рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Экологические аспекты хронобиологии

Экологические аспекты хронобиологии - раздел Экология, Экологическая физиология «Все Жизненные Отправления Нашего Организма – Дыхание, Кровообращение, Деятел...

«Все жизненные отправления нашего организма – дыхание, кровообращение, деятельность нервных клеток совершаются с определенной периодичностью и ритмичностью. Вся наша жизнь вообще представляет постоянную смену покоя и деятельности, устал ости и отдыха. И в ней, подобно морским приливам и отливам, царит великий ритм, вытекающий из связи жизненных явлений с ритмом Вселенной».

У. Эбекке

Жизнедеятельность любого организма возможна лишь при оптимальной его приспособленности к условиям окружающей среды. Воздействия внешней среды на живой организм могут возникать либо непредсказуемо, либо закономерно, в соответствии с ритмичностью явлений природы.

Для того, чтобы нужным образом отреагировать на непредсказуемое воздействие, в организме должна быть развита способность быстро найти среди имеющегося диапазона степеней выраженности функций те значения, которые наиболее адекватны данной ситуации. Но для этого должен существовать и сам диапазон, то есть значения функций должны колебаться. Чем больше размах колебаний, тем более широким «выбором» обладает организм.

Чтобы оптимальным образом отреагировать на закономерно возникающие изменения внешней среды, надо также обладать широким «выбором» значений функций. Однако в данном случае необходимо включать механизмы регуляции, позволяющие достичь этих значений не в момент воздействий, а предварительно, как бы «упреждая» их. Таким образом формируется активность, направленная на будущее время. Принцип опережающего отражения действительности получил наиболее полное освещение в теории функциональных систем П.К. Анохина. По его мнению, приспособительная деятельность как бы включает в себя будущее время. Это свойство отличает биологические системы от неживой материи.

Обеспечению двух путей реагирования служат биологические ритмы, существование которых создает в организме возможность «быть готовым» встретить как предсказуемое, так и непредсказуемое воздействие. Биологические ритмы должны, с одной стороны, быть достаточно устойчивыми и по возможности независимыми от многочисленных случайных факторов, а с другой, – все время подстраиваться, приноравливаться к новой среде обитания, чтобы создать организму максимальные возможности для оптимальной адаптации. Подобные механизмы регулирования взаимоотношений со средой выработались в ходе эволюции как следствие закрепленных повторных временных внешних воздействий, в первую очередь – воздействий геофизических факторов. Следует подчеркнуть, что наследуются только генетически обусловленные возможности. Для их реализации каждый организм должен строить свою личную систему временных отношений, формировать соответственные биоритмы, отличающиеся большей или меньшей амплитудой колебаний, так называемый «индивидуальный биоритмологический портрет».

Существует несколько определений понятия «биологические ритмы». По одному из них биоритмы – это регулярное, периодическое повторение во времени характера и интенсивности жизненных процессов, отдельных состояний или событий. Для экологической физиологии человека подходит определение, в соответствии с которым биологический ритм – это самоподдерживающийся автономный процесс периодического чередования состояний организма и колебаний интенсивности физиологических процессов и реакций.

 

Рис. 9. Схематическое изображение биоритма и его основные показатели

Биоритмы в той или иной форме присущи всем живым организмам. В основе всякой ритмики лежит периодический волновой процесс. Для его характеристики используют целый ряд показателей: период, уровень (мезор), амплитуда, фаза, частота и др. (рис. 9).

Период ритма рассчитывают как длительность одного полного цикла ритмических колебаний в единицах времени. Уровнем (мезором) принято считать среднюю величину изучаемой функции за время одного биологического цикла. Амплитуда – это половина разности между наибольшим и наименьшим значением ритма в течение одного биологического цикла. Фаза характеризует положение колеблющейся системы в каждый данный момент времени. При этом время наибольшего подъема функций определяется как акрофаза, а время наибольшего спада процесса – как батифаза. Количество циклов, совершающихся в единицу времени, называют частотой.

Помимо этих показателей, каждый биологический ритм характеризуется формой кривой, которую анализируют при графическом изображении динамики ритмически меняющихся явлений (хронограмма, фазовая карта и др.). Простейшая кривая, описывающая биоритмы – это синусоида. Однако, как показывают результаты математического анализа, структура биоритма бывает, как правило, более сложной.

Истинно периодическими могут быть колебания только в стационарном режиме. Если колебания в какой-то момент времени возникают, то они обычно не сразу достигают стационарного состояния, приближаются к нему асимптотически. Это позволяет считать, что биоритм, у которого существует промежуточный режим, – переходный период, – является процессом, способным к регуляции. Таким образом, колебательные системы обладают такими свойствами, как постоянство во времени, способность к саморегуляции и устойчивость. Биологические колебательные системы отличаются от механических тем, что они богаты запасами свободной энергии. Циклические колебания физиологических процессов с точки зрения энергетики биологически наиболее целесообразны, выгодны и соответствуют принципу оптимальной организации. Колебательная биологическая система имеет преимущества перед «жесткой» системой по стабильности, скорости ответной реакции. Жестко детерминированная, устойчивая (статическая) система в организации природы была бы примитивной, хрупкой и нежизнеспособной.

Спектр возможных ритмов жизни охватывает широкий диапазон масштабов времени – от волновых свойств элементарных частиц до глобальных циклов биосферы. Ритмические явления протекают на различных уровнях организации живой материи: субклеточном, клеточном, тканевом, органном, системном и т.д. (таблица 3). В сложноорганизованных биологических системах, к которым относится организм человека, имеется целая иерархия циклических колебаний, и биологический ритм каждой функциональной системы обычно является результатом согласования и интеграции ряда более элементарных колебаний, то есть результатом хроноструктурной упорядоченности и организованности.

