лекции по био. биология. Лекция 6 Генетика человека. Наследственно обусловленные различия людей. Генетическая терминология
 Скачать 430.15 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ № 29 Биологические ритмы и их закономерности. Хронобиология. С понятием «ритм» связана организация живой материи. «Ритмос» - соразмерность. 1751- часы цветов Карла Линнея. В настоящее время все ученые знают, что одно из фундаментальных свойств организмов – ритмичность, которая проявляется в синтезе ДНК, РНК, белков, работе тканей, органов. Наука, изучающая биоритмы – биоритмология. Это молодая, но быстро развивающаяся наука. Биологический ритм - колебание ритма или скорости какого-либо биологического процесса, наступающее примерно через равные промежутки времени. Биологические ритмы присущи всем живым организмам. С точки зрения взаимодействия организма и среды выделяют: - адаптивные ритмы (экологические). Колебания с периодами, близкими основным геофизическим ритмам. Адаптация организмов к изменяющимся условиям среды (лунные, годовые, сезонные, приливно-отливные ритмы). Благодаря этим ритмам организм заранее готовится к изменениям условий существования и ориентируется во времени. - физиологические (рабочие) ритмы. Колебания, отражающие деятельности рабочих систем органов организма. Классификация биоритмов. Ритмы высокой частоты. Колебания совершаются с периодом от долей секунды до 30 минут. Ритмы ЭКГ, сокращения сердца, дыхания, перистальтики ЖКТ. 2. Ритмы средней частоты. От 30 минут до 28 часов. ультрадианные (до 20 часов); циркадные (20-28 часов). Около 1,5-3 часов хорошо изучены. Множество органных функций человека в пределах 30-120 минут. Внутрисонный цикл: чередование быстрого и медленного сна (около 90-100 минут). Оральное поведение (96 минут). Наблюдения были одинаковы у здоровых людей, шизофреников, больных ожирением. Период работы ноздрей 140-300-400 минут (в период покоя – легкая нагрузка – постельный режим). Меняется одновременно и состав слюны, левая ноздря повышает рН, правая наоборот, попеременно с работой ноздрей происходит изменение содержания адреналина и норадреналина в крови. Наиболее хорошо видны подобные ритмы при чередовании активной деятельности и приступов сонливости. Циркадианные ритмы – видоизмененные суточные ритмы. Они врожденные, эндогенные, обусловленные свойствами организма и его генотипа. Обнаружены у всех организмов. У человека – двигательная активность, диурез, кровяное давление, пульс, изменение температуры тела, содержания Na, K, гормонов крови. Все показатели работы систем органов изменяются с околосуточной периодичностью. Всего более 500 функций и процессов происходят с такой ритмичностью. Мезоритмы. инфрадианные (28 часов-6 суток) циркасептальные (около 7 суток) Инфрадианные - рост бороды, сокращения сердца. Циркасептальные впервые были выделены Халбером. Сейчас установлены: комары откладывают яйца через 7 дней, активность гормонов эпифиза, смертность от неинфекционных заболеваний, отторжение и приживание трансплантата. Макроритмы 20 дней – год 5. Мегаритмы. Периоды в десятки лет. Из всего разнообразия ритмических процессов основное внимание сосредоточено на суточных и сезонных ритмах. Суточная и сезонная ритмичность происходит на всех уровнях биологических реакций. Ритмы служат 2-м целям: приспособление организмов к ожидаемым условиям среды, составление уникальной системы времени, интеграция всех ритмов воедино. Понятие цикла подразумевает периодичность процесса. Время между одинаковыми состояниями соседних ритмов – период Т. Число циклов в единицу времени – частота. Величина, которая соответствует среднему значению полезного сигнала – мезер. Наибольшее отклонение от мезера - амплитуда. Момент времени, когда регистрируется конкретная величина – фаза. Момент наибольшего поднятия – акрофаза, момент наименьшего поднятия – батифаза. Длительность цикла обычно принимается за 360° или 2 ¶r. Наиболее хорошо у человека изучен ритм работоспособности. Он служит основой всех режимов труда и отдыха. Исследования ритма работоспособности длятся уже более 100 лет. Вопрос, эндо - или экзогенный это ритм, а может у него – смешанный характер? Поскольку ритм сохраняется даже в бункере, большинство