Биоритмология

 Помимо эффекта  перепада времени, открытого лишь  недавно в связи с   трнсмередианными перелетами, существует постоянная необходимость подстраивать фазу   биологических часов из-за небольшого расхождения между собственным периодом этих часов и периодом вращения Земли. Несоответствие этих периодов на час или около того обычно для многих биологических видов, имеющих достаточно точные внутренние часы. У человека, например, период часов близок к 24 часам. Отклонение на час составляет всего 4% суток, – очевидно, это вполне допустим о. Из-за близости периода   к земным суткам биологические часы этого класса были названы циркадианными (от лат. Circa – около, приблизительно и dies – день, сутки).     

 Час по  сравнению с сутками кажется  незначительным, но эффект разности  периодов быстро накапливается.  Но для живых организмов важна  синхронность и, чтобы ее поддерживать, нужно постоянно вносить поправку.   Если фазу убегающих или отстающих часов нельзя было сдвигать, то, они должны были все время двигаться (для компенсации одного часа на экваторе нужна скорость 40 миль в час ). Если бы часы были абсолютно точными и фаза неуправляемой, то их владелец был бы навсегда прикован   к временной зоне своего рождения. Более того, эти идеальные биологические часы должны быть невосприимчивы к любому фактору, сдвигающему фазу, например, охлаждению.     

 Не имея  возможности подстраивать фазу  своих 25-часовых внутренних часов,  – а эту способность утратили  отдельные, в том числе многие  слепые, - их владельцы, оставаясь  на месте, будут смещаться во  времени и утрачивать согласованность  с окружающим   24-часовым миром. Если расхождение составляет ровно час в сутки, то согласованность будет восстанавливаться периодически, каждые 24 дня. Если улучшить соответствие собственного периода часов внешнему периоду, это не снимет проблемы, а лишь удлинит процесс утраты и приобретения синхронности. Следовательно, для того чтобы поддерживать синхронность наших внутренних часов с вращением Земли требуется нечто большее, чем просто близкое соответствие двух периодов: требуется сигнал, внешний такт, который бы ежедневно подстраивал фазу наших часов к местному времени.    

 Сигнал времени  должен быть строго связан  с вращением планеты и ежедневно  достаточно точно повторяться.  Таким сигналом времени для  большинства биологических видов  является свет. Постоянное освещение  с интенсивностью лунного света  оказывается достаточным, чтобы  остановить ход циркадианных  часов у плодовой мушки и  у грибов в лаборатории. У  млекопитающих часы   менее чувствительны, а у человека еще меньше, но и для нас лучший способ узнать время – посмотреть на свет. 

5.2 Врожденные биологические часы человека (25-часовой период) 

Что может быть привычнее смены дня и бодрствования, однообразные череды наших дней и  ночей? Одновременно с вращением  Земли «ткань» нашего сознания совершает  обороты, от безотчетных фантазий сонного  уединения до коллективных фантазий общественной жизни. Каждый, кто пытался  вырваться из этого круговорота, знает, что такой порядок вовсе  не навязан жестоко чередованием света и темноты, хотя и уклоняться от него долго не удается. Мерный ход  геофизического маятника имеет свое подобие внутри каждого из нас  и непросто в виде привычки подчиняться  ритмам планеты – внутри нас идут подлинные физиологические часы, составляющие часть нашего наследственного  багажа. В обычных условиях ход  этих врожденных биологических часов  полностью подчиняется грандиозным  геофизическим часам, чей моделью  они являются. Но все же внутренние часы «тикают» и оказывают свою важную роль в нашей повседневной жизни. Давайте же рассмотрим те редкие ситуации, когда удается расслышать независимое, самостоятельное биение биологических  часов.    

 В Баварии  был произведен эксперимент в  условиях изоляции от времени.  В самом начале месячного эксперимента, поведение испытуемого изучается  при обычном 24-часовом режиме  освещения: каждый раз вечер  в 23 часа свет выключался, а  утром в 7 включался в соответствие  с распорядком, принятым «снаружи».  Испытуемый не имеет возможности  контролировать освещение, за исключением ночника, но настолько тусклого, что он в счет не идет. Регистрируемые показатели обнаружили ритмическое колебание с периодом 24 часа; цикл сон-бодрствование – один из многих, лишь наиболее бросающийся в глаза.    

 Доверим теперь  контроль освещения в изолированном  помещение самому испытываемому.  Обычно его (или ее) ритм температуры  тела   и чередование   сна – бодрствование в таких условиях сохраняется, но начинается   запаздовать ежедневно примерно на час. Сдвиг будет 24 часа   каждые 25 внешних дней, то есть каждые 24 внутренних дня. Если газета продолжает поступать к испытуемому   «раз в день» - когда он спит, то примерно через 25 внешних   дней настанет время, когда сегодняшняя газета придет в лабораторию раньше, чем живущему в изоляции от времени будет передана вчерашняя.    

