Влияние на человека биологических ритмов. Биоритмы организма человека
Наука, изучающая ритмичность в биологии, возникла в конце XVIII века. Ее основателем считается немецкий врач Христофор Вильям Гуфелянд. С его подачи длительный период организма считались зависимыми исключительно от внешних цикличных процессов, в первую очередь от вращения Земли вокруг Солнца и собственной оси. Сегодня хронобиология пользуется популярностью. Согласно доминирующей в ней теории, причины биоритмов лежат как вне, так и внутри конкретного организма. Причем повторяющиеся во времени изменения свойственны не только отдельным особям. Они пронизывают все уровни биологических систем — от клетки до биосферы.
Ритмичность в биологии: определение
Таким образом, рассматриваемое свойство является одним из фундаментальных характеристик живой материи. Ритмичность в биологии можно определить как колебания интенсивности процессов и физиологических реакций. Она представляет собой периодические изменения состояния среды живой системы, возникающие под действием внешних и внутренних факторов. Также их называют синхронизаторами.
Биоритмы, не зависящие от внешних (действующих на систему снаружи) факторов, являются эндогенными. Экзогенные, соответственно, не откликаются на воздействие внутренних (действующих внутри системы) синхронизаторов.
Причины
Как уже отмечалось, на первых этапах формирования новой науки ритмичность в биологии считалась обусловленной лишь внешними факторами. На смену этой теории пришла гипотеза внутреннего детерминирования. В ней внешним факторам отводилась незначительная роль. Однако достаточно быстро исследователи пришли к пониманию высокого значения обоих типов синхронизаторов. Сегодня считается, что биологические эндогенные по своей природе, подвержены изменениям под воздействием внешней среды. Эта идея стоит в центре мультиосцилляторной модели регуляции подобных процессов.
Суть теории
Согласно этой концепции, эндогенные генетически запрограммированные колебательные процессы испытывают воздействие со стороны внешних синхронизаторов. Огромное число внутренних ритмических колебаний многоклеточного организма выстроено в определенном иерархическом порядке. В основе его поддержания лежат нейрогуморальные механизмы. Они согласовывают фазовые взаимоотношения различных ритмов: однонаправленные процессы протекают синхронно, а несовместимые работают в противофазе.
Всю эту деятельность трудно себе представить без некоего осциллятора (координатора). В рассматриваемой теории выделяют три взаимосвязанные регулирующие системы: эпифиз, гипофиз и надпочечники. Эпифиз считается наиболее древним.
Предположительно у организмов, стоящих на низких ступенях эволюционного развития, эпифиз играет главную роль. Выделяемый им мелатонин вырабатывается в темноте и распадается на свету. Фактически он сообщает всем клеткам о времени дня. При усложнении организации эпифиз начинает играть вторую роль, уступая первенство супрахиазматическим ядрам гипоталамуса. Вопрос о соотношении в деле регуляции биоритмов обеих структур до конца не решен. В любом случае, согласно теории, у них существует «помощник» — надпочечники.
Виды
Все биоритмы делятся на две основные категории:
физиологические представляют собой колебания в работе отдельных систем организма;
экологические, или адаптивные необходимы для приспособления к постоянно меняющимся условиям окружающей среды.
Также распространенной является классификация, предложенная хронобиологом Ф. Хальбергом. За основу разделения биологических ритмов он взял их длительность:
колебания высокой частоты — от нескольких секунд до получаса;
колебания средней частоты — от получаса до шести дней;
колебания низкой частоты — от шести дней до года.
Процессы первого типа — это дыхание, сердцебиение, электрическая активность головного мозга и другая аналогичная ритмичность в биологии. Примеры колебаний средней частоты — это изменения в течение дня обменных процессов, режима сна и бодрствования. Третий включает сезонные, годичные и лунные ритмы.
Внешние по отношению к человеку синхронизаторы делятся на социальные и физические. Первые — это распорядок дня и различные нормы, принятые на производстве, в быту или обществе в целом. Физические синхронизаторы представлены сменой дня и ночи, напряженностью электромагнитных полей, колебаниями температур, влажности и так далее.
Десинхронизация
Идеальное состояние организма возникает тогда, когда внутренние биоритмы человека работают в соответствии с внешними условиями. К сожалению, так бывает не всегда. Состояние, когда происходит рассогласование внутренних ритмов и внешних синхронизаторов, называют десинхронозом. Он также существует в двух вариантах.
Внутренний десинхроноз — рассогласование процессов непосредственно в организме. Распространенный пример — нарушение ритмов сна и бодрствования. Внешний десинхроноз — это рассогласование внутренних биологических ритмов и условий среды. Подобные нарушения возникают, например, при перелете из одного часового пояса в другой.
Десинхроноз проявляется в виде изменения таких физиологических показателей, как артериальное давление. Часто он сопровождается повышенной раздражимостью, отсутствием аппетита, быстрой утомляемостью. По мнению хронобиологов, как уже говорилось выше, любая болезнь — результат рассогласования тех или иных колебательных процессов.
Суточные биологические ритмы
Понимание логики колебаний физиологических процессов позволяет оптимально выстраивать деятельность. В этом смысле особенно велико значение биологических ритмов длительностью около суток. Их используют как для определения эффективного так и для медицинской диагностики, лечения, и даже выбора дозы препаратов.
В человеческом организме сутки — период колебания огромного числа процессов. Одни из них изменяются существенно, другие — минимально. Важно при этом, что показатели и тех, и других не выходят за рамки нормы, то есть не становятся угрожающими здоровью.
Температурные колебания
Терморегуляция — залог постоянства внутренней среды, а значит, правильной работы организма для всех млекопитающих, в том числе и человека. Изменение температуры происходит в течение суток, при этом диапазон колебаний совсем невелик. Минимальные показатели характерны для периода от часа ночи до пяти утра, максимальные регистрируются около шести часов вечера. Амплитуда колебаний составляет при этом чаще всего меньше одного градуса.
Сердечно-сосудистая и эндокринная системы
Работа главного «мотора» человеческого организма также подвержена колебаниям. Существуют две временные точки, в которые снижается активность сердечно-сосудистой системы: час дня и девять вечера.
Свои ритмы свойственны и всем органам кроветворения. Пик активности костного мозга приходится на раннее утро, а у селезенки — на восемь часов вечера.
Секреция гормонов тоже непостоянна на протяжении дня. Концентрация адреналина в крови возрастает ранним утром и достигает своего пика к девяти часам. Такая особенность объясняет бодрость и активность, которые чаще всего свойственны людям в первой половине дня.
Акушеркам известна любопытная статистика: родовая деятельность в большинстве случаев начинается около полуночи. Это также связано с особенностями работы К этому времени активизируется задняя доля гипофиза, вырабатывающая соответствующие гормоны.
Утром — мясо, вечером — молоко
Для приверженцев правильного питания будут любопытны факты, связанные с пищеварительной системой. Первая половина дня — время, когда усиливается перистальтика желудочно-кишечного тракта, увеличивается выработка желчи. Печень утром активно расходует гликоген и отдает воду. Из этих закономерностей хронобиологи выводят нехитрые правила: тяжелую и жирную пищу лучше есть в первой половине дня, а после обеда и вечером идеальны молочные продукты и овощи.
Работоспособность
Не секрет, что биоритмы человека влияют на его активность в течение дня. Колебания у разных людей имеют особенности, однако можно выделить и общие закономерности. Три «птичьих» хронотипа, связывающие биологические ритмы и работоспособность, пожалуй, известны всем. Это «жаворонок», «сова» и «голубь». Первые два — крайние варианты. «Жаворонки» полны сил и энергии с утра, легко встают и рано ложатся спать.
«Совы», как и их прототип, ведут ночной образ жизни. Активный период для них начинается примерно в шесть вечера. Ранний подъем им бывает очень трудно перенести. «Голуби» способны работать как днем, так и вечером. В хронобиологии их называют аритмиками.
Зная свой тип, человек может более эффективно управлять собственной деятельностью. Впрочем, существует мнение, что любая «сова» может стать «жаворонком» при желании и настойчивости, а разделение на три типа обусловлено, скорее, привычками, нежели заложенными особенностями.
