зачётная работа (1). Вопросы Дайте определение понятию биологические ритмы. Какие классификации биоритмов вам известны Назовите эволюционные аспекты формирования современных биоритмов.
 Скачать 1.3 Mb.
|
1 2    Вопросы: 1. Дайте определение понятию «биологические ритмы». 2. Какие классификации биоритмов вам известны? 3. Назовите эволюционные аспекты формирования современных биоритмов. 4. Что представляют собой физиологические ритмы? 5. Какую роль играют физиологические ритмы в жизни человека? 6. В чем проблема десинхронизации биологических ритмов? Дайте определение понятию «биологические ритмы». Биологические ритмы – это периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера процессов жизнедеятельности биологических систем. Биологические ритмы или биоритмы – это более или менее регулярные изменения характера и интенсивности биологических процессов. Способность к таким изменениям жизнедеятельности передается по наследству и обнаружена практически у всех живых организмов. Их можно наблюдать в отдельных клетках, тканях и органах, в целых организмах и в популяциях. Согласно одному из основных принципов материалистического естествознания – принципу единства организма и среды – организм не может существовать без внешней среды. Но внешняя среда, все сферы мировоздания охвачены колебательными ритмическими движениями. Не удивительно поэтому, что одним из неотъемлемых свойств живого является ритмичность всех процессов. "Весь растительный и животный мир, а с ним и человек, извечно и непрестанно испытывает на себе ритмические воздействия внешнего физического мира и извечно отвечает на биение мирового пульса ритмическими пульсирующими реакциями": писал русский социолог П. Я. Соколов. Учение о биологических ритмах в узком смысле получило название биоритмологии, которая входит в более широкую дисциплину – хронобиологию. Выделим следующие важные достижения хронобиологии: 1.Биологические ритмы обнаружены на всех уровнях организации живой природы – от одноклеточных до биосферы. Это свидетельствует о том, что биоритмика – одно из наиболее общих свойств живых систем. 2.Биологические ритмы признаны важнейшим механизмом регуляции функций организма, обеспечивающим гомеостаз, динамическое равновесие и процессы адаптации в биологических системах. 3.Установлено, что биологические ритмы, с одной стороны, имеют эндогенную природу и генетическую регуляцию, с другой, их осуществление тесно связано с модифицирующим фактором внешней среды, так называемых датчиков времени. Эта связь в основе единства организма со средой во многом определяет экологические закономерности. 4.Сформулированы положения о временной организации живых систем, в том числе – человека – одним из основных принципов биологической организации. Развитие этих положений очень важно для анализа патологических состояний живых систем. 5.Обнаружены биологические ритмы чувствительности организмов к действию факторов химической (среди них лекарственные средства) и физической природы. Это стало основой для развития хронофармакологии, т.е. способов применения лекарств с учетом зависимости их действия от фаз биологических ритмов функционирования организма и от состояния его временной организации, изменяющейся при развитии болезни. Биоритмы делят по разным показателям: происхождению, длительности периодического цикла, по характеру регулирующих механизмов, по уровню организации и др. 1. Классификация биоритмов по происхождению: Биоритмы делятся на: экзогенные и эндогенные (т.е. вызываемые внешними и внутренними факторами). Эндогенные ритмы являются истинными ритмами, которые обнаруживаются при отсутствии каких-либо периодических процессов в окружающей среде. Экзогенные ритмы связаны с пассивными системами, ритмика которых отражает периодические процессы, протекающие в окружающей среде, т.е. являются ложными. Примером экзогенного ритма может быть фотосинтез, который начинается на рассвете и кончается с наступлением ночи. 