Біологічні ритми та їх класифікація

Повторюваність процесів — одна з ознак життя. При цьому велике значення має здатність живих організмів відчувати час. З її допомогою встановлюються добові, сезонні, річні, місячні і припливно-відливних ритми фізіологічних процесів. Як показали дослідження, майже всі життєві процеси в живому організмі різні.

Ритми фізіологічних процесів в організмі, як і будь-які інші повторювані явища, мають хвилеподібний характер. Відстань між однаковими положеннями двох коливань називаються періодом, йди циклом.

За тривалості циклу біологічні процеси, як правило, в какой-то мірою збігаються з геофізичними циклами. Так, наприклад, багато фізіологічних функцій в організмі обумовлені добової циклічністю зовнішніх факторів середовища, безпосередньо пов’язаних з добовою періодичністю обертання Землі.

Дослідження показали, що внутрішні добові ритми рослин і тварин не точно відповідають 24-годинний періодичності земних діб. Вони трохи відрізняються в більшу або меншу сторону (частіше в меншу). Так, для рослин вони лежать в межах 23−28 годин, для тварин — 23−25 годин.

Такі внутрішні добові ритми живих організмів називаються циркадних (в перекладі з латинського «цирку» означає близько, «Дієс» — день, доба) Завдяки біоритмам живий організм набагато легше пристосовується до умов зовнішнього середовища, які регулюють діяльність циклів і окремих їх фаз. Така дія зовнішніх умов на живий організм прийнято називати синхронізуючим, а самі фактори впливу — синхронізаторами. До їх числа відносяться світло, шум, запахи, час годування і т.д. Надалі буде показано, що синхронізація біоритмів з геофізичними ритмами природи пристосувальне має велике значення.

Багато біологічні ритми піддаються систематизації. За тривалістю деякі з них можуть збігатися з відповідними геофізичними циклами.

До таких ритмів відносяться добові, сезонні, річні, місячні, припливновідливних зміни життєдіяльності в організмах. Завдяки їм найбільша активність і посилений обмін речовин в організмі збігаються з найбільш сприятливими для цього зовнішніми умовами та часом доби, місяця, року.

Функціональні ритми, що забезпечують безперервну життєдіяльність організму, як правило, мають короткі цикли — від часток секунди до хвилин. Доїх числа відносяться, наприклад, цикли нервово-м'язового збудження і гальмування, а також безліч інших процесів на рівні молекул, клітин, окремих органів.

Іноді функціональні ритми поєднуються з добовими ритмами. Так, наприклад, у серці, кишечнику та інших органах тварин амплітуда ритмів змінюється протягом доби.

За ступенем залежності від зовнішніх умов біоритми підрозділяються на екзогенні (зовнішні) та ендогенні (внутрішні). Екзогенні ритми повністю залежать від зміни зовнішнього середовища. Це біохімічні процеси. Ендогенні ритми протікають при постійних оптимальних умовах зовнішнього середовища і мають широкий діапазон частот: від двох тисяч циклів у секунду до одного циклу врік. До ендогенних відносяться ритми серцебиття, пульсу, дихання, кров’яного тиску, розумової активності, зміни глибини сну та інше.

Існують ритми проміжного характеру. До них можна віднести, наприклад, серію поступово загасаючих м’язових скорочень, що виникають у результаті одиночного зовнішнього роздратування.

Відрізнити ендогенні ритми від екзогенних можна експериментальним шляхом.

Для цього проводять досліди при постійних умовах зовнішнього середовища —температури, освітленості, вологості, атмосферному тиску і т.д. Важливо зазначити, що основна ознака ендогенних ритмів полягає в тому, що їх періодичність близька до добової, але наскільки від неї відрізняється.

Досліди з виявлення ендогенних ритмів проводилися як на рослинах, так і на тварин (у тому числі на людину). Вперше ендогенні ритми нарослинах спостерігав більше 200 років тому французький астроном де мера.

Примітно те, що добова періодичність руху листя у рослин була відкрита не біологом, а астрономом. Вивчаючи обертання Землі, він зробив відкриття про пристосування живих організмів до обертання Землі.

Експерименти з вивчення внутрішніх ритмів людини, що вперше проведені Ашоффом, показали динаміку взаємодії фізіологічних ритмів організму в добовому циклі. У цьому плані цікаво простежити, як змінюється інтенсивність різних фізіологічних функцій в організмі людини залежно від часу доби [Бюннінг Е., 1969].

