Лекция № 29 Биологические ритмы и их закономерности. Хронобиология.
С понятием «ритм» связана организация живой материи. «Ритмос» - соразмерность.
1751- часы цветов Карла Линнея.
В настоящее время все ученые знают, что одно из фундаментальных свойств организмов – ритмичность, которая проявляется в синтезе ДНК, РНК, белков, работе тканей, органов.
Наука, изучающая биоритмы – биоритмология. Это молодая, но быстро развивающаяся наука.
Биологический ритм - колебание ритма или скорости какого-либо биологического процесса, наступающее примерно через равные промежутки времени. Биологические ритмы присущи всем живым организмам.
С точки зрения взаимодействия организма и среды выделяют:
- адаптивные ритмы (экологические).
Колебания с периодами, близкими основным геофизическим ритмам. Адаптация организмов к изменяющимся условиям среды (лунные, годовые, сезонные, приливно-отливные ритмы). Благодаря этим ритмам организм заранее готовится к изменениям условий существования и ориентируется во времени.
- физиологические (рабочие) ритмы.
Колебания, отражающие деятельности рабочих систем органов организма.
Классификация биоритмов.
-
Ритмы высокой частоты.
Колебания совершаются с периодом от долей секунды до 30 минут. Ритмы ЭКГ, сокращения сердца, дыхания, перистальтики ЖКТ.
2. Ритмы средней частоты.
От 30 минут до 28 часов.
-
ультрадианные (до 20 часов);
-
циркадные (20-28 часов).
Около 1,5-3 часов хорошо изучены. Множество органных функций человека в пределах 30-120 минут. Внутрисонный цикл: чередование быстрого и медленного сна (около 90-100 минут). Оральное поведение (96 минут). Наблюдения были одинаковы у здоровых людей, шизофреников, больных ожирением. Период работы ноздрей 140-300-400 минут (в период покоя – легкая нагрузка – постельный режим). Меняется одновременно и состав слюны, левая ноздря повышает рН, правая наоборот, попеременно с работой ноздрей происходит изменение содержания адреналина и норадреналина в крови. Наиболее хорошо видны подобные ритмы при чередовании активной деятельности и приступов сонливости.
Циркадианные ритмы – видоизмененные суточные ритмы. Они врожденные, эндогенные, обусловленные свойствами организма и его генотипа. Обнаружены у всех организмов. У человека – двигательная активность, диурез, кровяное давление, пульс, изменение температуры тела, содержания Na, K, гормонов крови. Все показатели работы систем органов изменяются с околосуточной периодичностью. Всего более 500 функций и процессов происходят с такой ритмичностью.
-
Мезоритмы.
-
инфрадианные (28 часов-6 суток)
-
циркасептальные (около 7 суток)
Инфрадианные - рост бороды, сокращения сердца.
Циркасептальные впервые были выделены Халбером. Сейчас установлены: комары откладывают яйца через 7 дней, активность гормонов эпифиза, смертность от неинфекционных заболеваний, отторжение и приживание трансплантата.
-
Макроритмы
20 дней – год
5. Мегаритмы.
Периоды в десятки лет.
Из всего разнообразия ритмических процессов основное внимание сосредоточено на суточных и сезонных ритмах. Суточная и сезонная ритмичность происходит на всех уровнях биологических реакций. Ритмы служат 2-м целям: приспособление организмов к ожидаемым условиям среды, составление уникальной системы времени, интеграция всех ритмов воедино.
Понятие цикла подразумевает периодичность процесса. Время между одинаковыми состояниями соседних ритмов – период Т. Число циклов в единицу времени – частота. Величина, которая соответствует среднему значению полезного сигнала – мезер. Наибольшее отклонение от мезера - амплитуда. Момент времени, когда регистрируется конкретная величина – фаза. Момент наибольшего поднятия – акрофаза, момент наименьшего поднятия – батифаза. Длительность цикла обычно принимается за 360° или 2 ¶r.
Наиболее хорошо у человека изучен ритм работоспособности. Он служит основой всех режимов труда и отдыха. Исследования ритма работоспособности длятся уже более 100 лет. Вопрос, эндо - или экзогенный это ритм, а может у него – смешанный характер? Поскольку ритм сохраняется даже в бункере, большинство исследователей считают его эндогенным.
Есть 2 аспекта:
- если работоспособность рассматривается как потенциал личности, который является неотъемлемым свойством на протяжении длительного периода времени; - актуальная работоспособность – возможность человека совершать работу в определенное время.
Изменения такого рода хорошо известны. Выделяют 3 типа людей:
- общий подъем работоспособности в течение большей части дня;
- начальный подъем, за которым следует общее снижение работоспособности;
- 2 подъема и один спад (модель – зигзаг).
Циркадианный ритм зависит в большей степени от задания, которое выполняет человек. Тесты, нагружающие кратковременную память, лучше решаются около 11 часов, некоторые тесты на внимание улучшаются в течение дня, тесты на заучивание (проверяются через 6 часов) зависят от температуры тела.
Частота возникновения инфарктов миокарда колеблется:
Первый максимум – 17-18 часов
Второй максимум – 1-2 часа ночи
Третий максимум – 9 часов утра.
Первый максимум соответствует максимальной работе сердца, второй – повышению свертываемости крови, третий – повышению физиологической функции органов (переход ото сна к бодрствованию).
Суточные ритмы кардиореспираторной системы. Интенсивность окислительного фосфорилирования зависит от доставки в органы кислорода. Известно, что у людей максимальные ЖЕЛ, а также максимальная величина вдоха и выдоха приходятся на 2/2 дня. Это означает, что во 2/2 дня происходит увеличение работы мышц, дыхания, работы легких, проницаемости легочных альвеол.
Частота сердечных сокращений ночью минимальна и составляет 48-50 ударов в минуту. Максимальна к 18 часам. В это время сильнее всего расширены капилляры, повышается кровяное давление, поэтому спортсмены легче преодолевают трудности и их тренировки успешны.
Суточные ритмы обмена веществ. Некоторые показатели обмена веществ, которые не реагируют при приеме пищи, меняются. Другие меняются даже при полном голодании или порционном кормлении.
Углеводно-жировой обмен. Несмотря на прием сахара его содержание в крови примерно постоянно, колебания составляют не более 10% в день. В период покоя преимущественно используются липиды, в период активности включается углеводный обмен. Для этого требуется переключение с одного вида обмена на другой.
Белковый обмен. Для циркадианный ритмов характерно преобладание катаболических процессов – в активности, анаболических - в покое.
В течение суток также изменяется интенсивность синтеза ДНК. Чаще – утром, митозы также более активно происходят утром.
Водно-электролитный обмен. Максимальное выведение воды в моче, а также калия, натри, кальция и хлора изменяется ритмично даже при приеме пищи через каждый час. Суточные ритмы обмена кальция связаны со скоростью роста костной ткани. Она наиболее активно растет в период покоя.