Любое биологическое явление, любая физиологическая реакция имеют периодическую природу, так как у живых организмов, в течение многих миллионов лет живущих в условиях ритмических изменений геофизических параметров среды, выработались и способы приспособления к ним.
Ритмичность - фундаментальная характеристика функционирования живого организма - прямо связана с механизмами обратной связи, саморегуляции и адаптации, а согласование ритмических циклов достигается благодаря важной особенности колебательных процессов - стремлению к синхронизации. Основное назначение ритмичности заключается в поддержании гомеостаза организма при изменении факторов внешней среды. При этом гомеостаз понимается не как статичная устойчивость внутренней среды, а как динамический ритмический процесс - ритмостаз, или гомеокинез.
Собственные ритмы организма не автономны, а связаны с ритмическими процессами внешней среды: сменой дня и ночи, годовыми сезонами и т.д.
Внешние задаватели времени
В терминологии, характеризующей внешние факторы и порождаемые ими внутренние колебания, нет единообразия. Например, существуют названия «внешние и внутренние датчики времени», «задаватели времени», «внутренние биологические часы», «генераторы внутренних колебаний» - «внутренние осцилляторы».
Биологический ритм - периодическое повторение некоторого процесса в биологической системе через более или менее регулярные промежутки времени. Биоритм - не просто повторяющийся, а и самоподдерживающийся и самовоспроизводящийся процесс. Биологические ритмы характеризуются периодом, частотой, фазой и амплитудой колебаний.
Период - время между двумя одноимёнными точками в волнообразно изменяющемся процессе, т.е. продолжительность одного цикла до первого повтора.
Частота. Ритмы также могут быть охарактеризованы частотой - числом циклов, совершающихся в единицу времени. Частота ритмов может определяться частотой периодических процессов, протекающих во внешней среде.
Амплитуда - наибольшее отклонение исследуемого показателя в какую-либо сторону от средней. Амплитуда иногда выражается через мезор, т.е. в процентах от средней величины всех её значений, полученных при регистрации ритма. Удвоенная амплитуда равна размаху колебаний.
Фаза. Термин «фаза» относится к любой отдельно выделенной части цикла. Чаще всего этим термином пользуются, описывая связь одного ритма с другим. Например, пик активности у одних животных совпадает по фазе с тёмным периодом цикла свет-темнота, у других - со светлым периодом. Если два выделенных отрезка времени не совпадают, то вводится термин разность по фазе, выраженная в соответствующих долях периода. Опережение или отставание по фазе означает, что событие произошло раньше или позже ожидаемого срока. Фаза выражается в градусах. Например, если максимум одного ритма соответствует минимуму другого, то разность по фазе между ними составляет 180?.
Акрофаза - точка времени в периоде, когда отмечается максимальное значение исследуемого показателя. При регистрации акрофазы (батифазы) в течение нескольких циклов отмечено, что время её наступления варьирует в определённых пределах, и это время выделено как зона блуждания фазы. Величина зоны блуждания фазы, вероятно, связана с периодом (частотой) ритма. На частоту и фазу биоритмов влияют не только частота и фаза внешнего колебательного процесса, но и его уровень.
Существует циркадианное правило: для дневных организмов характерна положительная корреляция между освещённостью и частотой циркадианного ритма, а для ночных - отрицательная корреляция.
Классификации биоритмов
Классификация ритмов зависит от выбранных критериев: по их собственным характеристикам, по функциям, которые они выполня- ют, роду процесса, порождающего колебания, а также по биосистеме, в которой наблюдается цикличность.
Спектр возможных ритмов жизни охватывает широкий диапазон масштабов времени - от волновых свойств элементарных частиц
(микроритмов) до глобальных циклов биосферы (макро- и мегаритмов). Пределы их длительности - от многих лет до миллисекунд, группировка иерархическая, но границы между группами в боль- шинстве случаев условны. Верхнюю границу среднечастотных ритмов устанавливают на отметке от 28 ч до 3 с. Периоды от 28 ч до 7 суток либо относят к единой группе мезоритмов, либо часть их (до 3 суток) включают в среднечастотные, а от 4 суток - в низкочастотные.
Ритмы подразделяют по следующим критериям (Ю. Ашофф,
1984):
По собственным характеристикам (например, по периоду);
По биологической системе (например, популяция);
По роду процесса, порождающего ритм;
По функции, которую ритм выполняет.
Предложена классификация, основанная на структурно-функциональных уровнях организации жизни:
Ритмы молекулярного уровня с периодом секундно-минутного диапазона;
Клеточные - от околочасовых до окологодовых; организменные - от околосуточных до многолетних;
Популяционно-видовые - от окологодовых до ритмов длительностью десятки, сотни и тысячи лет;
Биогеоценотические - от сотен тысяч до миллионов лет;
Биосферные ритмы - с периодом сотни миллионов лет.
Наиболее популярна классификация биологических ритмов F. Halberg и A. Reinberg (1967) (рис. 4.1).
ОТДЕЛЬНЫЕ РИТМЫ
В живой природе наиболее отчётливо выражены ритмы с периодом около 24 ч - циркадианные (лат. circa - около, dies - день). Позднее префикс «circa» стали применять для остальных эндогенных ритмов,
Рис. 4-1. Классификация биоритмов (F. Halberg, A. Reinberg)
отвечающих циклам внешней среды: околоприливные, окололунные, окологодовые (circatidal, circalunar, circannual). Ритмы с периодом более коротким, чем циркадианные, определены как ультрадианные, с более длинным - инфрадианные. Среди инфрадианных ритмов выделяют циркасептидианные с периодом (7?3 суток), циркавигентидианные (21 ?3 суток), циркатригентидианные (30?5 суток) и цирканнуальные (1 год?2 мес.).
Ультрадианная ритмика
Если биологические ритмы этого диапазона расположить в порядке уменьшения их частоты, то получается ряд от многогерцовых до многочасовых колебаний. Наиболее высокой частотой (60-100 Гц) отличаются нервные импульсы, затем следуют колебания ЭЭГ с частотой от 0,5 до 70 Гц.
Декасекундные ритмы были зарегистрированы в биопотенциалах мозга. К этому диапазону относятся и колебания пульса, дыхания, перистальтики кишечника. Минутные ритмы характеризуют психолого-эмоциональное состояние человека: биоэлектрическая активность мышц, ЧСС и дыхания, амплитуда и частота движений изменяются в среднем через каждые 55 с.
