Хронобиология. Возрастная периодизация

Среди множества подходов к возрастной периодизации человека есть те, которые построены на основе признаков, лежащих вне психического процесса в онтогенезе, в частности биогенетические теории. Все они основываются на проявлениях внешних признаков онтогенеза. Но ведь за этими признаками кроется более глубинная сущность.

Процессы в живых биологических объектах, клетках, это системные процессы ферментного синтеза белков и других химических соединений, необходимых для существования клетки во внешней среде. Ферментные свойства белков сильно зависят от внешних условий и прежде всего от температуры. С определенных температурных значений ферментная активность белков начинает меняться очень сильно. Для человеческого организма нижняя граница ферментной активности приходится примерно на 35 градусов. Оптимальная температура для согласованного протекания биохимических процессов в человеческой клетке - 36,6 град. И диапазон колебаний, без нарушений согласованности таких процессов внутри клетки, довольно узок. Многоклеточные организмы научились использовать эту зависимость для выживания при атаках микробов. Локальное повышение температуры в месте проникновения болезнетворных организмов приводит к сбою в системной последовательности ферментного синтеза в клетках микробов, что значительно снижает их активность. Впрочем, и атакованных клеток организма тоже. Но численность клеток в организме намного больше, чем численность атакующих бацилл на начальном этапе заболевания, поэтому жертвуя частью своих клеток, организму удается локализовать болезнетворное размножение бацилл. К тому же повышение температуры, распространяющееся от очага поражения, активизирует биохимические процессы по выработке защитных тел (клеток).

Ферментная активность белков зависит не только от температуры, но и от воздействия других внешних факторов, как-то давление, влажность, радиационное облучение. Воздействие этих факторов при значительных отклонениях от нормы, применительно к отдельной клетке, приводит зачастую к фатальным последствиям для нее. В отличие от отдельной клетки многоклеточный организм имеет преимущества в способности выдерживать кратковременные отклонения от нормы, регенерируя новые клетки взамен пострадавших. Но зато многоклеточный организм подвержен влиянию длительных, даже относительно небольших изменений параметров внешней среды. На такие случайные отклонения организму требуется ощутимая по времени адаптация к изменившимся условиям.

Помимо случайных, в природе существуют циклические природные изменения параметров внешней среды. Наиболее распространенные из них – суточные изменения, связанные с вращением Земли вокруг своей оси и, как следствие, со сменой дня и ночи. Им соответствуют циркадные ритмы в биологических организмах. Наличию других биоритмов организмы обязаны вращению Земли вокруг Солнца и, как следствие, смене климатических условий, свойственных временам года.

Если проявление циркадных ритмов свойственно практически всем наземным представителям флоры и фауны, то ритмы, зависящие от климатических условий, проявляются не так выражено, и в существенной мере их проявление зависит от широт ареалов обитания организмов. И, тем не менее, они есть, отчетливо проявляясь в частности периодами половой активности. У человека биологическая зависимость от смены времен года также выражена. Сказывается влияние природных условий за долгий эволюционный период развития человека. В ходе эволюции эта зависимость приобрела и более тонкую структуру, совпадающую с периодичностью фаз Луны и вращением Земли вокруг Солнца. Со временем эта структура отразилась в переходе большей части человечества к двенадцати месячной периодизации своего существования во времени, как наиболее полно отвечающей периодичности изменений климатических условий на планете и внутренним биоритмам человека.

Среди множества биоритмов, присущих организму человека, самой фундаментальной и продолжительной является периодическая гормональная перестройка. Есть все основания рассматривать гормоны, как белковые комплексы, ответственные за появление в ядерной структуре клеток, восприимчивых к таким гормонам, химических веществ, называемых промоторами. Именно промоторы активируют строго определенные участки ДНК, запуская синтез определенных белков, и временная смена состава промоторов под действием гормонов регулирует развитие организма во времени. Ответственными за продуцирование гормонов, как правило, являются железы. Железы – органы, сильно зависящие от воздействия внешних факторов. Кроме того, каждый вид желез развивается во времени и во взаимосвязи с воздействием гормонов других желез. Поэтому различные железы имеют свои, отличающиеся друг от друга, функциональные сроки развития и биологической активности. Одним словом, железы на протяжении жизни субъекта регулируют физиологию его биологического существования. Таким образом, хотя последовательность такой регулировки записана в генетическом коде хромосом, она в сильной мере зависит и от внешних условий обитания, и в особенности тех, которые связаны с климатическими процессами на Земле.