Постоянное изменение
Биоритмы человека и других организмов не являются жесткими, навсегда закрепленными признаками. В процессе онто- и филогенеза, то есть индивидуального развития и эволюции, они изменяются с определенными закономерностями. Что отвечает за подобные сдвиги, до конца еще непонятно. Существует две основные версии на этот счет. Согласно одной из них, изменениями руководит заложенный на клеточном уровне механизм — его можно назвать
Другая гипотеза основную роль в этом процессе отводит геофизическим факторам, которые еще предстоит изучить. Приверженцы этой теории объясняют различия биоритмов особей их положением на эволюционной лестнице. Чем выше уровень организации, тем интенсивнее обмен веществ. При этом характер показателей не меняется, но увеличивается амплитуда колебания. Саму же ритмичность в биологии и ее синхронизацию с геофизическими процессами они рассматривают как результат работы естественного отбора, приводящий к превращению внешнего (например, смена дня и ночи) во внутреннее (период активности и сна) колебание ритма.
Влияние возраста
Хронобиологам удалось установить, что в процессе онтогенеза, в зависимости от проходимой организмом стадии, меняются околосуточные ритмы. Каждому развития соответствуют свои колебания внутренних систем. Причем изменение биологических ритмов подчинено определенной закономерности, описанной российским специалистом Г.Д. Губиным. Ее удобно рассмотреть на примере млекопитающих. У них подобные изменения связаны в первую очередь с амплитудами околосуточных ритмов. С первых этапов индивидуального развития они нарастают и достигают максимума в молодом и зрелом возрасте. Затем амплитуды начинают уменьшаться.
Это не единственные изменения ритмов, связанные с возрастом. Меняются также последовательности акрофаз (акрофаза — точка времени, когда наблюдается максимальное значение параметра) и величины диапазона возрастной нормы (хронодезма). Если учитывать все эти изменения, становится очевидным, что именно в зрелом возрасте биоритмы прекрасно согласованы и организм человека способен противостоять различным внешним влияниям, сохраняя свое здоровье. С течением времени ситуация меняется. В результате рассогласования различных ритмов запас здоровья постепенно заканчивается.
Хронобиологи предлагают использовать подобные закономерности для прогнозирования болезней. На основе знания об особенностях колебаний околосуточных ритмов человека на протяжении жизни теоретически возможно построение некоего графика, отражающего запас здоровья, его максимумы и минимумы во времени. Подобное тестирование — дело будущего, по мнению большинства ученых. Однако существуют теории, позволяющие построить нечто подобное такому графику уже сейчас.
Три ритма
Приоткроем немного завесу тайны и расскажем о том, как определить свои биоритмы. Расчет в них делается на основе теории психолога Германа Свобода, врача Вильгельма Фисса и инженера Альфреда Тельчера, созданной ими на рубеже XIX и XX веков. Суть концепции в том, что существует три ритма: физический, эмоциональный и интеллектуальный. Они возникают в момент рождения и на протяжении всей жизни не меняют своей частоты:
физический — 23 дня;
эмоциональный — 28 дней;
интеллектуальный — 33 дня.
Если построить график их изменений с течением времени, он примет вид синусоиды. Для всех трех параметров часть волны над осью Ох соответствует подъему показателей, под ней располагается зона спада физических, эмоциональных и умственных возможностей. Биоритмы, расчет которых можно произвести по подобному графику, в точке пересечения с осью сигнализируют о начале периода неопределенности, когда сильно падает устойчивость организма к воздействиям внешней среды.
Определение показателей
Расчет биологических ритмов на основе этой теории можно произвести самостоятельно. Для этого необходимо подсчитать, сколько вы уже прожили: умножить возраст на количество дней в году (не забудьте, что в високосном их 366). Полученную цифру нужно разделить на частоту того биоритма, график которого вы строите (23, 28 или 33). Получится некоторое целое число и остаток. Целую часть снова умножьте на продолжительность конкретного биоритма? f полученное значение вычтите из количества прожитых дней. Остаток будет числом дней периода в настоящий момент.
Если полученное значение не превышает одной четвертой от продолжительности цикла, — это время подъема. В зависимости от биоритма оно предполагает бодрость и физическую активность, хорошее настроение и эмоциональную устойчивость, творческое вдохновение и интеллектуальный подъем. Значение, равное половине продолжительности периода, символизирует время неопределенности. Попадание в последнюю треть длительности любого биоритма означает нахождение в зоне спада активности. В это время человеку свойственно быстрее уставать, возрастает опасность болезней, если речь идет о физическом цикле. В эмоциональном плане наблюдается снижение настроения вплоть до депрессии, ухудшение способности сдерживать сильные внутренние порывы. На уровне интеллекта период спада характеризуется трудностью в принятии решений, некоторой заторможенностью мысли.
Отношение к теории
В научном мире концепция трех биоритмов в таком формате, как правило, критикуется. Отсутствуют достаточные основания для предположения, что в организме человека нечто может быть настолько неизменным. Об этом говорят все обнаруженные закономерности, которым подчиняется ритмичность в биологии, характеристики внутренних процессов, свойственные разным уровням живых систем. Поэтому описанную методику расчета и всю теорию чаще всего предлагается рассматривать как интересный вариант времяпрепровождения, но не серьезную концепцию, на основе которой стоит планировать свою деятельность.
Биологический ритм сна и бодрствования, таким образом, не единственный, существующий в организме. Колебаниям подвержены все системы, составляющие наше тело, причем не только на уровне таких крупных формирований, как сердце или легкие. Ритмичные процессы заложены еще в клетках, а потому свойственны живой материи в целом. Наука, изучающая подобные колебания, пока достаточно молода, но уже стремится объяснить многие закономерности, существующие в человеческой жизни и во всей природе. Уже накопленные данные позволяют предположить, что потенциал хронобиологии на самом деле очень высок. Возможно, в ближайшее время ее принципами станут руководствоваться и врачи, назначая дозы лекарств в соответствии с особенностями фазы того или иного биологического ритма.
Классификация биологических ритмов
Биоритмы делят по разным показателям: происхождению, длительности периодического цикла, по характеру регулирующих механизмов, по уровню организации и др.
1. Классификация биоритмов по происхождению :
Биоритмы делятся на: экзогенные и эндогенные (т.е. вызываемые внешними и внутренними факторами).
Эндогенные ритмы являются истинными ритмами, которые обнаруживаются при отсутствии каких-либо периодических процессов в окружающей среде.
Экзогенные ритмы связаны с пассивными системами, ритмика которых отражает периодические процессы, протекающие в окружающей среде, т.е. являются ложными. Примером экзогенного ритма может быть фотосинтез, который начинается на рассвете и кончается с наступлением ночи.
Для доказательства эндогенности ритма используются положения:
1) эндогенные ритмы сохраняются при отсутствии определенных внешних воздействий;
2) периодичность ритмов нарушается при прекращении доступа кислорода, т.е. при аноксии;
3) периодичность биоритмов нарушается при понижении температуры до того уровня, при котором в организме приостанавливается обмен веществ;
4) энергия, необходимая для поддержания эндогенного ритма, вырабатывается в результате обмена веществ в организме.
Эндогенные ритмы имеют широкий диапазон частот – от 2000 колебаний в секунду до 1 колебания в год!
К эндогенным ритмам относят:
1) ритм обмена веществ и энергии;
2) сердцебиения;
3) ритм дыхания;
4) волны артериального давления;
5) изменение активности бодрствования и сна;
6) умственная активность;
7) изменение температуры тела;
8) выделение мочи;
9) работоспособность (физический ритм);
10) эмоциональный ритм;
11) ритм активности органов кроветворения;
12) ритм количества форменных элементов крови;
13) ритм количества электролитов крови;
14) ритм количества сахара крови;
15) ритм количества гормонов крови;
16) ритм самообновления клеток (деление клеток);
17) биоэлектрическая активность мозга.
Наибольший подъем работоспособности наблюдается в 7 – 14 часов и 16 – 20 часов, поэтому самую трудную работу следует выполнять в указанное время.
Однако, некоторые люди более работоспособны ночью, чем днем. Таких людей называют «совами», а тех, кто рано встает и имеет наибольшую работоспособность в утренние и дневные часы – «жаворонками». «Совы» засыпают поздно ночью и встают поздно утром, работая во вторую половину дня.
Немецкий физиолог Р. Хампп установил, что 1/6 людей относится к «жаворонкам», 1/3 к «совам», а ½ – легко приспосабливается и к утреннему, и к вечернему режиму труда, – их называют «аритмиками» (или голубями). Это в основном люди, занятые преимущественно физическим трудом, к лицам вечернего типа относят преимущественно людей умственного труда.