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. Эндогенные ритмы имеют широкий диапазон частот – от 2000 колебаний в секунду до 1 колебания в год! К эндогенным ритмам относят: 1) ритм обмена веществ и энергии; 2) сердцебиения; 3) ритм дыхания; 4) волны артериального давления; 5) изменение активности бодрствования и сна; 6) умственная активность; 7) изменение температуры тела; 8) выделение мочи; 9) работоспособность (физический ритм); 10) эмоциональный ритм; 11) ритм активности органов кроветворения; 12) ритм количества форменных элементов крови; 13) ритм количества электролитов крови; 14) ритм количества сахара крови; 15) ритм количества гормонов крови; 16) ритм самообновления клеток (деление клеток); 17) биоэлектрическая активность мозга. Наибольший подъем работоспособности наблюдается в 7 – 14 часов и 16 – 20 часов, поэтому самую трудную работу следует выполнять в указанное время. Однако, некоторые люди более работоспособны ночью, чем днем. Таких людей называют «совами», а тех, кто рано встает и имеет наибольшую работоспособность в утренние и дневные часы – «жаворонками». «Совы» засыпают поздно ночью и встают поздно утром, работая во вторую половину дня. Немецкий физиолог Р. Хампп установил, что 1/6 людей относится к «жаворонкам», 1/3 к «совам», а ½ – легко приспосабливается и к утреннему, и к вечернему режиму труда, – их называют «аритмиками» (или голубями). Это в основном люди, занятые преимущественно физическим трудом, к лицам вечернего типа относят преимущественно людей умственного труда. Американские исследователи предложили вести обучение студентов в разные часы с учетом их индивидуальных биологических ритмов. Чем объясняется хронотип человека – врожденными или приобретенными качествами? Перестроить «жаворонков» на режим «сов» не удается, а «совы» быстро переучиваются на «жаворонков». Следовательно, режим «сов» – не потребность, а привычка. Напротив, режим «жаворонков» – режим естественный. 2. Классификация биоритмов по длительности периодического ритма. По длительности периодические ритмы делят на две большие группы: функциональные и адаптивные. Функциональные ритмы обеспечивают непрерывную жизнедеятельность организма. Длительность их цикла колеблется от долей секунды до минут. К их числу относятся циклы нервно-мышечного возбуждения и торможения, множество процессов на уровне молекул клеток, отдельных органов. Ритмы мозга: 1) дельта ритм – менее 4 кол/сек; 2) тета ритм – 4 – 8 кол/сек; 3) альфа ритм – более 13 кол/сек; 4) гамма ритм – более 30 кол/сек. Ритмы органов: 1) Ритм сердца – 1,1 кол/сек (66 кол/мин); 2) Ритм дыхания – 0,26 кол/сек (16 дыханий в мин); 3) Ритм ходьбы – 2 кол/сек (марш); 4) Ритм органов пищеварения – 0,00018 кол/сек (1 колебание за 1,5 часа). Адаптивные ритмы организма соответствуют геофизическим ритмам, а именно: 1) приливные (12,8 часа); 2) суточные (24 часа); 3) циркадные (околосуточные – 24 часа); 4) полулунные (14 – 15 дней); 5) лунные (28 дней); 6) годичные (сезонные) – 1 год; 7) циркануальные (окологодичные). Приливные ритмы (12,8 часа). Приливы порождаются гравитационными и центробежными силами, обусловленными движением и относительным положением Луны, Земли и Солнца. Суточные ритмы. Они относятся к естественным ритмам, связанные с 24-часовыми солнечными сутками. Циркадные ритмы (околосуточные) (circa-около, diem-день). Он соответствует примерно 24 часам и относятся к свободно текущим. Эти ритмы зависят от регулярной смены дня и ночи. Недельный ритм. Условно неделю можно представить как 1/4 часть вращения Луны вокруг Земли (рабочая неделя). Околомесячные ритмы определяются вращением Луны вокруг Земли и период вращения Солнца вокруг своей оси (27 дней). Циклические ежемесячные изменения пронизывают весь организм женщины (менструации). У спортсменок отмечается ухудшение спортивных результатов за несколько дней до наступления менструации. Именно в этот период отмечают среди женщин нарастание попыток к самоубийству, у мужчин также отмечается околомесячный ритм колебания настроения и работоспособности. В последние годы за рубежом распространилась гипотеза о т.