Хроноструктура биоритмов сердца и факторы внешней среды

Можно выделить два типа реакций  вегетативной нервной системы на ночной труд. В первом случае ночная работа протекает на сниженном уровне вегетативных функций, соответствующем  этой ночной фазе циркадианного ритма. Во втором случае происходит инверсия циркадианного ритма и уровень циркадианных показателей в ночное время близок к дневным значениям. В обоих случаях возникающий десинхроноз сопровождается дисфункцией вегетативной нервной системы.

 Негативное влияние десинхроноза, возникшего при рассогласовании циркадианных ритмов организма и внешних датчиков времени на работоспособность и производительность труда, отмечено в работах В.А.Доскина, (1985) А.И.Щукина (1998).  Эти авторы считают, что сменная работа может привести к особой форме патологии - хронопатологии и сокращению длительности жизни.

Карл Гехт и Ганс-Ульрих Бальдер (1996) в своей работе отмечают, что  технократическое развитие человеческого общества в последние десятилетия в значительной мере изменило образ жизни и, в особенности, временную регуляцию организма. Разрушение психофизиологической иерархии ритмов приводит к возникновению синдрома неадаптированности к сменной работе, которому подвержены не только сменные рабочие, но и менеджеры, политики, предприниматели и др. Ведущими симптомами неадаптированности к сменной работе являются хронические нарушения сна и хроническая усталость в дневное время. Авторы приводят данные  Петера и др. (1995), которые показывают, что 14% всего населения Германии страдают острыми нарушениями сна  и 11% - хронической патологией сна, требующей лечения. 4,1% всего населения подвержены хронической усталости в дневное время. Причиной 24% всех смертельных случаев на автострадах Баварии явилось засыпание за рулем.

В одном из исследований с инверсией  ритма сон-бодрствование у человека, изолированного от естественных физических и социальных синхронизаторов, наблюдались волнообразные изменения уровня суточного ритма частоты сердечных сокращений после инверсии ритма жизни.  Происходило снижение его в первые трое суток, приближение к исходным значениям на 4-5 сутки и повторное снижение в период с 6 по 12 сутки после инверсионного периода (С.И.Степанова, 1986). В другом аналогичном исследовании после инверсии суточного распорядка в ночные часы, когда обследуемые в соответствии с инвертированным режимом жизни бодрствовали, были зарегистрированы волнообразные изменения одного из электрокардиологических показателей, а именно, длительности интервала PQ. На вторые сутки отмечается также волнообразная смена сонливости и активного сотояния.

Интересное явление было зафиксировано  С.И.Степановой (1986) при изучении возможности адаптации человека к суткам длительностью 23,5 часа после однократного 9-и часового сдвига фаз ритма сна-бодрствования по часовой стрелке. Обследуемые легли спать в 8 часов 30 минут после бессонной ночи, встали в 16 часов, и с этого момента перешли к 23,5-часовому суточному распорядку, т.е. в следующий раз легли в 8 часов, а встали в 15 часов 30 минут. В режиме укороченных суток фаза предписанного ритма сна и бодрствования ежедневно смещалась вдоль 24-часовой шкалы на 30 минут против часовой стрелки. При этом, как показали результы анализа полученного материала, минимум суточного ритма частоты пульса мигрирует вслед за фазой ритма сна-бодрствования не равномерно, а волнообразно, перемещаясь то по часовой стрелке, то против нее.

Особый интерес представляет исследование циркадианной организации основных функциональных систем у лиц, имеющих полярный стаж в 5 и более лет работы в экспедиционно-вахтовых режимах. Установлены изменения в скорости восстановления циркадианных биоритмов у лиц различных возрастных групп, что существенно для определения возрастных лимитов и прогнозирования уровня здоровья при экспедиционно-вахтовой форме труда (Г.Д.Губин и др., 1987).

Иерархия  ритмов распространяется и на физиологию сна. Интерес к циркосептанным ритмам начал проявляться лишь за последние годы, так как при расстройствах сна также может нарушаться и циркосептанный ритм, в частности,  продолжительность длины периодов сокращалась до 4-х, 3-х и 2-х дней. Эти изменения были особенно выражены в субъективной оценке качества сна и частоте ночных пробуждений. Исследования проводились среди студентов-заочников, у которых, как правило, нарушен ритм сна и бодрствования (Баон Броен и др., 1988).