Американские исследователи предложили вести обучение студентов в разные часы с учетом их индивидуальных биологических ритмов.
Чем объясняется хронотип человека – врожденными или приобретенными качествами?
Перестроить «жаворонков» на режим «сов» не удается, а «совы» быстро переучиваются на «жаворонков». Следовательно, режим «сов» – не потребность, а привычка. Напротив, режим «жаворонков» – режим естественный.
2. Классификация биоритмов по длительности периодического ритма.
По длительности периодические ритмы делят на две большие группы: функциональные и адаптивные.
Функциональные ритмы обеспечивают непрерывную жизнедеятельность организма. Длительность их цикла колеблется от долей секунды до минут. К их числу относятся циклы нервно-мышечного возбуждения и торможения, множество процессов на уровне молекул клеток, отдельных органов.
Ритмы мозга:
1) дельта ритм – менее 4 кол/сек;
2) тета ритм – 4 – 8 кол/сек;
3) альфа ритм – более 13 кол/сек;
4) гамма ритм – более 30 кол/сек.
Ритмы органов:
1) Ритм сердца – 1,1 кол/сек (66 кол/мин);
2) Ритм дыхания – 0,26 кол/сек (16 дыханий в мин);
3) Ритм ходьбы – 2 кол/сек (марш);
4) Ритм органов пищеварения – 0,00018 кол/сек (1 колебание за 1,5 часа).
Адаптивные ритмы организма соответствуют геофизическим ритмам, а именно:
1) приливные (12,8 часа);
2) суточные (24 часа);
3) циркадные (околосуточные – 24 часа);
4) полулунные (14 – 15 дней);
5) лунные (28 дней);
6) годичные (сезонные) – 1 год;
7) циркануальные (окологодичные).
Приливные ритмы (12,8 часа). Приливы порождаются гравитационными и центробежными силами, обусловленными движением и относительным положением Луны, Земли и Солнца.
Суточные ритмы . Они относятся к естественным ритмам, связанные с 24-часовыми солнечными сутками.
Циркадные ритмы (околосуточные) (circa-около, diem-день). Он соответствует примерно 24 часам и относятся к свободно текущим. Эти ритмы зависят от регулярной смены дня и ночи.
Недельный ритм . Условно неделю можно представить как 1/4 часть вращения Луны вокруг Земли (рабочая неделя).
Околомесячные ритмы определяются вращением Луны вокруг Земли и период вращения Солнца вокруг своей оси (27 дней). Циклические ежемесячные изменения пронизывают весь организм женщины (менструации). У спортсменок отмечается ухудшение спортивных результатов за несколько дней до наступления менструации. Именно в этот период отмечают среди женщин нарастание попыток к самоубийству, у мужчин также отмечается околомесячный ритм колебания настроения и работоспособности.
В последние годы за рубежом распространилась гипотеза о т.н. «критических днях». Еще в XIX веке венский психиатр Свобода и берлинский врач Флейс выдвинули гипотезу, согласно которой жизнь каждого человека, начиная со дня рождения, протекает в соответствии с тремя отдельными циклами: физическим – 23 дня, эмоциональным (или чувствительным) – 28 дней и интеллектуальным – 33 дня. Каждый цикл имеет положительную и отрицательную полуволны, составляющие соответственно положительные и отрицательные периоды. Положительный период связан с улучшением физических, эмоциональных и интеллектуальных показателей, отрицательный – с ухудшением.
Дни перехода любого цикла от положительной волны к отрицательной (т.е. пересечение линии цикла с нулевой линией) называются критическими, нулевыми днями. Этот день считается «плохим». Именно в такой критический день при физическом цикле чаще всего с людьми отмечались несчастные случаи. В критические дни эмоционального цикла чаще наблюдались нервные срывы и т.д.
Годичные (сезонные) колебания. Они связаны с вращением Земли вокруг Солнца. Сезонные ритмы устойчивы, составляя сущность годовых колебаний. Психическая и мышечная возбудимость выше весной и в начале лета, осенью и зимой ниже. Летом дети растут быстрее, что зависит от дозы солнечного облучения, более витаминизированного питания и др.
Американский ученый Ф. Халберг изучил смертность в США от пневмонии и гриппа, наибольшая смертность имела место в конце декабря – начале февраля, как на севере, так и на юге страны. Халберг пришел к заключению, что повышение риска смерти от гриппа и пневмонии в зимние месяцы связаны не с метеорологическими факторами, а, прежде всего, с повышением чувствительности человека к этому виду инфекции в зимний период.
Двух и трех-летние циклы . Статистики показали, что спортивные достижения у женщин характеризуются двухгодичным циклом, а у мужчин – трехгодичным.
Семилетние ритмы творческой активности . В 1925 году вышла книга физиолога Н.Я. Пэрна «Ритмы жизни и творчества» В ней впервые были подробно описаны семилетние ритмы творческой активности. Н.Я. Пэрн выделяет в жизни человека следующие «поворотные пункты» – 6 – 7 лет; 12 – 13 лет; 25 – 26; 37 – 38; 43 – 44; 49 – 50; 50 – 57.
Околочасовой ритм . Позднее всего, в 60-е годы XX столетия были открыты околочасовые ритмы живых организмов. Особенно тщательно они были изучены японским ученым И. Мано на эмбрионах морских ежей. Он показал, что после оплодотворения яиц морских ежей с момента их деления в клетке обнаруживается ритм с периодом около 40 минут. Он проявляется в колебании скорости синтеза белка, активности протеолитических ферментов, проницамости плазматической мембраны, числа полирибосом и т.д.
А – процессы с кратковременной периодикой: доли секунд – импульсы нервной клетки, сердечный цикл; секунды – дыхание; минуты – голодная перистальтика желудка.
Б – процессы с продолжительной периодикой: суточные (циркадные), лунные (селенические) менструальный цикл 28 дней; годичные (цирканные) – рождаемость; многолетние (гелиобиологические), 11-летние.
3. Следующий принцип классификации биоритмов – по уровню их организации :
1) Макроскопический уровень – это уровень взаимоотношений между организмами, тканями и органами, которые различимы макроскопически.
2) Микроскопический (клеточный) уровень – это уровень, изучаемый с помощью светового микроскопа (клетки, некоторые органеллы клеток).
3) Субклеточный уровень – уровень, изучаемый с помощью электронной микроскопии (части клетки-ядра, лизосомы, рибосомы и т.д.).
4) Макромолекулярный уровень – уровень изучения молекул.
Ритмические изменения физиологических функций, присущие живым организмам. Ритмическая деятельность присуща любой сложной системе, состоящейиз многих взаимодействующих элементов. Последние также обладают ритмичностью, при этом процессы всех элементов, составляющих систему, согласованы между собой во времени - возникает определенный ритм чередования процессов и изменение (повышение или понижение) интенсивности каждого из них.
В результате создается определенная синхронизация различных процессов в системе. В свою очередь, данная система взаимодействует с системой высшего порядка, которой также присущ свой биоритм.
Различают несколько групп ритмических процессов в организме:
- ритмы высокой частоты с периодом от долей секунд до 30 мин (электрические явления в организме, дыхание, пульс и др.);
- ритм средней частоты с периодом от 30 минут до 6 дней (изменения обменных процессов, биологически активных веществ крови и другие процессы, связанные со сменой деятельности и покоя, сна и бодрствования);
- низкочастотные ритмы с периодом колебания от 6 дней до 1 года (овариально-менструальный цикл, недельный, лунный, годичный ритм экскреции гормонов и др.).
В курортологии важное значение имеют сезонные или околосуточные - циркадные ритмы (от лат. cirka - около и dies - день). Их необходимо учитывать при направлении больных и отдыхающих на курорт в контрастные климатические регионы, при назначении лечебных процедур.
Для приспособления к новым условиям среды при перемещении необходимы изменение биоритмов , развитие хронофизиологической адаптации. Этими вопросами занимается биоритмология перемещения - наука, объективно изучающая и количественно оценивающая механизмы биологической временной структуры, включая ритмические проявления жизни, реакцию биоритмов на изменение географического положения организма (Матюхин В. А., 2000).