н. «критических днях». Еще в XIX веке венский психиатр Свобода и берлинский врач Флейс выдвинули гипотезу, согласно которой жизнь каждого человека, начиная со дня рождения, протекает в соответствии с тремя отдельными циклами: физическим – 23 дня, эмоциональным (или чувствительным) – 28 дней и интеллектуальным – 33 дня. Каждый цикл имеет положительную и отрицательную полуволны, составляющие соответственно положительные и отрицательные периоды. Положительный период связан с улучшением физических, эмоциональных и интеллектуальных показателей, отрицательный – с ухудшением. Дни перехода любого цикла от положительной волны к отрицательной (т.е. пересечение линии цикла с нулевой линией) называются критическими, нулевыми днями. Этот день считается «плохим». Именно в такой критический день при физическом цикле чаще всего с людьми отмечались несчастные случаи. В критические дни эмоционального цикла чаще наблюдались нервные срывы и т.д. Годичные (сезонные) колебания. Они связаны с вращением Земли вокруг Солнца. Сезонные ритмы устойчивы, составляя сущность годовых колебаний. Психическая и мышечная возбудимость выше весной и в начале лета, осенью и зимой ниже. Летом дети растут быстрее, что зависит от дозы солнечного облучения, более витаминизированного питания и др. Американский ученый Ф. Халберг изучил смертность в США от пневмонии и гриппа, наибольшая смертность имела место в конце декабря – начале февраля, как на севере, так и на юге страны. Халберг пришел к заключению, что повышение риска смерти от гриппа и пневмонии в зимние месяцы связаны не с метеорологическими факторами, а, прежде всего, с повышением чувствительности человека к этому виду инфекции в зимний период. Двух и трех-летние циклы. Статистики показали, что спортивные достижения у женщин характеризуются двухгодичным циклом, а у мужчин – трехгодичным. Семилетние ритмы творческой активности. В 1925 году вышла книга физиолога Н.Я. Пэрна «Ритмы жизни и творчества» В ней впервые были подробно описаны семилетние ритмы творческой активности. Н.Я. Пэрн выделяет в жизни человека следующие «поворотные пункты» – 6 – 7 лет; 12 – 13 лет; 25 – 26; 37 – 38; 43 – 44; 49 – 50; 50 – 57. Околочасовой ритм. Позднее всего, в 60-е годы XX столетия были открыты околочасовые ритмы живых организмов. Особенно тщательно они были изучены японским ученым И. Мано на эмбрионах морских ежей. Он показал, что после оплодотворения яиц морских ежей с момента их деления в клетке обнаруживается ритм с периодом около 40 минут. Он проявляется в колебании скорости синтеза белка, активности протеолитических ферментов, проницамости плазматической мембраны, числа полирибосом и т.д. По классификации других авторов (Н.А. Агаджанян, 1980) различают: А – процессы с кратковременной периодикой: доли секунд – импульсы нервной клетки, сердечный цикл; секунды – дыхание; минуты – голодная перистальтика желудка. Б – процессы с продолжительной периодикой: суточные (циркадные), лунные (селенические) менструальный цикл 28 дней; годичные (цирканные) – рождаемость; многолетние (гелиобиологические), 11-летние. 3. Следующий принцип классификации биоритмов – по уровню их организации: 1) Макроскопический уровень – это уровень взаимоотношений между организмами, тканями и органами, которые различимы макроскопически. 2) Микроскопический (клеточный) уровень – это уровень, изучаемый с помощью светового микроскопа (клетки, некоторые органеллы клеток). 3) Субклеточный уровень – уровень, изучаемый с помощью электронной микроскопии (части клетки-ядра, лизосомы, рибосомы и т.д.). 4) Макромолекулярный уровень – уровень изучения молекул. 