В последние годы проблеме нарушения  биоритмов при работах с изменением режима сон-бодрствование посвящен ряд исследований  (В.А.Доскин и соавт., 1976;В.А.Доскин, Н.А.Лавреньтьева, 1980; Ф.И.Комаров и соавт., 1984; A.Reinberg et al., 1983).

Попытки адаптироваться к необычным суточным распорядкам сопровождалось нарушениями сна и нервно-психического статуса (недосыпанием, сонливостью во время работы, вялостью, апатией, раздражительностью) , а также уменьшением рабочей продуктивности. Степень и длительность негативных проявлений варьировали в зависимости от многих обстоятельств: конкретность варианта необычного суточного распорядка, индивидуальных особенностей обследуемых лиц (С.И.Степанова, В.А.Галичий, 2000). Прикладным результатом этих исследований является обоснование новых подходов к отбору космонавтов и профотбору лиц, наиболее пригодных к сменным работам (J.A.Horne,O.A.Ostberg, 1977; С.И.Степанова, 1986). Хорошо зарекомендовал себя метод отбора в основу которого положена оценка околоминутных колебательных процессов в динамике физиологических показателей, регистрируемых при выполнение функциональных проб. Как показали результаты разработки этого подхода, динамические особенности показателей внешнего дыхания, наблюдаемые в первые 3-7 мин ортостатического воздействия и в течение 10 мин перед ним, позволяют ранжировать обследуемых лиц по уровню индивидуальной устойчивости к данному воздействию (В.А.Галичий, 1996)

Исследования  в области биоритмологии показывают, что при отборе кандидатов для сменной и ночной работы необходимо учитывать биоритмологический статус организма. А.И.Щукин (1989) справедливо отмечал, что использование биоритмологического подхода к исследованию физиологических эффектов сменной работы является исключительно плодотворным. График работы рекомендуется составлять так, чтобы человек либо длительно работал в одну и ту же смену, либо смены должны чередоваться часто, чтобы избежать привыкания к ним. Исследования А.И.Щукина (1998а, 1998б), проведенные на 34 человеках в возрасте 19-21 год, практически здоровых, стандартизированных по полу, специальности, стажу труда, отдыху и питанию показывают, что несмотря на 2-3х суточный отдых в условиях стационара у испытуемых в биоритмологической картине организма сохраняется стрессовое  влияние 2х сменного труда, особенно после недельной работы в вечернюю смену. Второй этап исследований автора был направлен на разработку оптимального сменного графика работы. 2 группы испытуемых работали в режиме 2-2-2 (т.е. 2 дня в утреннюю смену, 2 дня в вечернюю смену, а затем 2 дня отдыха) и в режиме 5-2-5. Сравнительный анализ хронограмм показал, что у лиц, работающих по графику 2-2-2, численные значения изучаемых функциональных показателей имеют сходство с цифровым выражением хода суточных ритмов  для лиц, работающих только в утреннюю смену. В биоритмологической картине у лиц при работе по графику 2-2-2 не зарегистрирован ни один из признаков стрессового  влияния 2х сменного труда, отмеченного при графике 5-2-5, а именно: эффект утренней демобилизации, феномен групповой унификации, увеличение амплитуды. При анкетировании рабочих отсутствовали жалобы неврастенического характера. Таким образом, хронофизиологическая картина у лиц после 2х вечерних смен указывает, что организация сменного труда по графику с частой ротацией смен не формирует биоритмологическую картину десинхроноза в виде “печати” смены, и такой график целесообразно отнести к разряду наиболее физиологичных. (Щукин А.И., 2000)

1.4.3. Рассогласование  между   суточным  стереотипом  организма   и  дискретным  временем

Изучение  десинхронозов, связанных с  дальними перемещениями, стало актуальной медико-биологической проблемой лишь в современную эпоху, когда появилась возможность в считанные часы пересечь несколько часовых поясов или пролететь из тропиков за Полярный круг.

