Биологические ритмы. Экологические и физиологические ритмы. Виды десинхронозов. Хронобиология и хрономедицина

2. Учебные цели:

-изучить основные биологические ритмы у человека.

-знать физиологические особенности человека в зависимости от биологических ритмов

3. Вопросы для самоподготовки к освоению данной темы:

1) Определение и сущность биологических ритмов

2) Экологические ритмы

3) Физиологические ритмы.

4) Виды десинхронозов.

5) Понятие о хронобиологии и хрономедицине.

__________________________________________________________________

4. Вид занятия: внеаудиторное

5. Продолжительность занятия – 3 часа.

6. Оснащение. Электронная презентация «Лекции по биологии», таблицы, муляжи

7. Содержания занятия:

В далеком прошлом была сформулирована идея о том, что все в окружающей нас действительности подчинено ритму, что жизнь означает ритм. Обращаясь к сфере органической жизни, мы действительно имеем все основания рассматривать любую живую систему, как систему, образно говоря, насквозь пронизанную ритмами. Каждая клетка, ткань, органы и их системы характеризуются своими собственными (рабочими) ритмами, подчиняясь вместе с тем общему для них ритму – околосуточному или циркадианному (с длительностью периода от 20 до 28 часов).

Что такое биологические ритмы? Это периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений. Каждое из этих повторений обычно несколько отличается от предыдущих и последующих и по амплитуде и по продолжительности периода. Однако при достаточно длительном изучении ритма, как правило, выявляется значительная стабильность средних значений параметров ритма. Изучением биоритмов занимается наука хронобиология – наука о времени в биологии.

Биологические ритмы (биоритмы) свойственны всем уровням организации живой материи – от молекулярных и субклеточных структур до биосферы. Принято считать, что они имеют эндогенную природу, но вместе с тем тесно связаны с периодическими изменениями во внешней среде так называемыми датчиками времени (фото-, термо-, баропериодичность, колебания магнитного и электрического полей Земли и др.), взаимодействие биологических ритмов с периодически колеблющимися условиями внешней среды обеспечивает единство живой и неживой природы. Биологический ритм – это один из механизмов, позволяющих организму приспосабливаться к меняющимся условиям жизни. Подобная адаптация происходит в течение всей нашей жизни, ибо постоянно происходит и изменение внешней среды, так как окружающая нас неживая природа ритмична. Происходит смена дня и ночи, сменяют друг друга времена года, циклон приходит на смену антициклону, нарастает и уменьшается солнечная активность, бушуют магнитные бури, люди переезжают из одного часового пояса в другой – и все это требует от организма способности к адекватному приспособлению. Только при синхронной работе биологических ритмов возможна полноценная жизнь.

Биоритмы являются результатом естественного отбора. Ритмическая структура организма наследственно закреплена. Большинство ритмов возникает в онтогенезе спонтанно, но некоторые требуют для своего проявления определенных внешних воздействий. В борьбе за существование выживали лишь те организмы, которые могли воспринимать время и реагировать на него. В результате постепенно выработался эндогенный ритм организма, синхронный с периодическими процессами внешней среды.

Ритмы, имеющие во внешней среде четкие аналоги астрономического происхождения, называются экологическими. Это суточные, сезонные, приливные, лунные ритмы. Каждой планете присущ свой ритмический рисунок событий, и все живое на Земле пропитано земными ритмами, исследование ритмов приобретает особое значение в связи с освоением космоса. Экологические ритмы служат организму как биологические часы, позволяющие ему ориентироваться во времени и заранее подготавливаться к ожидаемым изменениям условий среды. Для экологических ритмов типична устойчивость периода по отношению к разнообразным воздействиям (температура, освещенность и т.д.), благодаря этому эндогенный экологический ритм управляет ритмикой всего организма. Все прочие ритмы, в отличие от экологических, или совсем не имеют сколько-нибудь выраженных и устойчивых внешних аналогов, или же не находятся в каком – либо определенном фазовом соотношении с ними. Таково большинство физиологических ритмов, как например, биение сердца, дыхательные движения и т.д.. Однако все эти ритмы в той или иной степени модулируются по частоте и амплитуде экологическими ритмами.

Наиболее изучены суточные ритмы (24 часовые) связанные с вращением Земли вокруг своей оси и околосуточные или циркадианные (с длительностью периода от 20 до 28 ч.), если организм будет находиться в термостате при постоянном освещении или в постоянной темноте, то период его суточного ритма, как правило, перестает быть строго 24 часовым. Но длина периода редко выходит за пределы интервала 20-28 ч. Отклонения периода ритма от 24 ч. в постоянных условиях можно наблюдать практически у любых растительных и животных организмов. Лишь в редких случаях, независимо от условий, период ритма всегда равен 24 ч., как например, у краба Ука. Считают, что такая стабильность периода ритма типична для тропических животных, и связывают это с постоянством фотопериода.

