1 год назад
Нету коментариев

Как показали многочисленные исследования различных ученых, растения и животные содержат в себе некий часо­вой механизм измерения времени — так называемые био­логические часы. В чем проявляется действие этих часов, как они показывают время?

С древнейших времен человек наблюдал за периодиче­скими изменениями у окружающих его живых организмов. Со времен Аристотеля (IV в. до н. э.) и до наших дней у исследователей не ослабевает интерес к удивительному и загадочному чувству времени. Некоторые факты, отме­ченные исследователями, настолько поразительны и нео­бычайны, что заставляют серьезно задуматься о природе их происхождения.

Человек с давних пор восхищался умением птиц на­ходить дорогу к дому. Открытие способности птиц ориен­тироваться по Солнцу изумило исследователей. А то об­стоятельство, что во время ночных полетов птицы ориен­тируются по звездам, буквально потрясло ученый мир.

Изучение перелетов птиц позволило сделать важный вывод: многие птицы ежегодно совершают перелеты за сотни и тысячи километров по определенному маршруту. Если птицы сбиваются с пути или их специально удаляют от перелетных путей, то они все же самостоятельно нахо­дят дорогу к тем местам, через которые проходит их пере­лет в дальние края, и продолжают перелет по своему обычному маршруту.

Немецкий ученый из ФРГ Г. Крамер в 1945 г. начал экспериментальное изучение способов ориентации птиц. Он обнаружил, что днем птицы ориентируются, сопостав­ляя положение Солнца со временем, которое показывают их биологические часы. Как доказали исследования, для такой ориентации по Солнцу точность хода их внутрен­них часов очень высока. Ошибка не превышает одной ми­нуты.

Наблюдения Крамера показали, что многие птицы (особенно мелкие) совершают ночные перелеты. Днем они вынуждены пополнять запасы энергии, израсходован­ные во время полета. Птицы совершают перелет в ночное время еще и потому, что ночью меньше отвлекающих фак­торов, и им легче преодолевать большие расстояния.

Исследования дневных и ночных перелетов птиц Кра­мер проводил несколько необычным и оригинальным мето­дом. Он помещал исследуемых птиц в круглую клетку со стеклянным верхом так, чтобы птицы могли видеть лишь участок неба, находящийся под углом зрения примерно 70°. Прозрачный пол клетки позволял наблюдателю сле­дить за птицей.

Важное условие в опытах Крамера было то, с какой стороны попадал свет в клетку. Оказалось, что направле­ние полета птица определяла по Солнцу. Она знала, что для того, чтобы найти восток утром, надо двигаться по направлению к Солнцу, а в конце дня так, чтобы оно оставалось непосредственно сзади.

В одном из своих экспериментов Крамер «остановил» Солнце, поместив источник света в течение всего дня с одной стороны клетки. И что же произошло? Птица «пе­репутала» все стороны света, приняв восток за запад в 6 час. утра и север за запад в полдень.

Аналогичные опыты проводились в условиях искусст­венного ночного неба. В этих экспериментах было нагляд­но показано, что птицы во время перелетов хорошо ориен­тируются по звездам. Когда птице в планетарии показали весеннее небо, она повернулась на северо-восток, как это бывает в естественных условиях; под осенним небом — на юго-запад.

Изменяя положение звезд на небосводе планетария, в котором была установлена клетка, можно было созда­вать у птицы впечатление ее постепенного перемещения па юг. Таким образом, птица, никогда не покидавшая своей клетки и ни разу не летавшая на юг, определяла направление перелета в южные страны.

Понять, как птица определяет широту своего местопо­ложения, вполне возможно. Она, подобно штурману, опре­деляет высоту над горизонтом и направление на какую-то определенную звезду. Что же касается долготы, то опреде­ление ее штурман обычно производит путем сравнения местного времени, которое может быть определено, напри­мер, по восходу или заходу солнца, с показаниями точных часов — хронометра, идущего по гринвичскому времени. Надо полагать, что и у птицы есть точные внутренние часы, которые в отличие от хронометра штурмана показывают местное время того пункта, где она находится.

Для подкрепления этой гипотезы немецкий ученый из ФРГ Ф. Зауэр провел эксперименты, в которых картина ночного неба менялась в соответствии с изменяемой долго­той. Реагируя на изменение долготы, птицы определяли на­правление полета иначе, чем они это делали при измене­нии широты.

Не менее удивительно и загадочно поведение пчел. Свои наблюдения о ритмических танцах пчел, о их особом тон­ком чувстве времени впервые опубликовал немецкий уче­ный К. Фриш еще в 1926 г. Он сделал важное открытие: танцы пчел позволяют им общаться между собой, являют­ся их языком. Аналогичным образом общаются и муравьи.

Впоследствии известный математик К. Шеннон (осно­воположник теории информации) высказал предположе­ние о принципиальной возможности установления контак­тов с обитателями других миров путем применения меж­планетного кода, в основе построения которого должен быть использован принцип языка пчелиных танцев и спо­собы общения муравьев.

