Астрофизические факторы и биоритмы

Эволюция Земли и биосферы неразрывно связана с эволюцией космоса, в част­ности с Солнечной системой. Впервые серьезное внимание на связь явлений астро­физической природы с жизнью организмов обратили В. И. Вернадский и А. Л. Чи­жевский.

А. Л. Чижевский одним из первых проанализировал взаимосвязи проявле­ний солнечной активности — пятен на Солнце — с биологическими процессами, в частности, с эпидемическими заболеваниями. Он является основателем гелио­биологии*. Солнечная активность ритмически колеблется, потому что, во-первых, каждая активная область проходит определенный цикл развития и, во-вторых, во времени меняется количество пятен, т. е. взрывов на Солнце. Средний период ко­лебаний активности Солнца — 11 лет.

В годы максимальной солнечной активности увеличивается и активность ря­да вирулентных бактерий, поэтому учащаются эпидемии. Чаще возникают забо­левания сердечно-сосудистой системы: гипертонические кризы, инфаркт миокар­да, мозговые инсульты. В момент геомагнитных бурь возрастает число автокатас­троф и случаев травматизма на производстве.

А. Л. Чижевский считал, что повышение уровня солнечной активности выво­дит организм из состояния устойчивого равновесия и провоцирует болезненные состояния.

Луна также влияет на живые организмы. Вследствие ежемесячного движения Луны (лунный месяц — 28 суток) изменяется геомагнитное поле, что в свою оче­редь влияет на погоду и живые организмы. Особенно большое влияние оказыва­ет наложение солнечных и лунных приливов, когда Луна и Солнце располагают­ся примерно на одной прямой. 71унные биоритмы обнаружены у плоских червей, моллюсков, крабов, некоторых видов рыб и птиц.

Трудность изучения действия отдельных геофизических и астрофизических факторов на человека связана с тем, что они действуют комплексно и их трудно отличить друг от друга.

Синхронизация биоритмов

Суточные ритмы биохимических процессов и физиологических функций строго организованы, т. е. биоритмы согласованы во времени, или синхронны. Например,

* Гелиобиология — раздел биофизики, исследующий влияние активности Солнца на зем­ные организмы.

ЦСС и частота дыхания соотносятся как 4: 1 (72:18, 80:20). Именно это соот­ношение обеспечивает оптимальное снабжение тканей кислородом и согласуется _с ритмами обмена веществ.

Согласно такой организованности биоритмов, существуют эндогенные (внут­ренние) и экзогенные (внешние) факторы, которые играют роль «датчиков време­ни». Так, у 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.) изменялось субъективное ощущение времени и цикл сон '/- бодрствование. Например, у од­ного спелеолога длительность бодрствования продолжалась 45 ч, а сон — 20 ч, а он оценил бодрствование в 14 ч, сон — в 8-^fO ч. Такая десинхронизация ритмов объясняется наличием эндогенных и экзогенных механизмов, которые определя­ют ритмическую структуру функций живого организма.

Существует несколько теорий о природе эндогенных и внутренних факторах. В 1976 г. была разработана хрононгипотеза, согласно которой в структуре ДНК есть участок — «хронон», контролирующий биоритмы. Согласно же мультиосцил-пяторной модели биоритмов (лат. multi — много,; oscillatio — колебание), в организ­ме существует множество водителей ритма — пейсмейкеров (англ. рясе — скорость, темп, make — делать). Они генерируют колебания, т. е. являются осцилляторами. Пейсмейкеры могут находиться как в клетках органов, так и вне функционирую­щих клеток.

Общая синхронизация осуществляется внешними факторами. К ним отно­сятся геофизические факторы: фотопериоды (день-ночь), колебания геомагнит­ного поля Земли, значительные изменения температуры среды и др.

Для современного человека большое значение имеет изменение филогенети­чески сложившегося стереотипа. Человек — существо дневной активности, но в современных условиях он нередко вынужден работать в ночную смену. Из-за де­фицита времени у человека решение многих бытовых проблем переносится на ве­черние и ночные часы. Такие социальные факторы изменяют эволюционно свойст­венные человеку биоритмические процессы.

Таким образом, живым организмам свойственна наследственно закрепленная цикличность многих физиологических процессов, т. е. биоритмы имеют эндоген­ную природу. Однако в организации колебательных процессов в организме, в их интеграции, большую роль играют экзогенные факторы: геофизические (для жи­вотных и человека) и социальные (для человека).

Нервные и гуморальные механизмы ритмической организации физиологичес­ких функций

В процессе эволюции выработались сложные механизмы нервной и гумораль­ной регуляции биоритмов, их оптимальная синхронизация. Наиболее изучены механизмы регуляции циркадианных биологических ритмов, которые возника­ют в результате суточных колебаний освещенности и других геофизических фак­торов.

 

 

 

Запуск циркадианных колебаний и их взаимосвязь осуществляется деятель­ностью центрального нервного механизма, который выполняет пейсмейкерную функцию. Для реализации действия центрального пейсмейкера, передачи его «ко­манд» к органам и тканям необходимо участие гуморального, прежде всего гормо­нального, звена регуляции.

Свет является основным фактором, который определяет деятельность суп-рахиазматических ядер (СХЯ) как биологических часов. 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.

Другой структурой, важной для ритмической организации функций, являет­ся эпифиз, или шишковидная железа. Эпифиз — нейроэндокринный трансдуктор, т. е. орган, передающий информацию об освещенности среды от нервной систе­мы к эндокринной. В клетках эпифиза синтезируется биологически активное ве­щество — мелатонин. Активность синтеза мелатонина зависит от времени суток: в темную фазу суток он максимален, в светлую — минимален. 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, что, в свою очередь, снижает выработку тройных гормонов гипофиза и вызывает уменьшение активности периферических желез внутренней секреции.