3. Эволюционные аспекты формирования современных биоритмов Основными параметрами биоритмов являются такие показатели: Период — время между двумя одноименными точками в волнообразно изменяющемся процессе. Акрофаза — точка времени в периоде, когда отмечается максимальное значение исследуемого параметра. Мезор — уровень среднего значения показателей изучаемого процесса. Амплитуда — величина отклонения исследуемого показателя в обе стороны от средней. Фаза колебания характеризует состояние колебательного процесса в момент времени; измеряется в долях периода, а в случае синусоидальных колебаний — в угловых и дуговых единицах. Классификация ритмов базируется на строгих определениях, которые зависят от выбранных критериев. Ю. Ашофф (1984 г.) подразделяет ритмы: - по их собственным характеристикам, таким как период; - по их биологической системе, например популяция; - по роду процесса, порождающего ритм; - по функции, которую выполняет ритм. Диапазон периодов биоритмов широкий: от миллисекунд до нескольких лет. Их можно наблюдать в отдельных клетках, в целых организмах или популяциях. Для большинства ритмов, которые можно наблюдать в ЦНС или системах кровообращения и дыхания, характерна большая индивидуальная изменчивость. Другие эндогенные ритмы, например овариальный цикл, проявляют малую индивидуальную, но значительную межвидовую изменчивость. Существуют также четыре циркаритма, периоды которых в естественных условиях не меняются, т. е. они синхронизированы с такими циклами внешней среды как приливы, день и ночь, фазы Луны и время года. С ними связаны приливные, суточные, лунные и сезонные ритмы биологических систем. Каждый из указанных ритмов может поддерживаться в изоляции от соответствующего внешнего цикла. В этих условиях ритм протекает «свободно», со своим собственным, естественным периодом. Классификация биологических ритмов по Халбергу наиболее распространена — классификация по частотам колебаний, т. е. по величине, обратной длине периодов ритмов (см. таблица 1). Классификация биоритмов Н. И. Моисеевой и В. Н. Сысуева (1961) выделяет пять основных классов: Ритмы высокой частоты: от доли секунды до 30 мин. Ритмы протекают на молекулярном уровне, проявляются на ЭЭГ, ЭКГ, регистрируются при дыхании, перистальтике кишечника и др. Ритмы средней частоты: от 30 мин до 28 ч, включая ультрадианные и циркадные, продолжительностью до 20 ч и 20 – 23 ч, соответственно. Мезоритмы: инфрадианные и циркасептанные — около 7 суток, продолжительностью 28 ч и 6 дней, соответственно. Макроритмы с периодом от 20 дней до 1 года. Метаритмы с периодом 10 лет и более. Многие авторы выделяют также ритмы по уровню организации биосистем: клеточные, органные, организменные, популяционные. По форме условно выделяют следующие виды физиологических колебаний: импульсные, синусоидальные, релаксационные, смешанные. 4. Физиологические ритмы Ритм — это универсальная особенность самодвижения материи, результат борьбы противоположностей, которые являются источником самодвижения, характеризующегося непрерывной сменой доминирования каждой из двух противоборствующих сторон. Так достигается качественная устойчивость материальных объектов. Таким образом, ритм внутренне присущ движению. Физиологические ритмы как основной параметр существования живых организмов Физиологические ритмы — циклические колебания в различных системах организма. Они составляют основу жизни. Одни ритмы поддерживаются в течение всей жизни, и даже кратковременное их прерывание приводит к смерти; другие появляются в определенные периоды жизни индивидуума, причем часть из них находится под контролем сознания, а часть протекает независимо от него. Ритмические процессы взаимодействуют друг с другом и с внешней средой. Изменение ритмов, выходящее за пределы нормы, либо появление их там, где они раньше не обнаруживались, связано с болезнью. Физиологические ритмы являются одной из основных форм проявления жизнедеятельности, они наблюдаются у всех живых организмов и на всех уровнях организации живой материи — от субклеточных структур до целостного организма. Как правило, они не являются строго периодическими колебаниями: в определенных пределах меняется их период, амплитуда, форма, уровень. Примером их могут служить записи некоторых физиологических ритмов у человека: электрокардиограмма, сфигмограмма сонной артерии, сейсмокардиограмма, пневмограмма, электроэнцефалограмма, суточная периодика частоты дыхания, суточная периодика экскреции калия с мочой. 