Время : 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» Показатель Физический Эмоциональный Интеллектуальный 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

Многие биологические процессы в природе протекают ритмично, т.е. разные состояния организма чередуются с достаточно четкой периодичностью. Примеры быстрых ритмов - сокращения сердца или дыхательные движения с периодом всего в несколько секунд. У других жизненно важных ритмов, например чередования бодрствования и сна, период составляет около суток. Если биологические ритмы синхронизированы с наступлением приливов и отливов (каждые 12,4 часа) или только одной из этих фаз (каждые 24,8 часа), их называют приливными. У лунных биологических ритмов период соответствует продолжительности лунного месяца, а у годичных - года. Сердечные сокращения и другие формы быстрой ритмичной активности, не коррелирующей с естественными изменениями в окружающей среде, обычно изучаются физиологией и в этой статье рассмотрены не будут.

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., 1984

Биологические ритмы

Все живое на нашей планете несет отпечаток ритмического рисунка событий, характерного для нашей Земли. В сложной системе биоритмов, от коротких - на молекулярном уровне - с периодом в несколько секунд, до глобальных, связанным с годовыми изменениями солнечной активности живет и человек. Биологический ритм представляет собой один из важнейших инструментов исследования фактора времени в деятельности живых систем и их временной организации.

Биологические ритмы или биоритмы - это более или менее регулярные изменения характера и интенсивности биологических процессов. Способность к таким изменениям жизнедеятельности передается по наследству и обнаружена практически у всех живых организмов. Их можно наблюдать в отдельных клетках, тканях и органах, в целых организмах и в популяциях. [

Выделим следующие важные достижения хронобиологии:

1. Биологические ритмы обнаружены на всех уровнях организации живой природы - от одноклеточных до биосферы. Это свидетельствует о том, что биоритмика - одно из наиболее общих свойств живых систем.

2. Биологические ритмы признаны важнейшим механизмом регуляции функций организма, обеспечивающим гомеостаз, динамическое равновесие и процессы адаптации в биологических системах.

3. Установлено, что биологические ритмы, с одной стороны, имеют эндогенную природу и генетическую регуляцию, с другой, их осуществление тесно связано с модифицирующим фактором внешней среды, так называемых датчиков времени. Эта связь в основе единства организма со средой во многом определяет экологические закономерности.

4. Сформулированы положения о временной организации живых систем, в том числе - человека - одним из основных принципов биологической организации. Развитие этих положений очень важно для анализа патологических состояний живых систем.

5. Обнаружены биологические ритмы чувствительности организмов к действию факторов химической (среди них лекарственные средства) и физической природы. Это стало основой для развития хронофармакологии, т.е. способов применения лекарств с учетом зависимости их действия от фаз биологических ритмов функционирования организма и от состояния его временной организации, изменяющейся при развитии болезни.

6. Закономерности биологических ритмов учитывают при профилактике, диагностике и лечении заболеваний.

Биоритмы подразделяются на физиологические и экологические. Физиологические ритмы, как правило, имеют периоды от долей секунды до нескольких минут. Это, например, ритмы давления, биения сердца и артериального давления. Имеются данные о влиянии, например, магнитного поля Земли на период и амплитуду энцефалограммы человека.

Экологические ритмы по длительности совпадают с каким-либо естественным ритмом окружающей среды. К ним относятся суточные, сезонные (годовые), приливные и лунные ритмы. Благодаря экологическим ритмам, организм ориентируется во времени и заранее готовится к ожидаемым условиям существования. Так, некоторые цветки раскрываются незадолго до рассвета, как будто зная, что скоро взойдет солнце. Многие животные еще до наступления холодов впадают в зимнюю спячку или мигрируют. Таким образом, экологические ритмы служат организму как биологические часы.