Таблица 3

Классификация биологических ритмов
(по: Моисеева Н. И., Сысуев В. М., 1981)

Уровни организации Обеспечиваемые функции организма Ритмически меняющиеся проявления жизнедеятельности Ритмически меняющиеся процессы Исследуемые на наличие биоритмов физиологические параметры Название биологических ритмов
Клеточное образование, клетка, ткань Компенсация, регуляция трофических функций Промежуточный обмен Концентрация молекул и веществ Показатели рН, концентрации ионов Концентрационные колебания в химических системах
Метаболизм (теплообразование) Энергия активации Электрическая активность мышцы, кожи, тканей Миограмма, кожно-гальванический рефлекс, ЭЭГ, медленный (постоянный) потенциал
Возбудимость Мембранные процессы Нейронная и клеточная активность Нейронограмма, ритмы нейронных разрядов
Проводимость «Стратeгия» ферментов Концентрация ферментов Колебания концентрации ферментов
Орган Ауторегуляция отдельных органов Температурный гомеостаз и обеспечение тканей кислородом Кровоток Напряжение кислорода в тканях, оксигемометрия, параметры крови, тонус сосудов, кардиограмма, реоэнцефалограмма Сердечный ритм; сосудистые волны; колебания элементов крови (лейкоциты, эритроциты и т. д.)
Химический гомеостаз Метаболизм Электролиты биоэлектрических жидкостей, концентрации химических веществ в биологических компонентах крови, лимфы, ликвора Концентрационные колебания
Орган Ауторегуляция отдельных органов Функциональный гомеостаз. Гистогенез Продукция и обмен гормонов. Нервные импульсы Концентрации гормонов, рефлекторная сфера Колебания концентрации гормонов. Колебания возбудимости
Организм Саморегуляция организма в целом Вегетативный гомеостаз и активное поведение Состояние интерорецепторов и внутренней среды Модулирующие функции вегетативных физиологических параметров: сердечный ритм, давление, электролиты мочи, перистальтика, мышечная активность Медленно-волновые модулирующие колебания
Состояние интерорецепторов Исследование процессов восприятия и переработки информации о внешней среде Ритмы психических функций
Популяция Регуляции структуры и численности популяций Размножение Степень активности репродуктивной с-мы Репродуктивные процессы Овариальный и менструальный циклы
Мутагенез Воздействие биологических факторов среды Исследование изменчивости, наследственности, генный дрейф, динамика генотипов и фенотипа Ритмы изменчивости видов
Естественный отбор Популяционный стресс Изменение реактивности индивидуумов в популяции Эпидемия

Существует несколько классификаций биоритмов, в зависимости от критериев, положенных в их основу.

В соответствии с порождающей причиной биологические ритмы делят на экзогенные и эндогенные. Экзогенные ритмы – это колебания, вызванные периодическими воздействиями извне. Они являются пассивными реакциями на колебания факторов окружающей среды. Эндогенные ритмы – это автономные (спонтанные, самоподдерживающиеся, самовозбуждающиеся) колебания, обусловленные активными процессами в самой живой 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.

По выполняемой функции биологические ритмы делят на физиологические – рабочие циклы отдельных систем (сердцебиение, дыхание), и экологические, адаптивные, служащие для приспособления организмов к периодичности окружающей среды. Период (частота) физиологического ритма может изменяться в широких пределах в зависимости от степени функциональной нагрузки. Период экологического ритма, напротив, сравнительно постоянен, закреплен генетически. Экологические ритмы в естественных условиях захвачены циклами окружающей среды (задатчиками времени), которые могут быть как природными, так и социальными. Они выполняют функцию биологических часов. С их помощью организмы ориентируются во Времени.

По величине периода биологические ритмы выстраиваются в широкий спектр – от долей секунды до десятков лет. При этом их, как правило, подразделяют на следующие классы: ритмы высокой частоты, средней частоты, низкой частоты и сверхмедленные ритмы.

Высокочастотные ритмы процессов жизнедеятельности – это большинство рабочих ритмов эндогенного происхождения, отражающих состояние соответствующих физиологических систем. В их основе лежат ритмические осцилляторы клеточных мембран возбудимых клеток. Нервные и мышечные клетки благодаря ионным процессам, происходящим на их мембранах, способны генерировать серии ритмично следующих импульсов. Это обеспечивает работу сердца, дыхательных мышц и других висцеральных органов.

Классификация биологических ритмов в зависимости от того, какие процессы проявления жизнедеятельности и уровня организации этими ритмами отражены (по: Моисеева Н. И., Сысуев В. М., 1981)

Характеристика биологических ритмов различной частоты представлена в таблице 4. Для многих физиологических процессов отмечено одновременное наличие ряда ритмов с различной длиной периода. Так, ритмы дыхания и кровообращения обладают кроме своей собственной еще и суточной периодикой. Биоритмы с разными периодами у одного организма могут оказывать взаимное модулирующее влияние, но обычно сравнительно независимы. Биоритмы с одинаковым периодом, напротив, часто сопряжены иерархическим образом. Оптимальное осуществление физиологических функций организма возможно лишь при условии согласования, координации его биоритмов как между собой, так и с ритмами окружающей среды.

