Що таке біологічні ритми і в чому їхнє значення для живих організмів. Біоритми організму людини
Біологічні ритми
Все живе на планеті несе відбиток ритмічного малюнка подій, характерного нашої Землі. У складній системі біоритмів, від коротких – на молекулярному рівні – з періодом у кілька секунд, до глобальних, пов'язаних із річними змінами сонячної активності живе і людина. Біологічний ритм є одним із найважливіших інструментів дослідження чинника часу у діяльності живих систем та його тимчасової організації.
Біологічні ритми чи біоритми - це більш менш регулярні зміни характеру та інтенсивності біологічних процесів. Здатність до таких змін життєдіяльності передається у спадок і виявлено практично у всіх живих організмів. Їх можна спостерігати в окремих клітинах, тканинах та органах, у цілих організмах та у популяціях. [
Виділимо такі важливі досягнення хронобіології:
1. Біологічні ритми виявлено всіх рівнях організації живої природи - від одноклітинних до біосфери. Це свідчить про те, що біоритміка - одне з найбільш загальних властивостейживих систем.
2. Біологічні ритми визнані найважливішим механізмом регуляції функцій організму, що забезпечує гомеостаз, динамічну рівновагу та процеси адаптації в біологічних системах.
3. Встановлено, що біологічні ритми, з одного боку, мають ендогенну природу та генетичну регуляцію, з іншого, їхнє здійснення тісно пов'язане з модифікуючим фактором зовнішнього середовища, так званих датчиків часу. Цей зв'язок в основі єдності організму із середовищем багато в чому визначає екологічні закономірності.
4. Сформульовані положення про тимчасову організацію живих систем, у тому числі – людину – одним з основних принципів біологічної організації. Розвиток цих положень дуже важливий для аналізу патологічних станів живих систем.
5. Виявлено біологічні ритми чутливості організмів до дії факторів хімічної (серед них лікарські засоби) та фізичної природи. Це стало основою у розвиток хронофармакології, тобто. способів застосування ліків з урахуванням залежності їх дії від фаз біологічних ритмів функціонування організму та стану його тимчасової організації, що змінюється при розвитку хвороби.
6. Закономірності біологічних ритмів враховують при профілактиці, діагностиці та лікуванні захворювань.
Біоритми поділяються на фізіологічні та екологічні. Фізіологічні ритми, як правило, мають періоди від часток секунди до декількох хвилин. Це, наприклад, ритми тиску, биття серця та артеріального тиску. Є дані про вплив, наприклад, магнітного поля Землі на період та амплітуду енцефалограми людини.
Екологічні ритми за тривалістю збігаються з будь-яким природним ритмом довкілля. До них відносяться добові, сезонні (річні), приливні та місячні ритми. Завдяки екологічним ритмам організм орієнтується в часі і заздалегідь готується до очікуваних умов існування. Так, деякі квіти розкриваються незадовго до світанку, начебто знаючи, що скоро зійде сонце. Багато тварин ще до настання холодів впадають у зимову сплячку або мігрують. Таким чином, екологічні ритми служать організму як біологічний годинник.
Ритм – це універсальна властивість живих систем. Процеси зростання та розвитку організму мають ритмічний характер. Ритмічним змінам можуть бути схильні різні показники структур біологічних об'єктів: орієнтація молекул, третинна молекулярна структура, тип кристалізації, форма зростання, концентрація іонів і т. д. Встановлено залежність добової періодики, властивої рослинам від фази їх розвитку. У корі молодих пагонів яблуні було виявлено добовий ритм вмісту біологічно активної речовини флоридзина, характеристики якого змінювалися відповідно до фаз цвітіння, інтенсивного росту пагонів тощо. Кожна рослина "засинає" і "прокидається" в певний час доби. Рано вранці (о 4 годині) розкривають свої квітки цикорій і шипшина, о 5 годині - мак, о 6 годині - кульбаба, польова гвоздика, о 7 годині - дзвіночок, городня картопля, о 8 годині чорнобривці та берізки, о 9-10 годині. - нігтики, мати-й-мачуха. Існують і квіти, які розкривають свої віночки вночі. О 20-й годині розкриваються квітки запашного тютюну, а о 21-й годині - горицвіту та нічної фіалки. Так само в строго певний час і закриваються квітки: опівдні - осот польовий, о 13-14 годині - картопля, о 14-15 годині -кульбаба, о 15-16 годині - мак, о 16-17 годині - нігтики, о 17-й -18 годин мати-й-мачуха, о 18-19 годині - жовтець, о 19-20 годині - шипшина. Розкриття та закриття квіток залежить і від багатьох умов, наприклад, від географічного положення місцевості або часу сходу та заходу сонця.
Існують ритмічні зміни чутливості організму до шкідливих факторів зовнішнього середовища. У дослідах на тваринах було встановлено, що чутливість до хімічних та променевих уражень коливається протягом доби дуже помітно: при одній і тій же дозі смертність мишей залежно від доби варіювала від 0 до 10 %
Найважливішим зовнішнім фактором, що впливає на ритми організму, є фотоперіодичність. У вищих тварин передбачається існування двох способів фотоперіодичного регулювання біологічних ритмів: через органи зору і далі через ритм рухової активності організму і шляхом екстрасенсорного сприйняття світла. Існує кілька концепцій ендогенного регулювання біологічних ритмів: генетична регуляція, регуляція за участю клітинних мембран. Більшість вчених схиляються до думки про полігенний контроль над ритмами. Відомо, що у регуляції біологічних ритмів беруть участь як ядро, а й цитоплазма клітини.
Центральне місце серед ритмічних процесів займає циркадіанний ритм, що має найбільше значення для організму. Поняття циркадіанного (цілодобового) ритму запровадив у 1959 році Халберг. Циркадіанний ритм є видозміною добового ритму з періодом 24 години, протікає в константних умовах і належить до вільно поточних ритмів. Це ритми із не нав'язаним зовнішніми умовами періодом. Вони уроджені, ендогенні, тобто. обумовлені властивостями самого організму. Період циркадіанних ритмів триває у рослин 23-28 годин, тварин 23-25 годин. Оскільки організми зазвичай перебувають у середовищі із циклічними змінами її умов, то ритми організмів затягуються цими змінами та стають добовими.
Циркадіані ритми виявлено в усіх представників тваринного царства і всіх рівнях організації - від клітинного тиску до міжособистісних відносин. У численних дослідах на тваринах встановлено наявність циркадіанних ритмів рухової активності, температури тіла та шкіри, частоти пульсу та дихання, кров'яного тиску та діурезу. Добовим коливанням виявилися схильні до вмісту різних речовин в тканинах і органах, наприклад, глюкози, натрію і калію в крові, плазми і сироватки в крові, гормонів росту та ін. , серцево-судинної, дихальної та травної систем У цьому ритмі вміст та активність десятків речовин у різних тканинах та органах тіла, у крові, сечі, поті, слині, інтенсивність обмінних процесів, енергетичне та пластичне забезпечення клітин, тканин та органів. Цьому ж циркадіанному ритму підпорядковані чутливість організму до різноманітних факторів довкілля та переносимість функціональних навантажень. Загалом наразі у людини виявлено близько 500 функцій та процесів, що мають циркадіанну ритміку.
Біоритми організму - добові, місячні, річні - практично залишилися незмінними з первісних часів і не можуть наздогнати ритми сучасного життя. У кожної людини протягом доби чітко простежуються піки та спади найважливіших життєвих систем. Найважливіші біоритми можуть бути зафіксовані у хронограмах. Основними показниками в них є температура тіла, пульс, частота дихання в спокої та інші показники, які можна визначити тільки за допомогою фахівців. Знання нормальної індивідуальної хронограми дозволяє виявити небезпеку захворювання, організувати свою діяльність відповідно до можливостей організму, уникнути зривів у його роботі.