Ритмические танцы пчел позволяют им сообщать друг другу о приближающейся опасности, указывать направ­ление и расстояние до найденного источника корма. Чем медленнее исполняемый танец, тем дальше находится корм. Примечательно, что расстояние преуменьшалось при по­путном ветре и преувеличивалось — при встречном. По-видимому, при определении расстояния пчелы учитывают мышечную работу.

В своих сообщениях путем танца пчелы передают основную характеристику корма, точное его местоположе­ние по отношению к Солнцу и расстояние. Нет сомнений, что такую информацию пчелы могут передавать, лишь имея внутренние биологические часы. Интересно отметить, что расположение Солнца в зените сбивает ориентировку пчел во времени и пространстве. Такой случай можно наб­людать лишь на экваторе, где Солнце бывает в зените. Не имея ориентировки во времени и пространстве, пчела в та­кой ситуации оставалась на месте.

Пчелы обладают довольно высоко развитым чувством времени. По наблюдению многих исследователей, они в определенное время вылетают на поиски пищи и возвра­щаются в улей. Безусловно, без внутренних биологических часов они этого сделать не смогли бы.

Биологические часы есть и у растений. Их действие проявляется в периодических движениях листьев вслед за перемещением Солнца, во времени цветения и плодоноше­ния, раскрывания и закрывания цветов, уровне фотосин­теза и т. д.

У растений наиболее интересна суточная периодичность раскрывания цветов в утренние часы и закрывания в ве­черние. Каждое растение «просыпается» в свое время. На рассвете открывает свои лепестки козлобородник. В 4 час. утра расправляет голубые цветки цикорий, а час спустя — мак, к 6 час. расцветает одуванчик, полевая гвоздика, к 7 час.— белая кувшинка, колокольчики, кульбаба копье­листная, огородный картофель и ястребинка зонтичная, в 8 час. утра вспыхивают яркие ноготки, бархатцы, вьюнки, к 10 час.— нежная кислица, и только к 11 час. раскры­ваются цветки торицы.

Соблюдая строгую и точную очередность, растения также и «засыпают» в определенное время. В полдень на­чинает закрывать лепестки осот полевой, около 2 час. дня — картофель и одуванчик, в 3 час. исчезают цвету­щие венчики кульбабы копьелистной и мака, между 3 и 4 час.— торицы, к 4 час. складывают оранжевые лепестки ноготки, а в 5 час.— ястребинка зонтичная. В последую­щий час белая кувшинка смыкает свой венчик и уходит под воду. В это же время «засыпает» кислица и лютик. И, наконец, самыми последними, около 8 час. вечера, зак­рываются цветки шиповника.

Существуют «ночные» цветы, раскрывающие лепест­ки ночью. Ровно в 8 час. вечера раскрывает свои яркие желтые лепестки энотера. Примерно в это же время рас­пускаются цветы душистого табака, а после 9 час. — цве­ты горицвета.

Учитывая такую интересную особенность пробуждения и засыпания различных растений, на садовой клумбе мож­но устроить живые часы. Для этого па клумбе рассажи­вают цветы в таком порядке, в каком они раскрываются и закрываются. По этим живым часам можно довольно точно определить время суток.

Интересно понаблюдать за тем, когда начинают про­буждаться и петь различные птицы. Начало ночи возве­щают петухи, они поют первый раз в полночь, второй раз — до зари, около 2 час. ночи. В это же время пробуж­дается соловей и жаворонок. В 3-м часу ночи оживляются перепела, полевые жаворонки, затем — кукушка, иволга, крапивник. Придерживаясь своего внутреннего расписания, в 4 час. с гнезд слетают скворцы, трясогузки, зеле­нушки, к 6 час. утра просыпаются воробьи.

Биологические часы определяют суточную периодич­ность жизнедеятельности у многих животных. Она наи­более выражена в смене фаз двигательной активности и относительного покоя.

Период активности в суточном ритме включает в основ­ном короткие движения (бег, перелеты, порхание и т. д.) и более длительный относительный покой. Так, например, у некоторых хищников (щук, пауков, кошачьих) разви­лась способность к «оперативному покою», в котором они находятся, подкарауливая свою жертву. В состоянии по­коя животные обычно находятся без движений, однако не­которые из них ненадолго пробуждаются (обезьяны гамад­рилы просыпаются ночью на 30 мин. через каждые 2— З час).

Активность животных может приходиться на раз­личное время суток (на дневное, ночное и на сумерки). Среди животных, активных в дневное время, наиболее типичные представители — куры, домашние свиньи, а так­же многие виды ящериц. На дневные часы у них прихо­дится 80—90% двигательной активности. Наиболее харак­терные представители животного мира, у которых преоб­ладает активность в ночное время,— летучие мыши, совы, черные хорьки, травяные лягушки, некоторые виды змей. Приблизительно одинаковую активность в дневное и ноч­ное время имеют степной хорек, некоторые виды полевок, степная пеструшка, стерлядь, балтийский лосось.