Развитие  авиации и других скоростных видов  транспорта практически во всех странах, таких как Россия, США, Канада, Великобритания, Франция, Нидерланды, Япония и др. стимулировало проведение специальных хронофизиологических обследований людей, совершающих дальние перелеты и переезды. Возникла новая прикладная область хронобиологии - биоритмология перемещений человека (см. например, Матюхин В.А. и др., 1976, 1985), задачей которого является всестороннее исследование хронобиологических аспектов современных миграций и кратковременных переездов, а также разработка практических рекомендаций по прогнозу и профилактике сопутствующих им десинхронозов. Важно  отметить, что скорость перестройки циркадианных ритмов после резкого сдвига фазы времени зависит от многих внешних и внутренних причин. Большое значение имеет направление сдвига: скорость перестройки циркадианных ритмов неодинакова после перелета на запад (“вслед за солнцем”) и перелета на восток (“навстречу солнцу”). Эффект асимметрии (по Aschoff I., 1969) обусловлен отличием периода свободно-текущего ритма человека от 24 ч. Эксперименты  I.Aschoff  и R.Wever (1979)   показали, что свободно-текущий период у большинства людей несколько превосходит 24 час, поэтому люди быстрее адаптируются к фазовой задержке времени (перестройка занимает меньше времени при перелете в западном направлении, Аschoff J., 1964).  Это подтверждают данные, полученные и другими учеными, которые обнаружили более быстрый сдвиг фазы суточных ритмов после перелета на запад (Моисеева Н.И. и др., 1979;  Lavernhe J., 1964;  Klein K.E. et al., 1972;  Wegmann H.M. et al., 1970).

После обобщения данных, полученных зарубежными  исследователями, J.Aschoff и соавт. (1975) пришли к выводу, что ресинхронизация циркадианных ритмов после перелета на запад идет со средней скоростью 92 минуты в сутки, а после перелета на восток - 57 минут в сутки.

Сравнительно  недалекие по расстоянию перелеты могут  не сопровождаться ощущениями дискомфорта и субъективными жалобами, однако при медицинском обследовании выявляются явления скрытого десинхроноза (В.А.Матюхин, А.А.Путилов, 1984). Так, например, измерения температуры тела свидетельствует, что пересечение всего лишь 0,5–часового пояса за сутки уже приводит к нарушению хроноструктуры циркадианного ритма температуры тела, которая восстанавливается позже других показателей (T.Sasaki, 1964).

Неплохим  примером влияния геофизических  и социальных датчиков времени на циркадианную систему человека может служить часовой сдвиг, который производится 2 раза в году при переходе на летнее или зимнее декретное время, эквивалентное перелету в соседний часовой пояс. Десинхроноз, как правило, не возникает, однако изменение декретного времени приводит к заметным нарушениям циркадианной  ритмики (Monk T.H., Folkard S., 1976).

А.В.Евцихевич (1970) считает, что выраженные явления десинхроноза наступают при пересечении 3-х и более часовых поясов. Типичными проявлениями десинхроноза являются вялость, усталость, нарушения сна, деятельности желудочно-кишечного тракта, часто наблюдаются головные боли, шум в ушах и др. (В.М.Ярославцев, 1967; В.А.Матюхин, Д.В.Демин, А.В.Евцехевич и др., 1967; J.Lavernhe, 1964).

Некоторые исследователи считают, однако, что  десинхронизация циркадианных ритмов становится ощутимой только при перелетах в пункты с 4-х часовой разницей во времени (Евцихевич А.В., 1970; Матюхин В.А. и др., 1976; Siegel P.V. et al., 1969). Другие авторы считают, что для этого достаточно пересечь 2-3 часовые пояса (Гингет В.П., 1970; Степанова С.И., 1977); имеются мнения о том, что десинхроноз вызывают пересечения не менее 6-7 часовых поясов (Fabbro G.D., 1970).

Н.И.Моисеева и соавт. (1975) отмечают, однако, что  при решении этого вопроса  необходимо учитывать различия  чувствительности отдельных функций организма к фазовым сдвигам. Например, изменения в функциональных характеристиках сердечно-сосудистой системы возникают при пересечении 3 часовых поясов, а достоверные изменения картины сна (ЭЭГ) возникают лишь при пересечении 9 часовых поясов. Из приведенного выше примера видно, что изменения ритма терморегуляции наступает даже после 0,5 часового сдвига. Следует подчеркнуть тем не менее, что различия отдельных показателей может рассматриваться само по себе как свидетельство рассогласования физиологических функций, приводящего к скрытым формам десинхроноза даже при сравнительно небольших трансмеридиальных перелетах (о чем уже упоминалось выше)(Матюхин В.А., Путилов А.А., 1984).