Саму напружену роботу треба робити в ті часи, коли найголовніші системиорганізму функціонують із максимальною інтенсивністю. Якщо людина "голуб", то пік працездатності посідає три години дня. Якщо "жайворонок" - то час найбільшої активності організму падає опівдні. "Совам" рекомендується найнапруженішу роботу виконувати о 5-6 годині вечора.
Про вплив 11-річного циклу сонячної активності на біосферу Землі сказано багато. Але не всі знають про тісну залежність між фазою сонячного циклу та антропометричними даними молоді. Київські дослідники провели статистичний аналіз показників маси тіла та зростання юнаків, які приходили на призовні ділянки. Виявляється, що акселерація дуже схильна до сонячного циклу: тенденція до підвищення модулюється хвилями, синхронними з періодом "переполюсування" магнітного поля Сонця (а це подвоєний 11-річний цикл, тобто 22 роки). До речі, у діяльності Сонця виявлено і більш тривалі періоди, що охоплюють кілька століть.
Важливе практичне значення має також дослідження інших багатоденних (близькомісячних, річних та ін.) ритмів, датчиком часу яких є такі періодичні зміни у природі, як зміна сезонів, місячні цикли та інших.
У Останніми рокамиШирокої популярності набула теорія " трьох ритмів " , основу якої лежить теорія про повну незалежність цих багатоденних ритмів як від зовнішніх чинників, і від вікових змін самого організму. Пусковим механізмом цих виняткових ритмів є лише момент народження (за іншими варіантами – момент зачаття) людини. Народилася людина, і виникли ритми з періодом 23, 28 і 33 діб, що визначають рівень її фізичної, емоційної та інтелектуальної активності. Графічним зображенням цих ритмів є синусоїда. Одноденні періоди, у які відбувається перемикання фаз ("нульові" точки на графіці) і які нібито відрізняються зниженням відповідного рівня активності, одержали назву критичних днів. Якщо одну і ту ж "нульову" точку перетинають одночасно дві чи три синусоїди, то такі "подвійні" або "потрійні" критичні дніособливо небезпечні.
Багаторазові дослідження, проведені з метою перевірки цієї гіпотези, не підтвердили, проте існування цих надунікальних біоритмів. Понад унікальних тому, що у тварин аналогічних ритмів не виявлено; ніякі відомі біоритми не вкладаються в ідеальну синусоїду; періоди біоритмів не постійні та залежать як від зовнішніх умов, так і від вікових змін; у природі не виявлено явищ, які були синхронізаторами всім людей й те водночас були " персонально " залежні від народження кожної людини.
Спеціальні дослідження коливань функціонального стану людей показали, що вони не пов'язані з датою народження. Подібні дослідження спортсменів, проведені в нашій країні, США та інших країнах, не підтвердили зв'язку рівня працездатності та спортивних результатів з ритмами, запропонованими в гіпотезі. Показано відсутність будь-якого зв'язку різних нещасних випадків на виробництві, аварій та інших дорожньо-транспортних пригод із критичними днями людей – винуватців цих подій. Перевірено також методи статистичної обробкиданих, що свідчили нібито наявність трьох ритмів, і встановлено помилковість цих методів. Таким чином, гіпотеза "трьох біоритмів" не знаходить підтвердження. Однак її поява та розробка мають позитивне значення, оскільки привернули увагу до актуальної проблеми - дослідженню багатоденних біоритмів, що відбивають вплив на живі організми космічних факторів (Сонця, Місяця, інших планет) та відіграють важливу роль у житті та діяльності людини.
Біологічні ритми, біоритми — це більш-менш регулярні зміни характеру та інтенсивності біологічних процесів. Здатність до таких змін життєдіяльності передається у спадок і виявлено практично у всіх живих організмів. Їх можна спостерігати в окремих, і в цілих організмах і в.
Біоритми поділяють на фізіологічні та екологічні. Фізіологічні ритми, як правило, мають періоди від часток секунди до декількох хвилин. Це, наприклад, ритми, биття серця та артеріального тиску. Екологічні ритми тривалістю збігаються з будь-яким природним ритмом навколишнього середовища. До них відносять добові, сезонні (річні), приливні та місячні ритми. Завдяки екологічним ритмам організм орієнтується у часі та заздалегідь готується до очікуваних змін умов існування. Так, деякі квіти розкриваються незадовго до світанку, начебто знаючи, що скоро зійде сонце. Багато тварин ще до холодів впадають у зимову чи мігрують (див. ). Таким чином, екологічні ритми служать організму як біологічний годинник.
Екологічні ритми стійкі до різних фізичних та хімічних впливів і зберігаються навіть за відсутності відповідних змін у зовнішньому середовищі. Більшість рослин помірних та високих широт на зиму втрачають листя, щоб уникнути втрати вологи. Яблуня або груша зберігають сезонну періодичність скидання листя і при вирощуванні їх у тропіках, де ніколи не буває морозів. У панцирних молюсків під час морських припливів стулки раковини відкриті ширше, ніж під час відливів. Цей приливний ритм відкривання та закривання стулок спостерігався біля молюсків та в акваріумі за 1600 км від океанського узбережжя, де вони були відловлені. Французький спелеолог М. Сіффре 205 днів провів під землею в печері на самоті і темряві. Весь цей час у нього відзначався добовий ритм та неспання.
Основний земний ритм - добовий, обумовлений обертанням Землі навколо своєї осі, тому практично всі процеси в живому організмі мають добову періодичність. Всі ці ритми (а в людини їх вже виявлено понад 100) певним чином пов'язані один з одним, утворюючи єдину, узгоджену у часі ритмічну систему організму. При неузгодженні ритмів розвивається захворювання, що отримало назву десинхронозу. У людини десинхроноз спостерігається, наприклад, при перельотах через кілька часових поясів, коли доводиться звикати до нового розпорядку дня.
Порушення ритму та неспання може призвести не тільки до безсоння, але й до захворювань серцево-судинної, дихальної та . Тому так важливо дотримуватися режиму дня. Біоритми інтенсивно досліджуються фахівцями в галузі космічної та медицини, оскільки при освоєнні нових планет космонавти будуть повністю позбавлені звичайних ритмів середовища.
Наука про біологічні ритми – біоритмологія – ще дуже молода. Але вже зараз вона має велике практичного значення. Штучно змінюючи сезонні цикли освітлення та температури, можна досягти масового цвітіння та плодоношення рослин у теплицях, високої плодючості тварин. Будь-які ліки або отрута по-різному впливають на організм протягом доби. На цю особливість звернули увагу ще основоположники медицини в Стародавньому Китаї, які склали «годинник життєвої сили» та «годинник захворювань» того чи іншого. Особливо широке застосування ці «годинники» знайшли при акупунктурі. В даний час фактор часу враховують при лікуванні багатьох захворювань, і насамперед при лікуванні раку. Визначивши час найменшої стійкості комах до інсектицидів, можна проводити хімічні обробки з найбільшою ефективністю за мінімального забруднення навколишнього середовища.
Проблема біологічних ритмів ще далекою від остаточного рішення. Досі не розгадані тонкі механізми біологічного годинника.