При однократном чередовании фаз активности и покоя ритм называют монофазным, при многократном — поли­фазным. Как известно, человек спит один раз в сутки — ночью. Он имеет монофазный ритм чередования активно­сти и покоя. Полифазный ритм наблюдается у домашней свиньи. У нее 14 фаз сна за сутки.

Количество фаз активности и покоя у многих живот­ных в зависимости от индивидуального развития и времен года может изменяться, при этом возможно смещение их положения в течение суток. Так, например, полевки в лет­нее время активны ночью, а в зимнее — днем. Весной и осенью у них на протяжении суток происходит чередова­ние нескольких фаз активности и покоя. С наступлением зимы снижается активность в дневное время у желтогор­лой мыши.

При соблюдении постоянства внешней среды (освещен­ности, температуры, влажности и т. д.) время наибольшей активности и покоя остается неизменным на протяжении длительного периода времени. Это обстоятельство впер­вые отметил в 1914 г. польский исследователь И. Шиман­ский. Он обратил внимание на то, что суточные ритмы активности сохраняются в условиях постоянной темноты и температуры. В связи с этим ученый высказал предполо­жение о существовании у животных врожденной способ­ности к измерению времени.

При наступлении летнего времени за Полярным кругом у лесных птиц сохраняется четкий суточный ритм, нес­мотря на круглосуточный день. Летом на севере актив­ность птиц достигает минимума в 22—23 час. и макси­мума — в 14—15 час. Птицы, обитающие летом на севере, несмотря на непрерывное солнечное освещение, имеют ночной сон. Этот же ритм у них сохраняется и в обычные дни.

Многие птицы ведут дневной образ жизни. Днем они добывают корм, а когда приближается вечер — устраи­ваются на ночлег. Интересно, что для одной и той же раз­новидности птиц, это время строго определено. Так, напри­мер, скворцы, заканчивают поиски корма за час до захода Солнца. В течение получаса они собираются группами по нескольку десятков птиц, а затем улетают на ночевку за 13 км. После прилета, на новое место они в течение часа успокаиваются, а уже на рассвете вылетают вновь.

У плодовых мух дрозофил, как и у многих других на­секомых, вылет из куколок происходит на рассвете. Дей­ствия биологических часов отмечено у насекомых. У сверч­ков, например, максимум суточной двигательной актив­ности приходится на 15 час. Личинки поденки проявляют наибольшую активность в период с 19 до 7 час. Этот ритм у них не исчезает в течение четырех месяцев в условиях ускоренного или круглосуточного освещения.

Биологические часы обнаружены почти у всех живых организмов, начиная с одноклеточных и кончая самыми высокоорганизованными — животными и человеком. Одна­ко у человека действие биологических часов зависит от многих факторов, и их экспериментальное изучение более сложное и трудоемкое. В связи с этим процессы, свиде­тельствующие о существовании биологических часов, сна­чала изучаются на животных, а затем уже на человеке.

По этому поводу один из крупнейших ученых в области изучения биологических часов, американский биолог Ю. Ашофф, отмечал, что в организме человека нет ни одного органа и ни одной функции, которые не обнаружи­вали бы суточной ритмичности. Измеряется ли число деля­щихся клеток в той или иной ткани, объем выделяемой мочи, реакция на лекарство или точность и скорость ре­шения арифметических задач — человек обычно обнару­живает, что максимальное значение соответствует одному времени суток, а минимальное — другому.

Установлено, что в организме человека имеется свыше 400 биологических ритмов, отражающих различные фи­зиологические процессы. Это суточные ритмы сна и бодр­ствования, изменения температуры тела, работы сердеч­но-сосудистой системы, состава крови и т. д.

Изучение биологических ритмов организма человека — сложная задача, так как для этого необходимо полностью исключить влияние всех внешних факторов (особенно шу­мов), мешающих ходу внутренних часов человека. Необ­ходимо также располагать совершенными методами иссле­дований и современной аппаратурой для регистрации изменений температуры тела, сердечно-сосудистой систе­мы, циклов сна и бодрствования и т. д. Первоначальные исследования были несовершенны и достаточно примитив­ны. Несмотря на это, они позволили выявить ход внут­ренних биологических часов человека при осуществлении различных физиологических функций. Так, например, изу­чение цикла «сон — бодрствование» исследователи прово­дили в пещерах. Первые эксперименты они выполнили на себе. Находясь в изоляции от внешнего мира, в полной темноте и тишине, они наблюдали за суточными измене­ниями различных физиологических функций. Первооче­редной задачей ученых было изучение природы внутрен­них часов человека.

Известно, что человек обладает хорошо развитым чув­ством времени. Он может утром проснуться в определен­ное время, твердо решив это сделать еще с вечера. Все это мы неоднократно испытали на себе. Биологические часы напоминают о времени сна и о наступлении часа обеда, дают о себе знать в момент подъема и спада рабо­тоспособности в различное время суток.

Для подтверждения существования внутренних биоло­гических часов у человека был проведен ряд научных экспериментов. Одним из первых такие научные экспери­менты выполнил Ашофф.