Климатическим процессам свойствен циклический характер, обусловленный вращением Земли вокруг своей оси и ее вращением вокруг Солнца. Зависимость биологических процессов от климатических условий в ходе эволюции обусловила корреляционную зависимость и циклов гормональной перестройки не только человека, но и многих других видов животных. Если исходить из того, что годовые климатические циклы имеют помесячную периодизацию, связанную с годовым колебанием температуры среды, то появляются основания предположить, что и гормональная перестройка высших животных в процессе эволюции сохранила такую периодизацию. Это предположение подтверждает и тот факт, что у достаточно большого числа видов современных млекопитающих средняя продолжительность существования колеблется в пределах 12-24 лет.

Также как годичный цикл природных явлений разбивается на четыре климатических периода, так и весь период жизни прародителей гуманоидов можно разбить на четыре возрастных периода: молодой, половозрелый, зрелый и старый. Если принять гипотезу двенадцатикратной периодизации всей биологической жизни млекопитающих, то для многих их видов половое созревание будет приходиться на конец второго – начало третьего периода биологической жизни. Не исключение составляют приматы и люди.

Дожить до предельного биологического срока удается далеко не всем. Если следовать теории Эдмунда Галлея, то график смертности для млекопитающих, у которых не развит стайный образ жизни, соответствует нормальному закону распределения. Отсюда, средняя продолжительность жизни у таких животных составляет половину биологического срока жизни. С другой стороны, жизнь в стае способствует выживаемости взрослых особей, и, тем самым, деформирует этот график, сдвигая его максимум в сторону биологического срока существования. График при этом приобретает вид Бреславльских графиков смертности [5,9,15,19], а с наших позиций - приближается к обратному Максвелловскому распределению вероятностей (исключая детскую смертность).

Рисунок 1. Кривая смертности

Уравнение плотности вероятности обратного Максвелловского распределения:

 ,

где  параметр, t_m – биологический срок жизни, x – возраст умершего.

Цивилизационные формы существования людей окончательно деформируют график в Максвелловское распределение. В нем возраст, соответствующий максимальной численности умирающих, отличается от средней продолжительности жизни в 1,13 раза. Биологический срок жизни при таком распределении можно оценить по формуле:

 _,

где t_m – биологический срок жизни,

 – цивилизационный коэффициент,

t₀ – возраст, соответствующий максимальной смертности.

Цивилизационный коэффициент определяет степень изменения вероятностного распределения смертей и принимает значения от 2, соответствующего нормальному закону распределению, до нуля – соответствующему гипотетическому значению, при котором график может принять вид, когда срок жизни биологического субъекта сравняется с его биологическим сроком выживаемости. В настоящее время для развитых стран, исходя из графика (рис. 1), составленного по значениям из таблицы смертности населения США 1979-1981гг.[4], значение этого коэффициента можно оценить в 1,1.

Данные разных источников оценивают изменение средней продолжительности жизни людей за всю историю цивилизации с 25 лет в Древнем Египте до 77 лет в настоящее время. Особенно существенно она увеличилась за последние сто лет. А вот биологический срок жизни изменился при этом не так сильно, так как его изменение обусловлено преимущественно генетическими изменениями в молекулах ДНК. Есть несколько работ, посвященных биологическим аспектам жизни, в которых срок закрепления устойчивых молекулярных изменений в хромосомах путем естественного отбора оценивается в десятки и даже сотни тысяч лет. В тоже время целенаправленная селекция позволяет сократить этот срок до десятков лет. Очевидно, что никто и никогда не занимался такой селекцией среди людей. С другой стороны, можно предположить, что цивилизационные процессы сами по себе обладают селективными свойствами, так как создают благоприятные условия семьям и сообществам, культивирующим социальные связи и зависимости нескольких поколений. И такая селекция особенно сильно возросла за последнюю сотню лет. Поэтому изменение средней продолжительности жизни в развитых странах произошло в этот период не только за счет смещения максимальной численности умирающих в сторону большего возраста за счет больших успехов медицины, но, в какой-то мере, и за счет увеличения предельного биологического возраста.