Периодическим колебаниям в течении суток подвергается большинство физиологических процессов у человека. Известно около 300 функций, имеющих суточную периодичность. Разные функции организма имеют неодинаковый ритм интенсивности. Время, на которое приходится максимум величины процесса, называется акрофазой суточного ритма. Знание суточной периодичности физиологических процессов у человека имеет большое значение для медицины. Ритмические суточные колебания испытывает температура тела. В дневные часы она повышена (максимальна в 18 ч.), ночью снижается (минимальна между 1ч. ночи и 5 ч. утра, амплитуда колебаний составляет 0,6 – 1,3⁰). Температура тела зависит от скорости протекания биохимических процессов в организме.

Ритмично изменяется в течении суток и артериальное давление: днем оно выше, ночью – ниже. У больных гипертонической болезнью ночью происходит не снижение, а наоборот повышение артериального давления (АД), поэтому такие болезни как инфаркт миокарда, инсульт случаются чаще ночью.

В течение суток меняется интенсивность митотического процесса: наибольшая скорость деления клеток наблюдается в утреннее время, например в костном мозге - в 5 часов утра, в почечных клубочках - между 3 ч. ночи и 6 ч. утра.

Количество тромбоцитов в периферической крови увеличивается в дневное время, поэтому свертываемость крови выше днем. Уровень адреналина в крови высок утром и снижается к 18 часам.

Интенсивность большинства физиологических процессов повышается утром и понижается ночью. Данные по суточной периодичности активности различных систем человека необходимо учитывать в лечении (время суток для проведения операций, назначение сильно действующих лекарств). Экспериментально установлено что острота болевых ощущений возрастает с полуночи до 18 часов, а с 18 до 24 часов снижается. Так что постарайтесь попасть на прием к зубному врачу после 18 часов.

При лечении эффект значительно повышается, если прием лекарств согласован с периодами повышенной чувствительности организма к их воздействию. Изучением действия лекарственных препаратов в зависимости от биоритмов организма занимается хронофармакология.Хронотерапия учит проводить комплексы лечебных мероприятий с учетом фактора времени.

Установлено, что скорость выведения лекарственных веществ из организма изменяется в зависимости от времени суток. Доказано, что большинство лекарств понижающих АД целесообразно принимать в 15-17 часов, когда только начинается подъем АД (у гипертоников он достигает максимума где – то в 18-20 ч.). А наибольший побочный эффект от антибиотиков пенициллинового ряда возникает при введении их в организм в период между 18 ч. и 4 часами утра.

Выбором наиболее благоприятного времени для проведения физиотерапевтических процедур занимается хронофизиотерапия. Установлено, что одна и та же бальнеопроцедура в разные часы суток может вызвать в организме больного прямо противоположенные сдвиги. Для организма далеко не безразлично в какое время суток проводится даже массаж.

Известный хронобиолог Б.С. Алякринский пишет: «Несомненно подлинно научная терапия должна отвечать не только на вопросы «где» и «как», но и на вопрос «когда». Это положение необходимо особенно тщательно соблюдать при назначении лекарств детям, организм которых очень отзывчив и к положительным и к отрицательным воздействиям».

Медицинские наблюдения и исследования лучше проводить в «неблагоприятные» часы суток. В эти часы снижаются компенсаторные возможности организма и легче выявить имеющиеся отклонения в состоянии здоровья.

Установлено, что в течении суток у человека в определенное время наступает сонливость – это 9, 13 и 17 часов. В первую половину дня у большинства людей отмечается наибольшая биоэлектрическая активность мозга, однако есть индивидуумы, у которых высокая умственная работоспособность приходится на вечерние и более поздние часы.

Отсюда выделяют три основных хронотипа людей – «жаворонки» (утренние), «голуби» (дневные) и «совы» (вечерние), отличающиеся по различному и всегда индивидуальному расположению акрофаз (пиков) биоритмов. Подобные различия сохраняются всю жизнь, проявляясь в функциональных возможностях организма в те или иные часы суток. А это связано с целым рядом других характеристик конституции и конечно с характером временной организации личности. «Жаворонки» в утренние часы имеют чётко выраженную синхронизацию работоспособности, уровня функционального состояния нервной системы и её периферического двигательного отдела. У «сов» в утренние часы отмечено повышение напряжения функций центральных регуляторных систем. Статистически доказано, например, что в утренние часы «совы» делают в полтора раза больше ошибок при чтении корректур, чем «жаворонки». У «голубей» наблюдается особенности как «жаворонков» так и «сов». Например, они не любят рано вставать, но и ложиться поздно тоже не хотят. Их работоспособность имеет два пика в 10-12 и 15-18 часов. Люди этого типа придерживаются нормального режима дня. Американские ученые пришли к выводу, что вид спорта как бы сам выбирает свой хронотип. Среди квалифицированных игроков в гольф («утренний вид спорта») преобладали «жаворонки», в составе команды водного пола («вечерний вид спорта») – «совы».