Як влаштувати живі години
Один із найцікавіших проявів біологічного виміру часу — добова періодичність відкривання та закривання квіток у рослин. Кожна рослина «засинає» і «прокидається» в певний час доби. Рано вранці (о 4 год) розкривають свої квітки цикорій і шипшина, о 5 год — мак, о 6 год — кульбаба, польова гвоздика, о 7 год — дзвіночок, городня картопля, о 8 год — чорнобривці і берізки, о 9—10 год - нігтики, мати-й-мачуха і тільки в 11 год - ториця. Існують і квіти, які розкривають свої віночки вночі. О 20 год розкриваються квітки запашного тютюну, а о 21 год — горицвета і нічний фіалки.
Так само в строго певний час і закриваються квітки: опівдні - осот польовий, о 13-14 год - картопля, о 14-15 год - кульбаба, о 15-16 год - мак і ториця, о 16-17 год - нігтики, о 17—18 год — мати-й-мачуха, о 18—19 год — жовтець і о 19—20 год — шипшина.
Ви можете влаштувати на садовій клумбі живий годинник. Для цього необхідно посадити квітучі рослини в такому порядку, як вони розкривають або закривають свої квітки. Такий багатобарвний і ароматний годинник не тільки радуватиме вас своєю красою, але і дозволить досить точно (з інтервалом 1 - 1,5 год) визначати час.
Вперше такий квітковий годинник влаштував видатний шведський дослідник природи в 20-х роках. XVIII ст.
Однак квітковий годинник точно показує час тільки в ясну та сонячну погоду. У похмурі дні або просто перед зміною погоди вони можуть обдурити. Тому корисно створити і колекцію зелених барометрів, що передбачають зміну погоди. Перед дощем, наприклад, закривають свої віночки нігтики та жовтці. А уродженка тропічних лісів Бразилії химерна монстера здатна передбачити опади за добу, рясно виділяючи з листя вологу.
Розкриття та закриття квіток залежать і від багатьох інших умов, наприклад від географічного положення місцевості або часу сходу та заходу сонця. Тому, перш ніж скласти квітковий годинник, необхідно провести попередні спостереження.
Квітковий годинник можна влаштувати, наприклад, з цих рослин. У гуртках показано приблизний час, коли відкриваються та закриваються квітки.
Біологічні ритми цікаві тим, що у багатьох випадках зберігаються навіть за сталості умов середовища. Такі ритми називають ендогенними, тобто. «які йдуть зсередини»: хоча зазвичай вони й корелюють із ритмічними змінами зовнішніх умов, наприклад чергуванням дня і ночі, їх не можна вважати прямою реакцією на ці зміни. Ендогенні біологічні ритми виявлено в усіх організмів, крім бактерій. Внутрішній механізм, який підтримує ендогенний ритм, тобто. що дозволяє організму не тільки відчувати перебіг часу, а й вимірювати його проміжки, називається біологічним годинником.
Робота біологічного годинника зараз добре вивчена, проте внутрішні процеси, що лежать в її основі, залишаються загадкою. У 1950-х роках радянський хімік Б.Білоусов довів, що навіть у однорідній суміші деякі хімічні реакціїможуть періодично прискорюватися та уповільнюватися. Аналогічно, спиртове бродіння в дріжджових клітинах то активується, то пригнічується з періодичністю бл. 30 секунд. Якимось чином ці клітини взаємодіють одна з одною, тому їх ритми синхронізуються і вся дріжджова суспензія двічі на хвилину «пульсує».
Вважається, що така природа всіх біологічних годин: хімічні реакції у кожній клітині організму протікають ритмічно, клітини «підлаштовуються» друг під друга, тобто. синхронізують свою роботу і в результаті пульсують одночасно. Ці синхронізовані дії можна порівняти з періодичними коливаннями вартового маятника.
Циркадіані ритми. Великий інтерес становлять біологічні ритми з періодом близько доби. Вони так і називаються – навколодобовими, циркадіанними чи циркадними – від латів. circa - навколо та dies - день.Біологічні процеси з циркадіанною періодичністю дуже різноманітні. Наприклад, три види грибів, що світяться, посилюють і послаблюють своє свічення кожні 24 години, навіть якщо штучно тримати їх при постійному світлі або в повній темряві. Щодобово змінюється свічення одноклітинної морської водорості
Gonyaulax . У вищих рослин у циркадіанному ритмі протікають різні метаболічні процеси, зокрема фотосинтез та дихання. У живців лимона з 24-годинною періодичністю коливається інтенсивність транспірації. Особливо наочні приклади - щодобові рухи листя та розкриття-закривання квіток.Різні циркадіані ритми відомі і у тварин. Прикладом може бути близьке до актиній кишковопорожнинне - морське перо (
Cavernularia obesa ), що є колонією з безлічі крихітних поліпів. Морське перо живе на піщаному мілководді, втягуючись у пісок вдень і розвертаючись ночами, щоб харчуватися фітопланктоном. Цей ритм зберігається у лабораторії за незмінних умов висвітлення.Чітко працює біологічний годинник у комах. Наприклад, бджоли знають, коли розкриваються певні квітки, і відвідують їх щодня одночасно. Бджоли також швидко засвоюють, коли їм виставляють на пасіці цукровий сироп.
Людина як сон, а й інші функції підпорядковані добовому ритму. Приклади тому - підвищення та зниження кров'яного тиску та виділення калію та натрію нирками, коливання часу рефлексу, пітливості долонь тощо. Особливо помітні зміни температури тіла: вночі вона приблизно на 1
° З нижчою, ніж удень. Біологічні ритми у людини формуються поступово під час індивідуального розвитку. У новонародженого вони досить нестійкі – періоди сну, харчування тощо. чергуються безсистемно. Регулярна зміна періодів сну та неспання на основі 24- 25 годинного циклу починає відбуватися лише з 15-тижневого віку.Кореляція та «налаштування». Хоча біологічні ритми та ендогенні, вони відповідають змінам зовнішніх умов, зокрема зміні дня та ночі. Ця кореляція обумовлена т.зв. "захопленням". Наприклад, циркадіанні рухи листя у рослин зберігаються у повній темряві лише кілька діб, хоча інші циклічні процеси можуть продовжувати повторюватися сотні разів незважаючи на сталість зовнішніх умов. Коли листя квасолі, що витримується в темряві, нарешті припинила розправлятися і опускатися, досить короткого спалаху світла, щоб цей ритм відновився і протримався ще кілька діб. У циркадіанних ритмів тварин і рослин тимчасовим стимулом зазвичай служить зміна освітленості - на світанку і ввечері. Якщо такий сигнал повторюється періодично і з частотою, близькою до властивого даному ендогенному ритму, відбувається точна синхронізація внутрішніх процесів організму із зовнішніми умовами. Біологічний годинник «захоплюється» навколишньою періодичністю.Змінюючи зовнішній ритм по фазі, наприклад включаючи світло на ніч і підтримуючи вдень темряву, можна «перевести» біологічний годинник так само, як звичайний, хоча така перебудова вимагає деякого часу. Коли людина переїжджає на інший часовий пояс, його ритм сну-неспання змінюється зі швидкістю дві-три години на добу, тобто. до різниці о 6 годині він пристосовується лише через два-три дні.