Сущность экспериментов состояла в том, что испыту­емые (студенты) находились в помещении, изолированном от окружающего мира. Им были предоставлены удобная комната, совмещающая гостиную и спальню, душевая и маленькая кухня для приготовления еды. Испытуемые вели нормальный образ жизни, с обычным для них распо­рядком дня. Все отличие от привычной жизни заключалось в незнании времени суток.

Испытуемые находились в полной изоляции от внешне­го мира на протяжении трех-четырех недель. Они вели нормальную «размеренную» жизнь: три раза в день ели, занимались, читали, готовили себе еду, прослушивали му­зыкальные записи, ложились спать тогда, когда по их чув­ству времени должна была наступать ночь. В изолирован­ное помещение не проникал ни звук, ни свет, поэтому испытуемые не могли узнать время суток.

За испытуемыми велись различные физиологические наблюдения: непрерывно регистрировалась температура тела, записывался характер активности движения во время сна и т. д. Испытуемые проводили психологические опыты. Каждый участник эксперимента проверял чувство време­ни, пытаясь определить промежутки времени в 20 сек., в 1 час и т. д. Свет он гасил сам, когда ложился спать, и зажигал его, когда просыпался и вставал. Однако интен­сивность освещения регулировалась извне с тем, чтобы определить, каким образом она влияет на внутренние био­логические часы испытуемого. Температуру же внутри по­мещения каждый испытуемый регулировал сам, так как ее изменение в небольших пределах не должно было ска­заться на результатах эксперимента.

Регистрация физиологических функций и состояния испытуемого во время эксперимента позволила выявить у него четко выраженные циркадные (суточные) ритмы: сна и бодрствования, изменения температуры тела, выделения мочи (по объему и содержанию кальция и калия). Эти ритмы не всегда совпадали по фазе, но в среднем длитель­ность периода составляла не 24 час, а 25 час. Таким обра­зом, внутренние часы человека отставали на 1 час в сутки.

Наблюдения показали, что на ход внутренних часов че­ловека оказывала влияние интенсивность освещения. При очень сильном освещении (1500 лк) суточный ритм испытуемого уменьшался до 19 час, при слабом — наоборот, увеличивался и составлял 25,6 часа. Таким образом, в экспериментах по наблюдению за длительностью суточной периодичности функций человека установлено, что их те­чение ускоряется при яркой освещенности и уменьшается при слабой. При ярком солнечном свете человек более ра­ботоспособен, поэтому сутки внутренних часов его значи­тельно укорачиваются.

Устойчивость суточного ритма человека при постоянной внешней среде подтвердил французский спелеолог М. Сиффре. Он установил своеобразный рекорд пребывания под землей, проведя в пещере в полном одиночестве и темно­те 205 дней.

В этих экспериментах было обнаружено интересное явление: испытуемый начинал лучше себя чувствовать в тот момент, когда его физиологические функции совпада­ли по фазе. Происходила синхронизация биологических ритмов человека. При их несовпадении его состояние ухуд­шалось. Именно такое состояние человека, когда нару­шается синхронность функций в организме, можно наблю­дать при трансконтинентальных перелетах летчиков и пас­сажиров в восточном или западном направлении. Во вре­мя таких перелетов и позже в течение некоторого проме­жутка времени у летчиков и пассажиров отмечается ухуд­шение общего самочувствия: усталость, сильное недомо­гание, появляется желание спать днем и бодрствовать ночью. Наиболее выражено недомогание при перелете с запада на восток. Это происходит потому, что при пере­лете через многие меридианы нарушается соответствие внутренних биологических часов организма человека с местным временем, чего не бывает при перелете на юг в пределах одного часового пояса. Перелеты с севера на юг и обратно при тех же скоростях самолета воздействия на организм не оказывают и не вызывают в нем каких-либо изменений.

Нарушение синхронности физиологических функций при трансконтинентальных перелетах, получившее назва­ние десинхроноза, изучается медициной. При десинхронозе организм в новых условиях некоторое время про­должает функционировать по-старому, а затем постепенно начинает привыкать к новому распорядку дня. Происхо­дит синхронизация биологического времени с местным, астрономическим. Оно длится обычно от двух дней до двух недель. Таким образом, спортсмены и артисты, пере­летевшие из Западного полушария в Восточное, должны выждать две недели, пока не наступит синхронизация их биологических ритмов с местным временем. Период, не­обходимый для привыкания к местному времени, небла­гоприятен для выступлений.

Десинхррноз после дальних перелетов учитывается при проведении международных совещаний, где должны решаться важные вопросы. На таких совещаниях амери­канские ученые рекомендуют принимать решения в пер­вые дни после полета: для тех, кто летел в восточном направлении,— в утренние часы, а для летевших в запад­ном направлении — вечером.