Декаминутные (90 мин) ритмы были открыты в мозговых механизмах ночного сна, которые были названы медленно- и быстроволновой (или парадоксальной) фазами, при этом именно на вторую фазу приходятся сновидения, непроизвольные движения глаз. Такой же ритм в последующем был обнаружен в сверхмедленных колебаниях биопотенциалов бодрствующего мозга, связанных с временной динамикой внимания, бдительности оператора.
Околочасовые ритмы обнаружены не только на системном, но и на нижележащих иерархических уровнях. Этот ритм имеют многие происходящие на клеточном уровне явления: синтез белка, изменение клеточных размеров и массы, ферментативной активности, проницаемости клеточных мембран, секреции, электрической активности.
Циркадианные колебания
Циркадианная система - та основа, благодаря которой проявляются интегративная деятельность и регулирующая роль нейроэндокринной системы, осуществляющей точное и тонкое приспособление организма к постоянно меняющимся условиям окружающей среды.
Циркадианная периодичность обнаружена в интегральных показателях жизнедеятельности.
Работоспособность в ночное время снижается, и время выполнения задания, как при свете, так и в темноте ночью более продолжительное, чем днём в тех же условиях.
Тренировка в ранние утренние часы даёт несколько меньший эффект, чем в середине дня.
Работоспособность учащихся наиболее высока в предобеденные часы, к 14 ч отмечается значительное её снижение, второй её подъём приходится на 16-17 ч, затем наблюдается новый спад.
Суточная периодичность характерна не только для ВНД, но и для нижележащих иерархических систем организма.
Зарегистрированы 24-часовые изменения церебральной и кардиальной гемодинамики, ортостатической устойчивости.
Выявлен суточный ритм сопряжённости фаз сердечного цикла и дыхания.
В литературе имеются данные о ночном снижении лёгочной вентиляции и потребления кислорода, падении минутного объёма дыхания (МОД) у лиц молодого, зрелого и среднего возраста.
Циркадианная ритмичность присуща и функции системы пищеварения, в частности, слюноотделения, секреторной деятельности поджелудочной железы, синтетической функции печени, моторики желудка. Установлено, что наибольшая скорость секреции кислоты с желудочным соком наблюдается вечером, наименьшая - утром.
На уровне биохимической индивидуальности открыта суточная цикличность для некоторых веществ.
Концентрация макро- и микроэлементов: фосфора, цинка, марганца, натрия, калия, рубидия, цезия и хлора в крови чело- века, а также железа в сыворотке крови.
Суммарное содержание аминокислот и нейромедиаторов.
Основной обмен и связанный с ним уровень тиреотропного гормона гипофиза и гормонов щитовидной железы.
Система половых гормонов: тестостерон, андростерон, фолликулостимулирующий гормон, пролактин.
Гормоны нейроэндокринной системы регуляции стресса - АКТГ, кортизол, 17-оксикортикостероиды, что сопровожда-
ется цикличными изменениями уровня глюкозы и инсулина. Подобная ритмичность известна и для мелатонина.
Инфрадианные ритмы
Биоритмологами описаны не только суточные, но и многодневные (околонедельные, околомесячные) ритмы, охватывающие все иерар- хические уровни организма.
В литературе имеется анализ тонкого спектра колебаний (с периодом 3, 6, 9-10, 15-18, 23-24 и 28-32 дней) частоты сердечных сокращений, АД, мышечной силы.
Ритм 5-7-дневной длительности зафиксирован в динамике интенсивности энергетического обмена, массы и температуры тела человека.
Хорошо известны флюктуации результатов клинических анализов содержания в крови эритроцитов и лейкоцитов. У мужчин количество нейтрофилов в венозной крови изменяется с периодом от 14 до 23 дней.
Среди ритмов этого диапазона наиболее изучены месячные (лунные) циклы. Установлено, что в полнолуние количество случаев послеоперационных кровотечений на 82% больше, чем в другое время, в дни лунных фаз увеличивается частота возникновения инфаркта миокарда.
Цирканнуальные ритмы
В организме животных и человека обнаружены колебания различных физиологических процессов, период которых равен одному году - окологодовые (цирканнуальные), или сезонные ритмы. Цирканнуальная периодичность определена для возбудимости нервной системы, показателей гемодинамики, теплопродукции, реакции на острую холодовую нагрузку, содержание половых и других гормонов, нейромедиаторов, рост детей и др.
ХАРАКТЕРИСТИКА БИОРИТМОВ
При изучении периодических явлений в живых системах важно выяснить, отражает ли ритм, наблюдаемый в биологической системе, реакцию на внешнее по отношению к этой системе периодическое воздействие (экзогенный ритм, навязываемый задавателем ритма) или же ритм порождается внутри самой системы (эндогенный ритм), наконец, имеется ли сочетание экзогенного ритма и эндогенного генератора ритма.
Задаватели ритмов и функции
Внешние задаватели ритмов могут быть простыми и сложными.
Простые:
Подача пищи в одно и то же время, что вызывает простые реакции, ограничивающиеся, в основном, вовлечением в актив- ность пищеварительной системы;
Смена света и темноты - также относительно простой задаватель ритма, но он вовлекает в активность не только сон или бодрствование (т.е. одну систему), а весь организм.
Сложные:
Смена сезонов года, приводящая к длительным специфическим изменениям состояния организма, в частности, его реактивности, устойчивости по отношению к различным факторам: уровню обмена веществ, направленности обменных реакций, эндокринным сдвигам;
Периодические колебания солнечной активности, вызывающие зачастую замаскированные изменения в организме, в значительной мере зависящие от исходного состояния.
Связь времязадавателей с биоритмами
Современные нам представления о связи между экзогенными времязадавателями и эндогенными ритмами (представление о единых биологических часах, полиосцилляторная структура) приведены на рис. 4-2.
Гипотезы о единых биологических часах и полиосцилляторной временной структуре организма вполне совместимы.
Гипотеза централизованного управления внутренними колебательными процессами (наличие единых биологических часов) относится преимущественно к восприятию смены света и темноты и трансформации этих явлений в эндогенные биоритмы.
Рис. 4-2. Механизмы взаимодействия организма с внешними задавателями времени
Мультиосцилляторная модель биоритмов. Предполагается, что в многоклеточном организме может функционировать главный пейсмейкер, навязывающий свой ритм всем остальным системам. Не исключается существование (наряду с центральным водителем ритма) и второстепенных осцилляторов, также обладающих пейсмейкерными свойствами, но иерархически под- чинённых ведущему. По одному из вариантов этой гипотезы в организме могут функционировать разрозненные осцилляторы, которые образуют отдельные группы, работающие независимо друг от друга.