У певних межах можна переналаштувати біологічний годинник і на цикл, який відрізняється від 24 годин, тобто. змусити їх йти з іншою швидкістю. Наприклад, у людей, які тривалий час жили в печерах зі штучним чергуванням світлих і темних періодів, сума яких суттєво відрізнялася від 24 годин, ритм сну та інших циркадіанних функцій підлаштовувався до нової тривалості «доби», що становила від 22 до 27 годин, проте сильніше змінити його було вже неможливо. Те саме стосується й інших вищих організмів, хоча багато рослин можуть пристосовуватися до «доб», тривалість яких становить цілу частину звичайних, наприклад 12 або
8:00. Приливні та місячні ритми. У прибережних морських тварин найчастіше спостерігаються приливні ритми, тобто. періодичні зміни активності, синхронізовані з підйомом та спадом води. Припливи обумовлені місячним тяжінням, і в більшості регіонів планети відбувається два припливи і два відливи протягом місячної доби (періоду часу між двома послідовними сходами Місяця.) Оскільки Місяць рухається навколо Землі в тому ж напрямку, що і наша планета навколо власної осі, місячна добаприблизно 50 хвилин довше сонячних, тобто. припливи наступають кожні 12,4 години. Такий самий період у приливних ритмів. Наприклад, рак-самітник ховається від світла в відплив і виходить із тіні в приплив; з настанням припливу устриці відкривають свої раковини, розгортають щупальці актинії тощо. Багато тварин, у тому числі деякі риби, у приплив споживають більше кисню. З підйомом і спадом води синхронізовано зміни забарвлення крабів, що манять.Багато приливних ритмів зберігаються, іноді протягом декількох тижнів, навіть якщо тримати тварин в акваріумі. Значить, по суті вони ендогенні, хоча в природі «захоплюються» і підкріплюються змінами в зовнішньому середовищі.
У деяких морських тварин розмноження корелює з фазами Місяця і відбувається зазвичай один раз (рідше – двічі) протягом місяця. Користь такої періодичності виду очевидна: якщо яйця і сперма викидаються у воду всіма особинами одночасно, шанси на запліднення досить високі. Цей ендогенний ритм і, як вважається, задається «перетином» 24-годинного циркадіанного ритму з приливним, період якого 12,4 або 24,8 години. Такий «перетин» (збіг) відбуваються з інтервалами 14
- 15 та 29-30 діб, що відповідає місячному циклу.Найкраще відомий і, ймовірно, найбільш помітний серед приливних та місячних ритмів той, що пов'язаний із розмноженням груніону – морської риби, що кидає ікру на пляжах Каліфорнії. Протягом кожного місячного місяця спостерігаються два особливо високі - сизигійні - припливи, коли Місяць знаходиться на одній осі з Землею і Сонцем (між ними або з протилежної від світила сторони). Під час такого припливу груніон нереститься, закопуючи ікринки в пісок біля краю води. Протягом двох тижнів вони розвиваються практично на суші, куди не можуть дістатися морських хижаків. У наступний сизигийний приплив, коли вода покриває буквально нашпигований ними пісок, з усіх ікринок за кілька секунд вилуплюються мальки, які тут же випливають у море. Очевидно, що така стратегія розмноження можлива лише якщо дорослі груніони відчувають час настання сизигийных припливів.
Менструальний цикл у жінок триває чотири тижні, хоча не обов'язково синхронізований із фазами місяця. Тим не менш, як показують експерименти, і в цьому випадку можна говорити про місячний ритм. Терміни менструацій легко зрушити, використавши, наприклад, спеціальну програму штучного висвітлення; проте вони наступатимуть із періодичністю, дуже близькою до 29,5 діб, тобто. до місячного місяця.
Низькочастотні ритми. Біологічні ритми з періодами, що набагато перевищують один місяць, важко пояснити на основі біохімічних флуктуацій, якими, ймовірно, обумовлені циркадіанні ритми, і механізм їх поки що невідомий. Серед таких ритмів найбільш очевидні річні. Якщо дерева помірного пояса пересадити в тропіки, вони деякий час зберігатимуть циклічність цвітіння, скидання листя та період спокою. Рано чи пізно ця ритмічність порушиться, тривалість фаз циклу буде дедалі більш невизначеною і зрештою зникне синхронізація біологічних циклів як різних екземплярів однієї й тієї ж виду, і навіть різних гілок одного дерева.У тропічних областях, де умови середовища практично постійні протягом усього року, місцевим рослинам та тваринам часто властиві довготривалі біологічні ритми з періодом, відмінним від 12 місяців. Наприклад, цвітіння може наступати кожні 8 чи 18 місяців. Очевидно, річний ритм - це адаптація умов помірної зони.
Значення біологічного годинника. Біологічний годинник корисний організму насамперед тому, що дозволяє йому пристосовувати свою активність до періодичних змін у навколишньому середовищі. Наприклад, краб, що уникає світла під час відливу, автоматично шукатиме притулок, який захистить його від чайок та інших хижаків, що добувають їжу на субстраті, що оголився з-під води. Почуття часу, властиве бджолам, координує їхній виліт за пилком і нектаром з періодом розкриття квіток. Аналогічним чином, циркадіанний ритм підказує глибоководним морським тваринам, коли настає ніч і можна піднятися ближче до поверхні, де більше їжі.Крім того, біологічний годинник дозволяє багатьом тваринам знаходити напрямок, користуючись астрономічними орієнтирами. Це можливо тільки якщо відомо одночасно положення небесного тіла і час доби. Наприклад, у Північній півкулі сонце опівдні знаходиться точно на півдні. В інші години, щоб визначити південний напрямок, треба, знаючи положення сонця, зробити кутову поправку, яка залежить від місцевого часу. Використовуючи свій біологічний годинник, деякі птахи, риби та багато комах регулярно виконують такі «розрахунки».
Не доводиться сумніватися, що перельотним птахам, щоб знаходити дорогу до дрібних островів в океані, потрібні навігаційні здібності. Ймовірно, вони використовують свій біологічний годинник для визначення не тільки напряму, а й географічних координат.
Див. такожПТАХИ.Проблеми, пов'язані з навігацією, постають як перед птахами. Регулярні тривалі міграції здійснюють тюлені, кити, риби та навіть метелики.
Практичне застосування біологічних ритмів. Зростання та цвітіння рослин залежать від взаємодії між їх біологічними ритмами та змінами середовищних факторів. Наприклад, цвітіння стимулюється головним чином тривалістю світлого та темного періодів доби на певних стадіях розвитку рослини. Це дозволяє відбирати культури, придатні для тих чи інших широт та кліматичних умов, а також виводити нові сорти. У той самий час відомі успішні спроби зміни біологічних ритмів рослин у потрібному напрямі. Наприклад, птахемлечник аравійський (Ornithogallum arabicum ), квітучий зазвичай у березні, можна змусити розпускатися під Різдво – у грудні.З поширенням далеких повітряних подорожей багато хто зіткнувся з феноменом десинхронізації. Пасажир реактивного літака, що швидко перетинає кілька часових поясів, зазвичай відчуває втому і дискомфорт, пов'язане з «переведенням» свого біологічного годинника на місцевий час. Подібна десинхронізація спостерігається у людей, що переходять з однієї робочої зміни до іншої. Більшість негативних ефектів обумовлено при цьому присутністю в організмі людини не одного, а багатьох біологічних годин. Зазвичай це непомітно, оскільки всі вони захоплюються одним і тим же добовим ритмом зміни дня і ночі. Однак при зрушенні його по фазі швидкість переналаштування різних ендогенних годинників неоднакова. В результаті сон настає, коли температура тіла, швидкість виділення нирками калію та інші процеси в організмі ще відповідають рівню неспання. Така неузгодженість функцій у період адаптації до нового режиму веде до підвищеної стомлюваності.
Накопичується все більше даних, які свідчать про те, що тривалі періоди десинхронізації, наприклад при частих перельотах з одного часового поясу в інший, шкідливі для здоров'я, проте наскільки велика ця шкода поки не зрозуміло. Коли зсуву по фазі уникнути не можна, десинхронізацію можна звести до мінімуму, правильно підібравши швидкість наступу зсуву.