Однако есть и другой путь. Организм человека может быть подготовлен к новому местному времени до полета, либо после полета. Приспособление к новым условиям после полета, по предложению Ашоффа, можно произво­дить путем использования искусственных указателей вре­мени. С этой целью пассажиров сразу же после полета следует подвергать воздействию укороченных периодов света и темноты. Однако такие способы уменьшения десинхроноза находятся в стадии изучения.

Надо полагать, что ослабить десинхроноз можно и с помощью других, более современных научных методов, например путем ритмического воздействия световыми, звуковыми, тепловыми или электромагнитными сигналами по специально подобранной программе их изменения в процессе воздействия.

Десинхроноз может возникнуть и при космических по­летах, поэтому меры борьбы с ним имеют большое значе­ние и в космонавтике. При подготовке к космическим по­летам в настоящее время используются более современные методы изучения внутренних часов организма человека по сравнению с теми, которые использовал Ашофф.

Эксперименты по изучению внутренних ритмов орга­низма, впервые проведенные Ашоффом, показали дина­мику взаимодействия физиологических ритмов организма в суточном цикле. В этом плане интересно проследить, как изменяется интенсивность различных физиологиче­ских функций в организме человека в зависимости от времени суток.

Проблема суточных периодических изменений физио­логических функций в организме человека с давних пор привлекает внимание ученых различных специальностей и прежде всего физиологов, врачей, биологов. Знание ди­намики изменения физиологических функций организма человека позволяет правильно понять состояние организ­ма в определенный момент времени и применить более целесообразный и эффективный метод лечения при забо­левании. Суточный ритм организма человека определяет­ся различными физиологическими функциями (а их, как мы знаем, в настоящее время насчитывается более сотни). Физиологические функции постоянно изменяются на фоне бодрствования и сна, активной деятельности и покоя. Ин­тенсивность их проявления различна в разное время суток (рис. 1). В одно время она максимальна, в другое — имеет минимальное значение.

Диаграмма распределения некоторых физиологических функций в суточном цикле...

Диаграмма распределения некоторых физиологических функций в суточном цикле…

Почти все функции организма связаны с расходова­нием энергии. В связи с этим физиологический ритм орга­низма отражает уровень обмена веществ. Суточный ритм интенсивности обмена веществ, определяемый по харак­теру изменения температуры тела и дыхания, может быть обнаружен у людей, находящихся длительное время в по­кое или при малоподвижном образе жизни.

Еще в 1889 г. французский ученый Р. Рише дал фи­зиологическое истолкование биологических ритмов. По его мнению, основной причиной суточных колебаний фи­зиологических функций в организме человека являются периодические изменения возбудимости нервной системы, угнетающей или стимулирующей обмен веществ. В ре­зультате изменения обмена веществ и возникают измене­ния различных физиологических функций.

Как показали экспериментальные исследования, для суточной периодичности физиологических процессов ха­рактерно постепенное повышение интенсивности в днев­ное время и уменьшение ночью (рис. 1). Так, например, частота дыхания днем выше, чем ночью. В ночное время понижена функция пищеварительного аппарата.

Экспериментально установлено, что суточная динами­ка температуры тела имеет волнообразный характер. При­мерно к 18 час. температура достигает максимума, а к полуночи снижается: минимальное ее значение между часом ночи и 5 час. утра. Таким образом, температура тела днем и ночью отличается на 0,6—1,3° С. Интересно, что интенсивность физиологических процессов ночью из­меняется по сравнению с дневным временем независимо от того, спит человек в ночное время или занимается на­пряженной работой.

Работоспособность органов кровообращения в различ­ное время суток тоже неодинакова: два раза в сутки (в 13 час. и в 21 час.) она резко снижается. Принимая во внимание то обстоятельство, что работоспособность сер­дечной мышцы в определенное время суток уменьшается, нецелесообразно в эти часы подвергать человека большим физическим нагрузкам, действию высоких температур, ускорений, кислородной недостаточности и т. д.

Суточная периодичность работы сердца проявляется в изменении числа сердечных сокращений в различное вре­мя суток. Так, во время сна сердце бьется медленнее, уменьшается его минутный объем, понижается давление артериальной и венозной крови. Наибольшее число сер­дечных сокращений приходится на 18 час. В это же вре­мя наблюдаются более высокие показатели максимально­го и минимального кровяного давления. Примерно к 4 час. утра отмечена наименьшая частота пульса. К 9 час. утра снижается до минимума кровяное давление. Капилляры кровеносных сосудов максимально расширены в 18 час. и наиболее сужены к 2 час. ночи.

Происходит изменение и внутриглазного давления. Утром оно повышается, а к вечеру падает.

Суточную периодичность работы сердца можно зафик­сировать на электрокардиограмме, так как биоэлектриче­ская активность изменяется на протяжении суток. В слу­чае повреждения миокарда (особенно при инфаркте) суточная периодичность работы сердца становится мало заметной или же полностью исчезает.

Кровь вместе с лимфой и тканевой жидкостью, окру­жающей клетки, является внутренней средой организма. Она достаточно полно отражает многие физиологические процессы, происходящие в организме человека. Поэтому наблюдение суточной периодичности физиологических функций можно производить, изучая деятельность крове­творных органов и состав крови.