Ритм - это универсальное свойство живых систем. Процессы роста и развития организма имеют ритмический характер. Ритмическим изменениям могут быть подвержены различные показатели структур биологических объектов: ориентация молекул, третичная молекулярная структура, тип кристаллизации, форма роста, концентрация ионов и т. д. Установлена зависимость суточной периодики, присущей растениям, от фазы их развития. В коре молодых побегов яблони был выявлен суточный ритм содержания биологически активного вещества флоридзина, характеристики которого менялись соответственно фазам цветения, интенсивного роста побегов и т. д. Одно из наиболее интересных проявлений биологического измерения времени - суточная периодичность открывания и закрывания цветков и растений. Каждое растение "засыпает" и "просыпается" в строго определенное время суток. Рано утром (в 4 часа) раскрывают свои цветки цикорий и шиповник, в 5 часов - мак, в 6 часов - одуванчик, полевая гвоздика, в 7 часов - колокольчик, огородный картофель, в 8 часов бархатцы и вьюнки, в 9-10 часов - ноготки, мать-и-мачеха. Существуют и цветы, раскрывающие свои венчики ночью. В 20 часов раскрываются цветки душистого табака, а в 21 час - горицвета и ночной фиалки. Так же в строго определенное время и закрываются цветки: в полдень - осот полевой, в 13-14 часов - картофель, в 14-15 часов -одуванчик, в 15-16 часов - мак, в 16-17 часов -ноготки, в 17-18 часов мать-и-мачеха, в 18-19 часов - лютик, в 19-20 часов - шиповник. Раскрытие и закрытие цветков зависит и от многих условий, например, от географического положения местности или времени восхода и заката солнца.

Существуют ритмические изменения чувствительности организма к повреждающим факторам внешней среды. В опытах на животных было установлено, что чувствительность к химическим и лучевым поражениям колеблется в течение суток очень заметно: при одной и той же дозе смертность мышей в зависимости от времени суток варьировала от 0 до 10 %

Важнейшим внешним фактором, влияющим на ритмы организма, является фотопериодичность. У высших животных предполагается существование двух способов фотопериодической регуляции биологических ритмов: через органы зрения и далее через ритм двигательной активности организма и путем экстрасенсорного восприятия света. Существует несколько концепций эндогенного регулирования биологических ритмов: генетическая регуляция, регуляция с участием клеточных мембран. Большинство ученых склоняются к мнению о полигенном контроле над ритмами. Известно, что в регуляции биологических ритмов принимают участие не только ядро, но и цитоплазма клетки.

Центральное место среди ритмических процессов занимает циркадианный ритм, имеющий наибольшее значение для организма. Понятие циркадианного (околосуточного) ритма ввел в 1959 году Халберг. Циркадианный ритм является видоизменением суточного ритма с периодом 24 часа, протекает в константных условиях и принадлежит к свободно текущим ритмам. Это ритмы с не навязанным внешними условиями периодом. Они врожденные, эндогенные, т.е. обусловлены свойствами самого организма. Период циркадианных ритмов длится у растений 23-28 часов, у животных 23-25 часов. Поскольку организмы обычно находятся в среде с циклическими изменениями ее условий, то ритмы организмов затягиваются этими изменениями и становятся суточными.

Циркадианные ритмы обнаружены у всех представителей животного царства и на всех уровнях организации - от клеточного давления до межличностных отношений. В многочисленных опытах на животных установлено наличие циркадианных ритмов двигательной активности, температуры тела и кожи, частоты пульса и дыхания, кровяного давления и диуреза. Суточным колебаниям оказались подвержены содержания различных веществ в тканях и органах, например, глюкозы, натрия и калия в крови, плазмы и сыворотки в крови, гормонов роста и др. По существу, в околосуточном ритме колеблются все показатели эндокринные и гематологические, показатели нервной, мышечной, сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем. В этом ритме содержание и активность десятков веществ в различных тканях и органах тела, в крови, моче, поте, слюне, интенсивность обменных процессов, энергетическое и пластическое обеспечение клеток, тканей и органов. Этому же циркадианному ритму подчинены чувствительность организма к разнообразным факторам внешней среды и переносимость функциональных нагрузок. Всего к настоящему времени у человека выявлено около 500 функций и процессов, имеющих циркадианную ритмику.

Биоритмы организма - суточные, месячные, годовые - практически остались неизменными с первобытных времен и не могут угнаться за ритмами современной жизни. У каждого человека в течение суток четко прослеживаются пики и спады важнейших жизненных систем. Важнейшие биоритмы могут быть зафиксированы в хронограммах. Основными показателями в них служат температура тела, пульс, частота дыхания в покое и другие показатели, которые можно определить только при помощи специалистов. Знание нормальной индивидуальной хронограммы позволяет выявить опасности заболевания, организовать свою деятельность в соответствии с возможностями организма, избежать срывов в его работе.

Самую напряженную работу надо делать в те часы, когда главнейшие системы организма функционируют с максимальной интенсивностью. Если человек "голубь", то пик работоспособности приходится на три часа дня. Если "жаворонок" - то время наибольшей активности организма падает на полдень. "Совам" рекомендуется самую напряженную работу выполнять в 5-6 часов вечера.