МЕХАНИЗМЫ РИТМОГЕНЕЗА
Существует несколько точек зрения на механизмы ритмогенеза. Возможно, что источником циркадианной ритмики являются циклические изменения АТФ в цитоплазме клеток или циклы метаболических реакций. Не исключено, что ритмы организма определяют биофизические эффекты, а именно влияние:
Гравитационного поля;
Космических лучей;
Электромагнитных полей (в том числе магнитного поля Земли);
Ионизации атмосферы и т.д.
Ритмы психической активности
Не только биологические и физиологические процессы, но и динамика психической деятельности, в том числе и эмоциональных состояний, подвержены закономерным колебаниям. Например, установлено, что бодрствующее сознание человека имеет волновую природу. Психологические ритмы могут быть систематизированы в тех же диапазонах, что и биологические.
Ультрадианные ритмы проявляются во флюктуациях порогов восприятия, времени двигательных и ассоциативных реакций, внимания. Соответствие био- и психоритмов в организме человека обеспечивает нормальную работу всех его органов и систем, так слух человека даёт наибольшую точность оценки интервала времени 0,5-0,7 с, что характерно для темпа движений при ходьбе.
Тактовые ритмы. В колебаниях психических процессов, кроме временных ритмов, были обнаружены так называемые тактовые ритмы, зависящие не от времени, а от номера пробы: человек не может постоянно одинаково реагировать на предъявляемые стиму-
лы, если в предыдущей пробе время реакции было коротким, то в следующий раз организм будет экономить энергию, что приведёт к снижению скорости реагирования и колебанию значения этого пока- зателя от пробы к пробе. Тактовые ритмы более выражены у детей, а у взрослых усиливаются при снижении функционального состояния нервной системы. При изучении умственного утомления выделены тактовые декасекундные, или двухминутные (0,95-2,3 мин) и десятиминутные (2,3-19 мин) ритмы.
Циркадианные ритмы вызывают значительные перестройки в деятельности организма, влияющие на психическое состояние и работоспособность человека. Так, электрическая чувствительность глаза изменяется на протяжении дня: в 9 ч утра она повышается, к 12 ч дня достигает максимума и затем снижается. Подобная суточная динамика присуща не только психическим процессам, но и психо- эмоциональным состояниям индивида. В литературе описаны суточные ритмы интеллектуальной работоспособности, субъективной готовности к работе и способности к сосредоточению, кратковременной памяти. У лиц с утренним типом работоспособности отмечается более высокий уровень тревоги, они отличаются меньшей устойчивостью к фрустрирующим факторам. Люди утреннего и вечернего типов имеют разный порог возбудимости, склонность к экстраили интроверсии.
ЭФФЕКТЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВРЕМЯЗАДАВАТЕЛЕЙ
Биологические ритмы отличаются большой стойкостью, изменение привычных ритмов времязадавателей далеко не сразу сдвигает биоритмы и приводит к десинхронозу.
Десинхроноз - рассогласование циркадианных ритмов - нарушение исходной архитектоники циркадианной системы организма. При нарушении синхронизации ритмов организма и датчиков времени (внешний десинхроноз) организм вступает в стадию тревоги (внутренний десинхроноз). Сущность внутреннего десинхроноза заключается в рассогласовании по фазе циркадианных ритмов организма, в результате чего возникают различные нарушения его благополучия: расстройства сна, снижение аппетита, ухудшение самочувствия, настроения, падение работоспособности, невротические расстройства и даже органические заболевания (гастриты, язвенная болезнь и др.). Наиболее ярко перестройка биоритмов проявляется при быстрых перемещениях (авиаперелётах) в глобальном масш-табе.
Дальние перемещения вызывают выраженный десинхроноз, характер и глубина которого определяются: направлением, временем, длительностью перелёта; индивидуальными особенностями организма; трудовыми нагрузками; климатическим контрастом и т.д. Выделено пять типов перемещений (рис. 4-3).
Рис. 4-3. Хронофизиологическая классификация типов перемещения:
1 - трансмеридианное; 2 - трансширотное; 3 - диагональное (смешанное);
4 - трансэкваториальное; 5 - асинхронное. (В.А. Матюхин и др., 1999)
Трансмеридианное перемещение (1). Главный показатель такого перемещения - угловая скорость движения, выражаемая в градусах долготы. Её можно измерять числом часовых поясов (15?), пересечённых за сутки.
Если скорость перемещения превышает 0,5 часового пояса за сутки, возникает внешний десинхроноз - разность фаз фактического и должного максимумов суточной кривой физиологических функций.
Смена 1-2 часовых поясов не вызывает десинхронизации (имеется зона нечувствительности, в пределах которой фазовая десинхронизация не проявляется). При перелётах через 1-2 часовых пояса типичные для фазовой десинхронизации уплощения суточных колебаний физиологических функций не отмечаются, и ритм мягко «затягивается» внешними датчиками времени.
При дальнейшем перемещении на восток или запад фазовое рассогласование возрастает как функция времени. На разных географических широтах критическая угловая скорость достигается при различных линейных скоростях перемещения: в приполярных широтах даже при небольших скоростях, соответствующих скорости движения пешехода, не исключено возникновение десинхронизации. Практически скорость всех транспортных средств существенно превышает 0,5 угловых часа в сутки. Эффект десинхронизации биологических ритмов проявляется при таком типе перемещений в наиболее выраженной форме.
При скорости перемещения, превышающей три и более часовых поясов в сутки, внешние синхронизаторы уже не в состоя- нии «затягивать» циркадианные колебания физиологических функций и наступает десинхроноз.
Трансширотное перемещение (2) - вдоль меридиана, с юга на север или с севера на юг - не вызывая фазового рассогласования датчиков, даёт эффект, воспринимаемый как рассогласование фактической и ожидаемой амплитуд синхронизаторов. При этом изменяются фазы годового ритма, проявляется сезонная десинхронизация.
На первое место при таких перемещениях выступает несоответствие сезонной готовности физиологических систем тре- бованиям иного сезона в новом месте. Фазового рассогласования ритмов внешних датчиков и биоритмов организма нет, но не совпадают их суточные амплитуды.
Дальность перемещения, при которой климатические условия и структура фотопериодизма на новом месте начинают вызывать напряжение механизмов поддержания сезонного ритма физиологических функций, зависит от географической широты: оценка ширины зоны нечувствительности показывает, что она может изменяться от 1400 км у экватора до 150 км на широте 80?.