Костный мозг наиболее активен ранним утром (в 4— 5 час), а селезенка и лимфатические узлы — в 17—20час. В утреннее время в кровоток поступает наибольшее чис­ло молодых эритроцитов. Самое высокое содержание гемо­глобина в крови можно наблюдать от 16 до 18 час. Мак­симальное количество сахара в крови приходится на 9—10 час. утра, а минимальное — на ночное время. От­мечен четко выраженный суточный ритм процентного содержания в крови форменных элементов — эозинофилов.

В ночное время содержание хлора в крови снижается, а в полночь достигает минимума. Уже с вечера в крови начинает уменьшаться количество белков и увеличивать­ся содержание серы. Максимум азота отмечен в крови примерно в 16 час, а минимум — в 20 час. Суточный ритм проявляется в изменении содержания в крови натрия, калия, кальция и фосфора.

Суточная периодичность наблюдается также в изме­нении скорости реакции оседания эритроцитов (РОЭ): наибольшая скорость отмечена вечером между 21 и 22 час, наименьшая — утром.

С суточной цикличностью кровообращения имеет не­посредственную связь периодичность работы желез внут­ренней секреции. Отмечена четкая суточная периодич­ность содержания адреналина в крови. Максимальное его количество в 9 час. утра, минимальное — в 18 час. Адре­налин учащает пульс, повышает артериальное давление, активирует весь организм. Накопление адреналина в кро­ви происходит еще до начала активной деятельности, что способствует заблаговременному подготовлению к дея­тельности всего организма.

Обнаружен суточный ритм и в содержании гормона серотонина в шишковидной железе.

В организме постоянно происходит самообновление клеток. Причем скорость их деления ритмически изме­няется на протяжении суток. В течение суток в крове­творных органах изменяется количество форменных эле­ментов. Наибольшее количество делений клеток роговицы глаза приходится на утреннее время и наименьшее — на ночное. На протяжении суток периодически изменяется Количество делений клеток в костном мозгу.

Суточную периодичность можно наблюдать в измене­нии биоэлектрической активности мозга в дневное и ноч­ное время. Ночью в электроэнцефалограмме человека по­являются медленные волны с увеличенной амплитудой, в дневное, наоборот, преобладают быстрые волны с не­большими амплитудами.

Можно было бы привести множество других примеров изменения физиологических функций в организме челове­ка на протяжении суток. Однако и перечисленных при­меров достаточно, чтобы понять, что суточным ритмом охвачен весь организм человека, представляющий собой единую систему взаимодействия всех органов, тканей и клеток. Ритмичность физиологических процессов, отра­жающая единство организма и среды, их взаимодействие, проявляется в организме человека в том, что их макси­мумы и минимумы приурочены к определенным часам суток. А объясняется это тем, что характер проявления физиологических реакций организма в разное время су­ток различен и в основном зависит от факторов внешней среды. Они-то в дальнейшем и приобретают сигнальное значение в процессе индивидуальной жизни человека. Благодаря приспособлению к ритмически изменяющимся условиям внешней среды в организме человека происхо­дит физиологическая подготовка к активной деятельности даже тогда, когда организм находится в состоянии сна, И, наоборот, организм человека готовится ко сну задолго до засыпания.

Подготовка организма человека к состояниям бодрст­вования и покоя сопровождается сдвигом реакции организма на физические нагрузки, что выражается в изме­нении его работоспособности (рис. 2). Большинство лю­дей в течение суток имеет два пика, повышенной работо­способности. Первый подъем наблюдается утром с 8 до 12 час, второй вечером — между 17 и 19 час. В это время человек становится наиболее «сильным», у него повы­шается острота органов чувств: в утренние часы он лучше слышит и лучше различает цвета. Наиболее «слабым» человек оказывается в 2—5 час.и в 13—15 час. Однако в разные дни могут быть небольшие отклонения, связан­ные с изменением работоспособности в любое время суток, а также с воздействием на вторую сигнальную систему самовнушением или убеждением.

Изменение работоспособности у человека на протяжении суточного цикла

Изменение работоспособности у человека на протяжении суточного цикла

Исходя из сказанного, возможно, следовало бы самую трудную и ответственную работу выполнять в. периоды естественного подъема работоспособности, оставляя для других, менее важных дел, остальное время относительно низкой работоспособности. Но из правил есть исключе­ния. Бывают случаи, когда время наибольшей продуктив­ности в труде (особенно это относится к умственному труду) приходится на ночные или вечерние часы. Таких людей принято называть «совами», в отличие от «жаво­ронков» — людей, имеющих наибольшую работоспособ­ность в утренние и дневные часы. «Жаворонки», как пра­вило, просыпаются рано, чувствуют себя бодрыми и рабо­тоспособными в первой половине дня. Вечером же у них появляется сонливость, и они рано ложатся спать. «Совы» засыпают поздно ночью, встают также поздно утром и работоспособны бывают во второй половине дня (рис. 3).