 Некоторые  люди в ходе экспериментов,  переключаются на 25 часовой цикл, показывают удивительные результаты: человек в условиях изоляции  от времени обычно уже через  неделю переключаются с 25-часового  периода (примерно 8часов сна и  17 часов бодрствования) на периоды  вдвое корче, либо, вдвое длиннее.  Водном из первых экспериментов  средняя продолжительность ночного  сна без пробуждения составляла 19 часов. Подобная картина встревожила  исследователей: столь долгий сон  у здорового человека представлялся  ненормальным. Но испытуемые сочли  такие марафонские дистанции    сна и бодрствования вполне удобными и даже не замечали, что сон порой длится всего 4 часа, а иной рас и 18 часов, а рабочий день мог продолжаться 30 часов без перерыва. Вовремя замысловатых сочетаний, интервалов активности-покоя ритм температуры тела строго выдерживает 25-часовой период. Юрген Ашофф директор Института   физеалогие поведения имени Макса Планка в Андексе первым описал этот внутренний температурный ритм, тем самым доказав строгую регулярность циркадианных биологических часов у человека даже в условиях, когда иные проявления жизнедеятельности этим часам не подчиняются. Ашофф обнаружил, что на протяжении особенно длинных циклов активности-покоя температура тела   может подниматься и спадать дважды. При таких примерно 50-часовых «сутков» испытуемый по – прежнему к каждому завтраку получает очередную газету, сохраняет трех разовый режим питания (правда, за каждый раз съедает немного больше обычного, но все же постепенно несколько теряет в весе) и не замечает ничего особенного. Трудно описать удивление и недоверие испытуемого, когда после двух или трех недель изоляции, к нему входит исследователь и возвещает окончание условно месячного эксперимента. Убедить испытуемого может лишь пачка уже полученных (будущих) газет.

Более продолжительные  записи спонтанного чередования  активности-покоя были получены в  эксперименте с сусликами и хомячками, которых годами содержали в одиночном  заключении, в изоляции от всех сигналов   времени. У этих животных внутренние часы, по-видимому, более   надежно синхронизируют сон и бодрствование, чем у нас с вами. Тем не менее и у них обнаружилось неуклонное изменение циркадианного периода, за несколько лет достигшее всего несколько ми нут. Некоторые намеки на такую закономерность получены и для человека. Рекорд пребывания в условиях временной и социальной изоляции составляет на сегодня около шести месяцев. Впрочем, возможно, нам просто не известны более длительные и, скажем, более эффективные, но не зарегистрированные эксперименты, проводившиеся в мрачных подземельях средневековых замков.   
 

5.3 Свободный ход и захватывание биологических часов   

 Биологические  часы с периодом 25 часов, присущи  нам, равно как и другим приматам, был по-настоящему открыт лишь 20 лет назад, но не у человека, а у слепой беличьей обезьяны, жившей в лаборатории Курта  Рихтера в Медицинской школе  при Университете им. Джона Хопкинса. Обезьянка свободно бродила по  лаборатории и подвергалась действию  всех ежедневных периодических  факторов, за исключением света.  Она чередовала сон и бодрствование,  как и сам Рихтер, но с иным  периодом. Слепая обезьянка доказала, что обладает собственными внутренними  часами, которым она следовала  столь же неуклонно, как люди  следуют суточному циклу вращающейся  планеты. Каждый месяц в течение  нескольких дней время активности  обезьянки совпадало с рабочим  днем экспериментаторов, но всякий  раз постепенно появлялось накопление  сдвига: обезьянка становилась «совой»,  с точки зрения человека, - впрочем,  с ее «точки зрения», люди  становились бы «жаворонками».  Через две недели распорядок  дня обезьянки запаздывал настолько,  что ее завтрак приходился  на поздний вечер и ночь: наша  «сова» превращалась в «жаворонка».  Еще через неделю ее режим  дня снова становился как у  людей. Этот цикл повторялся  примерно каждый месяц на протяжении  нескольких лет. Обезьянка придерживалась  своего внутреннего течения времени,  независимого от периодики Солнца, Луны и людей в лаборатории.

Эта независимость  от внешнего времени была обнаружена также в поведение некоторых  слепых людей. Молодой человек в  детстве лишился зрения. В студенческие годы он мучался, безуспешно пытаясь  преодолеть хроническую бессонницу   и дневную сонливость. Примечательно, что этот недуг преследовал его по 2 – 3 недели кряду каждый месяц. Молодой человек вел дневник, оказавшийся очень кстати, когда он, в конце концов, обратился за помощью к врачу. Реймонд Майлз с коллегами заметили, что время дневной сонливости студента ежедневно запаздывает на час, пока не сливается с ночным сном. Спустя неделю сонливость вновь появляется, но уже утром, а ночной сон одновременно нарушается бессонницей. Этот цикл повторяется приблизительно каждые 25 дней.     