Біологічні ритми мають очевидне значення для медицини. Добре відомо, наприклад, що сприйнятливість організму до різних шкідливих впливів коливається залежно від часу. У дослідах з введення мишам бактеріального токсину показано, що опівночі його смертельна доза вища, ніж опівдні. Аналогічним чином змінюється чутливість цих тварин до алкоголю та рентгенівського опромінення. Сприйнятливість людини теж вагається, проте в протифазі: її організм найбеззахисніший за північ. Вночі смертність прооперованих хворих утричі вища, ніж удень. Це корелює з коливаннями температури тіла, яка в людини максимальна вдень, а в мишей – уночі.
Такі спостереження наводять на думку, що лікувальні процедури слід узгоджувати з перебігом біологічного годинника, і певних успіхів тут уже досягнуто. Труднощі в тому, що біологічні ритми людини, особливо хворої, поки що недостатньо досліджені. Відомо, що при багатьох захворюваннях
- від раку до епілепсії – вони порушуються; Яскравий приклад - непередбачувані коливання температури тіла у хворих. Поки що біологічні ритми та їх зміни як слід не вивчені, використовувати їх на практиці, очевидно, не можна. До цього варто додати, що в деяких випадках десинхронізація біологічних ритмів може бути не лише симптомом хвороби, а й однією з причин. ЛІТЕРАТУРА Біологічні ритми , ТТ. 1-2. М., 1984У ході численних наукових дослідів було доведено, що зміна ночі та дня тісно пов'язана з режимами неспання та відпочинку. Самою природою передбачені певні біологічні ритми організму, які людина не в змозі самостійно змінити без шкоди здоров'ю та життю. Природні зміни в добі є основою магнітного поля всієї Землі.
Біологічні ритми – значення для життя
Добовий ритм, що складається з 24 годин, передбачає, що вдень люди повинні не спати, а вночі - спати та відновлювати свої сили та запас енергії. Ще на зорі епох людина ховалася у своєму житлі вночі, яка несла небезпеку та ризик для життя. Коли заходило сонце, він починав займатися домашніми справами, готувався до сна. З появою електрики ми змінили своє ставлення, адже тепер стало можливим продовжувати активність і лягати спати пізніше, ніж звичайно. Біологічні ритми і працездатність тісно пов'язані, тому часто рішення зайнятися важливими справами вночі виявляється неефективним. Природу не обдуриш, і людина тільки вдень здатна активно працювати.
Більшість фізіологічних функцій нашого організму мають власні біологічні ритми. Саме тому вироблення сечі та крові характеризується найвищими показниками вдень та низькими – вночі. Біологічні ритми людини, перебуваючи в несприятливому становищі в період з півночі до 6-ї години ранку, визначають той факт, що абсолютна більшість смертей відбувається саме в цей час.
Добовий ритм органів
Біологічні ритми людини - це зміни рівня активності життєво важливих процесів, що повторюються з певною періодичністю. Мудрі китайці здавна вважали, що життєва енергія ци в різний час перетікає по різним частинамнашого тіла, а тому бачили чималу користь у впливі на організм у певний час (строго позначений ритм). Для стимуляції того чи іншого органу вони застосовували вплив в активній фазі, для зниження енергії ци в органі – процедури у період спокою. Біологічні ритми організму служать своєрідним годинником, який вказує на добові коливання підйому енергії та спаду. Такі спостереження виявилися надзвичайно корисними в медицині, оскільки допомагають визначити, коли в той самий час той чи інший орган працює більш ефективно, а коли переходить на стадію релаксації (відпочинку та відновлення). Як говорив Станіславський, природа біологічних ритмів становить основу людського життя.
Ритми шлунка, підшлункової залози та селезінки
Виконавши свою основну роботу, кишечник залишається в спокійному стані, а от шлунок завжди вимагає додаткової енергії, тому що працює на найвищих обертах вранці. Тому повноцінно снідати так корисно. Харчуватися вранці можна будь-якою, навіть калорійною їжею, це не зашкодить самій стрункою фігурою. Важливо при цьому забезпечити спокійну обстановку, мати можливість відпочити.
З 9 до 11 години наша підшлункова та селезінка активно працюють, а шлунок вже відпочиває. Саме тому пізніше 9 ранку занадто щільний сніданок однозначно викликає обтяження та сонливість. Всім відомо, що підшлункова залоза покликана здійснювати контроль цукру в людській крові. Вирішивши з'їсти щось солодке в цей період, ми запускаємо цей орган, який прагне знизити рівень цукру в крові. Цим пояснюється те, що солодке лише трохи втамовує голод, але не надовго, і разом з ненаситністю до нас занепадає сил і втома. Варто відзначити, що пити солодку каву з метою "перекусити" і набратися сил - це замкнене коло.
У цей час людина найбільш чутлива до засудження, іронії та байдужості. Наша селезінка в період з 9 до 11 активно виробляє кров'яні кульки, які багато в чому допомагають оновленню та самолікування організму, а тому активна боротьба з інфекцією та вірусами йде до самого полудня. Біологічні ритми у разі допомагають налагодити здоров'я.
Ритми сечового міхура та нирок
Покликаний проводити очищення всього організму, сечовий міхур активно працює з 15 до 17 години дня. У разі деяких проблем з цим органом рекомендується проводити лікування до 19 години вечора, оскільки саме в цей період відбувається зміна активних періодів роботи сечового міхура та нирок.
Нирки найкраще функціонують з 17 до 19 години вечора. Дуже корисно проводити рефлексогінні масажі в цей час для їх очищення та розвантаження. Пити ввечері потрібно поменше, особливо шкідливими будуть молоко та какао — наші нирки не справляються з переробкою цих продуктів до сну. Науково доведено, що шкоди від пересічного теплого молочка перед сном набагато більші, ніж реальної користі. Адже молоко – це їжа, а зовсім не напій, а тому може спровокувати поганий сон та неприємні сновидіння.
Ритми серця, кровообігу та акумуляція загальної енергії
Між 11 і 13 слід не переїдати, тому що це шкідливо для серця, що найактивніше працює в цей період. У цій фазі важливо не перевантажувати організм переїданням - достатньо лише трохи притупити почуття голоду, повне насичення при цьому настає приблизно через 5 хв. після їди. Саму напружену роботу рекомендується перенести більш пізній час.
Діти, яких встигли вкласти між 19 та 21 годиною вечора, добре засинають без проблем. Після 21 години батьки можуть годинами сперечатися з малюками, намагаючись їх відправити в ліжко. Дітей можна зрозуміти - адже в цей період вони думають про все, тільки не про сон. Це пояснюють біологічні ритми, закладені природою, оскільки активний кровообіг відбувається саме в період із 7 до 9 години вечора. Крім того, у цей час діти добре піддаються навчанню, тягнуться до нових знань. Мозок людини у цій фазі працює чудово.
Між 21 та 23 годинами енергія людського тіла акумулюється. Нестача рівноваги в духовному та фізичному плані може виражатися в тому, що нам холодно і незатишно в прохолодному приміщенні, коли людина почувається некомфортно і не може заснути. В цей час наша енергія активізується.
Ритми жовчного міхура, печінки
Оптимальний час для відпочинку та очищення печінки та жовчного міхура – ніч (приблизно з 23 до 01). Мимовільне піднесення в цей годинник говорить про проблеми з цими органами. Жирну їжу ввечері вживати не варто, а краще взагалі відмовитись від вечері. Оптимально функціонувати печінку та жовчний вміють за відсутності навантаження з боку шлунка. Робота в нічну змінує просто отрутою для людей із хворобами цих органів, адже вони не можуть розслабитися та відновитися.