Распределение работоспособности у "жаворонков" и "сов"

Распределение работоспособности у «жаворонков» и «сов»

В результате экспериментальных исследований немец­кий физиолог Р. Хампп установил, что 1/6 часть людей от­носится к лицам утреннего типа, 1/3 — вечернего типа, а половина людей легко приспосабливается и к утренне­му, и к вечернему режиму труда. Последних называют «аритмиками». Это преимущественно люди, занятые физи­ческим трудом. К лицам вечернего типа в основном отно­сятся работники умственного труда.

Биологические часы человека отражают не только суточные природные ритмы, но и имеющие большую про­должительность, например сезонные. Сезонные изменения физиологических процессов подтверждаются многочисленными исследованиями ученых. Они проявляются в орга­низме человека в повышении обмена веществ весной и в снижении его осенью и зимой, в увеличении процента гемоглобина в крови и в изменении возбудимости дыха­тельного центра в весеннее и летнее время.

Некоторые исследователи замечают, что сезонная из­менчивость физиологических процессов, наблюдаемая на протяжении года, по своему характеру напоминает суточ­ную периодичность. Состояние организма в летнее и зим­нее время в какой-то степени соответствует его состоянию днем и ночью. Так, зимой по сравнению с летом снижа­лось в крови содержание сахара (аналогичное явление происходит и ночью), увеличивалось количество аденози­нтрифосфорной кислоты и холестерина.

В качестве примера сезонных влияний на организм человека можно привести изменения количества эритро­цитов и гемоглобина, кровяного давления, частоты пульса, РОЭ и т. д. в зависимости от времени года.

В организме человека биологические часы проявля­ются не только в изменении физиологических процессов, имеющих суточную и сезонную периодичность, но и в регулировании функционального состояния человека с околомесячной периодичностью.

С давних пор было замечено, что в различные периоды времени люди чувствуют себя неодинаково. В некоторые дни у них прилив сил и бодрости, хорошее настроение, они внимательны и работоспособны. В другие же — на­оборот, упадок сил, вялость, рассеянность — все валится из рук. В данном случае необходимо принимать меры предосторожности. В такие «плохие» дни не следует пла­нировать важных дел.

Японская транспортная фирма «Оми рэйлвей компа­ни» призывает водителей автобусов быть особенно внима­тельными в их «плохие» дни. Водители, получившие такое предупреждение, стараются быть предельно осто­рожными на опасных и напряженных участках марш­рута. С 1969 г., когда фирма начала применять эту си­стему, число дорожных происшествий значительно снизилось. В первый же год оно уменьшилось сразу вдвое.

В основе этой системы лежит теория биоритмов, пред­ложенная еще в конце прошлого века венским психоло­гом Г. Свободой и берлинским врачом В. Флейсом. Со­гласно этой теории, жизнь каждого человека, начиная с момента рождения, протекает в соответствии с тремя от­дельными циклами: физическим циклом, продолжитель­ностью 23 дня, эмоциональным (или, как его еще назы­вают, чувствительным) циклом, длящимся 28 дней, и интеллектуальным циклом — 33 дня (рис. 4). Каждый цикл имеет положительную и отрицательную полуволну, составляющую соответственно положительный и отрица­тельный периоды. Для положительного периода характе­рен подъем работоспособности, улучшение физического, эмоционального и интеллектуального состояния человека; для отрицательного, наоборот,— спад, ухудшение состоя­ния. Так, например, в физическом цикле 11,5 дней поло­жительного периода представляют собой хорошее время для интенсивных занятий спортом, а также для любой другой деятельности, требующей физических сил. В ос­тальные 11,5 дней отрицательного периода физического цикла возникает снижение тонуса и выносливости орга­низма. Иначе говоря, в эти дни человек легче устает.

Графическое изображение физического, эмоционального и интеллектуального циклов человека

Графическое изображение физического, эмоционального и интеллектуального циклов человека

Положительный период эмоционального цикла, как правило, проявляется в хорошем настроении, бодрости, оптимизме и общительности людей. Наоборот, оставшиеся 14 дней отрицательного периода эмоционального цикла сопровождаются плохим настроением и пессимизмом.

Для интеллектуального цикла характерна интенсивность работы мозга. При его положительном 16,5-дневноv периоде человеку легче дается учеба, решение математи­ческих задач и вообще любое интеллектуальное занятие.

Все три цикла имеют переход от положительной полу­волны к отрицательной. День, совпадающий с таким пе­реходом, назван критическим, или нулевым днем. Этот день считается «плохим». Именно в такой критический день при физическом цикле, как показали наблюдения, с людьми чаще всего происходят несчастные случаи. Критический день для эмоционального цикла характери­зуется различными эмоциональными срывами, а крити­ческий день интеллектуального цикла — ухудшением умственной работы.

