Тема 7: Биологические ритмы человека.

Время: 2 часа.

Учебная цель: уяснитьзначение 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).

О колосуточные 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, что максимальная 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

Таблица 2. Классификация биоритмов человека

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. 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.

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.