ЦИРКАДИАННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ФУНКЦИЙ ЧЕЛОВЕКА
Большинство физиологических и биохимических процессов в организме человека и животных связано со световым режимом и изменяется закономерно в течение суток. Поэтому циркадианный биоритм — базисный биоритм человеческого организма. Появление циркадианных ритмов позволило живым организмам «измерять» время, отсюда появилось такое понятие, как «биологические часы». Древнейшая функция циркадианного биоритма заключалась в приурочивании максимальной биологической активности к определенному времени суток, которое было бы наиболее благоприятно для деятельности данного организма.
В основе циркадианной организации функций лежит периодическая смена бодрствования и сна. В целом у человека психическая деятельность и физическая работоспособность эффективнее в дневные часы, чем ночью. В светлой фазе суток у человека больше двигательная активность. Возрастание умственной работоспособности выражается в повышении скорости переработки информации, эффективности обучения. В это же время повышается биоэлектрическая активность мозга (рис. 11.2).
Можно выявить два пика мозговой деятельности людей в дневные часы: высокая активность в 10-12 и в 16-18 ч, спад — к 14 ч. Однако существуют индивидуальные различия временного распределения работоспособности.
Как правило, в ночные часы умственная работоспособность уменьшается. Но это не означает полного исчезновения биоритмов. Сон — это не только ком-
6 12 18 24 Часы
Рис. 11.2. Циркадианный ритм умственной работоспособности школьников
понент циркадианного биоритма (сон-бодрствование). Он состоит из 5-7 повторяющихся циклов, т. е. должен рассматриваться как биоритмический феномен.
Суточные колебания работоспособности четко коррелируют с ритмами отдельных физиологических систем и обмена веществ. К концу дня у человека наблюдается максимум частоты, глубины и объема дыхания, сократительная функция миокарда достигает наибольших значений. Кровообращение наиболее интенсивно днем в головном мозге и мышцах, а ночью — в сосудах кистей рук и стоп.
В течение суток изменяется и реактивность сердечно-сосудистой системы к нагрузкам. Днем физическая нагрузка вызывает больший прирост кровообращения, чем ночью. Поэтому одна и та же нагрузка ночью ощущается как более тяжелая, что необходимо учитывать при работе в ночную смену.
Циркадианная ритмика охватывает и органы кроветворения. Костный мозг наиболее активен утром, поэтому в утренние часы в кровоток поступает наибольшее количество молодых эритроцитов. Содержание гемоглобина в крови самое высокое с 11 до 13 ч, а его минимум приходится на 16-18 ч. Скорость оседания эритроцитов минимальна рано утром и максимальна в 9-10 ч.
Суточные колебания проявляются в процессе свертывания крови: в ночное время происходит уменьшение свертывающей активности, а днем этот процесс постепенно усиливается и достигает максимальных значений в полдень.
Бронхиальная проходимость снижена в ночные и утренние часы, но, начиная с 11 ч, она увеличивается и достигает максимума к 18 ч.
От фазы суточного ритма зависит деятельность желудочно-кишечного тракта людей. Слюноотделение, секреция желудочного и поджелудочного сока, двигательная активность желудка и кишечника больше днем, чем ночью. Данная закономерность проявляется даже у людей, работающих в ночную смену.
Хотя желчь вырабатывается печенью непрерывно, ее выделение неодинаково в разное время суток: в первой половине дня оно больше, а в вечерние часы —
меньше. Это создает условия для лучшего переваривания жиров в первую поло, вину дня, когда человеку особенно необходимо энергетическое обеспечение его функций. В первой половине дня более интенсивно происходит процесс распада гликогена в печени с освобождением глюкозы. Во второй половине дня и ночью печень усиливает ассимиляцию глюкозы и синтез гликогена, создавая энергетический резерв для следующего дня.
Циркадианный режим характерен и для функции почек. В утренние часы в канальцах почек происходит особенно активная реабсорбция фосфатов, глюкозы и других веществ, необходимых для поддержания энергетических расходов организма. Реабсорбция воды в почках увеличивается в ночное время, в результате чего ночью уменьшается выведение мочи.
Интенсивность метаболических процессов, протекающих как на уровне отдельной клетки, так и в пределах целого организма, особенно высока в часы наибольшей активности. Так, у человека в дневное время активизируются процессы катаболизма (распада) углеводов и белков, а в ночное время преобладают анаболические процессы, т. е. синтез веществ, обеспечивающих пластические и энергетические функции.
Суточные колебания уровня метаболических процессов коррелируют с температурой тела. У человека самая высокая температура тела отмечается в вечернее время, самая низкая — в утренние часы.
Суточные колебания деятельности внутренних органов и обмена веществ во многом определяются изменениями нейроэндокринной регуляции в цикле бодрствование - сон. Во время бодрствования преобладает функциональная активность симпато-адреналовой системы. Циркадианные ритмы характерны и для функции желез внутренней секреции. В первой половине ночи увеличена секреция соматот-ропина, пролактина и тиреотропина. Кортикотропин выделяется из гипофиза во второй половине ночи.
С ритмами гипоталамо-гипофизарной системы связаны колебания функции периферических эндокринных желез, но максимальный уровень их секреторной активности отстает на 2-3 ч от выделения гипофизарных гормонов. Так, если кортикотропин секретируется максимально во второй половине ночи, то кортико-стероиды — ранним утром, что создает условия для хорошей работоспособности человека сразу же после пробуждения. А ритм тиреоидных гормонов достигает максимума во второй половине ночного сна.
Суточные ритмы различных функций организма образуют единое целое, в котором прослеживается строго упорядоченная последовательность метаболических, физиологических процессов и поведенческих актов. У животных ведущими являются ритмы поведенческой деятельности, а у человека — трудовой. Биоритмы человека могут в определенной мере перестраиваться при изменении условий работы, например, при переходе из дневной смены в ночную. У человека наблюдается социальная детерминированность ритмических колебаний физиологических и биохимических процессов.