Биоритмы.

 

ВВЕДЕНИЕ

Понятным и не требующим особых пояснений кажется нам появление с наступлением темноты ощущения усталости, которое, собственно и вызывает сонливость. Но для весьма многих проявлений жизнедеятельности характерна правильная повторяемость, периодичность. Мы считаем вполне естественным и ничуть не удивляемся, когда, например, вечером ощущаем сонливость и отправляемся спать, подчиняясь по существу своим биологическим часам, если человек на протяжении нескольких недель находится, ничего не делая, в полутемном помещении, куда не проникают никакие звуки, то и тогда он будет засыпать, и просыпаться примерно каждые 24 часа, как бы отмеряя сутки за сутками.

Человек меняется не только год от года, из месяца в месяц, но и день ото дня, и час от часу. Колебания состояния организма суть проявления биологических ритмов. Их учет и “уважительное” к ним отношение помогает подняться человечеству на следующую ступень эволюции, пренебрежение же ритмами часто просто губительно для здоровья человека.

Вечером 11 ноября 1960 отошедший от дел швейцарский импортер по имени Джордж Томмен давал интервью одной из нью – йорских радиостанций. То, что сказал Томмен, звучало удивительно для большинства людей и неправдоподобно для некоторых. Однако, самым странным из того, что сказал Томмен, было предупреждение. Он предостерёг, что Кларк Гэйбл, который тогда был в больнице и выздоравливал после сердечного приступа, случившегося за 6 дней до этого интервью, должен быть особо осторожен 16 ноября. В этот день объяснил Томмен, “физический ритм” Гейбла должен быть “критическим”. В результате его состояние может стать не стабильным, что может повлечь к фатальному исходу. К сожалению доктора Гейбла ничего не знали об этом сообщении. В среду 16 ноября 1960 года у Кларка Гейбла случился второй сердечный приступ, после которого он умер.

Одна из фундаментальных закономерностей Вселенной - наличие природных циклов (ритмов), обусловленных астрономическими явлениями. Благодаря вращению Земли вокруг своей оси (земные сутки или 24ч.), а так же обращению вокруг солнца по эллиптической орбите (около 365 суток, или земной год) происходят ставшими привычными для землян ритмические процессы: смена дня и ночи с сопровождающими их контрастности освещённости, смена сезонов года (зима, весна, лето, осень, лето) с изменениями погодных условий, флоры и фауны.

Задачи данной работы заключается в следующем:

Изучение научной литературы в области временной организации живой материи.
Осмысление исследуемой проблемы с позиции философии, биологии, экологии.
Обобщение результатов анализа в виде заключения.

I Глава

Временная организация материи

ВРЕМЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МАТЕРИИ

Известно, что время как форма существования материи характеризуется длительностью и необратимостью и проявляется в последовательной смене событий (явлениях) и состоянии материи.

Для измерения времени обычно используют какое-нибудь повторяющееся, воспроизводимое явление. Таким образом, биологический ритм, характеризующий повторяющуюся последовательность биологических процессов, можно рассматривать, как форму проявления времени в живых системах. Продолжительность биоритмов - длина периода - служит естественной единицей измерения биологического времени.

Академик В.И. Вернадский, геохимик, создавший учение о живом веществе, уделял большое внимание вопросам структурам времени.

Он считал, что времени должно отвечать свое пространство, и что одно от другого зависит. Изучая строение живого и убеждаясь в правоте тех исследований которых показали, что живому свойственна структурная асимметрия (асимметричное строение молекул в неживом обнаружено только в уме и недостатках живого). Вернадский высказал предположение, что и время в живом должно обладать асимметрией. Он выделил "биологическое время" - "время, связанное с жизненными явлениями, с отвечающим живым организмом пространством"

Свойства биологического времени:

    1. - Векторность
Явная диссиметрия (направление время от прошедшего к будущему)
    1. Скрытая асимметрия, проявляющаяся в явлениях повторяемости (ритм)
    2. Множество
    3. Неравномерность

Поскольку первое из этих свойств не требует специальных пояснений, а второе будет рассмотрено подробно позже, остановимся на неявном свойстве биологического времени - множественности.