 

Таблица 4

Классификация ритмической активности организма и основные свойства ритмов (по: Оранский И. Е., 1988)

Класс ритмов Название ритмов Период Частота Функции, которым присущи данные ритмы
Высокой частоты Специальных названий пока не имеют От тысячной до сотой доли микросекунды (мс) (10-15–10-14 с) 1014–1015 гц (сверхвысокие частоты) СВЧ Осцилляция на молекулярном уровне
Название ритмов ЭЭГ (альфа, бета и т. д.) От 30 мс до 2 с 0,5–30 гц Электроэнцефалограмма (ЭЭГ)
Секундные волны От 1 с до 1 мин 1–0,02 гц ЭЭГ, Электрокардиограмма (ЭКГ)
Минутные волны До 30 мин 1 цикл в 1-30 мин ЭЭГ, дыхание, перистальтика кишечника
Средней Ультрадианные Более 30 мин, менее 20 ч Более 1 цикла в 20 ч Метаболические процессы колебания главных компонентов крови, мочи и др., процессы секреции
Циркадианные 20–28 ч Около 1 цикла в сутки Цикл сон-бодрствование, ритмические изменения температуры, артериального давления, частоты клеточных делений – изменения всех функций организма
Инфрадианные Свыше 28 ч 1 цикл в 30 ч – 5 сут.
Циркасептидианные Около 1 нед. 1 цикл в 7 сут.
Низкой частоты Циркавигинтидианные Около 20 дн. 1 цикл в 3 нед Эндокринные (менструальный цикл) и метаболические процессы
Циркатригинтидианные Около 1 мес 1 цикл в 28-32 дня
Циркануальные Около 1 г 1 цикл в году Медленные метаболические и эндокринные процессы и другие функции организма
Многолетние От 1,5 до 1 цикл в нескольких лет
Сверхмедленные Мегаритмы Десятки и много десятков лет 1 цикл в десятки лет Ритмы в мультииндивидуальных системах. Эпидемии

 

Рис. 10. Альтернативные модели (1-3) циркадианной организации у млекопитающих (по: юге-Ede М., 1976).
Кругами обозначены активные элементы системы, способные к автогенерации суточных колебаний, квадратами - пассивный элементы системы, колебания которых задаются соответствующими пейсмекерами, 1 – моноосциляторная система с единственным ведущим осциллятором (ВО) и пассивными элементами А, Б, В, Г, Д. 2 - иерархическая мультиосцилляторная система с ведущим и подчиненными осцилляторами. 3 - неиерархическая мультиосцилляторная модель, состоящая из относительно независимых групп осцилляторов.

Ведущую роль во временной организации деятельности живого организма играют суточные и сезонные биоритмы. При этом главным ритмом, как бы стержнем, является околосуточный или циркадианный ритм, поскольку строгая повторяемость изменений внешней среды, сопровождающая суточное вращение планеты, явилась одним из главных факторов, к которому в процессе эволюции необходимо было приспособиться живым организмам.

Экспериментально установлено, что из всего многообразия суточных задатчиков времени первостепенное значение для синхронизации биологических ритмов имеют фотопериодичность (цикл свет – темнота), колебания температуры среды, а для человека еще и периодически повторяющиеся социальные факторы (регламентация режимов труда, отдыха и питания). Таким образом, у человека выделяется две группы синхронизаторов – геофизические и социальные.

Исследование механизмов циркадианных биоритмов показало, что они имеют эндогенную природу, то есть относительно независимы от внешних периодических факторов. Последние выполняют роль «подсказок» или временных ориентиров. Подтверждением этому служат результаты исследований, проведенных в условиях изоляции человека от внешних синхронизаторов. Так, в 1902 году спелеолог М. Сиффр провел 63 дня в ледяной пещере Скарассон на глубине 135 метров. Аналогичные эксперименты, проведенные позднее другими исследователями, показали, что независимо от внешних факторов околосуточные биологические ритмы могут сохраняться неограниченно долго. При отсутствии датчиков времени их период обычно несколько изменяется, то есть они становятся свободнотекущими. Однако при этом они остаются в пределах 20-28 часов. Следует отметить, что период свободнотекущего ритма – весьма устойчивый признак. Отклонение периода свободнотекущих ритмов от 24 часов является закономерностью, которая легла в основу названия циркадианных – околосуточных ритмов.

Одна из функций циркадианной системы заключается в том, что организмы используют околосуточные ритмы для «измерения» времени. Эту функцию можно назвать биологическими часами. Для объяснения эндогенных механизмов биологических часов предложено несколько гипотез. Одна из них – «хро-нон - гипотеза» – была сформулирована К. Д. Ере и Е. Цэакко. Согласно этой гипотезе механизм околосуточных ритмов связан с наследственным аппаратом клетки, в частности с определенными участками носителя генетической информации дезок-сирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Она дает представление о «хрононе», или участке ДНК, который может рассматриваться как морфологический субстрат, контролирующий биоритмы. Другие исследователи связывают происхождение биологических часов с состоянием клеточных мембран. Это – «мембранная теория». В цикличность наблюдаемых процессов регулируется состоянием липидно-белковых мембран и их проницаемостью для ионов калия, которая периодически изменяется. Мембранные структуры клетки, обладая рецепторными свойствами, контролируют биоритмы, связанные с фотопериодизмом и действием температурных факторов.

Третья, самая многочисленная, группа исследователей, отдает предпочтение «мультиосцилляторной модели» биоритмов. По одной версии, в сложном многоклеточном организме может функционировать главный генератор ритма (пейсмекер), навязывающий свой ритм либо остальным системам, не способным генерировать собственный (рис. 10 (1)), либо второстепенным осцилляторам, также обладающим пейсмекерными свойствами, но иерархически подчиненным ведущему (рис. 10 (2)). Второй вариант мультиосцилляторной модели исключает существование главного пейсмекера. Согласно этому варианту, а организме могут функционировать разрозненные осцилляторы, которые образуют отдельные группы, работающие независимо друг от друга. Каждая группа имеет свой пейсмекер с собственным периодом колебательных процессов (рис. 10 (3)). Предполагается существование нескольких входов для различных экзогенных факторов.

