Коллок 5 ответы. 1. Экология как наука. Задачи экологии. Методы экологии полевой, экспериментальный, математические моделирование и другие
 Скачать 83.3 Kb.
|
|
17. Цели и задачи хронобиологии. Биологические ритмы. Классификация биологических ритмов. Живые организмы окружает неживая природа, которую характеризуют ритмические процессы. Ритмы - это повторные отклонения и возврат к исходному состоянию через равные промежутки времени. Например: смена дня и ночи, смена сезонов года. У живых организмов вырабатывались к ним приспособления - ритмические процессы жизнедеятельности, или биологические ритмы (биоритмы). Ритмические процессы имеются на всех уровнях организации живого - от молекулярно- генетического до биосферного. Проблема биологического времени впервые сформулирована К.Бэром в 1861 году. Время, связанное с жизненными явлениями, называется биологическим временем. Биологическое время, биоритмы изучает раздел биологии - хронобиология (греч. chronos - время). Известно, что биологическая организация природы очень сложна и постоянно испытывает воздействия окружающей среды. Хронобиология занимается изучением биологических ритмов, которые, с одной стороны, должны быть устойчивы и по возможности независимы от случайных воздействий и состояния организма, а с другой – должны все время подстраиваться к конкретным условиям среды, чтобы дать организму максимальные возможности к адаптации. Каждая клетка, каждый орган, каждый организм и каждое сообщество организмов имеет свою не только пространственную, но и временную организацию. Поэтому их чувствительность постоянно меняется во времени. Глубокое проникновение в биоритмическую структуру организма несет человечеству много пользы. Если ритмы регулируются внешними факторами, они называются экзогенными ритмами. Эндогенные ритмы регулируются внутренними факторами. Чаще биоритмы являются смешанными. Выделяют 5 классов биоритмов: 1-й класс - ритмы высокой частоты (от долей секунды до 30 минут); примеры: сокращения сердца, дыхательные движения, перистальтика кишечника; 2-й класс - ритмы средней частоты (суточные, или циркадные, - от 30 минут до 28 часов); примеры: у растений изменения дыхания и роста; изменения активности у животных (дневные и ночные животные). 3-й класс - .месячные ритмы (пример: менструации у женщин); 4-й класс - годовые или сезонные (от нескольких месяцев до 1 года): синхронизатором является свет, длина светового дня. Примеры: перелеты птиц; зимняя и летняя спячка у животных; максимальная активность надпочечников у человека летом. 5-й класс - ритмы низкой частоты: 3-х, 7-ми, 11-ти, 80-90- летние изменения солнечной активности. С ними связаны: ·3-х годичные ритмы частоты рецидивов туберкулеза у человека, ·эпидемии некоторых инфекционных заболеваний; ·при наибольшей активности Солнца увеличивается число сердечнососудистых и психических заболеваний. Зависимость физиологических процессов от циклов активности Солнца изучает гелиобиология. 18. Понятие «хроном». Параметры биологического ритма. Определение понятий «норма», «здоровье», «болезнь» с точки зрения хронобиологии. Хроном- термин обозначающий комплексную временную организацию живых систем независимо от уровня организации и сложности, состоит из ритмов разных частот, тренды, шумы. Норма- Биологический оптимум живой системы, интервал, в пределах которого её функционирование является наиболее эффективным и слаженным применительно к конкретным условиям. Состояние при котором обеспечивается максималная адаптация. Здоровье- состояние полного физического, душевного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней и физических дефектов. Процесс сохранения и развития его психических и физиологических качеств, оптимальной работоспособности и социальной активности при максимальной продолжительности жизни. Болезнь — это состояние организма, выраженное в нарушении его нормальной жизнедеятельности, продолжительности жизни, и его способности поддерживать свой гомеостаз. Является следствием ограниченных энергетических и функциональных возможностей живой системы в противопоставлении патогенным факторам. 19. Понятие о циркадианной системе. Нервная и гуморальная регуляция циркадианной системы. Роль эпифиза и супрахиазматических ядер в синхронизации циркадианных ритмов Циркадианная система У всех млекопитающих, включая человека, биологические часы регулируют большинство, если не все, циркадианные ритмы. Эти ритмы помогают организму синхронизировать свою активность с периодическими изменениями внешней среды и интегрировать/организовывать внутреннюю среду, т.