исследователей считают его эндогенным. Есть 2 аспекта: - если работоспособность рассматривается как потенциал личности, который является неотъемлемым свойством на протяжении длительного периода времени; - актуальная работоспособность – возможность человека совершать работу в определенное время. Изменения такого рода хорошо известны. Выделяют 3 типа людей: - общий подъем работоспособности в течение большей части дня; - начальный подъем, за которым следует общее снижение работоспособности; - 2 подъема и один спад (модель – зигзаг). Циркадианный ритм зависит в большей степени от задания, которое выполняет человек. Тесты, нагружающие кратковременную память, лучше решаются около 11 часов, некоторые тесты на внимание улучшаются в течение дня, тесты на заучивание (проверяются через 6 часов) зависят от температуры тела. Частота возникновения инфарктов миокарда колеблется: Первый максимум – 17-18 часов Второй максимум – 1-2 часа ночи Третий максимум – 9 часов утра. Первый максимум соответствует максимальной работе сердца, второй – повышению свертываемости крови, третий – повышению физиологической функции органов (переход ото сна к бодрствованию). Суточные ритмы кардиореспираторной системы. Интенсивность окислительного фосфорилирования зависит от доставки в органы кислорода. Известно, что у людей максимальные ЖЕЛ, а также максимальная величина вдоха и выдоха приходятся на 2/2 дня. Это означает, что во 2/2 дня происходит увеличение работы мышц, дыхания, работы легких, проницаемости легочных альвеол. Частота сердечных сокращений ночью минимальна и составляет 48-50 ударов в минуту. Максимальна к 18 часам. В это время сильнее всего расширены капилляры, повышается кровяное давление, поэтому спортсмены легче преодолевают трудности и их тренировки успешны. Суточные ритмы обмена веществ. Некоторые показатели обмена веществ, которые не реагируют при приеме пищи, меняются. Другие меняются даже при полном голодании или порционном кормлении. Углеводно-жировой обмен. Несмотря на прием сахара его содержание в крови примерно постоянно, колебания составляют не более 10% в день. В период покоя преимущественно используются липиды, в период активности включается углеводный обмен. Для этого требуется переключение с одного вида обмена на другой. Белковый обмен. Для циркадианный ритмов характерно преобладание катаболических процессов – в активности, анаболических - в покое. В течение суток также изменяется интенсивность синтеза ДНК. Чаще – утром, митозы также более активно происходят утром. Водно-электролитный обмен. Максимальное выведение воды в моче, а также калия, натри, кальция и хлора изменяется ритмично даже при приеме пищи через каждый час. Суточные ритмы обмена кальция связаны со скоростью роста костной ткани. Она наиболее активно растет в период покоя. Онтогенез ритмов. При анализе отношений организма и среды выявили, что эндогенные ритмические процессы наследуются. В иранизме здорового ребенка с момента рождения есть циркадианные ритмы. Проявление их зависит от уровня доношенности ребенка, у недоношенных ритмичность развивается позднее. Изменяются следующие ритмы: ритмы выведения мочи, содержания аминокислот в моче и т.д. к 6-14 неделям уже ритмичные показатели. Разные ритмы появляются в разное время – гетерохрония. Большинство ритмов проходят стадию созревания. Например, суточный ритм сна и бодрствования. Циркадианная система созревает у человека довольно поздно и по определенной программе. В пострепродуктивном периоде циркадианная система постепенно утрачивается. В угасании ее тоже наблюдается гетерохрония. Распад ритмов происходит в обратном направлении, т.е. в обратном порядке их становления. За 2-3 дня до смерти циркадианная система полностью разрушена. Биологические ритмы обладают индивидуальными особенностями. Существует классификация людей по способности проявлять умственные и физические способности. 1-й тип, утренний, «жаворонки». Суточные ритмы их смещены на несколько часов раньше от средней величины. 