Одна из разгадок сущности суточного ритма сон - бодрствование заключается в ритме природных явлений. Все явления в природе совершаются циклично и связаны с движением Земли вокруг Солнца. Имеется годовая периодичность, проявляющаяся в смене времен года. Месячные периоды складываются в лунные месяцы. В основе смены дня и ночи лежит суточная периодичность. Ритм предусматривает равномерное, последовательное повышение и понижение активности всякого явления в природе. Периодичны затмения солнца, лунные циклы, наводнения, деятельность вулканов.
Наибольший интерес вызывают суточные ритмы. Подмечено, что в определенные часы ночи перестает журчать вода в ручьях, ветер слабее шелестит ветвями, снижается температура воздуха, слабеет энергия химических процессов в органических и неорганических веществах. Яркий пример суточного ритма - океанские приливы и отливы. Все это накладывает отпечаток на растительный и животный мир. Растения имеют не только годовой, но и суточный цикл. Так, мимоза и акация складывают листья ночью и распускают их днем. Некоторые цветы испускают запах и нектар лишь в определенные часы суток. Отдельные виды водорослей начинают светиться в определенное время. Имеют суточные ритмы и животные. Различают дневных и ночных животных, у которых активность приходится на определенное время суток.
Несомненно, что природные ритмы не могли не оказать влияния на человека, живущего в тесном общении с окружающей его природой. Человек не рождается с суточным ритмом, а постепенно его «заучивает». У новорожденных отмечаются часовые ритмы, половину часового цикла ребенок проводит неподвижно, а половину в движении. Постепенно ритм перестраивается, период относительной неподвижности составляет 8 часов и приходится на ночь, а бодрствование на дневные часы. Однако и после этого днем и ночью отмечается часовая активность. Вырабатываемый цикл называют циркадным от латинского «circa diem», в переводе «вокруг дня» (по смыслу - ритм дня, который характеризуется закономерной сменой интенсивности физиологических обменных процессов, совершаемых в организме).
Наиболее показательное проявление циркадного цикла - колебание температуры тела. Максимальная величина температуры совпадает с периодом наибольшей активности - физической и умственной работоспособности и приходится у человека на середину дня. Этот ритм вырабатывается каждым индивидуумом в процессе его развития, но имеет глубокие эволюционные корни. Необходимость развития максимальной активности днем для обеспечения условий существования предопределила и максимальную интенсивность биохимических процессов в это время дня, и их снижение в ночные часы. Циркадный цикл отличается большой устойчивостью. У ряда людей вообще не проявляются приспособления к меняющимся условиям жизни, у других ритм может быть сдвинут путем систематической тренировки. Чаще всего о степени перестройки ритма судят по сдвигам кривой температуры тела. Однако установлено, что имеются еще более устойчивые ритмы, сохраняющиеся и тогда, когда температурный ритм перестроен. В связи с этим возникает вопрос о степени влияния факторов внешней среды и внутренних факторов на циркадный цикл.
В последние годы активно обсуждается вопрос о так называемых внутренних часах организма. Несомненно, что внешние факторы - мощный раздражитель нервной системы. Среди них первое место занимает свет, влияющий на деятельность нервных центров, регулирующих состояние эндокринных желез и интенсивность обмена веществ. Вместе с тем предположение о ведущей роли внешних факторов (света, температуры) должно было бы привести к выводу о том, что биологические часы могут идти с разной скоростью в зависимости от изменения внешних факторов. Еще в XVIII веке Де Мэрон доказал, что периодические движения листьев совершаются при постоянной температуре и в полной темноте, чем было положено начало изучению биологических ритмов.
Исследования показали, что исключение внешних факторов не меняет существенно внутреннего ритма, остающегося в 24-часовом графике. Различают биологические часы (первичные механизмы, генерирующие ритмы) и стрелки (регулируемые механические процессы). Внешние факторы играют роль датчиков времени. По-видимому, они играют особо важную роль в период становления ритма, после чего большее значение имеют внутренние механизмы, обеспечивающие поддержание внутреннего ритма.
Специальные эксперименты по изучению условий жизни в различных зонах Земли позволяют уточнить роль внешних факторов. Исследования в условиях зимовки в Арктике и Антарктиде показывают, что нарушения суточного ритма при правильном строгом распорядке дня не происходит. (Имеются сведения, что жители Крайнего Севера в прошлом, до приобщения их к современной цивилизации, спали больше в период полярной зимы, чем во время полярного дня.) И все же полярный день, не нарушая ритма, может накладывать отпечаток на распорядок нормальной городской жизни. По свидетельству очевидцев, в Норильске летом можно заметить в 1-3 часа ночи ребятишек, играющих в песке, и взрослых, направляющихся на купание.
Циклические изменения, совершающиеся в организме, несомненно накладывают отпечаток на периодическое возникновение некоторых патологических состояний. Широко известна периодичность малярийных пароксизмов. Наблюдался целый ряд заболеваний, при которых через определенные интервалы возникали отек сустава, неукротимая рвота, подъем температуры, боли в области живота. Следует думать, что в организме все метаболические системы имеют определенные циклы деятельности. Различные патологические процессы либо расшатывают и нарушают эту цикличность, либо ее синхронизируют. Один из таких циклов - менструальный. На Западе статистически достоверно удалось показать, что у женщин конфликты с полицией, дурные поступки школьниц, чаще наблюдаются за несколько дней до менструаций.
В определенные периоды суточного цикла, когда температура минимальна, чаще наступает смерть во время заболевания. В этот же период крысы максимально чувствительны к токсину ботулизма, а мыши к рентгеновскому облучению.
Суточный ритм оказывает влияние на многие проявления жизнедеятельности. Здоровые испытуемые ночью менее работоспособны, чем днем (хуже совершается и психическая и физическая деятельность). Работники ночных смен плохо усваивают новый ритм физиологических функций. У 78% летчиков возникает десинхроноз (нарушение нормального ритма) при перелете через четыре-пять часовых поясов. Таким образом, внутренний суточный ритм организма реально существует, а смена сна и бодрствования одно из его проявлений.