е. синхронизировать внутренние процессы. Очевидно, что внешняя синхронизация необходима для выживания и гарантирует "правильность" поведения организма в данное время суток. Не менее важен, хотя и не так широко признается, тот факт, что эти биологические часы, как дирижер симфонического оркестра, координируют между собой внутренние изменения в организме. Циркадианные часы У млекопитающих, включая человека, циркадианный водитель ритма, или биологические часы, генерируют и поддерживают циркадианные ритмы. Они расположены в супрахиазматических ядрах (СХЯ) переднего гипоталамуса, на вершине перекреста зрительных нервов. При отсутствии временных стимулов (например, в пещере или бункере), циркадианные ритмы остаются стабильными и придерживаются собственной периодичности, значительно отличающейся от 24-часового цикла. В этих условиях циркадианные ритмы, как говорится, имеют "свободный ход". У человека среднее значение эндогенного периода циркадианных часов составляет 24,2 ч, т.е. каждые сутки наши биологические часы отстают на 12 мин от внешнего цикла свет/темнота. Для точного соответствия 24-часовой цикличности внешней среды циркадианные часы используют внутренние и внешние синхронизаторы, способные менять периодичность и фазность циркадианных ритмов. Цикл свет/темнота является главным синхронизатором для циркадианной ритмичности, хотя социальные факторы и физическая активность также могут иметь определенное значение. СХЯ получает информацию об освещенности напрямую через ретиногипоталамический тракт, зрительный путь, не связанный с обработкой зрительных стимулов, а также опосредованно через таламус, используя ретиногеникулогипоталамический тракт. Циркадианный осциллятор адаптирует свою функцию на основании интеграции разных параметров светового стимула: время воздействия, продолжительность, энергия и длина волн. Циркадианный водитель ритма имеет дозозависимую чувствительность к свету в течение всех 24 ч. Как и у других видов, свет в вечернее время (т.е. до установления минимальной циркадианной амплитуды температуры) стимулирует циркадианный водитель ритма человека к смещению фазы на более позднее время (т.е. задержке распорядка фазы), тогда как утренние световые стимулы (после минимума температуры) вызывают смещение фазы на более раннее время. Кривая фазной реакции описывает смещение фазы как функцию циркадианной фазы от стимуляции светом. Наряду с эффектом смещения фазы световые стимулы в ночное время также оказывают прямое ингибирующее влияние на секрецию мелатонина в эпифизе. Циркадианный водитель ритма также чувствителен к эффектам смещения фазы различных химических и фармакологических агентов, включая мелатонин (N-ацетил5-метокситриптамин), действующий на циркадианные часы через специфичные MT 1 - и MT2-мелатониновые рецепторы, расположенные в СХЯ. У здоровых людей секреция мелатонина, гормона эпифиза, который регулирует ритмы многих функций, подчиняется циркадианному ритму. Мелатонин участвует в синхронизации циркадианных часов к циклу день–ночь, передавая сигнальную информацию о цикле день–ночь в эндогенный циркадианный водитель ритма. Более того, мелатонин благодаря гипотермическим свойствам оказывает прямое влияние на циркадианный ритм температуры тела. Исключительной особенностью системы сигнализации эндогенного мелатонина является ритмичность секреции с длительным повышением концентрации мелатонина в течение ночи. Было показано существование прямой связи вентральной области покрышки среднего мозга (являющейся началом мезокортикального и мезолимбического дофаминовых путей) с водителем циркадианного ритма – супрахиазматическими ядрами гипоталамуса. Нарушение дофаминовой передачи является частью патогенеза многих неврологических и психиатрических расстройств, таких как болезнь Паркинсона, депрессия, синдром дефицита внимания и гиперактивности, биполярное расстройство, шизофрения и других [83]. Со снижением уровня дофамина в подкорковых образованиях и передних отделах головного мозга связывают также процесс старения [20]. Указанные взаимосвязи открывают новые перспективы для лечения ряда заболеваний, связанных с расстройством дофаминергической передачи, путем световой активации рецепторов циркадианной системы [83, 135]. Супрахиазматические ядра переднего гипоталамуса, с одной стороны, служат центральными биологическими часами, синхронизирующими периферические часы – часовые гены и белки, присутствующие практически в каждой ткани и системе органов (печени, почках, сердце, кровеносных сосудах, желудочно-кишечном тракте, яичниках, семенниках, скелетной мускулатуре и др.), а с другой стороны, непосредственно управляют циркадианной физиологией [190]. СХЯ генерируют циркадианные ритмы с помощью транскрипционно-трансляционной петли обратной связи, которая циклически повторяется каждые 24 часа. 20. Эндогенные ритмы и их обоснование. Доказательства эндогенной природы ритмов. Правило Ю. Ашоффа. Эндогенные ритмы - автономные (спонтанные, самоподдерживающиеся, самовозбуждающиеся) колебания, обусловленные активными процессами в самой системе. Эндогенные биоритмы поддерживаются механизмами обратной связи. В зависимости от того, на каком уровне биологической организации она замыкается, различают биоритмы в клетках (митотический цикл), органах (сокращения кишечника), организмах (овариальный цикл) и т.