О влиянии 11-летнего цикла солнечной активности на биосферу Земли сказано много. Но не все знают о тесной зависимости, существующей между фазой солнечного цикла и антропометрическими данными молодежи. Киевские исследователи провели статистический анализ показателей массы тела и роста юношей, приходивших на призывные участки. Оказывается, что акселерация весьма подвержена солнечному циклу: тенденция к повышению модулируется волнами, синхронными с периодом "переполюсовки " магнитного поля Солнца (а это удвоенный 11-летний цикл, т.е. 22 года). Кстати, в деятельности Солнца выявлены и более длительные периоды, охватывающие несколько столетий.

Важное практическое значение имеет также исследование других многодневных (околомесячных, годовых и пр.) ритмов, датчиком времени для которых являются такие периодические изменения в природе, как смена сезонов, лунные циклы и др.

В последние годы широкую популярность приобрела теория "трех ритмов", в основе которой лежит теория о полной независимости этих многодневных ритмов как от внешних факторов, так и от возрастных изменений самого организма. Пусковым механизмом этих исключительных ритмов является только момент рождения (по другим вариантам - момент зачатия) человека. Родился человек, и возникли ритмы с периодом в 23, 28 и 33 суток, определяющие уровень его физической, эмоциональной и интеллектуальной активности. Графическим изображением этих ритмов является синусоида. Однодневные периоды, в которые происходит переключение фаз ("нулевые" точки на графике) и которые якобы отличаются снижением соответствующего уровня активности, получили название критических дней. Если одну и ту же "нулевую" точку пересекают одновременно две или три синусоиды, то такие "двойные " или "тройные " критические дни особенно опасны.

Многократные исследования, проведенные с целью проверки этой гипотезы, не подтвердили, однако, существование этих сверхуникальных биоритмов. Сверхуникальных потому, что у животных аналогичных ритмов не выявлено; никакие известные биоритмы не укладываются в идеальную синусоиду; периоды биоритмов не постоянны и зависят как от внешних условий, так и от возрастных изменений; в природе не обнаружено явлений, которые являлись бы синхронизаторами для всех людей и в то же время были "персонально " зависимы от дня рождения каждого человека.

Специальные исследования колебаний функционального состояния людей показали, что они никак не связаны с датой рождения. Подобные исследования спортсменов, проведенные в нашей стране, в США и других странах, не подтвердили связи уровня работоспособности и спортивных результатов с ритмами, предлагаемыми в гипотезе. Показано отсутствие всякой связи различных несчастных случаев на производстве, аварий и других дорожно-транспортных происшествий с критическими днями людей - виновников этих событий. Проверены также методы статистической обработки данных, свидетельствовавших якобы о наличии трех ритмов, и установлена ошибочность этих методов. Таким образом, гипотеза "трех биоритмов " не находит подтверждения. Однако ее появление и разработка имеют положительное значение, так как привлекли внимание к актуальной проблеме - исследованию многодневных биоритмов, отражающих влияние на живые организмы космических факторов (Солнца, Луны, других планет) и играющих важную роль в жизни и деятельности человека.

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.

Биологические ритмы, биоритмы, — это более или менее регулярные изменения характера и интенсивности биологических процессов. Способность к таким изменениям жизнедеятельности передается по наследству и обнаружена практически у всех живых организмов. Их можно наблюдать в отдельных , и , в целых организмах и в .

Биоритмы подразделяют на физиологические и экологические. Физиологические ритмы, как правило, имеют периоды от долей секунды до нескольких минут. Это, например, ритмы , биения сердца и артериального давления. Экологические ритмы по длительности совпадают с каким-либо естественным ритмом окружающей среды. К ним относят суточные, сезонные (годовые), приливные и лунные ритмы. Благодаря экологическим ритмам организм ориентируется во времени и заранее готовится к ожидаемым изменениям условий существования. Так, некоторые цветки раскрываются незадолго до рассвета, как будто зная, что скоро взойдет солнце. Многие животные еще до наступления холодов впадают в зимнюю или мигрируют (см. ). Таким образом, экологические ритмы служат организму как биологические часы.

Экологические ритмы устойчивы к различным физическим и химическим воздействиям и сохраняются даже при отсутствии соответствующих изменений во внешней среде. Большинство растений умеренных и высоких широт на зиму теряют листья, чтобы избежать потери влаги. Яблоня или груша сохраняют сезонную периодичность сбрасывания листьев и при выращивании их в тропиках, где никогда не бывает морозов. У панцирных моллюсков во время морских приливов створки раковины открыты шире, чем во время отливов. Этот приливный ритм открывания и закрывания створок наблюдался у моллюсков и в аквариуме за 1600 км от океанского побережья, где они были отловлены. Французский спелеолог М. Сиффре 205 дней провел под землей в пещере в полном одиночестве и темноте. Все это время у него отмечался суточный ритм и бодрствования.