Если считать, что отношения в племенах первобытных людей не очень сильно отличались от отношений в стадах приматов, то средний срок жизни таких людей мало отличался от современного среднего срока жизни высших приматов. Публикуемый в литературе срок жизни шимпанзе в 50-60 лет, скорее всего соответствует их содержанию в питомниках, где на значение таких сроков сильное влияние оказывает медицинская помощь человека. Поэтому можно полагать, что график смертности таких шимпанзе будет соответствовать обратному Максвелловскому распределению с Т_m = 50 лет и с биологическим сроком их жизни в 60 лет. А вот средний срок жизни тех же приматов в естественных условиях будет не очень отличаться от нормального закона распределения, и тогда Т_m = 30 лет. Исходя из сформулированного предположения, что весь биологический срок укладывается в двенадцать циклов гормональных перестроек организма, получаем, что продолжительность одного такого цикла, который назовем гормональным, составляет 5 лет. Если исходить из срока полового созревания к концу второго гормонального цикла, то получаем, что возраст полового созревания приматов составляет 10 лет. Это лишь на два года больше приводимых в литературе значений.

Полагая, что за десять тысяч лет, прошедших со времен неолита, продолжительность биологического цикла увеличилась на год, получим, что к концу неолита биологический срок жизни высших приматов был равен 48 годам, а средняя продолжительность их жизни составляла 24 - 25 года. В этих же пределах, видимо, была и продолжительность жизни первобытных людей, да и людей первых тысячелетий цивилизационной эры.

Очевидно, что фактор селекционного воздействия цивилизации на биологические сроки жизни людей очень сильно зависит от материального положения этих людей в социуме. Значительные различия в материальном положении людей и малая доля обеспеченных людей в докапиталистических формациях позволяют считать, что воздействие указанного фактора на среднюю продолжительность биологического срока жизни людей в таких формациях мала, и, известное из публикаций некоторое увеличение продолжительности жизни в цивилизованных странах к началу XIX века обусловлено лишь определенными социальными и медицинскими достижениями. Лишь с начала XIX века социальное положение большей части людей в развитых странах начинает меняться. В силу того, что репродуктивный возраст приходится на 3 – 4-ый гормональные циклы, селективное влияние социальных факторов начинает сказываться на сроках биологической жизни никак не раньше четвертого поколения, то есть примерно через век. Поэтому правомерно предположить, что, начиная с XX века, продолжительность гормональных циклов увеличивается, а вместе с ним возрастает и биологическая продолжительность жизни.

Предполагая, что к концу XIX века цивилизационный коэффициент составлял около 1,5, и средняя продолжительность жизни в развитых странах была около 48 лет, имеем продолжительность биологического срока жизни на тот момент времени 60 лет, с продолжительностью гормонального цикла 5 лет. Взрывное развитие техники, социальных отношений и медицины привели в XX веке в развитых странах к значительным изменениям средней продолжительности жизни, составив 60 лет. Предполагая также, что цивилизационный коэффициент изменился при этом до 1.3, получим, что биологическая продолжительность жизни в этот период составляла 70 лет, а продолжительность гормонального цикла 6 лет. Наконец, на начало XXI века средняя продолжительность жизни в развитых странах составляла 77 лет, цивилизационный коэффициент, исходя из графика на рис. 1, имел значение 1.1, поэтому имеем биологическую продолжительность жизни в развитых странах равную 87 годам, продолжительность гормонального цикла 7,25 лет.

Все приведенные расчеты имеют оценочный характер, отображая наличие определенных взаимозависимостей. Опять же, даже эти зависимости имеют место быть лишь для стран с высоким социальным статусом своих граждан. Поэтому и разброс значений средней продолжительности гормонального цикла среди населения Земли будет достаточно большим. По нашим оценкам от 5 до 8 и более лет. Таким же будет и разброс средних величин биологического срока жизни.

