ГЛАВА III Как опасно быть человеком

Биологические часы

Человеку, как и всем живым существам и растениям на Земле, свойственны внутренние физиологические ритмы, которые определяются периодом суток, длящихся на его родной планете 24 час. Существование этих ритмов было подмечено еще в IV веке до н. э. Андрофен, сопровождавший Александра Македонского, наблюдал, как в течение дня поднимаются и опускаются листья тамаринда. Эти периодические изменения назвали суточными ритмами, они очень важны для всех живых существ на Земле. Типичными суточными ритмами у человека являются частота деления клеток, частота пульса и дыхания, потребление кислорода, перистальтика кишечника, работа желез, а также периоды сна и бодрствования. Уже более ста лет врачам известно, что у человека в течение суток меняется температура тела: рано утром она самая низкая, а к вечеру повышается. Строгая временная последовательность физиологических функций отмечена для всех уровней организации — от биохимических процессов в каждой клетке человеческого тела до сложных реакций всего организма. Как показано экспериментальным путем, в основе суточных ритмов лежат эндогенные, самоподдерживающиеся колебания. Образно говоря, организм человека имеет внутренние самозаводящиеся и полностью автономные «часы», или, если использовать термин из области электроники, «осцилляторы», то есть генераторы колебаний с периодом, равным 24 час. Эти осцилляторы находятся в определенных фазовых соотношениях с изменениями физических условий окружающей среды. Физиологи полагают, что ход этих биологических часов устанавливается под влиянием некоторых из этих изменений. К таким наиболее хорошо известным изменениям условий окружающей среды относятся смена дня и ночи, а также изменения температуры. От «установки» часов зависит «программа» деятельности человека в течение суток с гарантией того, что к нему в определенное время придут чувство голода, желание спать и т. д. Таким образом, работой физиологических систем человека управляет какой-то внутренний регулятор — метроном, который установлен по местному времени. Физиологический механизм этого «прибора» остается пока тайной и не может быть в настоящее время полностью объяснен ни биохимическими, ни биологическими процессами.

Мы знаем, что суточные ритмы сохраняются даже у исследователей Арктики и Антарктики, где солнце в летние месяцы не опускается за горизонт. Тщательно проведенные эксперименты, во время которых освещенность, температуру, влажность и атмосферное давление окружающей среды поддерживали на строго фиксированных уровнях, показывают, что период суточных ритмов на протяжении ряда дней и месяцев несколько отклонялся от обычного (24 час). В то же время периоды бодрствования и сна можно изменять, искусственно меняя длительность ночного и дневного освещения, но в сумме их период все-таки остается равным 24 час.

Интересно отметить, что у новорожденных детей суточные ритмы сна или изменения температуры тела отсутствуют. Их периодичность устанавливается у детей только к шестимесячному возрасту. Вероятно, ребенок рождается со «свободно идущими» биологическими часами, ход которых начинает устанавливаться в течение первых месяцев жизни под влиянием колебаний освещенности, а также других, менее явных периодических изменений физических условий окружающей среды.

Что же происходит с биологическими ритмами, когда человек быстро перемещается из одного временного пояса в другой? В наше время это часто случается с пассажирами реактивных самолетов и в той же, если не в большей, мере, касается путешественников в космос. Тщательно разработанный сложный эксперимент на международных авиационных линиях провел Дж. Хайти (Делавэрский университет). У участников эксперимента измеряли ректальную температуру, потерю влаги организмом в результате потовыделения, частоту сердечных сокращений и дыхания, время реакций на различные сигналы, время принятия решения и степень утомления, то есть измеряли сдвиги как физиологических, так и психологических функций.

Измерения проводились за неделю до полета, в течение недели после прибытия в пункт назначения и в течение двух и более недель после возвращения. Полеты совершались из Оклахомы на запад, в Манилу, и на восток, в Рим. Был совершен также контрольный полет в направлении север — юг, из Вашингтона в Сантьяго, чтобы убедиться в том, что физиологические и психологические сдвиги, наблюдаемые во время полетов в направлениях запад — восток и восток — запад, были вызваны не только условиями самого перелета.