2-й тип, вторая половина дня активна, «совы». Максимум активности смещен несколько позднее от средних значений. Безразличность работы характерна для «голубей», представляющих средний тип. В проявлении ритмической индивидуальности участвуют гены. Изучение различных факторов ведется давно. - смена труда; - длительные перелеты; - длительное пребывание в нехарактерной зоне. Многие не могут приспособиться к смене труда (около 20% людей). «Совы» лучше приспособлены к сменному труду. Широтные перелеты плохо влияют на многих людей. Перелеты с Запада на Восток переносятся тяжелее, чем наоборот. Режим труда и отдыха - принудительная регламентация сна и бодрствования. Ритм сна и бодрствования оказывается близким к эндогенным ритмам – он усваивается. Если нет – приводит к десинхронизации и далее к патологии. Военные активно изучают эти ритмы. Окологодовые, сезонные ритмы. Изучены сезонные колебания возбудимости гемодинамики, возбудимости нервной системы, отношений к Холодовой нагрузке. Изменение размеров эритроцитов подчиняется этим ритмам. Меняется уровень работоспособности. Пик – начало осени. При одинаковой интенсивности тренировки наилучшие результаты получаются осенью и весной. Окологодовые ритмы. Эволюционно создали возможность выживания при сезонных изменениях среды обитания. Они позволили живым организмам широко распространиться по Земле и занять соответствующие экологические ниши. Психическая, мышечная возбудимость, показатели обмена веществ, частота гипертонических кризов максимальны в мае- июне- сентябре, нарушение мозгового кровообращения – в зимние и осенние месяцы, заболевания ДПК – весной и осенью. Известно, что если женщина с раком молочной железы прооперирована в апреле, в течение 5 лет метастазы обнаружатся в 50-75% случаев, а если в июне – только в 30%. Дети, которые рождены в разные месяцы, имеют предрасположенность к определенным заболеваниям. Кроме того, они имеют разную степень здоровья. С апреля по июнь – более здоровы, но имеют отклонения психики, зимой – дефекты органов чувств и физические дефекты. Заболевания, связанные с нарушениями биологических ритмов – десинхронозы. Могут быть явные и скрытые. Явный десинхроноз отличается присутствием упадка сил, быстрой утомляемостью, учащением пульса, артериального давления, дыхания. Скрытый десинхроноз приводит к дискомфорту, нарушениям сна и аппетита. Это предболезненноле состояние. Иногда имеет место тотальный десинхроноз. При этом происходят общие изменения всех систем органов. Соответственно бывает и частичный десинхроноз, в этом случае имеют место сбои отдельных органов и их функций. Хронический десинхроноз происходит из-за частого отступления от привычного режима жизни. Острый – возникает из-за сильного, грубого нарушения режима труда и отдыха, сна, питания. Самый резкий наблюдается у детей и стариков. Эволюционная теория биологических ритмов. Ритмичность первоначально возникает в результате периодического воздействия окружающей среды, затем закрепляются генетически. В настоящее время ритмы генерируются внутренним механизмом, но период их синхронизируется с частотой внешних стимулов. Из биоритмологии выделились: - хронобиология; - хронопатология; - хронодиагностика; - хронотерапия; - хронофармакология (прием препаратов в определенное время); - хроногигиена (соблюдение режима труда отдыха). ЛЕКЦИЯ № 30 Экология как наука. Введение в экологию человека. Определение и строение экологии. Среда как экологическое понятие. Факторы среды. Особенности экологии человека. Охрана природы. Рациональное природопользование. Основные принципы международного сотрудничества. Предмет экологии - структура связей между организмом и средой. Главный объект изучения – экосистема. Изучает отдельные виды организмов (организменный уровень), популяции (популяционно-видовой) и биосферу в целом (биосферный). Часть экологии – общая экология – отражает закономерности взаимодействий организмов и среды. Выделяют: - аутоэкологию; - синэкологию; - демэкологию. Аутоэкология – изучает индивидуальные связи вида, организма со средой. Синэкология – изучает взаимоотношения популяций, сообществ, экосистем со средой. Демэкология – изучает структуру и динамику популяций отдельных видов. Для всех направлений характерно: Изучение выживания организмов в условиях взаимодействия с окружающей средой. Закономерности адаптации организма к внешней среде. Саморегуляция экосистем и биосферы. Выделяют экологию