 Врачи предложили  ему отказаться от бесплодной  борьбы за соблюдением 24-часового  режима. Они посоветовали ему  спать тогда, когда он действительно  хочет спать, и оберегать его  сон   от всяких беспокойств в условиях больничного стационара. Впервые за многие годы его ежедневный уклад жизни стал регулярным: весь день – бодрость, ночь – непрерывный сон. Однако его «день» и «ночь»   более не совпадали с астрономическими – студент перешел на 25-часовой ритм.    

 Когда же  он вернулся на месяц к обычной  жизни, его сон вновь оказался, разбит на куски, несмотря на  его героические усилия, применения  кофеина и снотворных. Но теперь  уже было ясно, что его дневная  сонливость оказалась замаскированной    продолжением   внутреннего 25-часового ритма. Подобным недугом страдает около полвины слепых людей.    

 Биологическим  ритмом с периодом 25 часов обладают  не только слепые, но и совершенно  здоровые, зрячие люди. Хотя естественный  ход их внутренних часов ежедневно  отстает на час, в норме они  согласованны с 24-часовым циклом  чередования дня и ночи и  им удается «идти в ногу  с   ним». Тем не менее, многие слепые, да и некоторые зрячие люди лишены этой способности

ежедневно на час  подстраивать свои внутренние   часы, не могут поддерживать синхронность с вращением   Земли и ритмом   жизни их окружения.    

 У людей  с нормальным   зрением, живущих в условиях   ежедневного чередования света и темноты, такие случаи исключение. Но, когда человек умышленно покидает белый свет, скажем, спускаясь в вечную тишину   подземной пещеры   или просто   затворяясь в комнате без окон, его ритм сна-бодрствования практически всегда возвращается к своему естественному периоду около 25часов. Очевидно, и природа, и общество постоянно торопят нас: чтобы не отстать от 24-часового мира, мы вынуждены спешить, каждый день, опережая себя на час.   

 У человека  переход к внутренней системе  отсчета времени   менее очевиден, чем у других млекопитающих, быть может, потому, что   наша сознательная жизнь   слабее связанна с физиологическими процессами. Порой достаточно небольшого толчка, чтобы вывести ритм сна или какого-либо другого   отдельного показателя   из-под влияния мощной волны   биологических приливов и отливов. Тем не мение   наши внутренние часы   надежно определяют общую картину   распределения сна и гарантируют, что примерно раз за один оборот   планеты вокруг оси мы будем   спать (или отчаянно хотеть спать). Более того, если бы человек уснул, внутренние часы обеспечивают спонтанное   пробуждение в определенной фазе цикадного   цикла, которая зависит от фазы засыпания. 
 
 
 

5.4Автоматическая установка внутреннего будильника 

В начале января 1969 года 23-летний Жак Шабер решился  провести полгода «вне времени», в  условиях, предельно изолированных  от всех мыслимых сигналов времени: в  пещере при температуре 6 о с и 100 % влажности, на глубине 65 метров , в  районе Ниццы и Канн, на юге Франции. При взгляде на растр его сна  создается впечатление аритмии: в отсутствие 24-часового периодического стимула видимая регулярность сна-бодрствования  нарушается. Без внешних часов, задающих время ложится, и вставать, длительность сна и бодрствования как будто  меняется случайно. Так ли это на самом деле или у нас просто нет ключа для расшифровки  возможной закономерности?    

 Будем исходить  из того, что   у человека   есть цикадные часы. Каково бы ни был их неизвестный период, часы продолжают тикать, неустанно отсчитывая время, несмотря на то, что их владелец подвергаемый   охлаждению или перегреву, переходит из темноты к свету, от возбуждения к унынию,   получает хорошие или плохие известия, когда ему вздумается. Если   эти циркадианные часы в какой-то мере   определяют время его непроизвольного пробуждения, то длительность сна должна закономерно зависеть от той точки внутреннего цикла   (фазы), в которой он уснул.    

 Прежде всего,  нам надо приписать значение  фазы каждому часу, когда сон  начинался   или кончался на протяжении всех 127 суток «изоляции от времени». К сожалению, сама фаза – величена ненаблюдаемая, за исключением того, что ее косвенным показателем можно считать температуру тела. Но одно свойство этих   внутренних «главных часов» дополнительно известно: они идут на удивление точно.    

 Если мы  правильно выведем периодичность  часов, то можно предсказать  время засыпания и время пробуждения.  Эта предсказуемость обнаруживает  ритмическую организацию, скрытую  в узоре несинхронезированных  циклов сна-бодрствования    

 Можно было  бы ожидать зависимость продолжительности  засыпания, если бы мы, например, чаще всего просыпались в определенной  фазе циркадианного цикла или,  уснув позже обычного, просыпались  соответственно позже   и, наоборот, уснув раньше – просыпались раньше. На самом деле, однако, ни одна из этих зависимостей не следует из данных эксперимента. Общепринятое представление о том, что восстановительная функция сна пропорциональна его деятельность, не подтверждается результатами исследования сна, по крайне мере столь продолжительного, каким мы имеем обыкновение наслаждаться по ночам.