Среди достаточно обширных публикаций по периодизации биологической жизни людей наиболее известными являются: периодизация по психосоциальным признакам, предложенная Эриксоном; классификация академии педагогических наук 1965 года; периодизация в медицине, опирающаяся на соответствующие возрасту анатомические и физиологические особенности организма.

Несмотря на многообразие подходов [6,12,13,18] все они, так или иначе, но выделяют четыре основных периода в биологической жизни людей: юность, молодость, зрелость, старость. А вот более детальная периодизация во многом определяется особенностями научного подхода к данному вопросу. Наиболее близок к идеям, рассматриваемым в данной работе, является определение периодов по биологическим особенностям организма человека разного возраста:

Возрастные периоды у детей

Период новорождённости (неонатальный период) — первые 4 недели

Грудной период: от 4-х недель до 1 года

Раннее детство: 1-3 года

Дошкольный возраст: 3 года — 6-7 лет

Младший школьный возраст: 6-7 — 10/12 лет

Подростковый период:

девочки: 10 — 17-18 лет

мальчики: 12 — 17-18 лет

Возрастные периоды взрослого человека

Юношеский период:

юноши: 17 — 21 год

девушки: 16 — 20 лет

Зрелый возраст (1 период)

мужчины: 21 — 35 лет

женщины: 20 — 35 лет

Зрелый возраст (2 период)

мужчины: 35 — 60 лет

женщины: 35 — 55 лет

Пожилой возраст: 55/60 — 75 лет

Старческий возраст: 75 — 90 лет

Долгожители — 90 лет и более

Классификация биологических периодов в жизни человека исходя из подхода, изложенного в данной статье, будет несколько отличной. Полагая, что для развитых стран средняя продолжительность гормонального цикла в настоящее время составляет 7 лет, получаем следующую периодизацию этих циклов:

Юность

Детство: 1 - 7 лет;

Подростковый возраст: 7 - 14 лет;

Юность: 14 - 21 год

Молодость

Молодость: 21 - 28 лет;

Взрослость: 28 - 35 лет;

Средний возраст (1): 35 - 42 года

Зрелость

Средний возраст (2): 43 - 49 лет;

Зрелый возраст (1): 49 - 56 лет;

Зрелый возраст (2): 57 - 63 года

Старость

Пожилой возраст(1): 63 - 71 год;

Пожилой возраст(2): 72 - 77 лет;

Старческий возраст: 77 - 84 года

Престарелые: больше 84 лет

Сравнение периодизации по биологическим особенностям человека и 12-кратной периодизации показывает определенное их совпадение, особенно с учетом величины статистических разбросов приводимых значений.

В пользу 12 кратной периодизации говорит менструальный цикл у женщин. Более того, его 28-дневная продолжительность позволяет предположить, что на заре становления человека как вида скорость вращения Земли вокруг Солнца была больше и продолжительность оборота Земли вокруг Солнца была кратна 28. Что согласуется с оценочными геофизическими расчетами, исходящими из равномерно уменьшающейся массы Солнца, обусловленной излучением за 10 млн. лет.

Таким образом, существует корреляционная связь между генетически обусловленной периодизацией возрастных изменений с периодичностью климатических сезонных изменений на Земле. По меньшей мере два возрастных цикла, связанные с появлением и увяданием гормональной половой активности, очевидны. По другим проявлениям возрастных гормональных изменений систематизированных данных практически нет, но, как показано в данной статье, существуют достаточные основания для утверждения их объективного существования.

Очевидно, что индивидуальная продолжительность гормональных циклов, скорее всего, будет отличаться от среднестатистического значения, рассматриваемого в данной статье. Можно предположить, что у так называемых «вундеркиндов» с феноменально ранним проявлением способностей гормональный цикл имеет существенно меньшую продолжительность, чем среднестатистический. Такое быстрое созревание, скорее всего, скажется и на биологическом сроке жизни индивидуума. Равно как и наоборот - инфантильное развитие, проявляясь в поздних сроках интеллектуального созревания, является скорее всего признаком отклонения продолжительности биологических циклов от среднестатистических в большую сторону. В соответствии с предложенным подходом следует ожидать, что и биологический срок жизни таких людей будет существенно выше среднестатистического.