Сезонные ритмы определяются климатом данного региона. Размах годовых колебаний освещенности зависит от географической широты местности, а также от ряда других географических факторов, связанных с протеканием образующих процессов (атмосферная циркуляция и др.). Перемещаясь с севера на юг или с юга на север, человек попадает в новые условия среды, отличающиеся от прежних характером освещенности и климатопогодными особенностями. Наиболее заметно нарушение различных процессов при переходе с юга на север зимой или летом, т.е. в условия полярной ночи или полярного дня. Сроки сезонов в разных географических широтах не совпадают: когда на юге уже наступает весна, на севере еще бушуют снежные метели; когда человек попадает в другой сезон, нарушается закрепившийся в процессе развития сезонный ритм обменных процессов и физиологических функций. Например, в зимний период стимулируется симпатико-адреналовая система, повышается легочная вентиляция, основной обмен, изменяется его характер в виде усиления липидного обмена и т. д. В летнее время изменения часто носят противоположный характер (Воронин Н. М., 1986; Гаврилов Н. Н., Чкотуа М. Э., 1999).
Суточные ритмы определяются сменой дня и ночи, т. е. характером освещенности. Они изменяются при переезде с севера на юг или с юга на север (особенно зимой и летом), и с запада на восток или с востока на запад. В последнем случае быстрое перемещение (перелет) всегда вызывает более иную реакцию, чем в первом, с севера на юг.
В каждом биоритме различают: период - время, в течение которого изменяющаяся величина совершает полный цикл - число периодов в единицу времени; амплитуду - разность между наибольшим и наименьшим значениями изменяющейся величины (размах); фазу - положение определенной точки кривой по отношению к оси времени (акрофаза - время появления наибольшего значения показателя). При нарушении биоритмов все указанные показатели изменяются.
При перестройке суточной ритмики человека возможно развитие патологических состояний - десинхронозов . Они возникают вследствие значительного нарушения биоритма, вызванного рассогласованием между физиологическими ритмами организма и внешними датчиками времени.
Клинически десинхронозы проявляются утомлением, разбитостью, понижением работоспособности, нарушением сна и бодрствования, деятельности пищеварительного тракта и т. д. При значительных нарушениях суточного стереотипа может развиться неврастенический синдром.
Выраженность изменений биоритмов , скорость их приспособления к новым условиям зависят от ряда факторов. При прочих равных условиях при перелетах с запада на восток, когда биоритмы должны как бы «догонять» местное время, адаптационный период более длительный, чем при перелетах с востока на запад, когда биоритмы человека как бы «опережают события» и должны «ожидать», когда их «должны ожидать», когда их «догонит» местное время (Ка-тинас Г. С, Моисеева Н. И., 1999).
При этом важное значение имеет место постоянного жительства человека, характер установившегося биоритма. В этих случаях при возвращении в привычные условия биоритмы перестраиваются быстрее, чем при переходе в новые условия, вне зависимости от направления перемещения. Так, у жителей Сибири при перелете в Крым новый суточный стереотип устанавливается медленно, носит «рыхлый» характер, а после перелета обратно он быстро разрушается и восстанавливается прежний ритм. Немаловажную роль играют расстояние, на которое перемещается человек, скорость перемещения. По мнению ряда авторов, при пересечении 2-3 часовых поясов десинхронозы не развиваются (Евуихевич А. В., 1997), другие отмечали развитие десинхронозов при сдвиге на 2 часа (Степанова С. И., 1995). Быстрое перемещение оказывает более выраженное влияние на биоритмы, чем медленное.
Изменение биоритмов является сильной, стрессовой нагрузкой не только для больных, у которых приспособительные механизмы обычно ослаблены, но и для здоровых. В связи с этим необходимо принимать меры для ускорения хронофизиологической адаптации с учетом индивидуальных особенностей биоритмов человека.
По положению максимума активности различают ритмы с утренней («жаворонки ») и вечерней («совы ») временной организацией.
«Совы» несколько легче, чем «жаворонки», адаптируются к задержке датчика времени перелет на запад), так как в этом случае сутки удлиняются и требуется активность в период, соответствующий вечерним часам по местному времени.
«Жаворонки» несколько легче, чем «совы», адаптируются к опережению датчика времени (перелет на восток). При этом немаловажное значение имеют психофизиологические особенности человека. Лица с преобладанием тонуса парасимпатической вегетативной нервной системы, имеющие устойчивые ритмы, адаптируются хуже, чем лица с преобладанием тонуса симпатической части, пожилые люди - тяжелее, чем молодые (Матюхин В.А., 2001).
Хронофизиологическую адаптацию можно ускорить. Так, для более быстрого засыпания рекомендуются теплые ванны, успокаивающие упражнения и самовнушение, снотворные, не вызывающие последействия и не нарушающие структуру сна (эуноктин, квиадон). Для сохранения бодрости рекомендуют прогулки и физические нагрузки. Умеренные физические нагрузки способствуют нормализации и синхронизации суточных ритмов, тогда как гипокинезия приводит к их уплощению и сдвигу на более поздние часы.
Рекомендуются различные адаптогены (женьшень, элеутерококк, золотой корень и др.). Для перелета через 2-4 часовых пояса рекомендуются утренние и дневные часы, через 6-8 часовых поясов - вечернее время..
На протяжении всего периода хронофизиологической адаптации необходим строгий медицинский контроль.
Учитывать биологические ритмы необходимо и в период лечения. Хронофармакология как раздел хронопатологии и фармакологии исследует эффект влияния лекарственных веществ в зависимости от времени и применения, а также из временной (ритмической) структуры организма под влиянием соответствующих воздействий. Здесь также уместно говорить о хронотерапии , т. е. о таком применении лечебных мероприятий, которое обеспечивает наибольший лечебный эффект благодаря учету биоритмов.
Медицинская реабилитация. / Под ред. В. М. Боголюбова. Книга I.
- М.: Бином, 2010. Глава 4. Природные физические факторы, используемые для реабилитации. - 4.1. Климатические факторы . - Физиологические механизмы влияния климата на организм . - С.
58-60.
Биологические ритмы интересны тем, что во многих случаях сохраняются даже при постоянстве условий среды. Такие ритмы называют эндогенными, т.е. «идущими изнутри»: хотя обычно они и коррелируют с ритмичными изменениями внешних условий, например чередованием дня и ночи, их нельзя считать прямой реакцией на эти изменения. Эндогенные биологические ритмы обнаружены у всех организмов, кроме бактерий. Внутренний механизм, поддерживающий эндогенный ритм, т.е. позволяющий организму не только чувствовать течение времени, но и измерять его промежутки, называется биологическими часами.
Работа биологических часов сейчас хорошо изучена, однако внутренние процессы, лежащие в ее основе, остаются загадкой. В 1950-х годах советский химик Б.Белоусов доказал, что даже в однородной смеси некоторые химические реакции могут периодически ускоряться и замедляться. Аналогичным образом, спиртовое брожение в дрожжевых клетках то активируется, то подавляется с периодичностью ок. 30 секунд. Каким-то образом эти клетки взаимодействуют друг с другом, так что их ритмы синхронизируются и вся дрожжевая суспензия дважды в минуту «пульсирует».
Считается, что такова природа всех биологических часов: химические реакции в каждой клетке организма протекают ритмично, клетки «подстраиваются» друг под друга, т.е. синхронизируют свою работу, и в результате пульсируют одновременно. Эти синхронизированные действия можно сравнить с периодическими колебаниями часового маятника.
Циркадианные ритмы . Большой интерес представляют биологические ритмы с периодом около суток. Они так и называются - околосуточными, циркадианными или циркадными - от лат. circa - около и dies - день.Биологические процессы с циркадианной периодичностью весьма разнообразны. Например, три вида светящихся грибов усиливают и ослабляют свое свечение каждые 24 часа, даже если искусственно держать их при постоянном свете или в полной темноте. Ежесуточно изменяется свечение одноклеточной морской водоросли
Gonyaulax . У высших растений в циркадианном ритме протекают различные метаболические процессы, в частности фотосинтез и дыхание. У черенков лимона с 24-часовой периодичностью колеблется интенсивность транспирации. Особенно наглядные примеры - ежесуточные движения листьев и раскрывания-закрывания цветков.Разнообразные циркадианные ритмы известны и у животных. Примером может служить близкое к актиниям кишечнополостное - морское перо (
Cavernularia obesa ), представляющее собой колонию из множества крошечных полипов. Морское перо живет на песчаном мелководье, втягиваясь в песок днем и разворачиваясь по ночам, чтобы питаться фитопланктоном. Этот ритм сохраняется в лаборатории при неизменных условиях освещения.Четко работают биологические часы у насекомых. Например, пчелы знают, когда раскрываются определенные цветки, и навещают их ежедневно в одно и то же время. Пчелы также быстро усваивают, в какое время им выставляют на пасеке сахарный сироп.