5. Какую роль играют физиологические ритмы в жизни человека? Биоритмы составляют основу жизни. Одни ритмы поддерживаются в течение всей жизни, и даже кратковременное их прерывание приводит к смерти; другие появляются в определенные периоды жизни индивидуума, причем часть из них находится под контролем сознания, а часть протекает независимо от него. Ритмические процессы взаимодействуют друг с другом и с внешней средой. Физиологические ритмы являются одной из основных форм проявления жизнедеятельности, они наблюдаются у всех живых организмов и на всех уровнях организации живой материи — от субклеточных структур до целостного организма. Как правило, они не являются строго периодическими колебаниями: в определенных пределах меняется их период, амплитуда, форма, уровень. Примером их могут служить записи некоторых физиологических ритмов у человека: электрокардиограмма, сфигмограмма сонной артерии, сейсмокардиограмма, пневмограмма, электроэнцефалограмма, суточная периодика частоты дыхания, суточная периодика экскреции калия с мочой. 6. В чем проблема десинхронизации биологических ритмов? Динамические болезни В постоянных условиях, т. е. при максимально возможном исключении действия синхронизаторов на человека, обычно происходит изменения периода околосуточных колебаний, а в некоторых случаях наступает рассогласование (десинхронизация) околосуточных ритмов по частоте. Десинхронизация наблюдается при быстрых перелетах в другие поясные зоны, при работе в ночную смену, в полярных широтах. Повторные нарушения привычного суточного распорядка могут оказать неблагоприятное действие на здоровье человека. Десинхронизация -- один из патогенетических механизмов неблагоприятного действия некоторых факторов среды и измененного режима жизнедеятельности на организм человека. Человеческое тело представляет собой сложную систему, организованную во времени и пространстве. При многих заболеваниях нормальная организация нарушается и заменяется аномальной динамикой. Болезни, характеризующиеся аномальной временной организацией, называются динамическими болезнями. Биоритмология в диагностике и терапии современной медицины Вся наша повседневная жизнь строго укладывается в 24-часовые рамки, в том числе и интенсивность физиологических функций колеблется в соответствии с наиболее заметным циклом чередования сна - бодрствования. Например, ежедневное повышение и снижение порога болевой чувствительности наших зубов. Во второй половине дня порог болевой чувствительности зуба в полтора раза выше, а онемение в результате анестезии продолжается в несколько раз дольше, чем ночью. Удержание алкоголя в крови быстро возрастает примерно после 10 часов утра. Поэтому идти на прием к стоматологу лучше после обеда. Эффективность обезболивания максимальна тоже вскоре после полудня: доза наркоза, необходимая утром, днем может оказаться избыточной. Аллергические реакции возникают быстрее и проявляются тяжелее в начале ночи, чем в полдень. Печень удерживает низкий уровень алкоголя в крови вечером гораздо лучше, чем утром. Поставить диагноз значительно проще, зная клиническую норму с учетом её ритмичности. Скажем, нормальная температура тела ночью ниже 36,6 C, поэтому «нормальное» показание температуры в 3 часа ночи -- симптом лихорадки. Аддисонова болезнь (бронзовая болезнь) и болезнь Иценко - Кушинга обусловлены нарушением функции надпочечников (соответственно -- недостаточностью и избыточностью), поэтому для их диагностики требуется измерять уровень гормона кортизола (гидрокортизона) в крови, но с учетом времени забора крови. Диагноз и терапевтические меры могут быть более эффективными, если их строить на основе циркадного цикла. Многие типы делящихся клеток предпочитают определенное время суток для репликации ДНК, поэтому циркадные вариации