Б настоящее время признано, что циркадианная система организма строится по мультиосцилляторному принципу, согласно которому автономные генераторы суточных ритмов объединяются в несколько групп сцепленных осцилляторов, относительно независимых друг от друга. Что касается механизма биологических часов, то уже не вызывает сомнения сам факт наличия клеточных пейсмекеров, способных генерировать автоколебания с околосуточным периодом.

Кругами обозначены активные элементы системы, способные к автогенерации суточных колебаний, квадратами – пассивные элементы системы, колебания которых задаются соответствующими пейсмекерами. 1 - моноосципляторная система с единственным ведущим осциллятором (ВО) и пассивными элементами А, Б, В, Г, Д. 2 - иерархическая мультиосциллятор-ная система с ведущим и подчиненными осцилляторами. 3 – неиерархическая мультиосцилляторная модель, состоящая из относительно независимых групп осцилляторов.

 

Рис. 11. Некоторые структуры и связи, (ответственные за циркадианные ритмы у позвоночных (по: Шеперд Г., 1987).
У – уздечка; ЛКЯ – латеральное коленчатое ядро; БР – боковой рог спинного мозг (область расположения симпатических мотонейронов); МППМ – медиальный пучок переднего мозга; ВД – верхнее двухолмие; ВШГ – верхний шейный ганглий; СХЯ – супрахиазменное ядро; С-П-Г – септальная, преоптическая и гипоталамическая области.

По мнению некоторых исследователей, физиологическая система, обеспечивающая поддержание и согласование циркадианных ритмов организма, включает осцилляторы (колебательные системы), проводящие пути и рецепторы. Пример такого построения системы представлен на рисунке 11.

Фоторецепторы глаза выполняют двоякую роль. Они участвуют не только в зрительном восприятии, но и в регуляции циркадианных ритмов, реагируя на суточные изменения освещенности. Импульсы, в которых закодирована информация о степени освещенности, передаются по зрительным нервам (ретиногипоталамический тракт) из сетчатки в супрахиазматические ядра (СХЯ) гипоталамуса, которые играют роль центрального синхронизатора ритмов. Супрахиазматические ядра связаны с верхним шейным симпатическим ганглием и с эпифизом. Обладая пейсмекерными свойствами, СХЯ влияют на другие структуры мозга, также обладающие осцилляторными свойствами. Последние, получив информацию через гипоталаморетикулярную систему, посылают ее через симпатические нервы, берущие начало в верхнем шейном симпатическом ганглии, клеточным осцилляторам, локализованным в различных органах и тканях.

В механизм восприятия изменений освещенности вовлечен и эпифиз, который в темное время суток вырабатывает больше гормона мелатонина, а в светлое – серотонина. Мелатонин принимает участие в управлении уровнем половых гормонов, а также кортикостероидов, обладающих четко выраженной суточной периодикой, и, возможно, антагонистически взаимодействует с меланофорным гормоном гипофиза.

Ведущую роль во временной координации всего многообразия циклических процессов, протекающих в организме, играют суточные колебания функциональной активности нервной и эндокринной систем. Это касается деятельности высших отделов ЦНС, вегетативной нервной системы, гипоталамуса, гипофиза и других желез внутренней секреции.

Совпадение секреторной активности гипофиза с определенными стадиями сна свидетельствует о наличии центральных механизмов интеграции суточных колебаний нервной и эндокринной систем. Таким связующим звеном, очевидно, являются адренергические и серотонинергические системы мозга, которые участвуют, с одной стороны, в регуляции выработки и высвобождения гипоталамических релизинг-факторов, с другой, – в формировании ритмов сна.

Суточные колебания тонуса вегетативной нервной системы у человека тесно связаны с циклом сон – бодрствование. Во время сна повышается тонус парасимпатического отдела, а в период бодрствования и активности – тонус симпатического отдела. Суточные биоритмы активности гипоталамо-гипофизарной системы проявляются в колебаниях секреции тропных гормонов, что сказывается на секреторной активности периферических желез внутренней секреции.

Центральные механизмы координации биоритмов нервной и эндокринной систем модулируют биологические ритмы других физиологических функций. Так, суточная периодичность характерна для метаболических процессов, энергообмена, температуры тела, функционирования систем крови, кровообращения, дыхания, пищеварения. В течение суток происходят колебания умственной и физической работоспособности.

К экологическим ритмам помимо циркадианных относятся приливные с периодом около 24,8 и 12,4 ч, лунные – около 29,5 сут и годичные – около 12 мес. Основные свойства экологических ритмов сходны. Они эндогенны, поддерживаются на клеточном уровне, в ограниченном диапазоне периодов поддаются захватыванию внешними задатчиками времени, вне этого диапазона переходят к свободному бегу. Однако эффективные синхронизаторы для них различны. Циркадианные ритмы подчиняются суточным изменениям освещенности, приливные – признакам прилива (таким, как перепады гидростатического давления и т.п.), лунные – признакам полнолуния (освещение в ночное время), годичные – сезонным изменениям длины дня.

Биологические ритмы с периодом, равным одному году (циркануальные), традиционно называют сезонными ритмами. Несмотря на прогресс в разработке средств защиты человека от резких перепадов параметров окружающей среды, у человека также обнаруживаются годичные колебания биохимических, физиологических и психофизиологических процессов. Сезонные биоритмы, охватывая по существу все функции, отражаются на состоянии организма в целом, на здоровье и работоспособности человека.