Несмотря на значительные различия в реакциях людей на условия полета, было установлено, что сдвиги по фазе во всех физиологических параметрах происходят только при полетах в направлениях запад — восток и восток — запад. Вообще же постоянные изменения всех физиологических параметров были не столь явно выражены, как сдвиги в физиологических ритмах, но, тем не менее, эти изменения наблюдались. Кроме того, период времени, который был необходим для восстановления нормальных ритмов, зависел от направления полета. При полетах на восток это время было меньшим, чем при полетах на запад. Было отмечено, что степень нарушения физиологических ритмов также находилась в какой-то связи с направлением полета, однако эта аномалия могла быть связана и с индивидуальными различиями участников эксперимента.

Этот научный эксперимент наглядно показал, что испытывают на себе пассажиры воздушных межконтинентальных линий, не подозревающие о существовании физиологических ритмов. После прибытия на место назначения они в течение нескольких дней обычно испытывают чувство голода в неподходящее для еды время, не спят ночью и бывают сонными днем. Кажется, что их умственные способности находятся на грани расстройства, они могут часто ошибаться. Поэтому деловым людям, и особенно государственным деятелям, следовало бы вылетать на другой континент приблизительно за неделю до участия в важных совещаниях или конференциях, чтобы их биологические часы установились по новому для них местному времени.

Рис. 27. Графики, иллюстрирующие явление суточных ритмов, или «биологических часов», у обезьян. Изменения в температуре тела и частоте сердечных сокращений у обезьяны на протяжении двух недель происходили приблизительно в одно и то же время суток. На обеих диаграммах штриховкой обозначены периоды, соответствующие темному времени суток

Мы не знаем, может ли суточный ритм человека расстраиваться полностью, и если да, то какую степень психофизиологического стресса будет вызывать у человека такая ситуация. Если периодичность жизненных функций человека жестко связана со сменой суток на Земле, то что случится с космонавтами в глубоком космосе, где физическая среда не характеризуется такими понятиями, как день и ночь, и нормальными значениями гравитации, влажности, температуры или атмосферного давления и где есть постоянно меняющиеся радиация и потоки метеоритов, а также магнитные поля? Будут ли их биологические часы еще долго настроены по земному времени или они полностью откажут? Этого мы пока не знаем. Не знаем мы также и того, смогут ли космонавты, высадившиеся на Марсе после, 250 дней пути, согласовать ритм своих биологических часов с ритмом времени новой планеты (сутки на Марсе длятся 24 час 37мин), В первое десятилетие пилотируемых космических полетов космонавты не испытывали больших сдвигов в своих суточных ритмах и их биологические часы согласовывались с привычным местным временем. Это ясно видно из помещенного выше графика, на котором приведена частота сердечных сокращений космонавта Дж. Ловелла («Джеминай-7») после запуска корабля. Черные штрихи соответствуют ночному времени на мысе Кеннеди. Как видно, частота сердечных сокращений космонавта регулярно уменьшалась в ночное для мыса Кеннеди время, независимо от того, над какой областью земного шара в это время пролетал космический корабль и был ли он в это время в освещенной или теневой зоне. Таким образом, в результате обсуждения проблемы физиологических ритмов и биологических часов в связи с будущими космическими полетами возникает больше вопросов, чем существует ответов. Однако эту проблему необходимо решить, и она будет решаться на борту орбитальных космических станций, обращающихся продолжительное время вокруг Земли. Создание таких станций последует после первых высадок человека на Луну.

Рис. 28. Во время орбитальных полетов «биологические часы» космонавтов остаются согласованными с местным временем космодрома. Как видно из приведенного графика (ломанная линия

Далее…