В Кишиневе был проведен показательный эксперимент: студентов протестировали для выявления их хронотипа и расселили по комнатам «сов» с «совами», «жаворонков» с «жаворонками», «голубей» с «голубями». Успеваемость значительно повысилась, т.к. не стало разнобоя, когда одни рано встают и будят соседей, а другие поздно вечером читают и не дают спать. «Жаворонки» показывают повышенное внимание в 8-10 часов, «совы» в 16 часов. Эту закономерность надо учитывать в повседневной жизни.

В зарубежных странах на хронотип человека обращают серьезное внимание. В ночную смену стараются подобрать персонал из «сов», что повышает производительность труда и снижает травматизм. Жаворонки, вынужденные работать ночью, чаще страдают заболеваниями желудочно-кишечного тракта и сердечно-сосудистой системы, чем «совы».

В современной науке суточные ритмы человека используются в качестве универсального критерия оценки состояния здоровья. Четкий биоритм характеризует нормальное состояние, нарушение же ритма – десинхронизация, - явный (зачастую - первый) сигнал неблагополучия, способный вызвать серьезные изменения в работе организма.

Десинхроз бывает внутренним и внешним. Внутренний – происходит при нарушении согласованности ритмов внутри организма. Например, нарушение ритма питания по отношению к ритму сна и бодрствования (отсюда плохое самочувствие, раздражительность и т.д.). Внешний – возникает при нарушении синхронности биоритмов и смены фаз внешней среды. Чаще всего это наблюдается при переезде человека из одного часового пояса в другой.

Десинхроз может быть также острым и хроническим, явным и скрытым, тотальным и частичным.

Кроме суточных выделяют и длительные биоритмы: лунно-месячный (28 суток), который наиболее выражен у обитателей моря. У человека этому ритму следует менструальный цикл у женщин (продолжительность беременности в акушерстве измеряют лунными месяцами).

В организме животных наблюдаются сезонные колебания, связанные с увеличением светового дня весной и уменьшением его осенью и зимой. Так время размножения приурочено к весенне-летнему сезону, когда имеются наиболее благоприятные условия для выращивания потомства.

Полагают, что рассогласование некоторых биоритмов и изменение фотопериодизма в осеннее и весеннее время года являются одной из вероятных причин обострения хронических заболеваний органов дыхания, сердечно - сосудистой системы (туберкулеза, ревматизма и т.д.). Трансмиссивные заболевания человека имеют также выраженную сезонную зависимость, связанную с периодами размножения членистоногих – переносчиков возбудителей заболеваний.

В середине 19 века было установлено, что изменения солнечной активности происходят периодически, причем длина короткого периода составляет 27 дней, а длина среднего периода составляет 11,1 года. Обнаружены также и более длительные циклы солнечной активности (80-90 лет, 600-800 лет). При увеличении активности Солнца на Земле происходят магнитные бури, оказывающие влияние на функциональное состояние различных органов. Так увеличивается частота сердечно – сосудистых заболеваний, активизируется свертывающая система крови, обостряются психические заболевания и т.п. Все это требует разработки и проведения профилактических мероприятий.

Многие животные и человек имеют способность воспринимать время, проводить как бы внутренний отсчет времени, например пробуждаться в точно назначенное время. В отсчете времени участвует древний участок мозга – гиппокамп. Все биологические ритмы находятся в иерархической подчиненности основному водителю ритмов, расположенному в супрахиазматических ядрах (СХЯ) гипоталамуса. СХЯ представляют собой небольшие по размеру парные образования, которые расположены в переднем гипоталамусе, вентральнее третьего желудочка под зрительным перекрестом.

Выявлены широкие связи СХЯ с церебральными структурами, которые участвуют в регуляции эмоционально – мотивационного поведения, моторики, деятельности эндокринных желез. Наиболее эффективным видом стимула для синхронизации внутренних часов с окружающим временем является окулярная световая экспозиция. Среди афферентных проекций СХЯ на первом месте по значимости стоит ретиногипоталамический тракт, передающий к ядрам основной поток зрительной информации. Другим важным афферентным входом для СХЯ служат проецирующие восходящие аксоны нейронов ядер шва.