В основе циркадинных ритмов лежит комплекс внешних и внутренних причин, которые можно объединить в три группы, различающиеся по механизму действия.

1. Адаптивные изменения функционального состояния организма, направленные на компенсацию годичных колебаний основных параметров окружающей среды и прежде всего температуры, а также качественного и количественного состава пищи.

2. Реакция на сигнальные факторы среды – продолжительность светового дня, напряженность геомагнитного поля, некоторые химические компоненты пищи. Факторы среды, играющие роль сезонных «датчиков времени», способны вызывать значительные морфофункциональные перестройки организма.

3. Эндогенные механизмы сезонных биоритмов. Действие этих механизмов носит адаптивный характер, обеспечивая полноценное приспособление организма к сезонным изменениям параметров окружающей среды.

Сопряженность сезонных изменений освещенности, температурных условий окружающей среды и состава пищи затрудняет разделение их роли в формировании циркануальных ритмов физиологических систем организма. Следует отметить существенное значение социальных факторов в формировании сезонных биоритмов у человека.

Сезонные колебания наблюдаются как в интенсивности физиологических процессов, так и в характере поведенческих реакций человека.

Так, в процессе питания общая калорийность пищи возрастает в осенне-зимний период. Причем, летом увеличивается потребление углеводов, а зимой – жиров. Последнее приводит к возрастанию в крови общих липидов, триглицеридов и свободных жиров. Существенное влияние на изменение функционального состояния организма в разные сезоны года оказывает витаминный состав пищи.

Интенсивность энергетического обмена больше в зимне-весенний период по сравнению с летом, а теплоотдача с поверхности кожи имеет обратную направленность. В зависимости от сезона года отмечается значительная разница в терморегуляторной реакции организма на тепловую и холодовую нагрузку. Устойчивость по отношению к тепловым нагрузкам возрастает летом и снижается зимой. Четкая сезонная периодичность характерна для интенсивности процессов роста. Максимальный прирост массы тела у детей наблюдается в летние месяцы.

Имеются многочисленные данные о сезонных колебаниях в нейроэндокринной ютеме. Так, активность парасимпатического отдела вегетативной нервной системы максимальна в весенние месяцы. В это же время возрастает концентрация в крови гормонов гипофиза. Активность щитовидной железы увеличивается в зимние месяцы. Глюкокортикоидная функция надпочечников минимальна летом, а активность симпато-адреналовой системы имеет пик в зимние месяцы.

Сезонную динамику репродуктивной функции связывают с фотопериодизмом, то есть с колебаниями продолжительности светлого и темного времени суток. С удлинением ночи происходит увеличение выработки мелатонина эпифизом, который, в свою очередь, приводит К угнетению гонадотропной функции гипоталамо-гипофизарной системы.

Сезонные колебания интенсивности энергетического обмена и активности нейроэндокринной системы вызывают закономерные колебания в деятельности различных физиологических систем организма. Согласно многочисленным наблюдениям, функциональная активность сердечно-сосудистой системы выше в весенние месяцы. Это проявляется в более высоких показателях частоты сердечных сокращений, артериального давления, сократительной функции миокарда. Комплексные исследования кровообращения, дыхания и крови показывают, что сезонные колебания характерны для кислородтранспортной системы организма и определяются, по-видимому, колебаниями интенсивности энергетического обмена. Наблюдения за состоянием и поведением человека обнаруживают сезонные изменения работоспособности. Так, уровень физической работоспособности минимален зимой и максимален в конце лета – начале осени.

Влияние гелиогеофизических факторов на биоритмы человека.

Под термином гелиогеофизические факторы» понимают комплекс физических факторов, влияющих на организм человека и связанных с солнечной активностью, вращением Земли, флуктуациями геомагнитных полей, особенностями строения и состояния атмосферы.

Гелиогеофизические факторы определяют погодно-климатические условия. Их колебания, как по отдельности, так и в совокупности, могут оказывать неоднозначное влияние на биоритмы человека.

Таблица 5

Периоды и циклы гелиофизических факторов
(по: Владимирский Б. М., 1980)

Диапазон биоритмов Диапазон ритмических явлений Основные периоды
Микроритмы Собственная частота ионосферного волновода. 0,1с
Микропульсации геомагнитного класса Рс 0,2-1000 с
Инфразвук, генерируемый полярными сияниями 20-100 с
Мезоритмы Пульсации Солнца 60 мин; 2 ч 40 мин
Вращение Земли 24 ч
Секторная структура межпланетного магнитного поля 7; 13-11 дней
Вращение Солнца 27 дней
Обращение Пуны, лунные приливы 7; 9; 14; 27; 29.5 дней
Макроритмы Обращение Земли вокруг Солнца 0,5 года, 1 год
Циклы солнечной активности 2 года, 3 года, 5 лет, 8 лет, 11 лет, 23 года, 35 лет.
Долгопериодические компоненты лунного прилива 18,6 лет
Циклы большой длительности Циклы солнечной активности 80; 170; 450; 600
Вариации напряженности геомагнитного поля 1000; 7000 лет

 

Факторы солнечной активности являются важным элементом при синхронизации динамики биологических систем в диапазонах мезо- и макроритмов (таблица 5). Биологические ритмы смены фаз сна модулируются солнечной активностью. Частоты некоторых короткопериодных биоритмов коррелируют с частотами регуляторных микропульсаций геомагнитного поля и акустическими колебаниями, возникающими во время магнитных бурь. Ведущей составляющей этих колебаний является частота около 8 Гц. Например, ритм тремора, ритм альфа-волн ЭЭГ, ритм ЭКГ коррелируют с частотами электромагнитных пульсаций. Ритм митохондрий, гликолиза и синтеза белков коррелирует с акустическими явлениями (инфразвуком). Есть данные о существовании биоритмов с диапазоном колебаний пульсаций Солнца 2 ч. 40 мин. Более известны околонедельные или кратные изменения физиологических показателей человека. Оказалось, что эта ритмика связана с прохождением Земли у границ секторов межпланетного магнитного поля.