особенно ярко проявляются в токсичности различных лекарственных препаратов и эффектах облучения с целью поразить делящиеся опухолевые клетки. Эрхард Хаус с коллегами добился значительного повышения процента выживания среди мышей, больных раком, не увеличивая дозу лекарства, а сконцентрировав её в то время суток, когда опухолевые клетки предположительно более чувствительны, чем нормальные. При применении гормональной терапии также важно правильно выбрать время для введения препарата: так, при недостаточности функции надпочечников больным обычно делают инъекции кортизона по утрам, когда в норме активность коры надпочечников максимальна. Введение кортизона в иное время суток будет подавлять деятельность и без того ослабленных надпочечников. Во многих клинических ситуациях используется в качестве терапевтического воздействия на пациента периодическая стимуляция. Например, введение лекарств и использование электронных сердечных пейсмекеров и механических вентиляторов, для повышения эффективности терапевтического действия которых были разработаны датчики, устанавливающие обратную связь между пациентом и механическим регулятором дыхания или сердцебиения. Эта связь позволяет облегчить управление этими приборами и избежать опасной конкуренции между навязанным ритмом и внутренними ритмами. У некоторых больных диабетом могут возникнуть трудности в установлении соответствующего графика введения инсулина. Периодическое введение инсулина в соединении с регулярным приемом пищи и режимом физической нагрузки оказывается неэффективным для поддержания уровня глюкозы в крови в нормальных пределах. Вместо этого могут быть нерегулярные флуктуации (Например, при слежении за уровнем глюкозы в крови после его повышения). Для таких пациентов необходимо разрабатывать схемы введения инсулина, основанные на данных о текущем уровне сахара в крови и понимании динамики системы его регуляции. John Milton из Монреальского нейрологического института предположил подавлять тремор с помощью периодической стимуляции. Этот эффект был бы аналогичен подавлению колебаний в сердечных клетках периодическими деполяризующими стимулами. Подобным образом упорядоченное во времени медикаментозное лечение способствовало бы подавлению припадков у эпилептиков с регулярной цикличностью заболевания. Другой клинически важный случай взаимодействия между эндогенными и экзогенными ритмами связан с суточной периодичностью. Циркадные ритмы часто изменяются у людей с эмоциональными расстройствами. Появилась попытка лечить таких больных, восстанавливая нормальные фазовые соотношения между собственным циклом сна и бодрствования и нормальным 24-часовым циклом. Фазовый сдвиг циркадных часов может осуществляться световым режимом, небольшими изменениями в режиме сна, навязываемыми в течение нескольких дней, и с помощью лекарств. Изменения в циркадном ритме могут быть одним из проявлений, а не причиной эмоционального расстройства, так что устранение циркадных нарушений не обязательно будет производить лечебный эффект. Сезонные и другие адаптивные виды ритмов также не являются простой реакцией на циклические изменения среды обитания, а характеризуются определенной эндогенностью. Учет физиологических ритмов необходим при составлении рационального режима труда и отдыха человека, при выборе времени приема лекарств, особенно гормональных препаратов. Физиологические ритмы имеют и определенное диагностическое значение в клинике, физиологии труда и спортивной медицине: при различных заболеваниях и переутомлении отмечается их нарушение. Многие заболевания человека характеризуются необычной и сложной динамикой. Анализ механизмов, лежащих в основе таких заболеваний, неизбежно связан с теоретическим анализом наблюдаемой динамики. Методы изучения этих проблем заключаются в формулировании теоретических и биологических моделей болезни. Далеко идущей целью исследователей является помощь в разработке новых диагностических и терапевтических стратегий в лечении людей. 1 2 |