Нет оснований считать, что продолжительность каждого из двенадцати гормональных циклов на протяжении жизни будет равной. Скорее всего, будет колебаться в пределах определенных значений, зависимых от условий жизни индивидуума. Это тем более верно для случаев врачебного, особенно хирургического вмешательства в функционирование организма, а также случаев длительных патологических его состояний.

Системная гормональная открытость предполагает наличие биологической структуры в организме человека, обеспечивающей устойчивость гормональной системы и адаптируемость всего организма как к изменениям условий среды, так и к функциональным изменениям в физиологии человека под действием гормонов. Очевидно, что в такой адаптации центральную роль играет нервная система организма. Следовательно, и сама биологическая структура управления гормональной системой человека, и как следствие, продолжительностью биологических циклов, эволюционно сформировалась в глубинных структурах нейронной системы человека, располагаемых в его мозгу. Такое расположение и свойство системной открытости биоструктуры гормональной регуляции позволяют предположить наличие определенного механизма воздействия на эту структуру как со стороны среды, так и со стороны структур, отвечающих за высшую нервную деятельность человека, то есть сознания.

Если исходить из трехуровневой организации памяти человека [11], функциональная корректировка биомеханизма гормональной регуляции осуществляется со стороны нейронных структур, отвечающих за третий, глубинный уровень памяти. Особенностью такого воздействия является необходимость исключительной временной стабильности, а это возможно только в периоды отключения всех структур памяти как от внешнего воздействия, так и от внутренних процессов переработки информации. То есть в периоды глубокого сна. Такой механизм коррекции в какой-то мере объясняет необходимость глубокого сна в посттравматические периоды, требующие значительной гормональной настройки, а также в так называемых трансовых состояниях человека, достигаемых длительной тренировкой и последующей медитацией.

Известно, что «современная возрастная периодизация исходит из положений:

1) возрастное членение развития не совпадает с течением времени, год развития в одном возрасте не совпадает с годом развития в другом возрасте; 

2) периодизация развития требует учета разнородных детерминант социального и биологического развития, причем роль одного и того же признака в разные периоды различна;

3) разные системы человека имеют особый, присущий им характер и темп становления, который изменяется на разных этапах, развиваются гетерохронно, что обуславливает внутреннюю противоречивость развития и источник критических периодов развития; 

4) построение возрастной периодизации в онтогенезе связано с течением исторического времени» [2]

Все вышеизложенное в статье отвечает перечисленным требованиям, обосновывает причинно-следственную связь с источниками их проявления, и в какой-то мере подводит доказательную базу.

Выводы. Анализ механизма регуляции биологической активности организма на всем периоде его жизнедеятельности позволяет приоткрыть объективные причинно-следственные связи многих проявлений физиологических состояний человека, в том числе и посмотреть под несколько иным ракурсом, чем общепринятый на причины возникновения и течения ряда его патологических состояний.

Предложенная возрастная периодизация отражает фундаментальную последовательность гормональных циклов в организме человека, связанных с его биологией. А именно, периодом роста всего организма и его органов, возобновляемым функционированием органов, компенсационным функционированием и остаточным функционированием. Одной из основных физиологических систем человека, определяющей его биологическую активность, является сердечно-сосудистая. Для продления ее функционирования важным является своевременное переключение режимов нагрузки на организм при достижении возрастного периода компенсационного функционирования, и тем более последнего периода.

Генетически обусловленная продолжительность жизни человека в современном цивилизованном социуме составляет 84 года. При средне-квадратичном отклонении продолжительности одного гормонального цикла в один год, средне-квадратичное отклонение в продолжительности жизни индивидуума составляет 12 лет. Тогда подавляющее большинство отклонений продолжительности жизни индивидуумов укладывается в интервал от 48 до 120 лет (три сигмы). Где 48 лет – минимальная продолжительность жизни при смерти, обусловленной генетическим механизмом регулирования гормональных циклов.