У человека не только сон, но и многие другие функции подчинены суточному ритму. Примеры тому - повышение и понижение кровяного давления и выделения калия и натрия почками, колебания времени рефлекса, потливости ладоней и т.д. Особенно заметны изменения температуры тела: ночью она примерно на 1
° С ниже, чем днем. Биологические ритмы у человека формируются постепенно в ходе индивидуального развития. У новорожденного они довольно неустойчивы - периоды сна, питания и т.д. чередуются бессистемно. Регулярная смена периодов сна и бодрствования на основе 24 - 25 часового цикла начинает происходить только с 15-недельного возраста. Корреляция и «настройка» . Хотя биологические ритмы и эндогенны, они соответствуют изменениям внешних условий, в частности смене дня и ночи. Эта корреляция обусловлена т.н. «захватыванием». Например, циркадианные движения листьев у растений сохраняются в полной темноте лишь несколько суток, хотя другие цикличные процессы могут продолжать повторяться сотни раз несмотря на постоянство внешних условий. Когда выдерживаемые в темноте листья фасоли, наконец, прекратили расправляться и опускаться, достаточно короткой вспышки света, чтобы этот ритм восстановился и продержался еще несколько суток. У циркадианных ритмов животных и растений времязадающим стимулом обычно служит изменение освещенности - на рассвете и вечером. Если такой сигнал повторяется периодически и с частотой, близкой к свойственной данному эндогенному ритму, происходит точная синхронизация внутренних процессов организма с внешними условиями. Биологические часы «захватываются» окружающей периодичностью.Изменяя наружный ритм по фазе, например включая свет на ночь и поддерживая днем темноту, можно «перевести» биологические часы так же, как обычные, хотя такая перестройка требует некоторого времени. Когда человек переезжает в другой часовой пояс, его ритм сна-бодрствования меняется со скоростью два-три часа в сутки, т.е. к разнице в 6 часов он приспосабливается только через два-три дня.
В определенных пределах можно перенастроить биологические часы и на цикл, отличающийся от 24 часов, т.е. заставить их идти с другой скоростью. Например, у людей, долгое время живших в пещерах с искусственным чередованием светлых и темных периодов, сумма которых существенно отличалась от 24 часов, ритм сна и других циркадианных функций подстраивался к новой продолжительности «суток», составлявшей от 22 до 27 часов, однако сильнее изменить его было уже невозможно. То же самое относится и к другим высшим организмам, хотя многие растения могут приспосабливаться к «суткам», продолжительность которых составляет целую часть обычных, например 12 или
8 часов. Приливные и лунные ритмы . У прибрежных морских животных часто наблюдаются приливные ритмы, т.е. периодические изменения активности, синхронизированные с подъемом и спадом воды. Приливы обусловлены лунным притяжением, и в большинстве регионов планеты происходит два прилива и два отлива в течение лунных суток (периода времени между двумя последовательными восходами Луны.) Поскольку Луна движется вокруг Земли в том же направлении, что и наша планета вокруг собственной оси, лунные сутки примерно на 50 минут длиннее солнечных, т.е. приливы наступают каждые 12,4 часа. Такой же период у приливных ритмов. Например, рак-отшельник прячется от света в отлив и выходит из тени в прилив; с наступлением прилива устрицы приоткрывают свои раковины, разворачивают щупальцы актинии и т.п. Многие животные, в том числе некоторые рыбы, в прилив потребляют больше кислорода. С подъемом и спадом воды синхронизированы изменения окраски манящих крабов.Многие приливные ритмы сохраняются, иногда в течение нескольких недель, даже если держать животных в аквариуме. Значит, по сути своей они эндогенные, хотя в природе «захватываются» и подкрепляются изменениями во внешней среде.
У некоторых морских животных размножение коррелирует с фазами Луны и происходит обычно один раз (реже - дважды) на протяжении лунного месяца. Польза такой периодичности для вида очевидна: если яйца и сперма выбрасываются в воду всеми особями одновременно, шансы на оплодотворение достаточно высоки. Этот ритм эндогенный и, как считается, задается «пересечением» 24-часового циркадианного ритма с приливным, период которого 12,4 или 24,8 часа. Такое «пересечение» (совпадение) происходят с интервалами 14
- 15 и 29-30 суток, что соответствует лунному циклу.Лучше всего известен и, вероятно, наиболее заметен среди приливных и лунных ритмов тот, что связан с размножением груниона - морской рыбы, мечущей икру на пляжах Калифорнии. В течение каждого лунного месяца наблюдаются два особенно высоких - сизигийных - прилива, когда Луна находится на одной оси с Землей и Солнцем (между ними или с противоположной от светила стороны). Во время такого прилива грунион нерестится, закапывая икринки в песок у самого края воды. В течение двух недель они развиваются практически на суше, куда не могут добраться морские хищники. В следующий сизигийный прилив, когда вода покрывает буквально нашпигованный ими песок, из всех икринок за несколько секунд вылупляются мальки, тут же уплывающие в море. Очевидно, что такая стратегия размножения возможна, только если взрослые грунионы чувствуют время наступления сизигийных приливов.
Менструальный цикл у женщин длится четыре недели, хотя не обязательно синхронизирован с фазами луны. Тем не менее, как показывают эксперименты, и в этом случае можно говорить о лунном ритме. Сроки менструаций легко сдвинуть, использовав, например, специальную программу искусственного освещения; однако они будут наступать с периодичностью, очень близкой к 29,5 суток, т.е. к лунному месяцу.
Низкочастотные ритмы . Биологические ритмы с периодами, намного превышающими один месяц, трудно объяснить на основе биохимических флуктуаций, которыми, вероятно, обусловлены ритмы циркадианные, и механизм их пока неизвестен. Среди таких ритмов наиболее очевидны годичные. Если деревья умеренного пояса пересадить в тропики, они некоторое время будут сохранять цикличность цветения, сбрасывания листьев и периода покоя. Рано или поздно эта ритмичность нарушится, продолжительность фаз цикла будет все более неопределенной и в конечном итоге исчезнет синхронизация биологических циклов не только разных экземпляров одного и того же вида, но даже разных ветвей одного дерева.В тропических областях, где условия среды практически постоянны в течение всего года, местным растениям и животным часто свойственны долговременные биологические ритмы с периодом, отличным от 12 месяцев. Например, цветение может наступать каждые 8 или 18 месяцев. По-видимому, годичный ритм - это адаптация к условиям умеренной зоны.
Значение биологических часов . Биологические часы полезны организму прежде всего потому, что позволяют ему приспосабливать свою активность к периодическим изменениям в окружающей среде. Например, краб, избегающий света во время отлива, автоматически будет искать убежище, которое защитит его от чаек и других хищников, добывающих пищу на обнажившемся из-под воды субстрате. Чувство времени, присущее пчелам, координирует их вылет за пыльцой и нектаром с периодом раскрывания цветков. Аналогичным образом, циркадианный ритм подсказывает глубоководным морским животным, когда наступает ночь и можно подняться ближе к поверхности, где больше пищи.Кроме того, биологические часы позволяют многим животным находить направление, пользуясь астрономическими ориентирами. Это возможно, только если известно одновременно положение небесного тела и время суток. Например, в Северном полушарии солнце в полдень находится точно на юге. В другие часы, чтобы определить южное направление, надо, зная положение солнца, сделать угловую поправку, зависящую от местного времени. Используя свои биологические часы, некоторые птицы, рыбы и многие насекомые регулярно выполняют такие «расчеты».
Не приходится сомневаться, что перелетным птицам, чтобы находить дорогу к мелким островам в океане, требуются навигационные способности. Вероятно, они используют свои биологические часы для определения не только направления, но и географических координат.
См. также ПТИЦЫ.Проблемы, связанные с навигацией, встают не только перед птицами. Регулярные длительные миграции совершают тюлени, киты, рыбы и даже бабочки.