Процес очищення печінки можливий лише під час відпочинку вночі, десь між годиною та трьома ночі. Не даремно існує навіть система лікування захворювань цього органу за допомогою сну. Перевантажувати її в цей період вкрай небезпечно, як і перегріватися під час нічного відпочинку. Особливу шкоду завдає вживання алкоголю та куріння вночі.
Ритми легень, товстого та тонкого кишечника
Найактивніший період роботи людських легень припадає на 3-5 години ранку. Саме цей факт пояснює, що курці починають кашляти під ранок, тим самим очищаючись від отруйного харкотиння. Регулярно прокидаючись у той чи інший час вночі (під ранок), можна робити висновки про неполадки у своєму організмі.
Їжа, що споживається людиною, знаходиться в тонкому кишечнику приблизно 2 години, а в товстому - цілих 20. Так, рідкий стілець свідчить про проблеми в першому органі, а запор говорить про недостатньо активну роботу другого. Найкращий період очищення товстого кишечника – це 5-7 годин ранку. Для стимулювання процесу дефекації можна використовувати нескладні прийоми: 1 склянку теплої води або сухофрукти у невеликій кількості.
Приблизно о 13 годині багато хто з нас помічає, що накочується раптова втома і цілком природна лінь - це результат слабшання кровообігу і діяльності нашого серця. У цей період більшу частину навантаження отримує тонкий кишечник, активно перетравлюючи їжу. Наша вегетативна нервова система зараз управляє процесом травлення, абсолютно не контролюючись свідомістю. Саме тому такий корисний у цей час південний відпочинок та обмеження стресів, щоб запобігти блокуванню правильної діяльності кишечника.
Біологічні ритми та працездатність
Маючи уявлення про правильній роботітого чи іншого органу та особливостях, які ми розглянули вище, людина може чітко розпізнати на основі своїх особистих відчуттів невідповідність загальноприйнятих норм дійсності. Таким чином, своєрідний «внутрішній годинник» пояснює біологічні ритми та їх вплив на організм. При цьому не завжди той спосіб життя, який традиційно представляється нам корисним та нормальним, відповідає нормі. Добові біологічні ритми пояснюють нашу трохи дивну поведінку протягом дня. Саме тому тепер ми точно знаємо, що почуття втоми, яке виникає о 13-15 годині дня, - це природне фізичне явище нашого організму. Так що не варто мучитися, вважаючи себе запеклим ледарем.
Прикладом практичного застосування знань про біологічні ритми є наукові дослідження, проведені серед робітників однієї фабрики. Після нічної зміни, рано-вранці, медики зробили забір крові у співробітників. Незважаючи на те, що всі ці люди були абсолютно здорові, результати дослідження показали значне порушення норми у показниках. Вплив біологічних ритмів на працездатність пояснює той факт, що саме через навантаження в нічну зміну вони порушуються і призводять до погіршення загального стану організму. Коли ж провели подібний аналіз у тих самих співробітників, які відпрацювали кілька змін у денний час, коли люди вночі нормально висипалися і приступали до праці, що відпочили, показники цілком відповідали нормам. Таким чином було науково доведено, що сама ефективна роботадосягається в періоди з 8 до 10 ранку та з 16 до 21 години вечора. Зниження активності та, відповідно, продуктивності спостерігається з 13 до 15 години дня. Робота в нічний час надзвичайно шкідлива для людини, до того ж після 22 години вечора самовіддача будь-якого працівника різко знижується, досягаючи свого мінімуму в період з 2 до 3 години ночі. Такі твердження належать приблизно до 60% людей, які брали участь у експерименті.
Значення сну та відпочинку
Не можна не брати до уваги, що існують такі індивідууми, які активізуються тільки до вечора, плідно працюють до пізньої ночі, а потім сплять допізна. Або, навпаки, «ранні пташки», які укладаються спати рано і що максимально активно працюють з ранку. Кожній із таких груп людей характерний вечірній чи ранковий тип добової активності. Такі особливості зустрічаються у 20% від населення. Медицина праці активно використовує ці знання, проводячи спеціальні тести серед потенційних співробітників перед прийомом працювати у нічну чи денну зміну.
В області паранауки (теоретичні дослідження, що не мають наукового доказу) Досить часто при розгляді біологічного ритму людини береться до уваги поділ його на певні типи:
Фізичний - повторюється кожні 23 дні.
Емоційний – через 28 днів.
Інтелектуальний - з інтервалом у 33 дні.
У кожному з цих ритмотипів трапляються позитивні та негативні фази. Так, при збігу негативних періодів всіх трьох одночасно, мова йдепро так звані критичні дні.
У спробі змінити добові ритми на шкоду їх структурі та тривалості проводилося чимало наукових дослідів. Основним результатом таких експериментів стало виділення поняття «дрібна доба». Наприклад, йдеться про тиху годину в лікарнях, санаторіях, дитячих садках та будинках відпочинку. У спекотних країнах населення також часто намагається дробити добу, складаючи свої періоди активного відпочинку та відпочинку, сну з декількох частин: працювати в найхолодніший час (рано вранці і ввечері), а спати в спеку. Яскравий прикладтакого пристосування — денна сієста у низці країн світу.
Дробна доба була вироблена протягом століть, а тому вона максимально комфортна для людини в тих чи інших умовах проживання, на відміну від так званих експериментальних. На відміну від вищезгаданої життєвої доби, останні створюються для того, щоб вивчити, як організм може перебудовуватися на зміни добового режиму та наскільки швидко це може відбуватися. Зміщення фази сну та неспання в ході дослідів відбувається легше, коли цей спосіб застосовується плавно, з невеликими змінами. Але в будь-якому випадку злагодженість природних процесів в організмі порушується, а тому людина у будь-якому випадку почувається некомфортно. Причини біологічних ритмів закладені самою природою, і нам непідвладно їх змінити штучно, без шкоди для власного здоров'я та загального самопочуття.
У ході дослідів із перебудови організму на 48-годинну добу було виявлено природне протистояння: низька працездатність, швидка стомлюваність, зовнішні прояви втоми на обличчі. Таким чином, без шкоди для свого здоров'я людина не здатна перебудуватися на інший ритм доби, відмінний від природного, коли день можна проводити активно, а вночі відпочивати, проводячи уві сні не менше належного мінімуму – 8 годин. Біологічні ритми та сон тісно пов'язані між собою.
Висновок
Не виспавшись як слід, ми погано почуваємося, швидко втомлюємося. Накопичена кількома днями чи тижнями втома може спричинити уповільнення всіх ритмів життєдіяльності. Біологічні ритми та працездатність людини тісно взаємопов'язані. Як не намагалися вчені штучно змінити природний розпорядок доби, їм це так і не вдалося. Добові біологічні ритми завжди поверталися завдяки невидимій спадковій генетиці у свій нормальний режим, закладений природою. Яскравий приклад такого твердження. наукові дослідиКоліна Піттендрая, коли при приміщенні дрозофіл в умови життя, відмінні від природного середовища проживання, вони стали швидше вмирати. Це вкотре доводить те, що біологічні ритми у підтримці повноцінного існування грають провідну роль.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА БІОРИТМІВ
Життя людини нерозривно пов'язані з чинником часу. Одна з ефективних форм пристосування організму до зовнішнього середовища – ритмічність фізіологічних функцій. Біоритм - автоколивальний процес у біологічній системі, що характеризується послідовним чергуванням фаз напруги та розслаблення, коли той чи інший параметр послідовно досягає максимального чи мінімального значення. Закон, яким відбувається цей процес, може бути описаний синусоїдальної кривою.