животных, экологию растений, экологию микроорганизмов, антропоэкологию. Прикладные задачи экологии. Прогноз и оценка отрицательных процессов в окружающей среде под влиянием деятельности человека. Улучшение качества природной среды. Сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов. Обеспечение экологически безопасного устойчивого развития. В понятие «экология» входит понятие - «среда». Среда – природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. Среда обитания – комплекс условий, необходимый для жизнедеятельности организма. Окружающая среда – комплекс условий в более узком значении. Среда жизни – вода, воздух, почва, живой организм. Экологический фактор – элемент среды, который оказывает влияние на организм. Факторы среды: - биотический; - абиотический; - антропогенный. Абиотические факторы среды – совокупность неорганических условий существования организма. На первое место ставят климатические, т.к. они имеют универсальное значение (давление, температура, количество солнечной энергии). Затем идут эдафические /почвенные (соленость, рН). Очень часто они переносятся организмом в определенных пределах. Карл Либих сформулировал закон минимума: «Жизнь может ограничивать недостаток одного из многих элементов». Каждый фактор имеет свои пределы положительного влияния на организм. Пределы выносливости между критическими точками – экологическая валентность живых организмов (широкая – every, узкая – steno). Например, некоторые бактерии живут в атомном реакторе. Биотические факторы – формы воздействия живых существ друг на друга. Различают: - внутривидовые; - межвидовые. К внутривидовым относят прежде всего численность популяции. Рост численности подчиняется определенным законам и продолжается, пока пищи достаточно. Во-вторых, соотношение полов (количество размножающихся самок). В-третьих, возрастная структура популяции. Возрастные различия повышают сопротивляемость среде. В-четвертых, продолжительность жизни (учитываются особи в репродуктивном периоде, у самок – меньше). В-пятых, плодовитость. Она характеризуется коэффициентом рождаемости – количеством рожденных потомков в единицу времени. В-шестых, конкуренция за пищу и территорию. К междувидовым формам относят: - паразитизм; - комменсализм; - мутуализм; - нейтрализм; - конкуренция. Каждый вид обладает своей экологической нишей. Экологическая ниша – совокупность экологических характеристик вида: место обитания, комплекс биоценотических связей и требований к абиотическим факторам. Антропогенные факторы – факторы, созданные человеком и обусловленные его жизнедеятельностью. Воздействие человека на природу проявляется: в изменении режима биотических и абиотических факторов и выведение их за пределы, отвечающие физиологическим требованиям организма; деятельность человека приводит к нарушениям экосистем. Эти нарушения можно разделить на группы: а) оскудение природных ресурсов (почв, животных, растений и т.д.); б) перегруженность населением, техникой, автотранспортом; в) увеличение количество производственных и бытовых отходов; г) уничтожение видов животных, растений и микроорганизмов: д) нарушение человеком сукцессий; е) создание искусственных сукцессий. Сукцессия – последовательная смена одних биогеоценозов другими. Различают первичную и вторичную. Первичная сукцессия начинается на лишенных жизни местах (поселение лишайников на скалах). Вторичная сукцессия представляет восстановительные смены на месте биогеоценозов после их разрушения (лесные пожары). Затем наступает климакс – устойчивое состояние. В природе сукцессия зависит от климатических, почвенных, топографических условий. В антропоценозах – только от деятельности человека Особенности антропоценозов: - не допускается фитоценозов до двухъярусного состояния. Человек сводит экосистему к начальному состоянию, убирая урожай за год. - человек изымает избыток чистой продукции из биоценозов, которые находятся в климаксной стабильности, следовательно, человек постоянно испытывает сопротивление среды. Для агроценозов характерно заражение пестицидами, минеральными удобрениями и нарушение водного режима, засорение и эрозия почв. Агроценоз не может быть высокопродуктивным и устойчивым с точки зрения экологии одновременно. |