п. Биологические ритмы интересны тем, что во многих случаях сохраняются даже при постоянстве условий среды. Такие ритмы называют эндогенными, т.е. «идущими изнутри»: хотя обычно они и коррелируют с ритмичными изменениями внешних условий, например, чередованием дня и ночи, их нельзя считать прямой реакцией на эти изменения. Эндогенные биологические ритмы обнаружены у всех организмов, кроме бактерий. Внутренний механизм, поддерживающий эндогенный ритм, т.е. позволяющий организму не только чувствовать течение времени, но и измерять его промежутки, называется биологическими часами. Для доказательства эндогенности ритма используются положения: 1) эндогенные ритмы сохраняются при отсутствии определенных внешних воздействий; 2) периодичность ритмов нарушается при прекращении доступа кислорода, т.е. при аноксии; 3) периодичность биоритмов нарушается при понижении температуры до того уровня, при котором в организме приостанавливается обмен веществ; 4) энергия, необходимая для поддержания эндогенного ритма, вырабатывается в результате обмена веществ в организме. Физиолог Юрген Ашофф – основатель хронобиологии, установил в 1959 г. т.н. правило Ашоффа. Поскольку циркадные колебания организма тесно связаны с фотопериодичностью, у дневных животных бодрствование более продолжительно при постоянной темноте, в то время как у ночных животных активный период (бодрствование) более продолжителен при постоянном освещении. 21. Роль мелатонина. Климатографические особенности влияния фотопериодизма на жизнедеятельность живых организмов. Полярная ночь и полярный день. Основные функции (мелатонина): регулирует деятельность эндокринной системы, кровяное давление, периодичность сна, регулирует сезонную ритмику у многих животных, замедляет процессы старения, усиливает эффективность функционирования иммунной системы, обладает антиоксидантными свойствами, влияет на процессы адаптации при смене часовых поясов, кроме того, мелатонин участвует в регуляции, кровяного давления, функций пищеварительного тракта, работы клеток головного мозга. Влияние на сезонную ритмику и размножение Так как продукция мелатонина зависит от длины светового дня, многие животные используют ее как «сезонные часы». У людей, как и у животных, продукция мелатонина летом меньше, чем зимой. Таким образом, мелатонин может регулировать функции, зависящие от фотопериода — размножение, миграционное поведение, сезонную линьку. У видов птиц и млекопитающих, которые размножаются при длинном дне, мелатонин подавляет секрецию гонадотропинов и снижает уровень половой активности. У животных, размножающихся при коротком световом дне, мелатонин стимулирует половую активность. Влияние мелатонина на репродуктивную функцию у человека недостаточно изучено. В период полового созревания пиковая (ночная) концентрация мелатонина резко снижается. У женщин с гипофизарной аменореей концентрация мелатонина достоверно выше, чем у здоровых. Эти данные позволяют предполагать, что мелатонин подавляет репродуктивные функции у женщин. Циркадный ритм и сон Одним из основных действий мелатонина является регуляция сна. Мелатонин — основной компонент пейсмейкерной системы организма. Он принимает участие в создании циркадианного ритма: он непосредственно воздействует на клетки и изменяет уровень секреции другихгормонови биологически активных веществ, концентрация которых зависит от времени суток. Влияние светового цикла на ритм секреции мелатонина показано в наблюдении за слепыми. У большинства из них обнаружена ритмичная секреция гормона, но со свободно меняющимся периодом, отличающимся от суточного (25-часовой цикл по сравнению с 24-часовым суточным). То есть у человека ритм секреции мелатонина имеет вид циркадианной мелатониновой волны, «свободно бегущей» в отсутствие смены циклов свет-темнота. Сдвиг ритма секреции мелатонина происходит и при перелёте через часовые пояса. Роль эпифиза и эпифизарного мелатонина в суточной и сезонной ритмике, режиме сна-бодрствования на сегодняшний день представляется несомненной. У диурнальных (дневных) животных (в том числе у человека) секреция мелатонина эпифизом совпадает с привычными часами сна. Проведенными исследованиями было доказано, что повышение уровня мелатонина не