Тема 7: Биологические ритмы человека.

Время: 2 часа.

Учебная цель: уяснить значение биоритмов организма как фона для развития адаптационных реакций.

Содержание занятия

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 биоритмыформируются 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	8 – 13 /с
Циклы сердечной деятельности	60 – 80 /мин
Дыхательные циклы	14 - 18 /мин
Циклы пищеварительной системы: базальные электрические ритмы перистальтические волны желудка голодные периодические сокращения желудка	6-12 /мин 3 /мин 1 / 1,5 ч
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.

Биологические 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. Продукция 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.

Стадии:

1. рассогласование (несколько дней);

2. постепенное формирование новых биоритмов (7 – 10 дней);

3. полного восстановления (ч/з 14 дней.)

Вопросы для самоподготовки

1. Понятие о хронофизиологии.

2. Биоритмы человека, их классификация.

3. Характеристика основных параметров биоритмов.

4. Факторы, обусловливающие биоритмы.

5. Управление внутренними колебательными процессами в организме

6. Понятие о десинхронозе.

Домашнее задание

1. Составить таблицу ритмических процессов организма по следующей схеме:

   Физиологические показатели	Биологические ритмы

2. Нарисовать кривую биоритма, обозначить её фазы.

3. Зарисовать график суточной ритмики работоспособности человека.

Самостоятельная работа на занятии

Таблица 7.2

Задание	Объект	Программа действия	Ориентировочные основы действия
1. Составить графики физического, эмоционального и интеллектуального биоритмов	Человек	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 цикл Эмоциональный цикл Интеллектуальный цикл А Б В Г Д Е сумма 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	Человек	Определите хронотип, используя предложенный тест. В каждом вопросе теста выберите один вариант ответа. Оцените ответы по таблице 1.Подсчитайте общую сумму балов. Оцените полученный результат по таблице 2. Сделайте вывод.	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?

Тестовый контроль

1. Главный фактор формирования биоритмов

1) социальный;

2) геофизический (фотопериодизм);

3) физиологический.

2. Базисными являются биоритмы

1) физиологические;

2) геосоциальные;

3) геофизические

3. 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.

4. К геофизическим факторам относятся

1) режим труда, отдыха, общественной деятельности;

2) гравитация, магнитное поле земли, фотопериодизм.

5. Геосоциальные биоритмы

1) генетически запрограммированы;

2) обладают видовой специфичностью;

3) могут изменяться в онтогенезе.

6. Согласно хроногипотезе клеточные часы – это

1) эпифиз и супрахиазматическое ядро гипоталамуса;

2) кора большого мозга;

3) цикл синтеза белка.

7. Эпифиз продуцирует мелатонин в больших количествах..

1) днём;

2) ночью;

3) вечером.

8. Выберите правильную последовательность стадий десинхроноза

1) перестройка, стабилизация, рассогласование;

2) стабилизация, рассогласование, перестройка;

3) рассогласование, перестройка; стабилизация.

9. Новый циркадианный биоритм у человека вырабатывается

1) через 24 часа;

2) через 6 месяцев;

3) через 3 – 4 недели.

10. Резистентность организма наиболее высока…

1) в утренние часы;

2) в вечерние часы;

3) ночью.

Ответы

1 -2; 2 – 1; 3 – 2; 4 – 2; 5 – 3; 6 – 3; 7 – 2; 8 – 3; 9 – 3; 10 – 1.

Задачи

1. 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?

2. 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?

3. Как вы думаете, почему одни люди легко встают по утрам и засыпают вечером, а другие с трудом?

4. Как вы думаете, почему в Индии и Китае лунный цикл внесен в гражданский календарь?

Ответы

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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

1. В чём заключается гипотеза хронона?

2. Что такое акрофаза, батифаза, мезор, период, частота, амплитуда биоритма?

3. Чем отличаются геосоциальные биоритмы от геофизических?

4. В чём отличие между физиологическими и геосоциальными биоритмами?

5. Что такое биологические часы и где они локализуются?

6. В какое время суток наиболее высока резистентность организма?

Литература

Основная:

1. Нормальная физиология. Учебник. / Под ред. В.М. Смирнова. – М.: Академия, 2010

2. Нормальная физиология. Учебник. / Под ред. А.В., Завьялова. В.М. Смирнова.- М.: «Медпресс-информ», 2009

3. Руководство к практическим занятиям по нормальной физиологии / Под ред. С.М. Будылиной, В.М. Смирнова. М.: Издательский центр «Академия», 2005

Дополнительная:

1. Нормальная физиология. Учебник. / Под ред.В.Н. Яковлева. М.: Издательский центр «Академия», 2006

2. Нормальная физиология. Учебник. / Под ред. Р.С. Орлова, А.Д. Н Орлова. М. Издателькая группа «ГЭОТАР-Медиа», 2005

3. Ситуационные задачи по нормальной физиологии; под ред.Л.Д. Маркиной. - Владивосток: Медицина ДВ, 2005

4. Физиология человека. Учебник./ Под ред. В.М. Покровского, Г.Ф. Коротько.- М.: Медицина, 2003

5. Руководство к практическим занятиям по физиологии / Под ред. К.В.Судакова М.: Медицина, 2002

6. Физиология человека. Учебник./ Под ред. Н.А. Агаджаняна, В.И. Циркина.-СП.: СОТИС, 2002

7. Физиология человека. Учебник./ Под ред. В.М. Смирнова. М.: Медицина, 2002