От СХЯ основную информацию о состоянии фотопериодизма получает эпифиз и выполняет функцию эндокринного посредника для передачи сигналов ведущего ритмоводителя периферическим железам внутренней секреции. Со своей стороны эпифиз по принципу обратной связи контролирует активность нейронов СХЯ посредством основного гормона мелатонина через мелатониновые рецепторы. При разрушении СХЯ у животных исчезают условные рефлексы на время, они не могут различить даже такие интервалы, как 30 и 300 секунд.

При поражении СХЯ у больных людей, все события текущего года, дня, мгновенно стираются в памяти. Потеря больными способности к временной ориентации может наблюдаться и при хроническом алкоголизме.

Кроме центральных механизмов временной ориентации имеются и клеточные, они связаны с периодическими процессами, происходящими в мембранах клеток, т.е. с колебаниями рецепторных функций клеток – мишеней.

Для врача важно знать, что у человека наряду с биологическими факторами большое влияние на биоритмы оказывают социальные факторы, трудовой распорядок. Пересечение нескольких часовых поясов на самолете нарушает естественную периодичность биоритмов организма. Наблюдается уже упоминавшаяся дезадаптация; нарушение сна и бодрствования, снижение работоспособности и т.д. Приспособление к новым условиям длится несколько дней, это следует учитывать при длительных перелетах.

Выздоравливающим больным целесообразно рекомендовать отдых и лечение в санаториях своего же региона. Так как прибывший из другого часового пояса человек первые 7 – 10 дней находится в состоянии десинхроза, то же наблюдается и при возвращении, происходит перестройка биоритмов в обратном порядке.

Важно учитывать синхронизацию эндогенных часов с окружающим временем в профессиях, связанных со сменной работой, также у пилотов, космонавтов и т.п.

Хронобиологические закономерности имеют значение в развитии заболеваний. Биоритмы, происходящие в организме, влияют на эффективность и токсичность лекарственных средств, поэтому учет временных факторов при лекарственной терапии сегодня стал необходимостью. Дальнейшее изучение хронобиологических закономерностей будет способствовать совершенствованию лечебного и профилактического процесса в медицине.

Литература:

Основная литература

1. Биология / Под ред. Н.В.Чебышева. – М.: Высшая школа. - 2005. - 546 с.

2. Биология. (1 том) / Под ред. Н.В. Ярыгина. – 5-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая школа. - 2003, 2010. – 447 с.

3. Биология. (2 том) / Под ред. Н.В. Ярыгина. – 5-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая школа. - 2003, 2010. – 352 с.

Дополнительная литература

1. Биология: учебное пособие для студентов мед. ВУЗов \ Викторова Т.В., Асанов А.Ю., М., «Академия». - 2011. - 289 с.

2. Лекции по биологии Часть 1. Цитология и генетика \ Под ред. Т.В.Викторовой. – Уфа, БГМУ. - 2005. – 189 с., илл.

3. Биология. Кн.1: [Эволюция. Экосистема. Биосфера. Человечество]. - Васильева В.И., Волков И.Н., Ярыгин В.Н., Синельщикова В.В. Изд.: Высшая школа. - 2010. – 462 с.

4. Биология. Кн.2: [Жизнь. Гены. Клетка. Онтогенез. Человек.]. - Васильева В.И., Волков И.Н., Ярыгин В.Н., Синельщикова В.В. Изд.: Высшая школа. - 2010. - 462 с.

5. Общая и медицинская генетика. Лекции и задачи: курс лекций (учебное пособие) / Заяц Р.Г., Бутвиловский В.Э., Рачковская И.В., Давыдов В.В. - Серия «Учебники, учебные пособия» - Ростов-на-Дону: Феникс. - 2002.–320 с.

6. Руководство к практическим занятиям по биологии /под ред. Н.В.Чебышева. – М: Медицина. - 2006.-160 с.

7. Лекции по биологии. Часть II. Медицинская паразитология. Часть III. Общие закономерности онтогенеза, филогенеза и эволюции живого. \ Под ред. Т.В.Викторовой. – Уфа, Изд-во БГМУ. - 2005. – 252 с., илл.

8. Основы общей и медицинской паразитологии (учебное пособие) / Заяц Р.Г., Рачковская И.В., Карпов И.А. - Серия «Учебники, учебные пособия» - Ростов-на-Дону: Феникс. - 2002. – 224 с.

9. Атлас по медицинской паразитологии (электронный учебник) / Под ред. Викторовой Т.В. – Уфа. - 2006.

10. Атлас по медицинской зоопаразитологии / Чебышев Н.В., Далин М.В. – Москва. - 2004. - 176 с.