Биологические ритмы человека в процессе адаптации Чемериса В. 420 гр. «Мир, в котором мы живем, удивительно склонен к колебаниям» [Бишоп]

Биологические ритмы человека в процессе адаптации 1. Общебиологический закон волнообразности адаптационного процесса 2. Биологический ритм 3. Проявление волнообразности адаптивного процесса 4. Классификация биоритмов 5. Хронометр жизни ( Световой режим, мелатонин и регуляция суточных биоритмов)

1. Общебиологический закон волнообразности адаптационного процесса Процесс адаптации в любой его фазе (тревоги, резистентности, истощения) протекает в колебательном режиме, т.е. волнообразно и это непременное условие качественной устойчивости живой системы. Этот закон позволяет выявить динамику состояния организма при стрессе, предвидеть особенности течения хронических заболеваний (периоды ремиссий и обострений), ход восстановления после заболеваний, смену периодов улучшения состояния в процессе приспособления к трудным условиям существования и принимать своевременные меры, направленные на поддержание благополучия организма. Этот закон позволяет выявить динамику состояния организма при стрессе, предвидеть особенности течения хронических заболеваний (периоды ремиссий и обострений), ход восстановления после заболеваний, смену периодов улучшения состояния в процессе приспособления к трудным условиям существования и принимать своевременные меры, направленные на поддержание благополучия организма.

Ритм, есть проявление «прекраснейшей гармонии природы, в изменении покоящейся, однако и то же в нас – живое и мертвое, бодрствующее и спящее, молодое и старое. Ведь это, изменившись, есть то, и обратно – то, изменившись, есть это». [Гераклит Ефесский] Рассогласование (конфликт) организма с внешней средой, будучи ведущей стороной адаптивного процесса – жизненно необходимое явление, поддерживающее в рабочем состоянии биологические механизмы защиты от вредных воздействий, тренируя их, обеспечивает высокую готовность аппаратов адаптации к деятельности, сохраняет их тонус…[Алякринский, 1979] Биоритм – выражение единства и борьбы противоположных начал – созидания и разрушения, лежащих в основе самовоспроизведения живой материи [Алякринский, 1980]. "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.

2. Биологический ритм Биологические ритмы – это периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера процессов жизнедеятельности биологических систем. 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. Хронобиология - центральная проблема в области биологии изучающая временную организация биологических систем. Основная задача хронобиологии – выяснение роли фактора времени в существовании и развитии биологических систем.

Циклы жизненных процессов Адаптационный процесс протекает спокойно, стресс-факторы не выходят за рамки обычного (повседневного) уровня, диапазон их не велик – «ритм» Адаптационный процесс протекает бурно, Развиваются изменения в организме, сильный раздражитель, колебательные процессы неправильные (эмбриональная стадия, половое созревание)

3. Проявление волнообразности адаптивного процесса Мышечная работа работа Волнообразныеизменения функциональной функциональнойактивности коры надпочечников коры надпочечниковКолебания содержания в содержания вкровиглюкокортикоидов и продуктов их метаболизма. Стресс-агенты Заболевание 1 стадия (стадия тревоги – (стадия тревоги –мобилизациязащитных сил организма) 2 стадия (стадиярезистентности) 3 стадия (стадия истощения)

Проявление волнообразности адаптивного процесса Согласование организма со средой Стресс-агентыразличной природы природы Колебательный характер вегетативных реакций (Повышение и понижение: температуры, массы тела, количества лейкоцитов, эозинофилов и др., обмена веществ, сахара, железа, креатина в крови). …Волнообразная динамика гуморальных факторов иммунитета, ЦНС, эмоций, мышления… Волнообразность течения заболеваний

аб вг д Волнообразная динамика условного элементарного функционального показателя в различных фазах адаптационного процесса А, д – стадия резистентности; б, в, г – стадия тревоги раздражение 1.Колебательный характер процесса 2.Динамика стресс-реакции в сфере единичного жизненного процесса

4. Классификация биологических ритмов 1.Адаптивные – суточные, сезонные, годовые, лунные, приливно-отливные (наибольшая активность и усиленный обмен веществ совпадают с наиболее благоприятными для этого внешними условиями и временем) 2.Функциональные – циклы нервно-мышечного возбуждения и торможения (обеспечивают непрерывную жизнедеятельность организма)