Практическое применение биологических ритмов . Рост и цветение растений зависят от взаимодействия между их биологическими ритмами и изменениями средовых факторов. Например, цветение стимулируется главным образом продолжительностью светлого и темного периодов суток на определенных стадиях развития растения. Это позволяет отбирать культуры, пригодные для тех или иных широт и климатических условий, а также выводить новые сорта. В то же время известны успешные попытки изменения биологических ритмов растений в нужном направлении. Например, птицемлечник аравийский (Ornithogallum arabicum ), цветущий обычно в марте, можно заставить распускаться под Рождество - в декабре.С распространением дальних воздушных путешествий многие столкнулись с феноменом десинхронизации. Пассажир реактивного самолета, быстро пересекающий несколько часовых поясов, обычно испытывает чувство усталости и дискомфорта, связанное с «переводом» своих биологических часов на местное время. Сходная десинхронизация наблюдается у людей, переходящих из одной рабочей смены в другую. Большинство отрицательных эффектов обусловлено при этом присутствием в организме человека не одних, а многих биологических часов. Обычно это незаметно, поскольку все они «захватываются» одним и тем же суточным ритмом смены дня и ночи. Однако при сдвиге его по фазе скорость перенастройки различных эндогенных часов неодинакова. В результате сон наступает, когда температура тела, скорость выделения почками калия и другие процессы в организме еще соответствуют уровню бодрствования. Такое рассогласование функций в период адаптации к новому режиму ведет к повышенной утомляемости.
Накапливается все больше данных, свидетельствующих о том, что длительные периоды десинхронизации, например при частых перелетах из одного часового пояса в другой, вредны для здоровья, однако насколько велик этот вред, пока не ясно. Когда сдвига по фазе избежать нельзя, десинхронизацию можно свести к минимуму, правильно подобрав скорость наступления сдвига.
Биологические ритмы имеют очевидное значение для медицины. Хорошо известно, например, что восприимчивость организма к различным вредным воздействиям колеблется в зависимости от времени суток. В опытах по введению мышам бактериального токсина показано, что в полночь его смертельная доза выше, чем в полдень. Аналогичным образом изменяется чувствительность этих животных к алкоголю и рентгеновскому облучению. Восприимчивость человека тоже колеблется, однако в противофазе: его организм беззащитнее всего в полночь. Ночью смертность прооперированных больных втрое выше, чем днем. Это коррелирует с колебаниями температуры тела, которая у человека максимальна днем, а у мышей - ночью.
Такие наблюдения наводят на мысль, что лечебные процедуры следует согласовывать с ходом биологических часов, и определенные успехи здесь уже достигнуты. Трудность в том, что биологические ритмы человека, особенно больного, пока недостаточно исследованы. Известно, что при многих заболеваниях
- от рака до эпилепсии - они нарушаются; яркий тому пример - непредсказуемые колебания температуры тела у больных. Пока биологические ритмы и их изменения как следует не изучены, использовать их на практике, очевидно, нельзя. К этому стоит добавить, что в некоторых случаях десинхронизация биологических ритмов может быть не только симптомом болезни, но и одной из ее причин. ЛИТЕРАТУРА Биологические ритмы , тт. 1-2. М., 1984Время : 2 часа.
Учебная цель: уяснитьзначение биоритмов организма как фона для развития адаптационных реакций.
1. Хронофизиология - наука о временной зависимости физиологических процессов. Составной частью хронобиологии является учение о биологических ритмах.
Ритмичность биологических процессов - неотъемлемое свойство живой материи. Живые организмы в течение многих миллионов лет живут в условиях ритмических изменений геофизических параметров среды. Биоритмы - это эволюционно закрепленная форма адаптации, определяющая выживаемость организмов путем приспособления их к ритмически меняющимся условиям среды обитания. Закрепленность этих биоритмов обеспечила опережающий характер изменения функций, т. е. функции начинают меняться еще до того, как произойдут соответствующие изменения в окружающей среде. Опережающий характер изменений функций имеет глубокий адаптационный смысл и значение, предупреждая напряженность перестройки функций организма под влиянием уже действующих на него факторов.
2. Биологическим ритмом (биоритмом) называется регулярное самоподдерживающееся и в известной мере автономное чередование во времени различных биологических процессов, явлений, состояний организма.
Классификация биологических ритмов .
По классификации хронобиолога Ф. Халберга, ритмические процессы в организме делятся на три группы. К первой относятся ритмы высокой частоты с периодом до 1/2 ч. Ритмы средней частоты имеют период от 1/2 ч до 6 сут. Третью группу составляют ритмы с периодом от 6 сут до 1 года (недельный, лунный, сезонный, годичный ритмы).
Околосуточные биоритмы делят на циркадианные, или циркадные (circa - около, dies - день, лат). Пример: чередование сна и бодрствования, суточные изменения температуры тела, работоспособности, мочеобразования, артериального давления и др.
Хронотип - это специфическая организация работы всего организма в течение суток. Специалисты, занимающиеся физиологией труда, считают, чтомаксимальная работоспособность (и соответственно активность) существует в два временных периода: с 10 до 12 и с 16 до 18 ч, в 14 ч отмечен спад работоспособности, есть он и в вечернее время. Минимальная работоспособность в 2 – 4 часа ночи. Однако у большой группы людей (50 %) повышена работоспособность в утреннее время («жаворонки») или в вечернее и ночное время («совы»). Считается, что «жаворонков» больше в среде рабочих и служащих, а «сов» - среди представителей творческих профессий. Впрочем, есть мнение, что «жаворонки» и «совы» формируются в результате многолетнего, предпочтительно утреннего или вечернего бдения.
Резистентность организма наиболее высока в утренние часы. Чувствительность зубов к болевым раздражителям наиболее высока в вечерние часы (максимальна в 18 часов).
Ритмы с периодом менее суток - инфрадианные (infra - меньше, лат., т. е. цикл повторяется меньше одного раза в сутки). Пример: фазы нормального сна, периодическая деятельность пищеварительного тракта, ритмы дыхания и сердечной деятельности и др.
Ритмы с периодом более суток - ультрадианные (ultra - сверх, лат., т. е. частота больше одного раза в сутки). Пример: менструальный цикл у женщин, зимняя спячка у некоторых животных и др.
Согласно классификации Смирнова В.М все биоритмы классифицируют по источнику происхождения : физиологические, геофизические и геосоциальные биоритмы.
Физиологические ритмы - непрерывная циклическая деятельность всех органов, систем, отдельных клеток организма, обеспечивающая выполнение их функций и протекающая независимо от социальных и геофизических факторов.
Физиологические биоритмы сформировались в процессе эволюции в результате возрастания функциональной нагрузки на отдельные клетки, органы, системы.
Значение физиологических ритмов заключается в обеспечении оптимального функционирования клеток, органов и систем организма. Исчезновение физиологических биоритмов означает прекращение жизни. Возможность изменения частоты физиологических ритмов обеспечивает быструю адаптацию организма к различным условиям жизнедеятельности.
Геосоциальные биоритмы формируются под влиянием социальных и геофизических факторов.
Значение геосоциальных биоритмов заключается в приспособлении организма к режиму труда и отдыха. Возникновение в живых системах автоколебаний с периодами, близкими к циклам труда и отдыха, свидетельствует о высоких адаптивных возможностях организма.
Геофизические биоритмы - это циклические изменения деятельности клеток, органов, систем и организма в целом, а также резистентности, миграции и размножения, обусловленные геофизическими факторами. Геофизические биоритмы представляют собой циклические колебания физиологических биоритмов, обусловленные изменениями факторов среды обитания.
Геофизические биоритмы сформировались под действием природных факторов, во многом они связаны с временами года, фазами Луны.
Значение геофизических биоритмов – они обеспечивают приспособление организма к циклическим изменениям в природе.
