых акрофаза биоритмов, определяющих работоспособность, бывает соответственно утром или вечером.
«Жаворонки» (их число достигает 40%) характеризуются более высокой работоспособностью в утреннее, нежели в вечернее, время. Они ложатся спать в среднем на 1,5 ч и встают на 2 ч раньше «сов», сон «жаворонков» от ночи к ночи более стабилен, они более удовлетворены сном. У «сов», число которых равно примерно 30%, работоспособность сравнительно более высокая вечером и ночью, а сон отмечается большей гибкостью структуры. У спортсменов-«сов» работоспособность вечером на 40% выше, чем утром. Существуют разные методики выявления биоритмологической индивидуальности.