Регистрация периодических колебаний. Биологические часы

Для врачей очень важно научиться записывать периодические процессы, протекающие в организме. Для этой цели в физиологии и медицине применяют кимографы, с помощью которых записывают колебательные процессы, протекающие в сердце, легких, нервной системе, а также колебания температуры, давления и т. д.

На рис. 16 изображена схема электрокимографа. Барабан с закопченной лентой 1 установлен на валу 2, который приводится в движение электромотором, вмонтированным в корпус прибора 6. Скорость вращения барабана устанавливается специальным датчиком. Электрометроном 7 с отметчиком времени 4 вычерчивает на ленте пунктирную прямую - систему штрихов, которые задают масштаб времени.

Рис. 16. Электрокимограф

На этом рисунке 3, 5, 8, 9 — подвесная система с датчиком для демонстрации работы кимографа. В медицинских и физиологических исследованиях перо (конец стрелки) с помощью специальных устройств соединено с датчиком, расположенным на исследуемом объекте. По записанной на кимографе кривой можно не только судить о характере колебательного процесса, но и определить его важнейшие характеристики — период, частоту, амплитуду, декремент затухания и т. д.

Биологические часы. Факторы внешней среды, окружающие человека, животных, растения, также периодически изменяются. День и ночь сменяют друг друга точно по расписанию, без опозданий приходит весна, зима, лето, осень.

Оказалось, что растения, животные и человек унаследовали «календарную память». Когда день достигает определенной длины, растения начинают цвести, птицы петь, жители леса пробуждаются от зимней спячки. Биоритмы — это отражение цикличности явлений, происходящих в природе.

Еще в 1729 году французский ученый Мэран обнаружил, что растения способны «отсчитывать» время — их листья совершают определенные движения в течение суток. Птицы, рыбы и насекомые выработали у себя удивительное чувство времени. Они могут ошибаться лишь на несколько минут. Животные удивительно точно определяют время для спячки. Медведь-шатун, не улегшийся по каким-то причинам в спячку или потревоженный во время спячки, не доживает до весны.

Зимняя спячка животных — характерный пример годичного биологического ритма. Вот один из экспериментов, подтверждающих это.

Суслик был помещен в комнату без окон, где электрическое освещение делило сутки ровно пополам и где поддерживалась постоянная температура на уровне 0°С. И несмотря на то, что у суслика было достаточно корма и воды, он впал в спячку, примерно в то же время, что и на воле.

Палоло, морской кольчатый червь, живет в темных пещерах коралловых рифов на юго-западе Тихого океана. Он отличается удивительной пунктуальностью. Раз в году, всегда в последнюю четверть лунного месяца, в ноябре, он всплывает на поверхность океана для нереста.

В процессе многовекового развития организм человека тоже усвоил ритм внешних явлений. Так, температура тела человека, частота пульса, артериальное давление, дыхание, работоспособность и даже настроение изменяются в определенном ритме. Температура тела самая низкая — ночью. К утру она повышается и достигает максимума к 18 часам. У большинства людей в течение суток имеются два пика повышенной работоспособности. Первый подъем наблюдается от 9 до 12—13 часов, второй — между 16—18 часами. В периоды максимальной активности повышается и острота наших органов чувств: утром и днем человек лучше слышит и лучше различает цвета.

Возникли медицинские проблемы, связанные с биоритмами человека. Хирурги Флориды заметили, например, что операции на гортани, проведенные во вторую четверть лунного месяца, часто заканчиваются сильным кровотечением. Эффект введения многих лекарственных препаратов зависит от времени. Часть из них ночью действуют гораздо сильнее, чем днем. Скоро нас не будут удивлять предупредительные надписи на пузырьках с какой-либо микстурой: «Не принимать между 16 и 20 часами!». Подобные факты известны давно. Но объяснить и связать их удалось совсем недавно. Появилась даже новая наука — биоритмология.

Теперь ясно, почему болезненно переносятся стремительные перелеты самолетом через временные пояса — расстраиваются наши биологические часы. Еще не до конца ясен их механизм. Известно лишь, что управляет «часами» область головного мозга, воздействующая на гипофиз, а он в свою очередь задает режим работы всех желез, регулирующих жизнедеятельность организма.

Четкая ритмичность наблюдается в смене торможений и возбуждений в коре головного мозга. Бодрствование сменяется сном. Однако известны случаи нарушения этой закономерности. Сломались «биологические часы» у 77-летнего шведа Олафа Эриксона. Он не спит уже 46 лет. Когда потребовалось хирургическое вмешательство, врачам не удалось усыпить больного даже с помощью наркоза.

С трудом помогло лишь местное обезболивание. Житель Лондона Сидней Эдвард не спит с июля 1941 года. Сидней был очевидцем гибели невесты, и шок навсегда лишил его сна. В течение 20 лет не нуждается в будильнике и португалец Алинило Роза Морейро. С другой стороны, наблюдаются случаи длительного сна. Патриция Маггуира, например, спит беспробудным сном уже 20 лет! Вот какие казусы наблюдаются при нарушении биологических ритмов.

Недавно получены данные о том, что процессы старения связаны с биологическими часами и некоторые люди быстро стареют из-за нарушения их нормальной работы. Зная механизм биологических часов, можно будет «починить» их.

Изучение биологических ритмов необходимо и для космической медицины. Инженерам придется подумать о том, как создать для космонавтов искусственные день и ночь.