является обязательным сигналом к началу сна. У большинства испытуемых прием физиологических доз мелатонина вызывал лишь мягкий седативный эффект и снижал реактивность на обычные окружающие стимулы. С возрастом активность эпифиза снижается, поэтому количество мелатонина уменьшается, сон становится поверхностным и беспокойным, возможна бессонница. Мелатонин способствует устранению бессонницы, предотвращает нарушение суточного режима организма ибиоритма. Основное влияние мелатонина на эндокринную систему у многих видов заключается в торможении секреции гонадотропинов. Кроме того, снижается, но в меньшей степени, секреция других тропных гормонов передней долигипофиза — кортикотропина, тиротропина, соматотропина. Мелатонин снижает чувствительность клеток передней доли к гонадотропин-рилизинг фактору и может подавлять его секрецию. Данные экспериментов свидетельствуют о том, что под влиянием мелатонина повышается содержание ГАМК- в ЦНС и серотонина в среднем мозге и гипоталамусе. Известно, что ГАМК является тормозным медиатором в ЦНС, а снижение активности серотонинэргических механизмов может иметь значение в патогенезе депрессивных состояний. Недостаток мелатонина в организме Эксперименты на лабораторных животных показали, что при недостатке мелатонина, вызванном удалением рецепторов, животные начинали быстрее стареть: раньше начиналась менопауза, накапливались свободнорадикальные повреждения клеток, снижалась чувствительность к инсулин, развивались ожирение и рак. Световое загрязнение — осветление ночного неба искусственными источниками света, свет которых рассеивается в нижних слоях атмосферы. Иногда это явление также называют световым смогом. Искусственное осветление окружающей среды влияет на цикл роста многих растений. Распространённые источники белого света с большим удельным весом голубого света в спектре мешают ориентации многих видов насекомых, ведущих ночной образ жизни, а также сбивают с пути перелётных птиц, старающихся облетать очаги цивилизации. Согласно наблюдениям, каждый уличный светильник ежесуточно является причиной гибели 150 насекомых. С учётом числа светильников в одной только Германии каждую ночь от них погибает более миллиарда насекомых. При этом не учтены многие другие источники света, такие как освещение промышленных комплексов, светящаяся реклама и освещение жилых домов. Не до конца исследовано воздействие светового загрязнения на хронобиологию человеческого организма. Возможны отклонения в гормональном балансе, тесно связанном с воспринимаемым циклом дня и ночи. Из более очевидных последствий нужно отметить менее крепкий сон, и, как следствие, быструю утомляемость. Полярная ночь — период, когда Солнце более 24 часов (то есть более суток) не появляется из-за горизонта. Полярный день — период, когда Солнце не заходит за горизонт дольше 1 суток. 22. Десинхронизация ритмов. Виды десинхронозов. Профилактика десинхроноза. Десинхроноз —нарушение суточного биоритма, характеризуемое расстройством сна ,снижением работоспособности и целым комплексом других неприятных отклонений в состоянии здоровья. Внешний десинхроноз развивается при быстрой смене часовых поясов. При этом привычное время сна, а соответственно и работы, запаздывает при перелете на запад и наступает раньше обычного при перелете на восток. Профилактика внеш.д., например: - на ответственное спортивное соревнование в другом часовом поясе спортсменам следует приехать заранее, поскольку особенно трудно переносятся на новом месте первые 3 дня. Не случайно Международный олимпийский комитет перед проведением некоторых олимпиад рекомендовал спортсменам из разных широт прибывать на соревнования заранее, но не раньше, чем за 2 недели до соревнований, чтобы все участники были в равных условиях и успели адаптироваться к новому часовому поясу; - перед поездкой нужно хорошо высыпаться в течение нескольких дней. Внутренний десинхроноз заключается в нарушении естественных взаимоотношений суточных биоритмов разных органов и систем у человека, не покидающего своего временного пояса. Это связано со срывом существующей в нормальных условиях синхронности в биоритмической системе организма. Срыв чаще всего возникает по следующим причинам: нарушение правильного чередования труда и отдыха. Например, в начале семестра студенты не занимаются систематически, компенсируя отставание усиленной работой в конце семестра, когда надо сдавать зачеты и экзамены; сдвиг сна на непривычные часы суток или недостаточный сон («хронический недосып»). Профилактика внутреннего десинхроноза заключается в здоровом образе жизни, предусматривающем соблюдение оптимального режима занятий и отдыха (включая сон), режима питания и двигательной активности. |