Изучалось влияние на биоритмы и погодных факторов, таких как температура воздуха, его влажность, атмосферное давление и т.п. Оказалось, что физиологические параметры связаны с погодными условиями чаще простыми линейными отношениями. Так, с увеличением какого-либо фактора погоды (например, температуры воздуха) происходит увеличение значений физиологических показателей человека (например, артериального давления, частоты дыхания, мышечной силы рук) или их уменьшение.

В некоторых случаях (зависимости температуры тела от внешней температуры, зависимости температуры тела и частоты дыхания от значений атмосферного давления) погодные факторы вызывают попеременную реакцию усиления и ослабления, то есть поддерживают колебательное состояние значения функций.

Результаты проведенных исследований позволили выделить два вида воздействий геомагнитных и погодных факторов на изменения физиологических параметров.

Влияние солнечной активности (хромосферных вспышек) и погодных факторов (которые сами зависят от солнечной активности) чаще всего проявляется в виде простых, линейных отношений. Воздействия постоянного магнитного поля и случайных магнитных возмущений нелинейны и создают постоянный и «ритмический» фон, вызывая (в зависимости от собственных параметров и функционального состояния живой системы) то реакцию усиления, то ослабления функции.

Таким образом, магнитные поля Земли, по-видимому, поддерживают существование колебательных контуров, в то время как солнечная активность и погодные факторы модулируют биологические ритмы.

Для организма с уже сформированной биоритмической системой внешние воздействия играют роль «датчиков времени», поддерживая общий уровень колебаний (как это можно видеть при действии параметров магнитного поля и некоторых погодных факторов), регулируя период (изменение ритмики в различные сезоны года в связи с изменением освещенности и других факторов) и амплитуду колебаний (влияние атмосферного давления, влажности, температуры, вспышек на Солнце).

Адаптационная перестройка биологических ритмов.

При резком изменении ритмов внешней среды (геофизических или социальных) происходит рассогласование эндогенно обусловленных колебаний физиологических функций человека. Такое нарушение сопряженности периодических осцилляции функционально взаимосвязанных систем организма получило название десанхроноза. Симптоматика десинхроноза сводится к расстройствам сна, снижению аппетита, настроения, умственной и физической работоспособности, различным невротическим расстройствам. В некоторых случаях отмечают органические заболевания (гастрит, язвенная болезнь и т.п.).

Состояние, когда система циркадианных ритмов организма не соответствует временным условиям окружающей среды, называется внешним десинхронозом. Под влиянием новых датчиков времени начинается перестройка сложившейся ранее системы циркадианных ритмов организма. При этом физиологические функции перестраиваются с различной скоростью, нарушается фазовая структура ритмов физиологических функций – развивается внутренний десинхроноз. Он сопровождает весь период приспособления организма к новым временным условиям и длится иногда на протяжении нескольких месяцев.

Среди факторов, приводящих к адаптивной перестройке биологических ритмов, выделяют смену временных поясов (переезды на значительные расстояния в широтном направлении, трансмеридианные перелеты); устойчивое рассогласование по фазе с местными датчиками времени ритма сон – бодрствование (работа в вечернюю и ночную смену); частичное или полное исключение географических датчиков времени, (условия Арктики, Антарктики и др.); воздействие различных стрессоров, среди которых могут быть патогенные микробы, болевые и физические раздражители, психическое или усиленное мышечное напряжение и т.п.

Все чаще появляются сведения о рассогласовании биологических ритмов человека с ритмами его социальной активности, составляющими уклад жизни – режимом труда и отдыха и т.п.

Перестройка биоритмов происходит также и под влиянием неблагоприятных условий, первично не связанных с трансформацией ритмов и приводящих к развитию десинхроноза лишь вторично. Такой эффект оказывает, например, утомление. Поэтому в одних случаях десинхроноз возникает в результате специфических изменений – необычных или чрезмерных требований к циркадианной системе (например, временные сдвиги), в других – как не специфическое следствие воздействия На организм неблагоприятных социальных и биологических факторов.

Выделяют следующие формы десинхроноза: острый и хронический, явный и скрытый, частичный, тотальный и асинхроноз.

Острый десинхроноз появляется эпизодически при экстренном рассогласовании датчиков времени и суточных ритмов организма (например, реакция на быстрое однократное перемещение в широтном направлении), хронический же – при повторных рассогласованиях датчиков времени и суточных ритмов организма (например, реакция на повторяющиеся перемещения в трансмеридианном направлении или при адаптации к работе в ночную смену).

При явном десинхронозе возникают субъективные реакции на рассогласование датчиков времени с суточными циклами организма (жалобы на плохой сон, снижение аппетита, раздражительность, сонливость в дневное время и т.п.). Объективно отмечается снижение работоспособности, рассогласование по фазе физиологических функций с датчиками времени. Явный десинхроноз с течением времени исчезает: самочувствие улучшается, работоспособность восстанавливается и частично происходит синхронизация по фазе ритмов отдельных функций и датчиков времени. Однако от частичной до полной перестройки циркадианной системы требуется значительно больший период времени (до нескольких месяцев), в течение которого определяются признаки так называемого скрытого десинхроноза.