Ритмічні процеси відбивають рух складових тіл Всесвіту, зокрема і рух Землі. Виникнення біологічних ритмів пов'язане з періодами, близькими до геофізичних циклів. Це виникнення було необхідною умовою збереження живої матерії на Землі та можливості її подальшої еволюції. Біоритми набули поширення у всьому живому: у найпростішій живій плазмі, рослинах, світі тварин, людині. Поява навіть найпримітивніших біоритмів має адаптивне значення.
У людини та тварин описано близько 400 біоритмів. Існує кілька їх класифікацій. Найчастіше біоритми класифікують виходячи з частоти коливань (осциляцій), чи періодів. Вирізняють такі основні ритми:
Ритми високої частоти, або мікроритми (від часток секунди до 30 хв). Прикладами мікроритмів є осциляція на молекулярному рівні, ЧСС, частота дихання, періодичність перистальтики кишечника.
Ритми середньої частоти (від 30 хв до 28 год). До цієї групи входять ультрадіані (до 20 годин) та циркадіані, або близькодобові (20-28 годин), ритми. Циркадіанний ритм – основний ритм фізіологічних функцій людини.
Мезоритми (від 28 годин до 6-7 днів). Сюди належать циркасептальні ритми (близько 7 днів). З цими ритмами пов'язана працездатність людини, тому кожен 6 чи 7 день тижня є вихідним.
Макроритми (від 20 днів до 1 року). До них відносяться циркануальні (цирканні), або навколорічні, ритми, а також сезонні та близькомісячні (циркасинодичні) ритми.
Мегаритми (тривалість у десяток або багато десятків років). Цьому виду коливань підпорядковані деякі інфекційні процеси, властиві людині (епідемії) та тваринам (епізоотії). Прикладом мегаритму є хвилеподібна зміна фізичного розвиткулюдей протягом багатьох століть. Так, неандертальці були маленького зросту, а кроманьйонці – великого. У середні віки зростання людей було відносно малим, а в середині ХХ ст. виникло явище акселерації.
Між переліченими типами біоритмів є переходи.
В іншій класифікації біоритмів враховують специфіку субстрату, або рівень організації біологічної системи, що вивчається. Вирізняють ритми:
окремих субклітинних структур;
життєдіяльності клітин;
органів чи тканин;
одно- та багатоклітинних організмів;
популяцій та екосистем.
Кожен біоритм можна охарактеризувати за допомогою методів математичного аналізу, а також графічного зображення (біоритмограми або хронограми).
На рис. 11.1 наведено принцип побудови біоритмограми на прикладі добової зміни ЧСС.
Як видно з малюнка, біоритмограм має синусоїдальний характер. У ній розрізняють: тимчасовий період, фазу напруги, фазу розслаблення, амплітуду напруги, амплітуду розслаблення, акрофазу даного біоритму.
Тимчасовий період - найважливіша характеристика біоритму - відрізок часу, після якого відбувається повторення функції чи стану організму.
Рис. 11.1. Схема біоритмограми з прикладу циркадного ритму ЧСС: 1 - амплітуда напруги; 2 - амплітуда розслаблення
Фази напруги та розслаблення характеризують посилення та зниження функції протягом доби.
Амплітуда - різниця між максимальною та мінімальною вираженістю функції в денний (амплітуда напруги) та нічний (амплітуда розслаблення) час. Загальна амплітуда – різниця між максимальною та мінімальною вираженістю функції в рамках всього добового циклу.
Акрофаза - час, який припадає найвища точка (чи максимальний рівень) даного біоритму.
Іншими різновидами біоритмограм є інвертовані і двовершинні криві.
Інвертовані криві характеризуються зниженням вихідного рівня активності в денний час, тобто зміною функції у напрямку, протилежному до звичайного. Двовершинні криві відрізняються двома піками активності протягом дня. Поява другого піку – це прояв адаптації до умов існування. Наприклад, перший пік працездатності людини (11-13 год) – це природний прояв біоритму, пов'язаний із денною активністю. Другий підйом працездатності (вечірній годинник) обумовлений необхідністю виконання домашніх та інших обов'язків.
ЦИРКАДІАННА ОРГАНІЗАЦІЯ ФУНКЦІЙ ЛЮДИНИ
Більшість фізіологічних та біохімічних процесів в організмі людини та тварин пов'язані зі світловим режимом та змінюються закономірно протягом доби. Тому циркадіанний біоритм – базисний біоритм людського організму. Поява циркадіанних ритмів дозволило живим організмам «вимірювати» час, звідси з'явилося таке поняття, як «біологічний годинник». Найдавніша функція циркадіанного біоритму полягала в приуроченні максимальної біологічної активності до певного часу доби, який був би найбільш сприятливим для діяльності даного організму.
В основі циркадіанної організації функцій лежить періодична зміна неспання та сну. Загалом у людини психічна діяльністьта фізична працездатність ефективніша в денні години, ніж уночі. У світлій фазі доби у людини більша рухова активність. Зростання розумової працездатності виявляється у підвищенні швидкості переробки інформації, ефективності навчання. У цей час підвищується біоелектрична активність мозку (рис. 11.2).
Можна виявити два піки мозкової діяльності людей у денні години: висока активність о 10-12 і о 16-18 год, спад - до 14 год. Проте є індивідуальні відмінності тимчасового розподілу працездатності.
Як правило, в нічний годинник розумова працездатність зменшується. Але це означає повного зникнення біоритмів. Сон - це не тільки компонент циркадіанного біоритму (сон-неспання). Він складається з 5-7 циклів, що повторюються, тобто повинен розглядатися як біоритмічний феномен.
Показник працездатності
Рис. 11.2. Циркадіанний ритм розумової працездатності школярів
Добові коливання працездатності чітко корелюють з ритмами окремих фізіологічних систем та обміну речовин. До кінця дня у людини спостерігається максимум частоти, глибини та об'єму дихання, скорочувальна функція міокарда досягає найбільших значень. Кровообіг найбільш інтенсивно вдень у головному мозку та м'язах, а вночі – у судинах кистей рук та стоп.
Протягом доби змінюється реактивність серцево-судинної системи до навантажень. Вдень фізичне навантаження викликає більший приріст кровообігу, ніж уночі. Тому одне й те саме навантаження вночі відчувається як важче, що необхідно враховувати при роботі в нічну зміну.
Циркадіанна ритміка охоплює органи кровотворення. Кістковий мозок найбільш активний вранці, тому вранці в кровотік надходить найбільша кількість молодих еритроцитів. Вміст гемоглобіну в крові найвищий з 11 до 13 год, а його мінімум припадає на 16-18 год. Швидкість осідання еритроцитів мінімальна рано-вранці і максимальна в 9-10 год.
Добові коливання виявляються в процесі згортання крові: у нічний час відбувається зменшення згортання, а вдень цей процес поступово посилюється і досягає максимальних значень опівдні.
Бронхіальна прохідність знижена в нічний та ранковий годинник, але, починаючи з 11 год, вона збільшується і досягає максимуму до 18 год.
Від фази добового ритму залежить діяльність шлунково-кишкового тракту людей. Слиновиділення, секреція шлункового та підшлункового соку, рухова активність шлунка та кишечника більше вдень, ніж уночі. Ця закономірність проявляється навіть у людей, які працюють у нічну зміну.