Таблица 1. Характеристика биоритмов человека
|
Виды биоритмов |
Наследуемость |
Устойчивость |
Видовая специфичность |
|
Физиологические |
Врожденные |
Постоянны в покое, быстро (секун ды-минуты) изменяются при изменении интенсивности работы организма |
Характерна |
|
Геофизические |
Врожденные |
Весьма устойчивы, могут медленно изменяться через несколько поколений при изменении среды обитания. Некоторые (менструальный цикл) вообще не изменяются |
Свойственна некоторым биоритмам (например, менструальному циклу) |
|
Геосоциальные |
"Сплав" врожденных и приобретенных ритмов с преобладанием последних |
Устойчивы, но могут медленно изменяться при изменении режима труда и отдыха, места жительства |
Не характерна |
Таблица 2. Классификация биоритмов человека
|
Наименование биоритмов |
Частота биоритмов |
|
Основные физиологические ритмы |
|
|
Циклы электроэнцефалограммы: альфа-ритм | |
|
Циклы сердечной деятельности |
60 – 80 /мин |
|
Дыхательные циклы | |
|
Циклы пищеварительной системы: базальные электрические ритмы перистальтические волны желудка голодные периодические сокращения желудка | |
|
Геосоциальные биоритмы |
|
|
Околосуточные (циркадианные): |
|
|
ультрадианные (уровень работоспособности, гормональные сдвиги и др.) |
0,5 – 0,7 /сут |
|
циркадианные (уровень работоспособности, интенсивность метаболизма и деятельности внутренних органов и др.) |
0,8 – 1,2 /сут |
|
инфрадианные (например выделение некоторых гормонов с мочой) |
1 / (28 ч – 4 сут) |
|
Околонедельные (циркасептанные), например, уровень работоспособности |
1 / (7±3 сут) |
|
Геофизические биоритмы |
|
|
Околомесячные (циркатригинтанные), например, менструальный цикл) |
1 / (30±5 сут) |
|
Окологодичные (цирканнуальные): |
|
|
ультраннулярные (сопротивление дыхательных путей у женщин) |
1 / (несколько мес) |
|
цирканнулярные (сопротивление дыхательных путей у мужчин, содержание В-лимфоцитов у человека, обмен веществ) |
1 / (около года) |
Изменение работоспособности человека протекает в соответствии с тремя циклами:
1.физический ритм (продолжительность - 23 дня); 2.эмоциональный ритм (продолжительность - 28 дней).
В положительном его периоде люди склонны к хорошему настроению и весьма контактны. 3.интеллектуальный ритм (продолжительность - 33 дня).
Эти ритмы «запускаются» в момент рождения и сохраняются затем с удивительным постоянством в течение всей жизни. Первая половина периода каждого ритма характеризуется нарастанием, вторая – спадом физической, эмоциональной и интеллектуальной активности. День перехода от положительной половины цикла к отрицательной или обратно называют критическим, или нулевым. Именно в этот день с людьми чаще происходят несчастные случаи.
3 . Параметры биоритма :
Период (Т) - продолжительность одного цикла, то есть длина промежутка времени до первого повтора. Выражается в единицах времени.
Частота - число циклов, завершившихся в единицу времени, - это частота процесса.
Мезор (М) - уровень среднего значения показателей изучаемого процесса (среднее значение полезного сигнала). Позволяет судить о среднесуточной величине показателя, так как позволяет игнорировать случайные отклонения.
Амплитуда (А) - наибольшее отклонение сигнала от мезора (в обе стороны от средней). Характеризует мощность ритма.
Фаза ритма (Φ, φ,∅) - любая часть цикла, мгновенное состояние, момент цикла, когда регистрируется конкретная величина сигнала. При этом обычно длительность цикла принимают за 360° С, или 2π радиан.
Акрофаза - точка времени в периоде, которое соответствует максимуму синусоиды, - когда отмечается максимальное значение исследуемого параметра. Имеет большое значение для фармакологической коррекции.
Батифаза - точка времени в периоде, когда отмечается минимальное значение исследуемого параметра.
Имеется большое число различных факторов, обеспечивающих формирование биологических ритмов.
Главными из них являются следующие:
фотопериодика (смена света и темноты), влияющая на двигательную активность;
циклические колебания геомагнитного поля;
цикличность режимов питания;
цикличность изменений температуры окружающей среды (день-ночь, зима-лето) в связи с вращением Земли вокруг своей оси, а также вокруг Солнца;
цикличность фаз Луны;
циклические изменения (хотя и незначительные) силы притяжения Земли.
Особо важную роль в формировании биоритмов человека играют социальные факторы; в основном это цикличные режимы труда, отдыха, общественной деятельности. Однако главным (первичным) фактором формирования биоритмов человека является геофизический фактор (фотопериодизм) - чередование светлого и темного времени суток, предопределяющее двигательную и творческую активность человека в составе цикла день-ночь.
Важное место в становлении биоритмов и самой жизни имеет гравитация. Жизнь развивалась на Земле в условиях действия силы тяготения. Наиболее убедительным примером реакции растительных организмов на силу тяжести служит геотропизм растений - рост корней вниз, стебля - вверх под влиянием земного притяжения. Именно поэтому жизнь растений нарушается в космосе: корни растут в различных направлениях, а не в землю.
Б иологические часы - это структуры и механизмы биологических ритмов, сформированные и закрепленные под влиянием геофизических и социальных факторов.
Гипотезы о локализации часов:
Биологические часы локализуются в эпифизе . П родукция мелатонина тесно коррелирует с изменением освещенности (день-ночь), половых гормонов. В темное время суток в эпифизе возрастает продукция мелатонина, в светлое - серотонина.
Биологические часы локализуются супрахиазмальном ядре (СХЯ) гипоталамуса.
Роль часов выполняют клеточные мембраны (мембранная теория).
Роль часов выполняет кора большого мозга. У животных с удаленной корой большого мозга нарушается чередование сон-бодрствование.
Широкое распространение получила хронон-гипотеза . Согласно хронон-гипоте- зе, клеточными часами является цикл синтеза белка, продолжительность которого около 24 ч.
Существуют «большие» биологические часы, отсчитывающие длительность жизни. Они констатируют суммарные изменения в гомеостазе организма от момента его рождения до смерти. «Большие» биологические часы «идут» неравномерно. Многие факторы влияют на них, ускоряя (факторы риска) или замедляя их ход, укорачивая или удлиняя жизнь.
Ритмозадающий стимул может быть и внешним. «Лунный месяц» оказался эволюционно закрепленным в ритмичности физиологических процессов (менструальный цикл), так как Луна оказывает влияние на ряд земных явлений, которые в свою очередь воздействуют на живые организмы, и они адаптивно изменяют свои функции. К физическим синхронизаторам относятся также колебания температуры и влажности воздуха, барометрического давления, напряженности электрического и магнитного полей Земли, меняющихся и в связи с солнечной активностью, также имеющей периодичность. С солнечной активностью А. Л. Чижевский справедливо связывал «эхо солнечных бурь» - ряд заболеваний человека.
В естественных условиях ритм физиологической активности человека синхронизирован с его социальной активностью, обычно высокой днем и низкой ночью. При перемещениях человека через временные пояса (особенно быстро на самолете через несколько временных поясов) наблюдается десинхронизация функций. Это проявляется в усталости, раздражительности, расстройстве сна, умственной и физической угнетенности; иногда наблюдаются расстройства пищеварения, изменения артериального давления. Эти ощущения и функциональные нарушения возникают в результате десинхронизации циркадианных закрепленных ритмов физиологических процессов с измененным временем световых суток (астрономических) и социальной активности в новом месте пребывания человека.
Часто встречающимся видом десинхронизации биологического и социального ритмов активности является работа в вечернюю и ночную смену на предприятиях с круглосуточным режимом работы. При переходе с одной смены на другую происходит десинхронизация биоритмов, и они не полностью восстанавливаются к следующей рабочей неделе, так как на перестройку биоритмов человека в среднем необходимо примерно 2 недели. У работников с напряженным трудом (например, авиадиспетчеры, авиапилоты, водители ночного транспорта) и переменной сменностью работы нередко наблюдается временная дезадаптация - десинхроноз. У этих людей нередко отмечаются различные виды патологии, связанные со стрессом, - язвенная болезнь, гипертония, неврозы. Это плата за нарушение циркадианных биоритмов.
Десинхроноз – это расстройство циркадианных биоритмов.
1. рассогласование (несколько дней);
2. постепенное формирование новых биоритмов (7 – 10 дней);
3. полного восстановления (ч/з 14 дней.)
Вопросы для самоподготовки
Понятие о хронофизиологии.
Биоритмы человека, их классификация.
Характеристика основных параметров биоритмов.
Факторы, обусловливающие биоритмы.
Управление внутренними колебательными процессами в организме
Понятие о десинхронозе.
Домашнее задание
Составить таблицу ритмических процессов организма по следующей схеме:
Нарисовать кривую биоритма, обозначить её фазы.
Зарисовать график суточной ритмики работоспособности человека.