Восстановление  любых физиологических и биохимических  показателей происходит постепенно, однако, темпы этого восстановления также неодинаковы, и возможно длительное сохранение  внутренней неустойчивой или временной (по М.С.Мoore-Ede et al., 1977) десинхронизации циркадианных ритмов организма. Согласно результатам экспериментов и послеполетных обследований, сравнительно легко восстанавливается режим сна и бодрствования, ЭЭГ-показатели и простые психомоторные реакции. Процесс перестройки более сложных психофизиологических функций может занять довольно длительное время. Еще позже восстанавливается деятельность сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной и выделительной систем. Наиболее “инертными” считаются показатели терморегуляции, внутриклеточные процессы, основной, гормональный и солевой обмен (Алякринский Б.С., 1975; Матюхин В.А. и др., 1976, 1983; Степанова С.И., 1977; Hanty G.T., Adams T., 1966; Klein K.E. et al., 1972; Elliott A., 1972; Wever R., 1979; Wegmann H. et al., 1983).

Однако  данные многих авторов относительно времени, необходимого для перестройки конкретных психических, физиологических и биохимических показателей, весьма противоречивы. Так, в ряде работ, выполненных с участием К.Е.Клейна и Г.М.Вегмана, расчетное время ресинхронизации ритма выделения 17-гидроксикортикостероидов после перелета на запад через 6 часовых поясов составило 3-10 суток, после аналогичного перелета на восток - 3-13 суток. Ритм температуры тела после перелета на запад восстанавливается за 3-12 суток, после перелета на восток - за 3-15 суток, а ритм психомоторной реакции (Kugeltest), соответственно за 3-10 и 3-12 суток (Aschoff J. et al., 1975). Восстановление субъективного состояния наступает через 5 дней в случае перелета 4-х часовых поясов, через 10 дней в случае перелета 6-7-и часовых поясов, по мнению ряда авторов. 

Расчетные темпы ресинхронизации во многом зависят от выбора фазовой характеристики. Максимум и минимум фазовой кривой возвращаются к норме с разной скоростью (Wegmann H.M. et al.,1970). Существует различие скорости настройки на новое время фазы утреннего подьема температуры тела и фазы ее вечернего снижения (последняя сдвигается медленнее)(Sasaki T., 1964).

Часто на протяжении 24 часов обнаруживается не один, а несколько максимумов, т.е. наблюдается как бы наложение старого и нового режимов (Матюхин В.А. и др., 1976; Elliott L. et al., 1972; Colguhoum W.P., 1984), и таким образом отдельный биологический процесс может иметь раздельную ресинхронизацию, при этом одна циркадианная составляющая подстраивается под новую фазу датчика времени путем опережения, а другая - путем задержки ( Aschoff J. et al., 1975).

Следует отметить, что в ходе перестройки изменяются не только фазовые (и, следовательно, частотные) характеристики суточных ритмов, так уже после 3-часового сдвига поясного времени обнаруживается уменьшение размаха 24-х часовых колебаний физиологических показателей (Путилов А.А., 1985). Снижение амплитуды более выражено после перелета на восток ( Klein K., 1972; Aschoff J., Wever R.A., 1980). Минимальные амплитуды наблюдаются в то время, когда скорость фазового сдвига наиболее высока (Матюхин В.А. и др., 1983; Kippert F., 1992).

Эти данные позволяют заключить, что  фазовый сдвиг синхронизаторов  нарушает согласованную динамику колебаний суточного ритма, и их фазы могут сдвигаться независимо друг от друга (Путилов А.А., 1982, 1987).

После трансмеридионального перелета часто изменяются среднесуточные величины физиологических и биохимических показателей, что объясняется не только перестройкой биоритмов, но и климатическими особенностями регионов в ходе адаптации к ним (Матюхин В.А. и др., 1976, 1983).

Фазовая перестройка циркадианного ритма нередко заканчивается быстрее, чем восстанавливается его средний уровень. Так, у спортсменов после перелета 7-и часовых поясов максимумы и минимумы дневной динамики частоты сердечных сокращений (ЧСС) возвращаются к исходным значениям уже на 4-5 сутки, но при этом до 28-го дня сохраняется повышенный размах среднесуточной частоты пульса и деформированная форма кривой пульса (Ежов С.Н., 1979).