Частичный, тотальный десинхроноз и асинхроноз в основном отражают различную степень выраженности десинхронизации функций в организме, которая обусловлена степенью расхождения фаз их ритмов. При первом рассогласовании суточных ритмов функций наблюдается лишь в некоторых звеньях, при втором – в большинстве звеньев циркадианной системы. При наиболее тяжелой степени – асинхронозе – отдельные звенья циркадианной системы оказываются полностью разобщенными, что фактически не совместимо с жизнью.

Большую нагрузку на хронофизиологическую систему организма создают перелеты со сменой часовых поясов. Продолжительность и характер перестройки физиологических функций при этом зависят от многих факторов, из которых ведущий – величина часового сдвига. Отчетливая перестройка циркадианных ритмов начинается после перелета через 4 и более часовых пояса. Следующим фактором является направление переезда. Обследования разных контингентов людей при трансмеридиональных перелетах как на запад, так и на восток, показали, что перемещения в разных направлениях имеют свою специфику. Не меньшую роль при прочих равных условиях играет климатическая контрастность пунктов перелета.

Интересно отметить, что при трансмеридиональном перелете функциональные сдвиги в организме (субъективный дискомфорт, эмоциональные, гемодинамические реакции и т.п.) выражены резче, чем при медленном пересечении поясных зон (поездом, на судах), когда человек «вписывается* в смещенную пространственно-временную структуру окружающей среды постепенно. Тем не менее переезд поездом сопровождается своим, специфическим для разных направлений субъективным дискомфортом.

Скорость перестройки суточного ритма зависит также от возраста и пола человека, его индивидуальных особенностей и профессиональной принадлежности. Так, нормализация циркадианного ритма у женщин происходит быстрее, чем у мужчин. Анатомо-физиологическая незрелость детского организма и мобильность функциональных проявлений у подростков являются причиной легкого возникновения десинхроноза. Вместе с тем, высокая пластичность ЦНС у подростков обеспечивает более быстрое и менее трудное приспособление их к трансмеридиональному перемещению. Наименее выражены и быстрее перестраиваются все реакции организма у хорошо тренированных спортсменов.

Исследования показали, что процесс адаптации организма при смене часовых поясов происходит поэтапно. Выделяют стадию десинхронизации, стадию неустойчивой синхронизации и стадию устойчивой синхронизации, когда нормализуются как фазы самих суточных ритмов, так и соотношения между ними. Следует отметить, что процесс перестройки циркадианных ритмов различных физиологических систем протекает относительно независимо и с разной скоростью. Наиболее быстро перестраиваются режим сна и бодрствования, простые психомоторные реакции. Восстановление циркадианного ритма сложных психофизиологических функций происходит в течение 3-4 суток. Для перестройки ритмов сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной, выделительной систем нужен более длительный период. Наиболее продолжительное время (12-14 суток) требуется для перестройки в соответствии с новым поясным временем циркадианного ритма терморегуляции, гормональной деятельности, основного обмена.

Существуют специальные рекомендации по профилактике десинхронозов и ускорению хронофизиологической адаптации.

Сильными синхронизаторами суточных ритмов биохимических и физиологических процессов являются двигательная активность, время сна и приема пищи. Режим сна и бодрствования играет основную роль в ускорении нормализации суточного ритма при многочасовых широтных перемещениях. При составлении специальной диеты и режима питания учитывают следующее: 1) действие пищи как датчика времени; 2) хронобиологическое действие теофиплина в чае и кофеина в кофе; 3) свойство пищи, богатой белками, способствовать синтезу катехоламинов, а пищи, богатой углеводами, – синтезу серотонина.

Показано, что необходимо относительно высокое содержание в крови адреналина и норадреналина во время бодрствования, а серотонина – во время сна.

Некоторые исследователи предлагают за несколько дней до перелета установить режим жизнедеятельности, соответствующий новому поясному времени. Однако этот вопрос остается дискуссионным.

При кратковременных командировках рекомендуют не менять привычный распорядок дня и часы сна, а при необходимости принимать снотворное или тонизирующий препарат. Возможна и комбинация этих средств. Циркадианные ритмы после полета значительно быстрее восстанавливаются при специальных режимах чередования света и темноты.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Экологическая физиология

И М Сеченов.. Введение.. Экологическая физиология это совокупность знаний о физиологических основах приспособлений к природным факторам среды..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Экологические аспекты хронобиологии

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Общие закономерности адаптации организма человека
Человек постоянно испытывает на себе влияние факторов окружающей среды. Многообразие этих факторов условно можно подразделить на две большие группы: природные и социальные. Природные факто

Механизмы адаптации
Фазовый: характер адаптации. Нервные и гуморальные механизмы адаптации. Цена адаптации. Процесс адаптации носит фазовый характер. Первая – начальная фаза – характеризуется тем, чт

Эффективность адаптации. Кратковременная и долговременная адаптация
«Здоровье – естественное состояние организма, характеризующееся его уравновешенностью с окружающей средой и отсутствием каких-либо болезненных изменений». По мнению И. Р. Петрова, А. Д. Ад

Природные факторы и их воздействие на организм
Природная радиация. Магнитные поля. «... Органическая жизнь только там и возможна, где имеется свободный доступ космической радиации, ибо жить – это значит пропускать сквозь себя поток кос

Гравитация
«Тяжесть – самое неизбежное и постоянное поле, от которого ни одно существо никогда на Земле не освобождается». А Л. Ухтомский К настоящему времени накоплено значительное к