Биоритмы Биоритмы Физиологические (ритмы давления, биения сердца и артериального давления, умственной активности) Экологические (сезонные (годовые), приливные и лунные ритмы ) По связи с О.С. По причине возникновения Эндогенные (внутренние причины = физиологические = «биологические часы») Экзогенные (внешние: приливные ритмы., соответствующие Лунным суткам)

Биоритмы По длительности Циркадные (около суток) Инфрадианные (более суток: менструальные циклы) Ультрадианные (менее суток: концентрация внимания, уменьшение болевой чувствительности Вечером, процессы секреции, цикличность фаз, чередующихся на протяжении 6-8 часового нормального сна)

Циркадианные ритмы Установлено наличие циркадианных ритмов двигательной активности, температуры тела и кожи, частоты пульса и дыхания, кровяного давления и диуреза. Суточным колебаниям оказались подвержены содержания различных веществ в тканях и органах, например, глюкозы, натрия и калия в крови, плазмы и сыворотки в крови, гормонов роста и др. По существу, в околосуточном ритме колеблются все показатели эндокринные и гематологические, показатели нервной, мышечной, сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем. В этом ритме содержание и активность десятков веществ в различных тканях и органах тела, в крови, моче, поте, слюне, интенсивность обменных процессов, энергетическое и пластическое обеспечение клеток, тканей и органов. Этому же циркадианному ритму подчинены чувствительность организма к разнообразным факторам внешней среды и переносимость функциональных нагрузок. Всего к настоящему времени у человека выявлено около 500 функций и процессов, имеющих циркадианную ритмику.

Отечественный геронтолог В.М. Дильман полагал, что время жизни отсчитывает главный «дирижер» эндокринного оркестра, расположенный в основании головного мозга, гипоталамус. Природа снабдила живые организмы устройством, способным воспринимать световую информацию и преобразовывать ее в сигналы, управляющие ритмами организма. Центральная часть этого устройства верхний придаток головного мозга, эпифиз. Основная функция эпифиза передача информации о световом режиме окружающей среды во внутреннюю среду организма. Отечественный геронтолог В.М. Дильман полагал, что время жизни отсчитывает главный «дирижер» эндокринного оркестра, расположенный в основании головного мозга, гипоталамус. Природа снабдила живые организмы устройством, способным воспринимать световую информацию и преобразовывать ее в сигналы, управляющие ритмами организма. Центральная часть этого устройства верхний придаток головного мозга, эпифиз. Основная функция эпифиза передача информации о световом режиме окружающей среды во внутреннюю среду организма. 5. Хронометр жизни

У рыб, земноводных, рептилий и птиц свет проходит через тонкий череп, а эпифиз обладает способностью непосредственного восприятия световых сигналов (возможно, поэтому его и называют «третьим глазом»). У млекопитающих световая информация, воспринимаемая особыми клетками сетчатки глаз, передается в эпифиз по нейронам супрахиазматического ядра (СХЯ) гипоталамуса через ствол верхней грудной части спинного мозга и симпатические нейроны верхнего шейного ганглия. В темноте сигналы от СХЯ усиливают синтез и высвобождение норадреналина из симпатических окончаний. В свою очередь этот нейромедиатор возбуждает рецепторы, расположенные на мембране клеток эпифиза (пинеалоцитов), стимулируя синтез мелатонина. У млекопитающих световая информация, воспринимаемая особыми клетками сетчатки глаз, передается в эпифиз по нейронам супрахиазматического ядра (СХЯ) гипоталамуса через ствол верхней грудной части спинного мозга и симпатические нейроны верхнего шейного ганглия. В темноте сигналы от СХЯ усиливают синтез и высвобождение норадреналина из симпатических окончаний. В свою очередь этот нейромедиатор возбуждает рецепторы, расположенные на мембране клеток эпифиза (пинеалоцитов), стимулируя синтез мелатонина. Структурная формула мелатонина

мелатонин - основной гормон эпифиза производное биогенного амина, серотонина, образующегося из поступающей с пищей аминокислоты триптофана. Активность ферментов, участвующих в превращении серотонина в мелатонин, подавляется освещением. Вот почему этот гормон синтезируется в темное время суток, когда его уровень в крови максимален, а в утренние и дневные часы минимален мелатонин - основной гормон эпифиза производное биогенного амина, серотонина, образующегося из поступающей с пищей аминокислоты триптофана. Активность ферментов, участвующих в превращении серотонина в мелатонин, подавляется освещением. Вот почему этот гормон синтезируется в темное время суток, когда его уровень в крови максимален, а в утренние и дневные часы минимален Биосинтез и суточный ритм мелатонина