Основной земной ритм — суточный, обусловленный вращением Земли вокруг своей оси, поэтому практически все процессы в живом организме обладают суточной периодичностью. Все эти ритмы (а у человека их уже обнаружено более 100) определенным образом связаны друг с другом, образуя единую, согласованную во времени ритмическую систему организма. При рассогласовании ритмов развивается заболевание, получившее название десинхроноза. У человека десинхроноз наблюдается, например, при перелетах через несколько часовых поясов, когда ему приходится привыкать к новому распорядку дня.

Нарушение ритма и бодрствования может привести не только к бессоннице, но и к заболеваниям сердечно-сосудистой, дыхательной и . Поэтому так важно соблюдать режим дня. Биоритмы интенсивно исследуются специалистами в области космической и медицины, так как при освоении новых планет космонавты будут полностью лишены обычных ритмов среды.

Наука о биологических ритмах — биоритмология — еще очень молода. Но уже сейчас она имеет большое практическое значение. Искусственно изменяя сезонные циклы освещения и температуры, можно добиться массового цветения и плодоношения растений в теплицах, высокой плодовитости животных. Любое лекарство или яд по-разному влияет на организм в течение суток. На эту особенность обратили внимание еще основоположники медицины в Древнем Китае, которые составили «часы жизненной силы» и «часы заболеваний» того или иного . Особенно широкое применение эти «часы» нашли при иглоукалывании. В настоящее время фактор времени учитывают при лечении многих заболеваний, и в первую очередь при лечении рака. Определив время наименьшей устойчивости насекомых к инсектицидам, можно проводить химические обработки с наибольшей эффективностью при минимальном загрязнении окружающей среды.

Проблема биологических ритмов еще далека от окончательного решения. До сих пор не разгаданы тонкие механизмы биологических часов.

КАК УСТРОИТЬ ЖИВЫЕ ЧАСЫ

Одна из наиболее интересных проявлений биологического измерения времени — суточная периодичность открывания и закрывания цветков у растений. Каждое растение «засыпает» и «просыпается» в строго определенное время суток. Рано утром (в 4 ч) раскрывают свои цветки цикорий и шиповник, в 5 ч — мак, в 6 ч — одуванчик, полевая гвоздика, в 7 ч — колокольчик, огородный картофель, в 8 ч — бархатцы и вьюнки, в 9—10 ч — ноготки, мать-и-мачеха и только в 11 ч — торица. Существуют и цветы, раскрывающие свои венчики ночью. В 20 ч раскрываются цветки душистого табака, а в 21 ч — горицвета и ночной фиалки.

Так же в строго определенное время и закрываются цветки: в полдень — осот полевой, в 13—14 ч — картофель, в 14—15 ч — одуванчик, в 15—16 ч — мак и торица, в 16—17 ч — ноготки, в 17—18 ч — мать-и-мачеха, в 18—19 ч — лютик и в 19—20 ч — шиповник.

Вы можете устроить на садовой клумбе живые часы. Для этого необходимо посадить цветущие растения в таком порядке, в каком они раскрывают или закрывают свои цветки. Такие многокрасочные и ароматные часы не только будут радовать вас своей красотой, но и позволят достаточно точно (с интервалом 1 — 1,5 ч) определять время.

Впервые такие цветочные часы устроил выдающийся шведский естествоиспытатель в 20-х гг. XVIII в.

Однако цветочные часы точно показывают время только в ясную и солнечную погоду. В пасмурные дни или просто перед переменой погоды они могут и обмануть. Поэтому полезно создать и коллекцию зеленых барометров, предсказывающих изменение погоды. Перед дождем, например, закрывают свои венчики ноготки и лютики. А уроженица тропических лесов Бразилии причудливая монстера способна предсказать осадки даже за сутки, обильно выделяя из листьев влагу.

Раскрывание и закрывание цветков зависят и от многих других условий, например от географического положения местности или времени восхода и захода солнца. Поэтому, прежде чем составить цветочные часы, необходимо провести предварительные наблюдения.

Цветочные часы можно устроить, например, из этих растений. В кружках показано примерное время, когда открываются и закрываются цветки.