Живые системы существуют одновременно и как индивидуальные особи и как единицы составляющие стаю, улей, род, вид и т.п.

И если для каждой особи существует физическое время (управление движения), каталитическое время (необходимое для описания ферментативных реакций), время клеточного деления, время индивидуального развития, то для объединения индивидов той или иной формы уже существует время генерации и эволюционное время.

Организм должен отмерять время согласно достаточно сложной системе отчетов, т.к. разные процессы в организме текут в разных масштабах времени.

Скорость течения биологических процессов позволяет выделить пять классов.

    1. молекулярные, протекающие от миллиона долей секунды до 1 сек.
    2. Физиологические, протекающие от сотых долей секунды до часа.
    3. Онтогенетические, охватывающие часть жизненного цикла и длящиеся месяцы и годы.
    4. Исторические, охватывающие жизнь нескольких поколений, но не влекущие за собой изменение форм жизни.
    5. Эволюционные, протекающие миллионы лет, при которых происходит не только смена поколений, но и смена форм жизни.

Биологический объект рассматриваемый как обособленная система, кроме набора процессов, протекающих с разной скоростью, обладает ещё каким-то индивидуальным t жизни T, которая составлена из t последовательных онтогенетических процессов - фаз развития данного объекта.

Рассматривая каждую такую фазу, как элемент t, исследователи разделяют состав (выделенные элементы) и строение (последовательность выделенных элементов) t.

В природе наблюдаются явления хронополиморфизма - существование качественно тойждейственных объектов, обладающих разными по составу и строению t T и хроноизоморфизма - существование разных объектов, обладающий одинаковыми по составу и строению t T.

Что касается свойства неравномерности t, оно течёт по-разному в одном и том же организме в зависимости от возраста и условий внутренней среды.

Теперь рассмотрим ритмичность t связанную с особенностями течения процессов внешней среды.

Невидимые ритмы содержатся в большинстве явлений природы, в том числе в процессах в живых организмах.

Ритмический характер жизни на Земле именно потому и не замечается, что является совершенно обыденным.

Каждые сутки земля поворачивается вокруг свое оси, вызывая ритмическую смену дня и ночи, ритмически меняются времена года, электромагнитные поля, давление воздуха и многое другое.

Функции живых организмов, приспосабливаясь к жизни на ритмической планете в процессе эволюции, в свою очередь стали протекать ритмически.

Люди и животные, рыбы и моллюски соблюдают суточный - циркадный ритм смены сна и бодрствования, смены активности и отдыха.

Большое число показателей жизнедеятельности организма человека - t тела, кровяное давление, частота пульса и дыхания, уровень сахара в крови, различных аминокислот, белков, элементов крови меняются циркадно.

Циркадные ритмы являются очень важными, но не единственными периодическими явлениями. Ритмов с различными периодами очень много, они существуют параллельно, как бы встроены друг в друга.

Ритмическая активность обнаружена уже в единичной клетке, причем оказалось, что предельно сложно нарушить ход клеточных часов, не убив при этом клетку. Деятельность этих часов основана на том, что в клетке происходят постоянные динамические изменения, связанные с процессами обмена и получения энергии. Одни содержащиеся в клетке вещества постоянно распадаются, а другие синтезируются, в результате чего существуют незатухающие колебания их концентрации.

Сложные биохимические процессы, лежащие в основе структуры и функции клетки и организма в целом происходят не одновременно и их скорости не постоянны. Все эти процессы согласованны между собой во времени таким образом, что возникает некий ритм их чередования повышения и понижения интенсивности каждого из них.

Дни и сутки

Мера времени - сутки - определяются вращением земного шара около данного из своих меридианов, так называющиеся земной осью. Считается, что сутки равны 24 часам.

Существуют звездные и солнечные сутки.

Звездные сутки - это промежуток времени между самым высоким положением на небе какой-нибудь звезды в две соседние ночи. Он постоянен и равен 23 часам 56 минутам и 4,09 сек.

Солнечные сутки - это промежуток времени между двумя истинными (солнечными) полднями - мгновением, когда солнце достигает высшей точки своей суточной дуги.

Самые короткие сутки бывают в сентябре, а самые длинные в декабре.

В данное время астрономы используют в качестве эталона так называемые средние солнечные сутки.

Фаза биоритма

При определении функции заданной на каком-то отрезке важно знать не значения принимаемые функцией в отдельных точках, а некие интегральные характеристики, позволяющие судить о поведении функции на отрезке в целом. Одной из таких характеристик и является среднее значение или мезор. Среднепериодическая величина (среднее значение, принимаемое функцией за период) - важный параметр биологического ритма, позволяющий дать интегральную оценку биологического процесса за полный цикл его колебаний, т.к. принимаемых функцией, может оказаться недостаточно, в особенности, если учесть способность биологических ритмов изменятся под влиянием внешних воздействий.

В биологическом ритме выделяют две основные фазы: активную и пассивную. Положение и длина активной фазы в биоритма определяются тем интервалом его времени, на протяжении которого длинна функции выше величины мезора, и, наоборот, пассивная фаза определяется тем отрезком времени, когда значения функции ниже величины мезора. Соотношения длин активной и пассивной фаз в разных биоритмах неодинаковы, но продолжительность активной фазы наряду с амплитудой ритма существенна для величины функции.

Активные фазы разных биоритмов могут располагаться (если, например, речь идет о существенных биоритмах) как в одно, так и в разное время. В некой живой системе ритмы биологических процессов в силу причинно-следственных связей протекают не одновременно, поэтому и активные фазы ритмов этих процессов наблюдается в разное время. Иными словами между ритмами будет сдвиг фазы. Величина такого сдвига обычно варьирует, но в определенных пределах. Она является одним из основных параметров временной организации биологических систем, под которой понимается вся, понимается совокупность биологических ритмов живой системы, согласованных между собой по фазе, частоте и длине периода и определенным образом соотнесенных с периодическими колебаниями параметров внешней среды.

II Глава

Экологические и биологические основы биоритмии

§1 Классификация биоритмов

Живые существа не могут не реагировать на те или иные изменения в окружающей среде.

В простейшем случае животное или растение лишь реагирует на поступление из внешней среды и постоянно повторяющиеся сигналы. Если не будет сигналов, не появится и реакция. Это так называемые экзогенные (внешние) ритмы, для осуществления которых не требуется особого внутреннего механизма. К числу внешних ритмов в известной степени принадлежат, например, “птичьи часы”. Птицы утром начинают петь в определенном порядке, и заканчивают в обратном порядке. Если небо утром внезапно затянется тучами, то пение в той же самой последовательности раздастся дважды. Таким образом, можно сделать вывод что утрении “птичьи часы” зависят от освещенности.

На другом конце шкалы находятся эндогенные (внутрении) ритмы, то есть такие ритмы, периодичность которых не зависит от внешних сигналов. К числу процессов проявляющих внутрении ритмы, среди прочих относятся биение сердца, периодические колебания электрического потенциала коры больших полушарий и т.д. Повторяемость этих явлениях устанавливают только внутрении механизмы.

Кроме того, у всех исследуемых животных и растений может наблюдаться, сочетание внутреннего и внешнего ритмов, возникающих под воздействием периодически повторяющихся внешних сигналов и не исчезающие после прекращения их действия. Такой ритм способен подстроится к внешним условиям. Для ориентации в пространстве и по временам года, безусловно, желательно, чтобы животное не только различало выделенные моменты времени (рассвет или заход солнца), но и ощущало ход времени. Во многих случаях важно, чтобы животное или растение заранее узнавало об изменении окружающей условиях. Например, если выбравшаяся из песка диатомовая водоросль или выбравшиеся из укрытия краб не почувствует приближение прилива, то они могут, погибнут в окружающей среде. Эти циклы всегда следуют циклическим изменениям какого-либо внешнего фактора, но сохраняются после прекращения его изменения, и в то же время их период довольно устойчив к внешним воздействиям (повышению или понижению температуры, ядам и т.д.).

ТЕРМИНЫ

Под словом ритм имеют ввиду цепь из повторяющихся в определенной последовательности событий, в которой для однократного проигрывания всех событий, то есть для прохождения одного цикла, всегда необходимо одно и тоже время.

Периодом называется продолжительность одного цикла, то есть длина промежутка времени до первого повтора. Число ритмов совершающихся в единицу времени называется частотой ритмов. Понятие частоты обычно используется лишь для ритмов с коротким периодом.

Под амплитудой мы понимаем размах колебаний между двумя предельными значениями ритмически изменяющейся величины.

Термин фаза относится к любой отдельно выделенной части цикла, например, к начальному периоду цикла, тогда это будет “начальная фаза”. Этим термином пользуются для описания связи между двумя и более ритмами. Если два выделенных участка времени не совпадают по времени то вводится термин разница по фазе, выраженная либо, а долях периода, либо, а градусах. В последнем случае цикл соответствует полному углу 3600 Опережение или отставание по фазе означает, что событие произошло раньше или позже ожидаемого срока.

ТАБЛИЦА 1

Класс ритмов

название ритма

Период

Частота

Функции которыми данные ритмы соответствуют

Высокой частоты

специальных названий пока нет

от 0.001 до 0.01мсек

1014-1015Гц СВЧ

Осцилляции на молекулярном уровне

Ритмы ЭЭГ(альфа,бета и т.д

от 30 мс до 2 с

0,5-30 Гц

ЭЭг

Секундные волны

от 1 с до 1 мин

1-0,02 Гц

ЭЭГ, ЭКГ

Минутные волны

до 30 мин

1 цикл в 1-30мин

ЭЭГ, дыхание

Средней частоты

Ультрадианные

более 30 мин, менее 20ч

более 1 цикла в 20ч

Метаболические процессы: колеб. главн. крови,мочи

Циркадные

20-28ч

около 1циклав сутки

Цикл сон-бодрствование ритмич. Изменение to артериальное давление

Инфрадианные

свыше 28 ч

1 цикл в 30ч - 5 сут

Циркадианные

около 20 сут.

1цикл в 7 сут.

Низкой частоты

Циркавигинтанные

около 20 сут.

1 цикл в 3 нед

Эндокренные и метаболические процессы

Циркатригинтанные

около 1 мес.

1 цикл в 28-32 сут.

Цирканизальные

около 1 года

1 цикл в один год

Медленные метаболические и эндокренные процессы

Многолетние

от 1,5 до неск. лет

1 цикл в один год

Сверхмедленные

Мегаритмы

десятки и много десятков лет

1 цикл в десятки лет

Ритмы в мультииндивидуальных системах, эпидемии

Регуляция циклов у животных.

 

В последние годы исследователи в плотную подошли к установлению местонахождения и механизмов действия центральных часов у млекопитающих. Разумеется, работать с крупными животными гораздо труднее, чем с насекомыми, поскольку в организме позвоночных одновременно протекает очень много ритмичных процессов, между которыми к тому же существуют сложные взаимосвязи. Весьма трудно, а зачастую и просто невозможно установить "субординацию" между отдельными ритмическими процессами, точно выяснить, какие циклы связаны с биологическими часами, а какие лишь отражают какой-то другой ритмический процесс. Положение облегчается тем, что центральная система регуляции млекопитающих изучается давно и основательно, и все же в механизме согласования часов, "протекающих" в отдельных органах и тканях, еще остаётся много не ясного.

У основания головного мозга расположен гипофиз. Это железа внутренней секреции выполняет роль своего рода гормонального "дирижёра". Она вырабатывает такие вещества, которые, попадая в кровоток, поступают в находящиеся в различных точках тела другие железы внутренней секреции, и регулирует их деятельность. Среди выделяемых гипофизом веществ один оказывает преимущественно влияние на рост тела, другие стимулируют созревания половых клеток в яичниках или семенниках. Деятельностью гипофиза управляет гипоталамус (отдел промежуточного мозга), соединенный с ним стволом, по которому в гипофиз поступает вещества стимулирующие или угнетающие его секреции. Здесь осуществляется нервная и гормональная регуляция. Концентрации веществ вырабатываемых гипофизом, уровни многих гормонов подвержены 24-часовым колебаниям. Но источник цикличности находиться не в самом гипофизе, так как при нарушении его связи гипоталамусом ритмичность нарушается.

"Напротив" гипофиза (в верхней части промежуточного мозга) находиться небольшой орган эпифиз, или шишковидная железа. Назначение ее долгое время оставалось загадочным и лишь совсем недавно удалось установит ту роль, которую эпифиз играет в гормональной регуляции. Одним из источником многих загадок, окутывавших этот орган, было предположение о возможности существования на голове у многих ящериц так называемого третьего глаза. Ученым удалось доказать, что и у ныне существующих земноводных на голове имеются чувствительные клетки, реагирующие на свет. Отсюда был сделан вывод, что светочувствительные клетки на голове у воробья лишенного возможности видеть, и есть тот самый орган, который обеспечивает непосредственное восприятие света мозгом. Но, поскольку и после удаления этого органа у воробья сохранялась способность приспосабливаться к циклу свет-темнота, эту гипотезу отвергли.

Проведенные эксперименты доказали, что информация из сетчатки поступает в шишковидную железу двумя путями. Один из них - окольный зрительный путь , по которому сигналы симпатической нервной системы через шейные узлы доходят до органа. Этот путь с помощью одного фермента регулирует производство эпифизом гормона мелатонина. На свету синтез и выделение мелатонина подавляется, а в темноте усиливается (по крайней мере, у крыс). Мелатонин, действующий у низших позвоночных на пигментные клетки, у птиц и млекопитающих тормозит развитие половых железу и секрецию ими гормонов. Ритм выработки мелатонина во многом близок к внешним ритмам. Но если животное, ослепленное или долгое время, содержавшееся в постоянной темноте, подвергнуть непрерывному воздействию яркого света, то концентрация мелатонина понизится. Действие гормона проявляется в торможении деятельности гипофиза. Весьма вероятно, что годичные колебания размеров половых желез и выработки половых клеток объясняются колебаниями в секреции мелатонина. Зимой, когда дни короче, а ночи длиннее, эпифиз выделяют много гормона, и половые железы спадают, но по мере приближения весны продолжительность светлой части суток возрастает, производство мелатонина идет на убыль и яичники и семенники увеличиваются.

Среди ферментов эпифиза имеются и такие, выработка которых, не прекращаясь после того, как животное ослеплено или помещено в постоянную- темноту, обнаруживает циркадную периодичность.

Поиск путей участвующих в регуляции, привел к парному ядру, расположенному над перекрестом зрительных нервов и называемому nucleus suprachiasmaticus. Через это ядро проходит второй путь, ведущим от сетчатки глаза к эпифизу. К числу остальных частей этого пути, по-видимому, принадлежит и шейный узел симпатической нервной системы. Интересно, что с удалением ядра прекращается не только ритм активности эпифиза, но и (по крайней мере у крыс) ряд других функций в организме, в том числе цикл сон - бодрствование, деятельность питьевою центра, двигательная активность, суточные колебания температуры головного мозга. Если ядро функционирует нормально, а животное по каким-то причинам (из-за слепоты или постоянной темноты) не может ощущать смену света и темноты, то все процессы протекают с циркадным ритмом. Создается впечатление, что у млекопитающих именно в ядре находятся центральные часы, которые, воздействуя на гипоталамус и (или) эпифиз, регулируют 24-часовые циклы нервной и гормональной систем. Но чтобы окончательно устранить все сомнения и распространить полученные выводы на другие виды животных, потребуется еще немало новых наблюдений.

Экспериментальная часть. Исследование суточного температурного биоритма у человека.

Одной из важнейших характеристик деятельности организма является температура тела. Несмотря не то, что в среднем человек имеет постоянную температуру тела, небольшие колебания от 1-1,5 С0 существуют. Этому вопросу посвящена экспериментальная часть данной работы.

Измерение температуры проводились в течение нескольких недель. На графиках 1-7 представлены наиболее типичные температурные колебания.

Если проанализировать данные графики, то можно заметить, что амплитуда колебаний температуры не велика всего несколько десятых градуса. Так же можно увидеть, что наименьшее свое значение оно имеет утром, после сна, а наибольшее достигается вечером, после ужина. Следует заметить, что днем (от 11 до 13 часов) температура заметно падает от 0,1 – 0,2 С0 . Также следует отметить, что своего среднего значения (норму) она достигает в каждый день около 17 часов.

Проведенные измерения свидетельствуют о наличии биоритма данной функции организма. Изменение температуры тела ритмичны.

ТАБЛИЦА 2

Понедельник

wpe2.jpg (16307 bytes)

Вторник

wpe3.jpg (17156 bytes)

Среда

wpe4.jpg (17248 bytes)

Четверг

wpe5.jpg (15340 bytes)

Пятница

wpe6.jpg (18673 bytes)

Суббота

wpe7.jpg (14925 bytes)

Воскресенье

wpe8.jpg (16900 bytes)

III Глава

Зависимость между биоритмами и работоспособностью

Так ли важно работая в сменном режиме обращать внимание на биологические часы? Оказывается, что да. Взять хотя бы то, что 45% людей вообще плохо приспосабливаются к изменению суточных графиков деятельности. Сегодня когда почти весь процесс производства выполняется компьютерами, у людей из-за недостаточной эмоциональной и информационной нагрузки достаточно быстро, а главное незаметно развивается состояние монотонности: снижается бдительность, готовность к действиям, нарастают апатия, сонливость. Нередки случаи, когда оператор “отключается” от работы на 30-50 сек., не осознавая этого. В результате случаются несчастные случаи и т.д.

Все эти негативные явления приобретают наибольшую выраженность в ночное время или часы естественного снижения физиологических функций.

Специалисты установили, что особо тяжелую форму монотония приобретает в ночную смену, когда нет ремонтных работ, испытаний оборудования, других внешних событий и впечатлений. Ночная смена часто плохо переносится именно тогда, когда на заводе остается лишь несколько человек у пульта управления.

Одна из главных причин аварий на железных дорогах – сон машинистов. Причем в пути засыпают не только новички, но асы, которые сидят на правом “крыле” (место старшего).

Один из самых знаменитых ученых в этой области, Рассел К. Андерсен, науки проводил исследования по поводу как связаны биоритмы с несчастными случаями. Он исследовал более чем 300 несчастных случаев в четырех различных категориях: на металлообрабатывающих, химических, текстильных и трикотажных заводах. В конце концов, он получил потрясающие итоги, что более чем 70% несчастных случаев произошли в критические дни жертв. Например, один из операторов мощного пресса, со стажем в 20 лет, в день его эмоционального критического и интеллектуального цикла, необъяснимым образом проник через защиту пресса и после этого включил его. В результате он лишился 4-ех пальцев. После этого исследования он произвел еще несколько в результате которых сделал три основных вывода о путях, в которых влияние биоритмов проявляются в промышленных несчастных случаях: во-первых, индивидуал будет показывать значительные изменения в течение критических дней; во-вторых, когда несчастный случай произойдет, и индивидуал не будет знать, что это был его критический день, он не в состоянии объяснить, почему произошел несчастный случай; и в-третьих, физическое состояние, мыслительные способности и эмоциональный тонус индивидуала полностью отражают критические дни относительно очевидным образом.

Андерсен был не одинок в своих исследованиях. Одновременно с ним проводил свои собственные исследования не менее известный ученый Дуглас Е. Нейл. Их так же объединяло то, что и тот и другой производили исследования относительно критических дней в физические, интеллектуальные и эмоциональные циклы.

Дуглас Е. Нейл проанализировав 66 несчастных случаев обнаружил, что он мог бы смело отказаться от гипотезы, что несчастные случаи происходят случайно и с однородным распределением. Глядя только на физический ритм, он обнаружил, что число несчастных случаев, имевших место в течение негативной фазы в 2 раза больше несчастных случаев происходивших в момент позитивной фазы.

Заключение

Из всего выше перечисленного можно сделать вывод, что биоритмы оказывают очень большое влияние на работоспособность и жизнь человека во время работы. И как бы странным это не казалось, но надо особое внимание оказывать вашему поведению во время работы в критические дни по биоритмам.