- «Окно хронофизиологической нечувствительности», его линейные и угловые размеры зависят от широты. Скорость, выраженная в числе «окон», пересекаемых за сутки, будет при равной линейной скорости возрастать по направлению от экватора к полюсу до очень больших величин. Сужение
«окна» по мере движения к северу - важное обстоятельство, свидетельствующее о повышенной хронофизиологической напряжённости при перемещениях в приполярных широтах по сравнению с низкими или средними широтами.
Перемещение по диагонали (3) подразумевает изменение долготы и широты, большой климатический контраст и значительные изменения поясного времени. Эти перемещения не являются простой суммой (суперпозицией) эффектов «горизонтального» (1) и «вертикального» (2) перемещения. Это сложный комплекс хронобиологических раздражителей, реакция на который может существенно отличаться от реакций на каждый вид десинхронизации, рассматриваемый изолированно.
Перемещение в другое полушарие (4) с пересечением экваториальной зоны. Главный воздействующий фактор такого перемещения - контрастная смена сезона, вызывающая глубокий сезонный десинхроноз, смещение и инвертирование фазы годового цикла физиологических функций.
Пятый тип перемещений - хроноэкологический режим, при котором колебательные свойства среды резко ослаблены или полностью отсутствуют. К таким перемещениям относятся:
Орбитальные полёты;
Пребывание в условиях с резко ослабленными суточными и сезонными синхронизаторами (подводных лодках, космических кораблях);
Вахтовые режимы труда со скользящим графиком смен и т.д. Среды такого типа предложено называть «асинхронными». Воздействие подобной «хронодепривации» вызывает грубые нарушения суточной и другой периодики.
СУБЪЕКТИВНОСТЬ ВОСПРИЯТИЯ ВРЕМЕНИ
Течение времени воспринимается субъективно, в зависимости от интенсивности физической или психической деятельности каждого отдельного индивидуума. Время как бы становится более ёмким при большей занятости или при необходимости принять правильное решение в экстремальной ситуации.
За считанные секунды человек успевает проделать сложнейшую работу. Например, лётчик в аварийной ситуации принимает решение изменить тактику управления самолётом. При этом он
мгновенно учитывает и сопоставляет динамику развития многочисленных факторов, влияющих на условия полёта.
В процессе изучения субъективного восприятия времени исследователи применяли тест «индивидуальная минута». Человек по сигналу отсчитывает секунды, а экспериментатор следит за стрелкой секундомера. Оказалось, что у одних «индивидуальная минута» короче истинной, у других - длинней, расхождения в ту или иную сторону могут быть весьма значительными.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ В РАЗНЫХ КЛИМАТОГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Высокогорье. В условиях высокогорья околосуточные ритмы гемодинамики, дыхания, газообмена зависят от метеофакторов и изменяются прямо пропорционально изменениям температуры воздуха и скорости ветра и обратно пропорционально изменениям атмосферного давления и относительной влажности воздуха.
Высокие широты. Специфические свойства полярного климата и особенности среды определяют особенности биоритмов у жителей:
В период полярной ночи отсутствуют достоверные циркадианные колебания потребления кислорода. Поскольку зна- чение коэффициента использования кислорода отражает интенсивность энергообмена, то снижение размаха колебаний потребления кислорода во время полярной ночи является косвенным свидетельством в пользу фазового рассогласования различных энергозависимых процессов.
У жителей Крайнего Севера и у полярников в период полярной ночи (зимой) наблюдают снижение амплитуды суточного ритма температуры тела и смещение акрофазы на вечерние часы, а весной и летом - на дневные и утренние часы.
Аридная зона. При адаптации человека к пустыне ритмические колебания условий окружающей среды приводят к синхронизации ритмики функционального состояния организма с этими колебаниями. Таким путём достигается частичная оптимизация деятельности компенсаторных механизмов в экстремальных условиях среды. Например, акрофаза ритма средневзвешенной температуры кожи приходится на 16 ч 30 мин, что практически совпадает с максимумом температуры воздуха, температура тела
достигает максимума в 21 ч, коррелируя с максимумом теплообразования.
МЕТОДЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ В ХРОНОБИОЛОГИИ
Косинусоидальная функция. Простейшим периодическим процессом является гармонический колебательный процесс, описываемый косинусоидальной функцией (рис. 4-4):
Рис. 4-4. Основные элементы гармонического (косинусоидального) колебательного процесса: М - уровень; Т - период; ρ A , ρ B , αφ A ,αφ B - амплитуды и фазы процессов А и В; 2ρ A - размах процесса А; αφ Ч - разность фаз процессов А и В
x(t) = М + рХcos2π/ТХ(t-αφ Ч),
где:
М - постоянная составляющая; ρ - амплитуда колебаний; Т - период, ч; t - текущее время, ч; аαφ Ч - фаза, ч.
При анализе биоритмов обычно ограничиваются первым членом ряда - гармоникой с периодом, равным 24 ч. Иногда учитывается также гармоника с периодом 12 ч. В результате аппроксимации временной ряд оказывается представленным небольшим числом обобщённых параметров - уровнем М, амплитудой р, фазой αφ.
Фазовые соотношения между двумя гармоническими колебательными процессами могут быть различными. Если фазы двух процессов одинаковы, они называются синфазными, если разница между фазами равна Т/2, - противофазными. О фазовом опережении или фазовом отставании одного гармонического процесса А относительно другого В, говорят тогда, когда αφ A <αφ B или αφ A >αφ B соответственно.
Описанные параметры, строго говоря, можно использовать только применительно к гармоническому колебательному процессу. Фактически суточная кривая отличается от математической модели: она может быть несимметричной относительно среднего уровня, а интервал между максимумом и минимумом, в отличие от косинусоиды, оказаться равным не 12 ч и т.д. Ввиду указанных причин использование этих параметров для описания реального колебательного периодического или близкого к периодическому процессу требует известной осторожности.
Хронограммы. Наряду с гармонической аппроксимацией временного ряда широко используется традиционный метод представления результатов биоритмологического исследования в виде суточных хронограмм, т.е. усреднённых по множеству индивидуальных замеров суточных кривых. На хронограмме одновременно со средним значением показателя на определённый час суток указывается доверительный интервал в виде среднеквадратического отклонения или ошибки среднего.
В литературе встречается несколько типов хронограмм. Если дисперсия индивидуальных уровней велика, периодическая компонента может оказаться замаскированной. В таких случаях применяют предварительное нормирование суточных кривых, так что усреднению подвергаются не абсолютные значения амплитуды р, а относительные (p/M). Для некоторых показателей хронограмма исчисляется в долях (процентах) общего суточного объё- ма потребления или выделения некоторого субстрата (например, потребления кислорода или выделения калия с мочой).