В связи с этим администрация фирмы дает информа­цию водителям не об отрицательных, а о нулевых, кри­тических днях. Подсчет жизненных ритмов водителей производился на электронно-вычислительной машине. Было определено, что в среднем нулевые дни одного из циклов случаются один раз в шесть дней, а двойные ну­левые дни — примерно шесть раз в году. Совпадение же критических дней всех трех циклов бывает лишь один раз в год (это самый опасный день).

Для того, чтобы каждый мог определить свои биоцик­лы, американский журнал «Стрэнгс энд хэлс» приводит довольно несложные расчеты. Они основаны на предпо­ложении, что биологические циклы имеют с момента рож­дения стабильную длительность. Отсюда вычислительная операция сводится к подсчету общего числа дней, прожи­тых со дня рождения до определяемой даты, и деления полученной суммы на число дней, составляющих длитель­ность циклов (23, 28, 33). Количество дней, оставшихся сверх целого числа циклов, полученных в результате де­ления, и будет указывать, в какой фазе физического, эмоционального и интеллектуального циклов находится человек в определяемый день (рис. 5).

Совместное проявление физического, эмоционального и интеллектуального циклов человека

Совместное проявление физического, эмоционального и интеллектуального циклов человека

Например, для 40-летнего человека общее число про­житых со дня рождения дней будет 14600 (365X40) плюс 10 дней за счет високосных лет. Итого получится 14 610 дней. Для физического биоцикла останется 5 дней, для эмоционального — 22, а для интеллектуального — 24 дня. Следовательно, у этого человека будет положи­тельный физический цикл и отрицательные эмоциональ­ный и интеллектуальный.

Гипотеза околомесячных биологических циклов чело­века, определяющих его функциональное состояние, ис­пользуется не только японской фирмой «Оми рэйлвей ком-пани», но и многими другими фирмами и учреждениями как в нашей стране, так и за рубежом. Она опирается на некоторые факты и в принципе не противоречит основам наших знаний. Эту гипотезу следует осмысливать с пози­ций фактов и теорий науки, которые свидетельствуют, что хотя биологические ритмы важны для жизнедеятельности, они вовсе не определяют роковым образом физические и психические возможности человека, а тем более поведение личности в целом. В организме человека имеются беспре­дельные возможности для компенсации временного сни­жения тех или иных функций.

Следует иметь в виду, что естественный ритм жизне­деятельности организма обусловлен не только его внут­ренними факторами, но и внешними условиями. Для спортсмена одним из условий компенсации снижения фи­зических возможностей во время отрицательного периода физического цикла является тренировка, распределение ее во времени и чередование с отдыхом. Это же относится не только к спортсменам, но и к людям любой специально­сти, занятым физическим или умственным трудом. Однако вопросы, связанные с использованием околомесячных биологических циклов для получения лучших результатов в деятельности человека, наиболее подробно изучены на спортсменах.

В исследованиях, проведенных на спортсменах, была замечена неожиданная закономерность. В большинстве случаев высокие спортивные результаты у мужчин отме­чались через два года на третий, у женщин — через год. Было установлено также, что через два и двенадцать месяцев после дня рождения у человека наступает неко­торое ослабление организма. Как показал анализ, период времени между этими месяцами благоприятен (наиболее благополучный первый месяц после дня рождения). Эти данные подтвердились на спортивных достижениях при исследовании 8000 случаев.

В результате исследований был выявлен волновой ха­рактер изменения нагрузок в спортивной тренировке. Прежние представления о неуклонном и прямолинейном наращивании тренировочных нагрузок оказались несо­стоятельными. Волнообразный характер изменения нагру­зок в процессе тренировок связан с внутренними биологи­ческими ритмами человека. Различают три категории «волн» тренировок: «малые», охватывающие от 3 до 7 дней (или несколько более), «средние» — чаще всего 4—6 дней (недельные тренировочные процессы) и «большие», про­должающиеся несколько месяцев.

Основная задача при определении «волн» трениров­ки — правильный подбор соразмерности оптимальных па­раметров «волн» с возможностями спортсмена. Иначе говоря, необходимо так планировать физические нагрузки, чтобы они не превышали определенный уровень и в то же время были стимулом для роста спортивных показа­телей. В этом случае учитываются два основных фактора, взаимодействующих между собой,— тренировочная на­грузка (воздействие) и конкретное функциональное со­стояние спортсмена в этот момент. Ритм же тренировки определяется как внутренними биологическими ритмами, так и внешними факторами (нагрузкой). Словом, при определении оптимального режима тренировки спортсме­на, а также любого человека, занятого физическим или умственным трудом, важно учитывать взаимодействие внутренних ритмов (биологических часов) с внешними факторами воздействия. Таким образом, биологические ритмы человека необходимо учитывать в определении оптимальных режимов его трудовой деятельности.

Как мы могли убедиться, биологические часы живых организмов, в том числе и человека, проявляются во всех жизненных процессах. Без них невозможна была бы жизнь. Поэтому при изучении биологических часов важно не только знать об их существовании, но и учитывать их локализацию и роль в жизни. Этот этап изучения биологи­ческих часов необходим при исследовании их природы и механизма работы.