Влияние на организм человека вибраций
Вибрация – механические колебания материальных точек или тел. Простейшим видом вибрации является гармоническое колебание, графически изображаемое синусоидой. Вибрация характеризуется ампли

Влияние на организм человека длительных и интенсивных звуковых нагрузок
Шум – это беспорядочная совокупность звуковых волн различных частот и амплитуд, распространяющихся в воздухе и воспринимаемых ухом человека. Диапазон по частоте слышимых звуков для человека простир

Острая гипоксия
«Странным образом кора больших полушарий и подчиненные ей узлы плохо защищены против недостатка кислорода. Человек, погибающий в атмосфере угарного газа или разреженного воздуха, редко испытывает о

Высотные декомпрессионные расстройства
Высотный полет совершается в условиях изменяющегося атмосферного давления, давления в кабине или в высотном снаряжении. Изменение давления в кабине происходит вследствие изменения барометрического

Физиологические реакции организма на избыток кислорода
В последнее время в связи с широким применением кислорода в авиации, космических полетах, в водолазном деле, при освоении морских глубин и, наконец, в лечебной практике резко возрос интерес к изуче

Гиперкапния
Гиперкапния – повышенное напряжение углекислого газа в артериальной крови и тканях организма. Она может развиваться в космическом полете при повышении концентрации углекислого газа в атмос

Адаптация организма к условиям высоких и низких температур
Оптимальное тепловое состояние человека обеспечивается условиями теплового комфорта, не ограничиваемого по времени пребывания и не требующего включения дополнительных приспособительных механизмов о

Влияние электромагнитных излучений на организм
Электромагнитное поле (ЭМП) –- физическое поле движущихся электрических зарядов, а котором осуществляется взаимодействие между ними. Частные проявления ЭМП – электрическое и магнитное поля. Посколь

Влияние ионизирующих излучений на организм
Ионизирующие излучения – это любые излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков, т.е. ионизации атомов и молекул в облучаемом веществе. Кро

Адаптация человека к последствиям чрезвычайных ситуаций (катастроф)
Чрезвычайной называют внезапно возникшую ситуацию, которая характеризуется значительным социально-экологическим и экономическим ущербом, необходимостью защиты населения от воздействия вредных для з

Проблема адапатации человека к условиям авиакосмических полетов
«Техника будущего даст нам возможность одолеть земную тяжесть и путешествовать по всей солнечной системе». К. Э. Циолковский К. Э. Циолковский, размышляя о перспективах меж

Влияние на организм подводных погружений
«Кто мог когда-либо измерить глубины бездны?» Экклезиаст К настоящему времени сформировалась новая область естественных наук – подводная биология и медицина, изучающая функ

Искусственная газовая атмосфера
Нормальная жизнедеятельность и работоспособность человека в условиях космического полета обеспечивается благодаря использованию герметических кабин регенерационного типа, в которых до полета или во

Адаптация к антропогенным факторам среды
С развитием науки и техники, ускорением процессов индустриализации и урбанизации, влияние человека на окружающую среду многократно возросло. Будучи неотъемлемой частью этой среды, человек подвергае

Адаптация к городским и сельским условиям
Рост численности населения, развитие промышленности, науки и техники привели к значительной концентрации населения на отдельных территориях. Многие когда-то незначительные поселения превратились в

Демографические процессы
Гигантский прирост населения планеты, наряду с совершенствованием техники и связанным с ростом благосостояния людей, увеличением их социальных запросов и потребностей – одна из главных причин углуб

Адаптация к различным видам трудовой деятельности. Характеристика основных типов работы
В социальном аспекте под работой понимают любую деятельность человека, осуществляемую в рамках определенной профессии, при этом работа выступает как основа существования человеческого общества.

Рациональная организация учебного и трудового процесса
Оптимизация трудового процесса должна быть направлена на сохранение высокого уровня работоспособности человека и устранение хронической нервно-эмоциональной напряженности. Поэтому трудовой и учебны

Профессиональный отбор
Профессиональный отбор – комплекс мероприятий, направленных на выявление лиц, наиболее пригодных к обучению и последующей трудовой деятельности по своим моральным, психофизиологическим и психологич

Адаптация к различным видам профессиональной деятельности
Под термином профессиональная адаптация понимают процесс приспособления к различным аспектам трудовой деятельности человека, включая условия, в которых деятельность протекает. Этот процесс состоит

Психологические аспекты адаптации
Психическая адаптация – это процесс установления оптимального соответствия личности и окружающей среды в ходе осуществления свойственной человеку деятельности, который позволяет индивидууму удовлет

Зарядка у компьютера

Влияние природных факторов на развивающийся организм
Особое значение в эволюции живого вещества а формировании свойств развивающихся организмов принадлежит физическим факторам биосферы Земли, которые зависят прежде всего от динамики космических проце

Биологические ритмы растущего организма
Биологическим ритмам подвержены все без исключения процессы, происходящие в растущем организме. С одной стороны, они являются одним из важных механизмов приспособления ребенка к окружающей среде, а

Адаптация детского организма к различным климато-географическим регионам
Адаптация детского организма к условиям высоких широт. Климатические условия Севера – одни из самых тяжелых для проживания и адаптации детского организма. Дискомфортные температурные, свет

Влияние антропогенных факторов на функциональное состояние организма ребенка
В последние десятилетия в связи с ростом напряжения экологической обстановки на детский организм ложится дополнительная нагрузка. Это обусловлено тем, что ребенок должен адаптироваться помимо приро

Адаптация детей к социальным факторам
Для понимания общих закономерностей адаптации важное значение имеют исследования приспособительных реакций организма детей и подростков в процессе их социализации. Приспособление организма ребенка

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги