Ритмичност в биологията. Значението на биологичните ритми. Човешки биоритми

Науката, изучаваща ритъм в биологията, се появява в края на XVIII век. Основател е немският лекар Кристофър Уилям Гуфеленд. От дългогодишното му представяне биологичните ритми на организма се считат за зависими единствено от външни циклични процеси, предимно от въртенето на Земята около Слънцето и собствената му ос. Днес хронобиологията е популярна. Според доминиращата теория в нея, причините за биоритмите лежат както извън, така и вътре в определен организъм. Промените, които се повтарят във времето, са характерни не само за отделните индивиди. Те проникват във всички нива на биологичните системи - от клетката до биосферата.

Ритмичност в биологията: Определение

По този начин разглежданата собственост е една от основните характеристики на живата материя. Ритмичността в биологията може да се дефинира като колебания в интензивността на процесите и физиологичните отговори. Той представлява периодични промени в състоянието на околната среда на живата система, които възникват под въздействието на външни и вътрешни фактори. Също така се наричат синхронизатори.

Биотритмите, които не зависят от външни фактори, действащи върху външната система, са ендогенни. Екзогенните, съответно, не реагират на ефекта от вътрешните синхронизатори (работещи в системата).

причини

Както вече беше отбелязано, на първите етапи от формирането на нова наука ритмичността в биологията се смяташе, че е обусловена само от външни фактори. Тази теория е заменена от хипотезата за вътрешния детерминизъм. В него външните фактори получават незначителна роля. Въпреки това, доста бързо, изследователите стигнаха до разбирането на високата стойност на двата вида синхронизатори. Днес се смята, че биологичните ритми на живота, ендогенни по природа, са подложени на промени под въздействието на външната среда. Тази идея стои в центъра на многокомпютърен модел за регулиране на такива процеси.

Същността на теорията

Според тази концепция ендогенните генетично програмирани осцилаторни процеси се влияят от външни синхронизатори. Огромен брой вътрешни ритмични вибрации на многоклетъчен организъм са изградени в определен йерархичен ред. В основата на поддържането му са неврохуморалните механизми. Те координират фазовите връзки на различните ритми: еднопосочните процеси протичат синхронно, а несъвместимите работят в антифази.

Цялата тази дейност е трудно да се представи без осцилатор (координатор). В тази теория се разграничават три взаимосвързани регулаторни системи: епифиза, хипофизна жлеза и надбъбречни жлези. Епифзата се смята за най-древната.

Вероятно в организми, които стоят на ниски нива на еволюционно развитие, епифизата играе основна роля. Произведеният от него мелатонин се произвежда на тъмно и се разпада в светлината. Всъщност той разказва всички клетки за времето на деня. С усложнение на организацията, епифизата започва да играе втора роля, давайки превъзходство на супрахиазматичните ядра на хипоталамуса. Въпросът за връзката в регулирането на биоритмите на двете структури не е напълно решен. Във всеки случай според теорията те имат "асистент" - надбъбречните жлези.

видове

Всички биоритми са разделени на две основни категории:

• Физиологичните представляват колебания в работата на отделните системи на тялото;

• Екологични или адаптивни са необходими, за да се адаптират към постоянно променящите се условия на околната среда.

Също така е известна класификацията, предложена от хронобиолога Ф. Халберг. Като основа за отделянето на биологичните ритми той отне продължителността им:

• Колебания с висока честота - от няколко секунди до половин час;

• Колебания в средната честота - от половин час до шест дни;

• Колебания с ниска честота - от шест дни до една година.

Процесите от първи тип са дишане, палпитация, електрическа активност на мозъка и друг подобен ритъм в биологията. Примери за колебания в средната честота са промени през деня на метаболитните процеси, сън и будност. Третият тип трептения включва сезонни, ежегодни и лунни ритми.

Външните синхронни с персоналните синхронизатори са разделени на социални и физически. Първият е ежедневието и различните норми, приети на работното място, в дома или в обществото като цяло. Физическите синхронизатори се представят чрез промяна на деня и нощта, интензивността на електромагнитните полета, колебанията в температурата, влажността и т.н.

десинхронизация

Идеалното състояние на тялото се получава, когато вътрешните биоритми на човек работят в съответствие с външните условия. За съжаление, това не винаги е така. Състоянието, когато има несъответствие между вътрешните ритми и външните синхронизатори, се нарича десинхроноза. Съществува и в два варианта.

Вътрешна дезинхроноза - несъответствие се извършва директно в тялото. Често срещано е нарушаването на ритъма на съня и събуждането. Външната дезинхроноза е несъответствие на вътрешните биологични ритми и условията на околната среда. Подобни нарушения се случват например при полети от една часова зона до друга.

Дезинхронозата се проявява под формата на промени във физиологичните параметри като кръвното налягане. Често се придружава от повишена раздразнителност, липса на апетит, бърза умора. Според хронобиолозите, както вече бе споменато по-горе, всяка болест е резултат от несъответствие на различни осцилаторни процеси.

Ежедневни биологични ритми

Разбирането на логиката на колебанията във физиологичните процеси дава възможност за оптимално организиране на дейностите. В този смисъл особено важно е значението на биологичните ритми, които траят около един ден. Те се използват както за определяне на ефективния начин на работа и почивка, така и за медицинска диагноза, лечение и дори избор на доза от лекарства.

В човешкото тяло денят е период на колебание на огромен брой процеси. Някои от тях се променят значително, други - минимални. Важно е показателите и на двата да не надхвърлят норма, т.е. да не застрашават здравето.

Температурни колебания

Терморегулацията е гаранция за постоянството на вътрешната среда и следователно правилното функциониране на организма за всички бозайници, включително и за хората. Промяната на температурата се осъществява през деня, като обхватът на колебанията е доста малък. Минималните показатели са типични за периода от 1 до 5 часа сутринта, максимално записани в шест часа вечерта. Амплитудата на трептенията е в този случай често по-малка от една степен.

Сърдечно-съдови и ендокринни системи

Работата на главния "мотор" на човешкото тяло също е подложена на колебания. Има две времеви точки, при които активността на сърдечно-съдовата система намалява: час на деня и девет вечерта.

Техните ритми са характерни за всички органи на хематопоезата. Пикът на активността на костния мозък е рано сутринта, а далакът е в осем часа вечерта.

Секрецията на хормоните също е нестабилна през целия ден. Концентрацията на адреналин в кръвта се повишава рано сутринта и достига своя връх в девет часа. Тази функция обяснява жизнеността и активността, които са най-разпространени сред хората сутрин.

Акушерките знаят любопитни статистически данни: трудовата активност в повечето случаи започва около полунощ. Това се свързва и с особеностите на ендокринната система. По това време се активира задният лоб на хипофизната жлеза, която произвежда съответните хормони.

Сутрин - месо, вечер - мляко

За последователите на правилното хранене, фактите, свързани с храносмилателната система, ще бъдат интересни. Първата половина на деня е времето, когато перисталтиката на стомашно-чревния тракт се влоши, производството на жлъчката се увеличава. Черният дроб активно консумира гликоген сутрин и дава вода. От тези модели хронобиолозите извличат прости правила: тежката и мазна храна е по-добра сутрин, а след вечерята и вечерта млечните продукти и зеленчуците са идеални.

Работен капацитет

Не е тайна, че човешките биоритми влияят върху дейността му през деня. Колебанията варират от човек на човек, но могат да се идентифицират и общи модели. Три "птичи" хронотипи, свързващи биологичните ритми и работоспособността, може би са известни на всички. Това е "чучулига", "бухал" и "гълъб". Първите две са екстремни опции. "Ларкс", изпълнен със сила и енергия сутрин, лесно се изправя и ляга рано.

"Бухалите", като техния прототип, са нощни. Активният период за тях започва около шест вечерта. Ранното покачване е много трудно за тях да издържи. "Гълъби" могат да работят както следобед, така и вечер. В хронобиологията те се наричат аритмични.

Познавайки вида си, човек може по-ефективно да управлява собствените си дейности. Има обаче мнение, че всяка "бухалка" може да се превърне в "чучулига", ако това е желателно и постоянство, а разделението на три типа е обусловено по-скоро от навици, отколкото от определени характеристики.

Постоянна промяна

Биоритмите на човека и други организми не са твърди, постоянно фиксирани чрез признаци. В процеса на на- и филогенеза, т.е. индивидуалното развитие и еволюция, те се променят с определени закономерности. Какво е отговорно за такива смени, до края все още не е ясно. В това отношение има две основни версии. Според една от тях промените, поставени на клетъчно ниво, се ръководят от промени - може да се нарече биологичен часовник.

Друга хипотеза определя главната роля в този процес за геофизичните фактори, които все още не са проучени. Привържениците на тази теория обясняват разликите в отделните биоритми чрез тяхното положение на еволюционната стълба. Колкото по-високо е нивото на организация, толкова по-интензивно е метаболизмът. В този случай характерът на индексите не се променя, но амплитудата на трептенията се увеличава. Самият ритъм в биологията и нейната синхронизация с геофизичните процеси те считат за резултат от работата на естествения подбор, което води до трансформацията на външната (например, промяната на деня и нощта) във вътрешната (активност и сън) флуктуация на ритъма.

Влиянието на възрастта

Хронобиолозите успяват да установят, че в процеса на онтогенеза, в зависимост от сцената, преминаващ от организма, се променят циркадните ритми. Всеки период на постнаталното развитие съответства на колебанията във вътрешните системи. Освен това, промяната в биологичните ритми е подчинена на определен модел, описан от руския специалист G.D. Gubin. Уместно е да го разгледаме на примера на бозайниците. При тях подобни промени са свързани преди всичко с амплитудите на циркадните ритми. От първите етапи на индивидуалното развитие, те растат и достигат максимум в младите и зряла възраст. Тогава амплитудите започват да намаляват.

Това не са единствените промени в ритъмите, свързани с възрастта. Последователностите от акрофази също се променят (акрофазата е моментът, в който се наблюдава максималната стойност на параметъра) и величината на диапазона на възрастовата норма (хронодес). Ако вземем предвид всички тези промени, стана очевидно, че биоритмите са напълно координирани в зряла възраст и човешкото тяло може да издържи на различни външни влияния, като същевременно запази здравето си. С течение на времето ситуацията се променя. В резултат на несъответствие между различните ритми, здравният резерв постепенно приключва.

Хронобиолозите предполагат използването на подобни модели за прогнозиране на заболяванията. Въз основа на познаването на особеностите на колебанията в циркадианските ритми на човек през целия му живот, теоретично е възможно да се създаде графика, отразяваща здравния резерв, неговите максимуми и минимуми във времето. Такова тестване е въпрос на бъдещето, според повечето учени. Има обаче теории, които ви позволяват да създадете нещо подобно на тази графика сега.

Три ритми

Нека леко отворим завесата на тайната и да ви кажем как да определите биоритмите си. Изчисленията в тях се правят въз основа на теорията на психолога Херман Свобода, лекаря Вилхелм Фис и инженер Алфред Телчер, създаден от тях в началото на XIX и XX век. Същността на концепцията е, че има три ритъма: физически, емоционален и интелектуален. Те се появяват по време на раждането и през целия си живот не променят честотата им:

• Физически - 23 дни;

• Емоционално - 28 дни;

• Интелектуална - 33 дни.

Ако променяте промените с течение на времето, това ще бъде под формата на синусоида. За всичките три параметъра част от вълната над осите на осите съответства на увеличение на индексите, под тях има зона на упадък на физическите, емоционалните и умствените способности. Биотритмите, чието изчисление може да бъде направено по подобен график, в точката на пресичане с оста сигнализира началото на период на несигурност, когато устойчивостта на организма към влиянието на околната среда е значително намалена.

Дефиниция на показателите

Изчисляването на биологичните ритми въз основа на тази теория може да бъде направено независимо. За да направите това, трябва да изчислите колко вече сте живели: умножете възрастта с броя на дните в годината (не забравяйте, че има 366 от тях в една високосна година). Получената цифра трябва да бъде разделена на честотата на биоритъма, чийто участък строите (23, 28 или 33). Получаваме число и остатък. Цялата част отново се умножава по продължителността на конкретен биоритм? F се изважда от броя на преживените дни. Остатъкът е броят на дните от периода в момента.

Ако получената стойност не надвишава една четвърт от времето на цикъла, това е времето за нарастване. В зависимост от биоритъма той включва веселие и физическа активност, добро настроение и емоционална стабилност, творческо вдъхновение и интелектуално изкачване. Стойност, равна на половината от дължината на периода, символизира времето на несигурност. Натискането на последната трета от продължителността на всяка биоритъма означава намиране в зоната на активност на упадък. По това време е естествено човек да се уморява по-бързо, опасността от заболяване се увеличава, ако става въпрос за физически цикъл. В емоционалния план се наблюдава намаляване на настроението до депресия, влошаване на способността да се възпират силни вътрешни импулси. На нивото на интелекта периодът на упадък се характеризира с трудности при взимането на решения, с известно възпиране на мисълта.

Връзка с теорията

В научния свят концепцията за три биоритъма в този формат като правило е критикувана. Няма достатъчно доказателства, които да предполагат, че в човешкото тяло нещо може да бъде толкова непроменено. Това се доказва от всички наблюдавани закономерности, които са предмет на ритъм в биологията, характеристиките на вътрешните процеси, присъщи на различните нива на живите системи. Следователно, описаната методика за изчисляване и цялата теория най-често се считат за интересен вариант на забавление, но не и за сериозна концепция, въз основа на която човек трябва да планира дейността си.

Биологично ритъм на сън и бодърстване, като по този начин не само присъства в организма. Колебанията са обект на всички системи, които съставляват нашето тяло, а не само на нивото на големи групи, като сърцето или белите дробове. Ритмични процеси, посочени в клетките и по този начин са характерни за жива материя като цяло. Науката, която изучава тези колебания, а съвсем млади, но се опитва да обясни много от законите, които съществуват в човешкия живот и в цялата природа. Вече натрупаните данни показват, че потенциалът на Хронобиология всъщност е много висока. Може би в близко бъдеще ще се ръководи от неговите принципи и лекари, задаване на дозата на лекарството в съответствие с характеристиките на определена фаза на биологичния ритъм.