Самостоятельная работа на занятии
Таблица 7.2
|
Программа действия |
Ориентировочные основы действия |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1. Составить графики физического, эмоционального и интеллектуального биоритмов |
Постройте графики физического, эмоционального и интеллектуального биоритмов. Для этого заполните таблицу «Показатели физического, эмоционального и интеллектуального циклов». Проанализируйте полученные графики физического, эмоционального и интеллектуального биоритмов, используя таблицы 34, 35, 36. Сделайте вывод. |
Таблица «Показатели физического, эмоционального и интеллектуального циклов»
А – по таб. 30 найдите остатки от деления числа прожитых лет на период соответствующего цикла. Число прожитых лет определяется так: от текущего года отнимается год рождения и отнимается ещё один. Б – по таблице 31 определите число високосных лет. Речь идёт о целых годах, где год рождения и текущий год не учитываются. В – по таблице 32 определите остаток от деления числа целых месяцев, прожитых в год рождения, если год високосный и февраль прожит целиком, то добавьте 1. Г – по таблице 33 найдите остаток от деления числа целых месяцев, прожитых в текущем году. Д – добавьте 1, если текущий год високосный и месяц февраль прожит. Е – запишите количество прожитых дней в данном месяце. Затем сумму каждого цикла разделите на длину периода этого же цикла. Так, сумму, полученную в физическом цикле, разделите на 23, в эмоциональном цикле – на 28, в интеллектуальном цикле – на 33. Затем к полученным остаткам добавьте по единице и получите день цикла. Постройте график по полученным результатам. сегодняшнее
число |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2. Определение хронотипа человека |
Определите хронотип, используя предложенный тест. В каждом вопросе теста выберите один вариант ответа. |
1. Трудно ли вам вставать рано утром: а) да, почти всегда; б) иногда; в) крайне редко? 2. Если бы у вас была возможность выбора, в какое время вы ложились бы спать: а) после 1 часа ночи; б) с 23 часов 30 минут до 1 часа; в) с 22 часов до 23 часов 30 минут; г) до 22 часов? 3 . Какой завтрак вы предпочитаете в течение первого часа после пробуждения: а) плотный; 6) менее плотный; в) можете ограничиться вареным яйцом или бутербродом; г) достаточно чашки чая или кофе? 4. Если вспомнить ваши последние размолвки на работе и дома, то преимущественно, в какое время они происходили: а) в первой половине дня; 6) во второй половине дня? 5. От чего вы могли бы отказаться с большей легкостью: а) от утреннего чая или кофе; б) от вечернего чая? 6. Насколько легко нарушаются ваши привычки, связанные с принятием пищи, во время каникул или отпуска: а) очень легко; б) достаточно легко; в) трудно; г) остаются без изменений? 7 . Если рано утром предстоят важные дела, насколько времени раньше вы ложитесь спать по сравнению с обычным распорядком: а) более чем на 2 часа; 6) на 1-2 часа; в) меньше чем на 1 час; г) как обычно? 8. Насколько точно вы можете оценить промежуток времени, равный минуте: а) меньше минуты; б) больше минуты? |
Таблица 1
|
Варианты ответа | ||||||||
Таблица 2
Тестовый контроль
Главный фактор формирования биоритмов
1) социальный;
2) геофизический (фотопериодизм);
3) физиологический.
Базисными являются биоритмы
1) физиологические;
2) геосоциальные;
3) геофизические
Физиологические биоритмы
1) сплав врождённых и приобретённых биоритмов;
2) генетически запрограммированы, обладают видовой специфичностью;
3) циклические изменения деятельности клеток, органов и систем обусловленные геофизическими факторами.
К геофизическим факторам относятся
1) режим труда, отдыха, общественной деятельности;
2) гравитация, магнитное поле земли, фотопериодизм.
Геосоциальные биоритмы
1) генетически запрограммированы;
2) обладают видовой специфичностью;
3) могут изменяться в онтогенезе.
Согласно хроногипотезе клеточные часы – это
1) эпифиз и супрахиазматическое ядро гипоталамуса;
2) кора большого мозга;
3) цикл синтеза белка.
Эпифиз продуцирует мелатонин в больших количествах..
3) вечером.
Выберите правильную последовательность стадий десинхроноза
1) перестройка, стабилизация, рассогласование;
2) стабилизация, рассогласование, перестройка;
3) рассогласование, перестройка; стабилизация.
Новый циркадианный биоритм у человека вырабатывается
1) через 24 часа;
2) через 6 месяцев;
3) через 3 – 4 недели.
Резистентность организма наиболее высока…
1) в утренние часы;
2) в вечерние часы;
Ответы
1 -2; 2 – 1; 3 – 2; 4 – 2; 5 – 3; 6 – 3; 7 – 2; 8 – 3; 9 – 3; 10 – 1.
Задачи
В эпифизе образуется гормон мелатонин, который тормозит действие гонадотропных гормонов. Свет угнетает синтез мелатонина. Можно ли на этом основании утверждать, что эпифиз принимает участие в регуляции годовых ритмов плодовитости млекопитающих?
Во время летних каникул студенты совершили перелет из Владивостока в Москву. При резкой смене часовых поясов нарушилась работа организма: ухудшился аппетит, снизилась работоспособность, наблюдается сонливость днём и бессонница ночью, немного понизилось давление (≈ 115/60 мм.рт.ст). Как называется это состояние? Какие рекомендации вы бы дали студентам?
Как вы думаете, почему одни люди легко встают по утрам и засыпают вечером, а другие с трудом?
Как вы думаете, почему в Индии и Китае лунный цикл внесен в гражданский календарь?
Ответы
Чем больше света (продолжительный день), тем выше активность гонадотропных гормонов, а, следовательно, и половых, регулирующих половое поведение. Поэтому периоды размножения приходятся на весну и лето.
Это состояние называется десинхронозом. Возникает при сбое обычных ритмов, что пагубно отражается на самочувствии человека. Чтобы быстрее адаптироваться к изменившимся условиям, необходимо придерживаться привычного режима дня.
Причина в том, что биологические часы, определяющие циклы сна и бодрствования различаются у разных людей. Как показывают исследования, у «жаворонков» более короткие циклы биологических часов, чем у «сов». Это означает, что «жаворонки» спят как раз тогда, когда их цикл сна находится на пике, и поэтому просыпаются бодрыми и свежими. «Совы» же обычно вынуждены просыпаться на пике цикла сна, в это время уровень мелатонина у них повышен, и они чувствуют сонливость и усталость.
Один из важнейших биоритмов – месячный. Под месячным биоритмом подразумевается лунный цикл, длительность которого составляет 29,5 суток. Лунный цикл оказывает огромное влияние на все процессы, протекающие на нашей планете: морские приливы и отливы, периоды размножения у животных, интенсивность поглощения кислорода растениями и т. д. Особенно отчетливо изменение фаз Луны чувствует люди, испытывающие проблемы со здоровьем. Например, в дни новолуний, когда гравитационное воздействие Луны на оболочку Земли особенно сильно, увеличивается количество рецидивов заболеваний сердечнососудистой системы, снижается активность головного мозга, возрастает число психических нарушений.
Вопросы для самоконтроля
В чём заключается гипотеза хронона?
Что такое акрофаза, батифаза, мезор, период, частота, амплитуда биоритма?
Чем отличаются геосоциальные биоритмы от геофизических?
В чём отличие между физиологическими и геосоциальными биоритмами?
Что такое биологические часы и где они локализуются?
В какое время суток наиболее высока резистентность организма?
Литература
Основная:
Нормальная физиология. Учебник. / Под ред. В.М. Смирнова. – М.: Академия, 2010
Нормальная физиология. Учебник. / Под ред. А.В., Завьялова. В.М. Смирнова.- М.: «Медпресс-информ», 2009
Руководство к практическим занятиям по нормальной физиологии / Под ред. С.М. Будылиной, В.М. Смирнова. М.: Издательский центр «Академия», 2005
Дополнительная:
Нормальная физиология. Учебник. / Под ред.В.Н. Яковлева. М.: Издательский центр «Академия», 2006
Нормальная физиология. Учебник. / Под ред. Р.С. Орлова, А.Д. Н Орлова. М. Издателькая группа «ГЭОТАР-Медиа», 2005
Ситуационные задачи по нормальной физиологии; под ред.Л.Д. Маркиной. - Владивосток: Медицина ДВ, 2005
Физиология человека. Учебник./ Под ред. В.М. Покровского, Г.Ф. Коротько.- М.: Медицина, 2003
Руководство к практическим занятиям по физиологии / Под ред. К.В.Судакова М.: Медицина, 2002
Физиология человека. Учебник./ Под ред. Н.А. Агаджаняна, В.И. Циркина.-СП.: СОТИС, 2002
Физиология человека. Учебник./ Под ред. В.М. Смирнова. М.: Медицина, 2002