Хронограмма даёт достаточно наглядное представление о характере суточных кривых. Путём анализа хронограммы можно приблизительно определить фазу колебаний, абсолютную и относительную амплитуду, а также их доверительные интервалы.
Косинор - статистическая модель биоритмов, основанная на аппроксимации кривой колебаний физиологического показателя
гармонической функцией - косинор-анализа. Назначение косиноранализа - представление индивидуальных и массовых биоритмо- логических данных в сопоставимой унифицированной и доступной для статистических оценок форме. Суточные косинор-параметры характеризуют выраженность биоритма, переходные процессы при его перестройке, наличие статистически значимого отличия одних групп от других.
Косинор-анализ имеет очевидные преимущества по сравнению с методом хронограмм, поскольку он позволяет использовать для анализа структуры биоритмов корректные статистические методы.
Косинор-анализ выполняют в два этапа:
На первом этапе индивидуальные суточные кривые аппроксимируют гармонической (косинусоидой) функцией, в результате чего определяют основные параметры биоритма - среднесуточный уровень, амплитуду и акрофазу;
На втором этапе производят векторное усреднение индивидуальных данных, определяют математическое ожидание и доверительные интервалы амплитуды и акрофазы суточных колебаний изучаемого показателя.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Приведите примеры временных параметров организма и его систем?
2. В чём сущность синхронизации работы различных систем организма?
3. Что такое биологический ритм? Какие он имеет характеристики?
4. Какие классификации биоритмов вы можете привести? В чём принципиальное отличие разных типов биоритмов?
5. Назовите механизмы ритмогенеза.
6. Какие ритмы психической активности вы знаете?
7. Что происходит при устранении или изменении времязадавателей?
8. Какие типы перемещений вы знаете?
9. Назовите методы статистического анализа в хронобиологии.
10. В чём принципиальное отличие косинор-анализа?
Биологические ритмы представляют собой периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Они в той или иной форме присущи всем живым организмам и отмечаются на всех уровнях организации: от внутриклеточных процессов до биосферных. Биологические ритмы наследственно закреплены и являются следствием естественного отбора и адаптации организмов. Ритмы бывают внутрисуточные, суточные, сезонные, годичные, многолетние и многовековые.
Примерами биологических ритмов являются: ритмичность в делении клеток, синтезе ДНК и РНК, секреции гормонов, суточное движение листьев и лепестков в сторону Солнца, осенние листопады, сезонное одревеснение зимующих побегов, сезонные миграции птиц и млекопитающих и т.д.
Биологические ритмы делят на экзогенные и эндогенные. Экзогенные (внешние) ритмы возникают как реакция на периодические изменения среды (смену дня и ночи, сезонов, солнечной активности). Эндогенные (внутренние) ритмы генерируются самим организмом. Ритмичность имеют процессы синтеза ДНК, РНК и белков, работа ферментов, деление клеток, биение сердца, дыхание и т.д. Внешние воздействия могут сдвигать фазы этих ритмов и менять их амплитуду.
Среди эндогенных различают физиологические и экологические ритмы. Физиологические ритмы (биение сердца, дыхание, работа желез внутренней секреции и др.) поддерживают непрерывную жизнедеятельность организмов. Экологические ритмы (суточные, годичные, приливные, лунные и др.) возникли как приспособление живых существ к периодическим изменениям среды. Физиологические ритмы существенно варьируют в зависимости от состояния организма, экологические - более стабильны и соответствуют внешним ритмам.
Экологические ритмы способны подстраиваться к измениям цикличности внешних условий, но лишь в опреденных пределах. Такая подстройка возможна благодаря тому, что в течение каждого периода имеются определенные интервалы времени (время потенциальной готовности), когда организм готов к восприятию сигнала извне, например яркого света или темноты. Если сигнал несколько запаздывает или приходит преждевременно, соответственно сдвигается фаза ритма. В экспериментальных условиях при постоянном освещении и температуре этот же механизм обеспечивает регулярный сдвиг фазы в течение каждого периода. Поэтому период ритма в этих условиях обычно не соответствует природному циклу и постепенно расходится по фазе с местным временем. Эндогенный компонент ритма дает организму возможность ориентироваться во времени и заранее готовиться к предстоящим изменениям среды. Это так называемые биологические часы организма. Многим живым организмам свойственны циркадные и цирканные ритмы. Циркадные (околосуточные) ритмы - повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений с периодом от 20 до 28 ч. Цирканные (окологодичные) ритмы - повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений с периодом от 10 до 13 месяцев. Циркадные и цирканные ритмы регистрируются в экспериментальных условиях при постоянной температуре, освещенности и т.д.
Ритмический характер имеют физическое и психологическое состояния человека. Нарушение установившихся ритмов жизнедеятельности может снижать работоспособность, оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Изучение биоритмов имеет большое значение при организации труда и отдыха человека, особенно в экстремальных условиях (полярных условиях, в космосе, при быстром перемещении в др. часовые пояса и т. д.).
Несовпадение во времени между природными и антропогенными явлениями часто приводит к разрушению природных систем. Например, при проведении слишком частых рубок леса.
В ходе многочисленных научных опытов было доказано, что смена ночи и дня тесно связана с режимами бодрствования и отдыха. Самой природой предусмотрены определенные биологические ритмы организма, которые человек не в силах самостоятельно изменить без ущерба для здоровья и жизни. Природные изменения в сутках представляют собой основу магнитного поля всей Земли.
Биологические ритмы - значение для жизни
Суточный ритм, состоящий из 24 часов, предполагает, что днем люди должны бодрствовать, а ночью - спать и восстанавливать свои силы и запас энергии. Еще на заре эпох человек укрывался в своем жилище ночью, которая несла опасность и риск для жизни. Когда заходило солнце, он начинал заниматься домашними делами, готовился ко сну. С появлением электричества мы изменили свое отношению, ведь теперь стало возможным продлевать активность и ложиться спать позже обычного. Биологические ритмы и работоспособность тесно связаны, а потому зачастую решение заняться важными делами ночью оказывается неэффективным. Природу не обманешь, и человек только днем способен активно работать.
Большинство физиологических функций нашего организма имеют свои собственные биологические ритмы. Именно поэтому выработка мочи и крови характеризуется самыми высокими показателями днем и низкими - ночью. Биологические ритмы человека, находясь в неблагоприятном положении в период с полуночи до 6-ти часов утра, определяют тот факт, что абсолютное большинство смертей происходит именно в это время.
Суточный ритм органов
Биологические ритмы человека — это изменения уровня активности жизненно важных процессов, повторяющихся с определенной периодичностью. Мудрые китайцы издавна считали, что жизненная энергия ци в разное время перетекает по различным частям нашего тела, а потому видели немалую пользу в воздействии на организм в определенное время (строго обозначенный ритм). Для стимуляции того или иного органа они применяли воздействие в активной фазе, для снижения энергии ци в органе - процедуры в период покоя. Биологические ритмы организма служат своеобразными часами, которые указывают на суточные колебания подъема энергии и спада. Такие наблюдения оказались необычайно полезными в медицине, так как помогают определить, когда в одно и то же время тот или иной орган работает более эффективно, а когда переходит на стадию релаксации (отдыха и восстановления). Как говорил Станиславский, природа биологических ритмов составляет всю основу человеческой жизни.
Ритмы желудка, поджелудочной железы и селезенки
Выполнив свою основную работу, кишечник остается в спокойном состоянии, а вот желудок всегда требует дополнительной энергии, так как трудится на самых высоких оборотах утром. Поэтому полноценно завтракать так полезно. Питаться утром можно любой, даже самой калорийной пищей, это не повредит самой стройной фигуре. Важно при этом обеспечить себе спокойную обстановку, иметь возможность отдохнуть.
С 9 до 11 часов наша поджелудочная и селезенка активно работают, а желудок уже отдыхает. Именно поэтому позже 9 утра слишком плотный завтрак однозначно вызовет отягощение и сонливость. Всем известно, что поджелудочная железа призвана осуществлять контроль сахара в человеческой крови. Решив съесть что-то сладенькое в этот период, мы запускаем этот орган, который стремится снизить уровень сахара в крови. Этим объясняется то, что сладкое только немного утоляет голод, но не надолго, и вместе с ненасытностью к нам приходит упадок сил и усталость. Стоит отметить, что пить сладкий кофе с целью "перекусить" и набраться сил - это замкнутый круг.
В эти часы человек наиболее чувствителен к осуждению, иронии и равнодушию. Наша селезенка в период с 9 до 11 активно производит кровяные шарики, которые во многом помогают обновлению и самолечению организма, а потому активная борьба с инфекцией и вирусами идет до самого полудня. Биологические ритмы в этом случае помогают наладить здоровье.
Ритмы мочевого пузыря и почек
Призванный проводить очистку всего организма, мочевой пузырь активно работает с 15 до 17 часов дня. В случае некоторых проблем с этим органом, рекомендуется проводить лечение до 19 часов вечера, так как именно в этот период происходит смена активных периодов работы мочевого пузыря и почек.
Почки лучше всего функционируют с 17 до 19 часов вечера. Очень полезно проводить рефлексогонные массажи в это время для их очищения и разгрузки. Пить вечером нужно поменьше, особенно вредными будут молоко и какао — наши почки не справляются с переработкой этих продуктов до сна. Научно доказано, что вреда от заурядного теплого молочка перед сном намного больше, чем реальной пользы. Ведь молоко — это пища, а вовсе не напиток, а потому может спровоцировать плохой сон и неприятные сновидения.
Ритмы сердца, кровообращения и аккумуляция общей энергии
Между 11 и 13 следует не переедать, так как это вредно для сердца, наиболее активно работающего в этот период. В этой фазе важно не перегружать организм перееданием — достаточно лишь немного притупить чувство голода, полное насыщение при этом наступает примерно через 5 мин. после приема пищи. Самую напряженную работу рекомендуется перенести на более позднее время.
Дети, которых успели уложить между 19 и 21 часами вечера, хорошо засыпают без проблем. После 21 часа родители могут часами спорить с малышами, пытаясь их отправить в кровать. Детей можно понять - ведь в этот период они думают обо всем, только не о сне. Это объясняют биологические ритмы, заложенные природой, так как активное кровообращение происходит именно в период с 7 до 9 часов вечера. Кроме того, в это время дети хорошо поддаются обучению, тянутся к новым знаниям. Мозг человека в этой фазе работает отлично.
Между 21 и 23 часами энергия человеческого тела аккумулируется. Нехватка равновесия в духовном и физическом плане может выражаться в том, что нам холодно и неуютно в прохладном помещении, когда человек чувствует себя некомфортно и не может заснуть. В это время наша энергия активизируется.
Ритмы желчного пузыря, печени
Оптимальное время для отдыха и очищения печени и желчного пузыря — ночь (примерно с 23 до 01). Непроизвольный подъем в данные часы говорит о проблемах с этими органами. Жирную пищу вечером употреблять не стоит, а лучше вообще отказаться от ужина. Оптимально функционировать печень и желчный умеют при отсутствии нагрузки со стороны желудка. Работа в ночную смену является просто ядом для людей с болезнями этих органов, ведь они не могут расслабиться и восстановиться.
Процесс очистки печени возможен только во время отдыха ночью, где-то между часом и 3-мя ночи. Не зря существует даже система лечения заболеваний этого органа при помощи сна. Перегружать ее в этот период крайне опасно, так же как и перегреваться во время ночного отдыха. Особенный вред наносит употребление алкоголя и курение ночью.
Ритмы легких, толстого и тонкого кишечника
Самый активный период работы человеческих легких приходится на 3-5 часов утра. Именно этот факт объясняет, что курильщики начинают кашлять под утро, тем самым очищаясь от ядовитой мокроты. Регулярно просыпаясь в то или иное время ночью (под утро), можно делать выводы о неполадках в своем организме.
Потребляемая человеком пища находится в тонком кишечнике примерно 2 часа, а в толстом - целых 20. Так, жидкий стул свидетельствует о проблемах в первом органе, а запор говорит о недостаточно активной работе второго. Самый лучший период очищения толстого кишечника — это 5-7 часов утра. Для стимулирования процесса дефекации можно использовать несложные приемы: 1 стакан теплой воды или сухофрукты в небольшом количестве.
Примерно в 13 часов многие из нас замечают, что накатывается внезапная усталость и вполне естественная лень — это результат ослабевания кровообращения и деятельности нашего сердца. В этот период большую часть нагрузки получает тонкий кишечник, активно переваривая пищу. Наша вегетативная нервная система в этот момент управляет процессом пищеварения, абсолютно не контролируясь сознанием. Именно поэтому так полезен в это время полуденный отдых и ограничение стрессов, чтобы предотвратить блокирование правильной деятельности кишечника.
Биологические ритмы и работоспособность
Имея представление о правильной работе того или иного органа и особенностях, которые мы рассмотрели выше, человек может четко распознать на основе своих личных ощущений несоответствие общепринятых норм действительности. Таким образом, своеобразные «внутренние часы» объясняют биологические ритмы и их влияние на организм. При этом не всегда тот образ жизни, который традиционно представляется нам полезнм и нормальным, соответствует норме. Суточные биологические ритмы объясняют наше немного странное поведение в течение дня. Именно поэтому теперь мы точно знаем, что чувство усталости, которое возникает в 13-15 часов дня, - это естественное физическое явление нашего организма. Так что не стоит терзаться, считая себя отъявленным лентяем.
Примером практического применения знаний о биологических ритмах служат научные исследования, проведенные среди рабочих одной фабрики. После ночной смены, ранним утром, медики сделали забор крови у сотрудников. Несмотря на то что все эти люди были абсолютно здоровы, результаты исследования показали значительное нарушение нормы в показателях. Влияние биологических ритмов на работоспособность объясняет тот факт, что именно в связи с нагрузкой в ночную смену они нарушаются и приводят к ухудшению общего состояния организма. Когда же провели подобный анализ у тех же сотрудников, отработавших несколько смен в дневное время, когда люди ночью нормально высыпались и приступали к труду отдохнувшими, показатели вполне соответствовали нормам. Таким образом, было научно доказано, что самая эффективная работа достигается в периоды с 8 до 10 утра и с 16 до 21 часа вечера. Снижение активности и, соответственно, производительности наблюдается с 13 до 15 часов дня. Работа в ночное время чрезвычайно вредна для человека, к тому же после 22 часов вечера самоотдача любого работника резко снижается, достигая своего минимума в период с 2 до 3 часов ночи. Такие утверждения относятся примерно к 60% людей, принимавших участие в эксперименте.
Значение сна и отдыха
Нельзя не принимать во внимание, что существуют такие индивидуумы, которые активизируются только к вечеру, плодотворно трудятся до поздней ночи, а потом спят допоздна. Или, наоборот, «ранние пташки», укладывающиеся спать рано и максимально активно работающие с утра. Каждой из таких групп людей характерен вечерний или утренний тип суточной активности. Такие особенности встречаются у 20% всего населения. Медицина труда активно использует эти знания, проводя специальные тесты среди потенциальных сотрудников перед приемом на работу в ночную или дневную смену.
В области паранауки (теоретические изыскания, не имеющие научного доказательства) довольно часто при рассмотрении биологического ритма человека берется во внимание разделение его на определенные типы:
Физический — повторяющийся каждые 23 дня.
Эмоциональный — через 28 дней.
Интеллектуальный — с интервалом в 33 дня.
В каждом из этих ритмотипов случаются положительные и отрицательные фазы. Так, при совпадении негативных периодов всех трех в одно время, речь идет о так называемых критических днях.
В попытке изменить суточные ритмы в ущерб их структуре и длительности проводилось немало научных опытов. Основным результатом таких экспериментов стало выделение понятия «дробные сутки». Например, речь идет о тихом часе в больницах, санаториях, детских садах и домах отдыха. В жарких странах население также часто пытается дробить сутки, складывая свои периоды активного времяпрепровождения и отдыха, сна из нескольких частей: работать в самое прохладное время (рано утром и вечером), а спать в жару. Яркий пример такого приспособления — дневная сиеста в ряде стран мира.
Дробные сутки были выработаны на протяжении веков, а потому они максимально комфортны для человека в тех или иных условиях проживания, в отличие от так называемых экспериментальных. В отличие от вышеназванных житейских суток, последние создаются для того, чтобы изучить, как организм может перестраиваться на изменения суточного режима и насколько быстро это может происходить. Смещение фазы сна и бодрствования в ходе опытов происходит легче, когда этот способ применяется плавно, с небольшими изменениями. Но в любом случае слаженность естественных процессов в организме нарушается, а потому человек в любом случае чувствует себя некомфортно. Причины биологических ритмов заложены самой природой, и нам неподвластно их изменить искусственно, без вреда для собственного здоровья и общего самочувствия.
В ходе опытов по перестройке организма на 48-часовые сутки было выявлено естественное противостояние: низкая работоспособность, быстрая утомляемость, внешние проявления усталости на лице. Таким образом, без вреда для своего здоровья человек не способен перестроиться на другой ритм суток, отличный от природного, когда день можно проводить активно, а ночью отдыхать, проводя во сне не меньше положенного минимума - 8 часов. Биологические ритмы и сон тесно связаны между собой.
Заключение
Не выспавшись как следует, мы плохо себя чувствуем, быстро устаем. Накопленная несколькими днями или неделями усталость может стать причиной замедления всех ритмов жизнедеятельности. Биологические ритмы и работоспособность человека тесно взаимосвязаны. Как ни старались ученые искусственно изменить естественный распорядок суток, им так это и не удалось. Суточные биологические ритмы всегда возвращались, благодаря невидимой наследственной генетике, в свой нормальный режим, заложенный природой. Яркий пример такого утверждения — научные опыты Колина Питтендрая, когда при помещении дрозофил в условия жизни, отличные от естественной среды их обитания, они стали быстрее умирать. Это в очередной раз доказывает то, что биологические ритмы в поддержании полноценного существования играют ведущую роль.
Биологические ритмы организма – это изменения характера и интенсивности биологических процессов в организме, которые имеют определенную периодичность. Они присутствуют в каждом живом организме и являются настолько точными, что их даже называют «биологическими часами» или же «внутренними часами». На самом деле, именно биоритмы управляют нашими жизнями, хотя мы в этом даже не отдаем себе отчета. Но ведь если задуматься, то важность биологических ритмов человека становится очевидной, ведь даже основной орган – сердце, работает в определенном ритме, который задается теми самыми «внутренними часами». Но что же такое эти биологические ритмы и какую именно роль они играют в человеческих жизнях, каково их значение? Давайте несколько более подробно разберемся в этих вопросах.
Виды биологических ритмов
Все биологические ритмы делятся по определенным типам. При этом существует несколько разнообразных классификаций, основывающихся на разных критериях. Самой распространенной, можно даже сказать, основной классификацией, является та, в которой критерием считается длина периода биологических ритмов.
Согласно этой классификации, существуют циркадианные, ультрадианные, инфрадианные, циркалунарные и лунно-месячные биологические ритмы. Циркадианные ритмы имеют периодичность около двадцати четырех часов и являются наиболее изученными из всех. Ультрадианные ритмы – околочасовые. Инфрадианные – ритмы, периодичность которых составляет больше, чем двадцать четыре часа. Остальные два биологических ритма связаны с лунными фазами.