Световой режим, мелатонин и регуляция суточных биоритмов Днем солнце высоко и тень коротка (уровень мелатонина минимален), в середине ночи пик синтеза мелатонина эпифизом и секреции его в кровь. Важно, что мелатонин имеет околосуточный (циркадианный) ритм, т. е. единицей его измерения служит суточное вращение Земли вокруг своей оси. Днем солнце высоко и тень коротка (уровень мелатонина минимален), в середине ночи пик синтеза мелатонина эпифизом и секреции его в кровь. Важно, что мелатонин имеет околосуточный (циркадианный) ритм, т. е. единицей его измерения служит суточное вращение Земли вокруг своей оси. Все биологические ритмы строго подчиняются основному водителю - гипоталамусу. Их молекулярный механизм образуют «часовые» гены (Per1, Per2, Per3, Cry-1, и др.). Показано, что свет напрямую влияет на работу тех из них, что обеспечивают циркадианный ритм. Эти гены регулируют активность генов ключевого клеточного цикла деления и генов апоптоза. Все биологические ритмы строго подчиняются основному водителю - гипоталамусу. Их молекулярный механизм образуют «часовые» гены (Per1, Per2, Per3, Cry-1, и др.). Показано, что свет напрямую влияет на работу тех из них, что обеспечивают циркадианный ритм. Эти гены регулируют активность генов ключевого клеточного цикла деления и генов апоптоза.

Гормоном-посредником, доносящим руководящие сигналы до органов и тканей служит мелатонин. Характер ответа регулируется не только его уровнем в крови, но и продолжительностью ночной секреции. Кроме этого, мелатонин обеспечивает адаптацию эндогенных биоритмов к постоянно меняющимся условиям среды. Регулирующая роль этого гормона универсальна для всех живых организмов, о чем свидетельствует его присутствие и четкая ритмичность синтеза у всех животных, начиная с одноклеточных. Гормоном-посредником, доносящим руководящие сигналы до органов и тканей служит мелатонин. Характер ответа регулируется не только его уровнем в крови, но и продолжительностью ночной секреции. Кроме этого, мелатонин обеспечивает адаптацию эндогенных биоритмов к постоянно меняющимся условиям среды. Регулирующая роль этого гормона универсальна для всех живых организмов, о чем свидетельствует его присутствие и четкая ритмичность синтеза у всех животных, начиная с одноклеточных.

У лиц старше 75 лет нередко возникает десинхронизация секреции многих гормонов, температуры тела, сна и некоторых ритмов поведения, что может быть связано с эпифизом, функция которого при старении угнетается Суточный ритм концентрации мелатонина (пг/мл) в крови мужчин разного возраста. По оси ординат мелатонин, пг/мл; по оси абсцисс время суток, ч.

Изменение работоспособности у человека на протяжении суточного цикла Подготовка организма человека к состояниям бодрствования и покоя сопровождается сдвигом реакций организма на физические нагрузки, что выражается в изменении его работоспособности.

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. 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. 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. 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. 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. 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. 6.Закономерности биологических ритмов учитывают при профилактике, диагностике и лечении заболеваний. 6.Закономерности биологических ритмов учитывают при профилактике, диагностике и лечении заболеваний.

Выводы: Процесс адаптации в любой его фазе (тревоги, резистентности, истощения) протекает в колебательном режиме. С точки зрения оптимальной адаптации к среде организм должен сохранять элемент противоречия с ней, гиперадаптация может привести к вымиранию вида. При «дефиците противоречия» организм активно стремится покинуть такую среду, перейти туда, где он сможет обрести достаточный уровень стресса. (Пр. дефицит кислорода на разных этапах онтогенеза, стимулирует двигательную активность, рост и развитие). Биологические ритмы – это периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера процессов жизнедеятельности биологических систем.

Литература 1.Степанова С.И. Биоритмологические аспекты проблемы адаптации. – М.: Наука, Емельянов И.П. Структура биологических ритмов процессе адаптации. – Новосибирск: Наука, Куприянович Л.И. Биологические ритмы и сон. – М.: Наука, Путилов А.А. «Совы», «Жаворонки» и другие. О наших внутренних часах и их влиянии на здоровье и характер. – Новосибирск: НГУ, Дильман В.М. Большие биологические часы (Введение в интегральную медицину). – М.: Знание, Хронометр жизни В. Н. Анисимов, «Природа» 7, 2007«Природа» 7, 2007