Хоча жовч виробляється печінкою безперервно, її виділення неоднаково в різний час доби: у першій половині дня воно більше, а у вечірні години - менше. Це створює умови для кращого перетравлення жирів у першу половину дня, коли людині особливо потрібне енергетичне забезпечення її функцій. У першій половині дня інтенсивніше відбувається процес розпаду глікогену в печінці зі звільненням глюкози. У другій половині дня та вночі печінка посилює асиміляцію глюкози та синтез глікогену, створюючи енергетичний резерв для наступного дня.
Циркадіанний режим характерний і функції нирок. У ранкові години в канальцях нирок відбувається особливо активна реабсорбція фосфатів, глюкози та інших речовин, необхідні підтримки енергетичних витрат організму. Реабсорбція води в нирках збільшується вночі, внаслідок чого вночі зменшується виведення сечі.
Інтенсивність метаболічних процесів, що протікають на рівні окремої клітини, так і в межах цілого організму, особливо висока в години найбільшої активності. Так, у людини вдень активізуються процеси катаболізму (розпаду) вуглеводів і білків, а в нічний час переважають анаболічні процеси, тобто синтез речовин, що забезпечують пластичні та енергетичні функції.
Добові коливання рівня метаболічних процесів корелюють із температурою тіла. У людини найвища температура тіла відзначається у вечірній час, найнижча – вранці.
Добові коливання діяльності внутрішніх органівта обміну речовин багато в чому визначаються змінами нейроендокринної регуляції в циклі неспання – сон. Під час неспання переважає функціональна активність симпато-адреналової системи. Циркадіани ритми характерні і для функції залоз внутрішньої секреції. У першій половині ночі збільшено секрецію соматотропіну, пролактину та тиреотропіну. Кортикотропін виділяється з гіпофіза у другій половині ночі.
З ритмами гіпоталамо-гіпофізарної системи пов'язані коливання функції периферичних ендокринних залоз, але максимальний рівень їхньої секреторної активності відстає на 2-3 години від виділення гіпофізарних гормонів. Так, якщо кортикотропін секретується максимально в другій половині ночі, то кортикостероїди - рано-вранці, що створює умови для гарної працездатності людини відразу ж після пробудження. А ритм тиреоїдних гормонів досягає максимуму у другій половині нічного сну.
Добові ритми різних функцій організму утворюють єдине ціле, у якому простежується суворо впорядкована послідовність метаболічних, фізіологічних процесів та поведінкових актів. У тварин провідними є ритми поведінкової діяльності, а в людини – трудовий. Біоритми людини можуть до певної міри перебудовуватися за зміни умов роботи, наприклад, під час переходу з денної зміни на нічну. У людини спостерігається соціальна детермінованість ритмічних коливань фізіологічних та біохімічних процесів.
БІОРИТМОЛОГІЧНА ОРГАНІЗАЦІЯ ФУНКЦІЙ ОРГАНІЗМУ
Сезонні біоритми
Сезонні біоритми у тварин сформувалися у відповідь на зміни тривалості світлового дня, температури навколишнього середовища, кисневого забезпечення, наявності їжі та води у різні періоди року. Прикладом генетично закріпленого сезонного біоритму у тварин є весняні та осінні перельоти птахів. У тварин чітко виражені зимова сплячка, сезонна линяння, сезонність репродуктивних функцій. Це пов'язано з метеорологічними факторами, що діють у різні пори року.
У людини, життєдіяльність якої менше залежить від метеоумов, що змінюються, сезонні біоритми виражені слабше. Проте деякі функції людини залежать від сезонності. Так, максимальне збільшення зростання у дітей відбувається навесні та раннім літом, а мінімальне – взимку. Взимку вміст загальних ліпідів та жирних кислот у плазмі та еритроцитах крові більший, ніж улітку, що має суттєве енергетичне значення.
Людина не належить до живих істот із вираженим сезонним ритмом розмноження. Проте статева активність чоловіків знижується наприкінці зими, і в цей час виявляється максимум нежиттєздатних статевих клітин. З настанням весни відбувається активування статевої функції. Збільшення концентрації тестостерону відбувається у чоловіків наприкінці літа та на початку осені.
Взимку збільшується активність симпато-адреналової та гіпофізарно-тиреоїдної систем. Значне вироблення катехоламінів, збудження симпатичних нервів і підвищена продукція тиреоїдних гормонів посилюють роботу енергетичних механізмів організму в умовах холодної температури навколишнього середовища і, отже, сприяють збереженню нормальної температури тіла.
Влітку як у тварин, і у людини збільшується вироблення вазопресину - нейрогормона, однією з функцій якого є збереження води в організмі. Це захищає організм від зневоднення у спеку року.
Система кровообігу людини функціонує найбільш напружено в холодну пору року, тому серцево-судинні патології протікають циклічно. У жителів північної півкулі акрофаза смертності від серцево-судинних захворювань збігається із січнем. У південній півкулі найбільша частота серцево-судинних захворювань посідає червень.
Імунна система організму людини максимально напружена взимку. Найбільш сприятлива для людини рання осінь. Восени у людини підвищується обмін речовин та споживання кисню, організм насичується вітамінами, а це покращує метаболічні процеси. Прохолода після літньої спеки підвищує тонус нейроендокринної регуляції функцій. Стимулюючий вплив на людину надають фактори середовища, які сприймаються найважливішими аналізаторними системами організму: яскраві фарби осінніх рослин, їх аромати. Всі ці фактори сприятливо впливають на людину.
Окрім сезонних та близькодобових біоритмів існують і інші. Наприклад, спортсмени-чоловіки досягають найвищих результатів раз на три роки, а жінки-спортсменки – раз на два роки. Коливання душевного стану протягом усього життя людини відбуваються з періодичністю 6-7 років. Кожен із цих періодів характеризується особливим творчим піднесенням.
Астрофізичні фактори та біоритми
Еволюція Землі та біосфери нерозривно пов'язана з еволюцією космосу, зокрема з Сонячною системою. Вперше серйозну увагу зв'язок явищ астрофізичної природи із життям організмів звернули У. І. Вернадський і О. Л. Чижевський.
А. Л. Чижевський одним із перших проаналізував взаємозв'язки проявів сонячної активності – плям на Сонці – з біологічними процесами, зокрема, з епідемічними захворюваннями. Він є засновником геліобіології. Сонячна активність ритмічно вагається, тому що, по-перше, кожна активна область проходить певний цикл розвитку і, по-друге, у часі змінюється кількість плям, тобто вибухів на Сонці. Середній період коливань активності Сонця – 11 років.
Протягом років максимальної сонячної активності збільшується і активність низки вірулентних бактерій, тому частішають епідемії. Найчастіше виникають захворювання серцево-судинної системи: гіпертонічні кризи, інфаркт міокарда, мозкові інсульти. У момент геомагнітних бур зростає кількість автокатастроф і випадків травматизму з виробництва.
А. Л. Чижевський вважав, що підвищення рівня сонячної активності виводить організм із стану стійкої рівноваги та провокує хворобливі стани.
Місяць також впливає на живі організми. Внаслідок щомісячного руху Місяця ( місячний місяць- 28 діб) змінюється геомагнітне поле, що у свою чергу впливає на погоду та живі організми. Особливо великий вплив має накладення сонячних і місячних припливів, коли Місяць і Сонце розташовуються приблизно на одній прямій. Місячні біоритми виявлені у плоских хробаків, молюсків, крабів, деяких видів риб та птахів.
Проблема вивчення впливу окремих геофізичних і астрофізичних чинників на людини пов'язані з тим, що вони діють комплексно та його важко відрізнити друг від друга.
Завантаження...