Также есть классификация биоритмов по источнику происхождения. Они разделяются на физиологические, геофизические и геосоциальные. Физиологические – это биоритмы внутренних органов человека, которые не зависят от внешних факторов. Геофизические биоритмы уже входят в плотную зависимость от внешних факторов окружающей среды. А геосоциальные ритмы не являются врожденными в отличие от первых двух и формируются под влиянием, как факторов окружающей среды, так и под влиянием социальных факторов.
Роль биологических ритмов в жизни человека
Существует, весьма условная, по мнению ученых хронобиологов, теория трех биоритмов. Согласно ей, состояние человека определяется тремя биоритмами: физическим, интеллектуальным и эмоциональным. И бывают дни, когда одни биоритмы активнее других, так как все они обладают разной степенью периодичности. Именно поэтому в определенные дни и определенное время бывают всплески, например, физической активности при плохом настроении, или же выбросы позитивных эмоций, а, быть может, появляется огромно желание заняться какой-то умственной деятельностью.
То есть, от биоритмов полностью зависит активность человеческого организма и его состояние. Поэтому не стоит «насиловать» свой организм. Напротив, нужно прислушиваться к нему и грамотно использовать свои собственные ресурсы.
Например, сон и его значение, как 
биологического ритма, пожалуй, является одним из самых важных. Именно поэтому никак нельзя ложиться слишком поздно или спать слишком мало, ведь из этого следует нарушение абсолютно всех биоритмов организма. Вообще ученными установлено, что наилучший сон происходит в период с двадцати трех часов до семи. А ложиться после полуночи весьма вредно для умственной активности, то есть, интеллектуальных биоритмов.
Нельзя забывать и о том, что человек все же является частью природы, поэтому на него оказывают влияние и фазы луны. Например, многие люди ощущают упадок сил в новолуние и повышенную активность во время полнолуния.
Время : 2 часа.
Учебная цель: уяснитьзначение биоритмов организма как фона для развития адаптационных реакций.
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 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
|
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 | |
|
Циклы сердечной деятельности |
60 – 80 /мин |
|
Дыхательные циклы | |
|
Циклы пищеварительной системы: базальные электрические ритмы перистальтические волны желудка голодные периодические сокращения желудка | |
|
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.
Б иологические 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.
1. рассогласование (несколько дней);
2. постепенное формирование новых биоритмов (7 – 10 дней);
3. полного восстановления (ч/з 14 дней.)
Вопросы для самоподготовки
Понятие о хронофизиологии.
Биоритмы человека, их классификация.
Характеристика основных параметров биоритмов.
Факторы, обусловливающие биоритмы.
Управление внутренними колебательными процессами в организме
Понятие о десинхронозе.
Домашнее задание
Составить таблицу ритмических процессов организма по следующей схеме:
Нарисовать кривую биоритма, обозначить её фазы.
Зарисовать график суточной ритмики работоспособности человека.
Самостоятельная работа на занятии
Таблица 7.2
|
Программа действия |
Ориентировочные основы действия |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1. Составить графики физического, эмоционального и интеллектуального биоритмов |
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»
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 |
Определите хронотип, используя предложенный тест. В каждом вопросе теста выберите один вариант ответа. |
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? |
Таблица 1
|
Варианты ответа | ||||||||
Таблица 2
Тестовый контроль
Главный фактор формирования биоритмов
1) социальный;
2) геофизический (фотопериодизм);
3) физиологический.
Базисными являются биоритмы
1) физиологические;
2) геосоциальные;
3) геофизические
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.
К геофизическим факторам относятся
1) режим труда, отдыха, общественной деятельности;
2) гравитация, магнитное поле земли, фотопериодизм.
Геосоциальные биоритмы
1) генетически запрограммированы;
2) обладают видовой специфичностью;
3) могут изменяться в онтогенезе.
Согласно хроногипотезе клеточные часы – это
1) эпифиз и супрахиазматическое ядро гипоталамуса;
2) кора большого мозга;
3) цикл синтеза белка.
Эпифиз продуцирует мелатонин в больших количествах..
3) вечером.
Выберите правильную последовательность стадий десинхроноза
1) перестройка, стабилизация, рассогласование;
2) стабилизация, рассогласование, перестройка;
3) рассогласование, перестройка; стабилизация.
Новый циркадианный биоритм у человека вырабатывается
1) через 24 часа;
2) через 6 месяцев;
3) через 3 – 4 недели.
Резистентность организма наиболее высока…
1) в утренние часы;
2) в вечерние часы;
Ответы
1 -2; 2 – 1; 3 – 2; 4 – 2; 5 – 3; 6 – 3; 7 – 2; 8 – 3; 9 – 3; 10 – 1.
Задачи
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?
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?
Как вы думаете, почему одни люди легко встают по утрам и засыпают вечером, а другие с трудом?
Как вы думаете, почему в Индии и Китае лунный цикл внесен в гражданский календарь?
Ответы
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.
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.
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.
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
В чём заключается гипотеза хронона?
Что такое акрофаза, батифаза, мезор, период, частота, амплитуда биоритма?
Чем отличаются геосоциальные биоритмы от геофизических?
В чём отличие между физиологическими и геосоциальными биоритмами?
Что такое биологические часы и где они локализуются?
В какое время суток наиболее высока резистентность организма?
Литература
Основная:
Нормальная физиология. Учебник. / Под ред. В.М. Смирнова. – М.: Академия, 2010
Нормальная физиология. Учебник. / Под ред. А.В., Завьялова. В.М. Смирнова.- М.: «Медпресс-информ», 2009
Руководство к практическим занятиям по нормальной физиологии / Под ред. С.М. Будылиной, В.М. Смирнова. М.: Издательский центр «Академия», 2005
Дополнительная:
Нормальная физиология. Учебник. / Под ред.В.Н. Яковлева. М.: Издательский центр «Академия», 2006
Нормальная физиология. Учебник. / Под ред. Р.С. Орлова, А.Д. Н Орлова. М. Издателькая группа «ГЭОТАР-Медиа», 2005
Ситуационные задачи по нормальной физиологии; под ред.Л.Д. Маркиной. - Владивосток: Медицина ДВ, 2005
Физиология человека. Учебник./ Под ред. В.М. Покровского, Г.Ф. Коротько.- М.: Медицина, 2003
Руководство к практическим занятиям по физиологии / Под ред. К.В.Судакова М.: Медицина, 2002
Физиология человека. Учебник./ Под ред. Н.А. Агаджаняна, В.И. Циркина.-СП.: СОТИС, 2002
Физиология человека. Учебник./ Под ред. В.М. Смирнова. М.: Медицина, 2002