Проблема добових періодичних змін фізіологічних функцій у організмі людини з давніх пір привертає увагу вчених різних спеціальностей, і перш за все фізіологів, лікарів, біологів. Знання динаміки зміна фізіологічних функцій організму в певний моменті застосувати більш доцільний і ефективний метод лікування при захворюванні. Добовий ритм організму людини в залежності від багатьох фізіологічними функціями (а їх, як ми знаємо, в даний час налічується більше сотні). Фізіологічні функції постійно змінюються на тлі неспання і сну, активної діяльності і спокою. Інтенсивність їх прояви різна в різний час доби. В один час вона максимальна, в інше — має мінімальне значення.

З усіх перерахованих прикладів можна зробити висновок: добовим ритмом охоплений весь організм людини, що представляє собою єдину систему взаємодії всіх органів, тканин і клітин. Ритмічність фізіологічних процесів, що відображає єдність організму і середовища, їх взаємодією виявляється в організмі людини в тому, що їх максимуми і мінімуми приурочені до певних годинах доби. А пояснюється це тим, що характер прояви фізіологічних реакцій організму в різний час доби різний і в основному залежить від факторів зовнішнього середовища. Завдяки пристосуванню до ритмічно мінливих умов зовнішнього середовища в організмі людини відбувається фізіологічна підготовка до активної діяльності навіть тоді, коли організм перебуває в стані сну. І, навпаки, організм людини готується до сну задовго до засипання.

Виходячи з цього, можливо, варто було б саму важку і відповідальну роботу виконувати в періоди природного підйому працездатності, залишаючи для інших, менш важливих справ, решта часу щодо низької працездатності. Але з правил є винятки. Бувають випадки, коли час найбільшої продуктивності в праці припадає на нічні і вечірні години. Таких людей прийнято називати «совами», на відміну від.

«Жайворонків» — людей, що мають найбільшу працездатність у ранкові та денні години. «Жайворонки», як правило, прокидаються рано, відчувають себе бадьорими та працездатними в першій половині дня. Увечері ж у них з’являється сонливість, і вони рано лягають спати. «Сови» засипають пізно вночі, постають також пізно вранці і працездатні бувають в другій половині дня.

В результаті експериментальних досліджень німецький фізіолог Р. Хашпп встановив, що 1/6 частина людей ставляться до людей ранкового типу, 1/3 —вечірнього типу, а половина людей легко пристосовується і до ранкового, і до вечірнім режиму праці. Останніх називають «голубами». Це переважно люди, зайняті фізичною працею [Купріянович Л.І., 1976].

Але, хоча біологічні ритми важливі для життєдіяльності, вони зовсім не визначають фатально фізичні, психічні можливості людини, а тим більше поведінка особистості в цілому. В організмі людини є безмежні можливості для компенсації тимчасового зниження тих чи інших функцій.

Слід мати на увазі, що природний ритм життєдіяльності організму обумовлений не тільки його внутрішніми факторами, але і зовнішніми умовами.

(екзогенними ритмами). Наприклад, для спортсмена однією з умов компенсації зниження фізичних можливостей під час негативного періоду фізичного циклу є тренування, розподіл її в часі і чергування з відпочинком. Це ж відноситься не тільки до спортсменів, а й до людям будь-якої спеціальності, а також до студентів, що займаються фізкультурою і спортом.

Функціональний стан біологічних ритмів людини На підставі численних досліджень, проведених вченими різних країн, про існування біологічного годинника в багатоклітинних живих організмах, можна вважати, що в живих організмах існує ієрархія ритмів, при цьому біологічний годинник окремих клітин синхронізуються з добовими ритмами «провідних клітин». В даний час основна задача вчених — виявити клітини, які керують ритмом всього організму [Доскін В.Н., Лаврентьєва М.М., 1991].

Що ж до вищих хребетних тварин і людини, то у них пошуки центром управління біологічним годинником тривають. У цьому напрямку зроблено багато. Так, американський учений К. Ріхтер ще у 1960р. висловив припущення про існування у людини трьох типів біологічних годин: центральних, гомеостатичних і периферичних. Центральні годинник розташовані в таламусі, гіпоталамусі, ретикулярної формації і в задній частці гіпофіза. Гомеостатичні години мають безпосереднє відношення до гіпоталамусу і пов’язані з різними залозами внутрішньої секреції.

Згідно Ріхтером, центр управління біологічним годинником у людини розташований не в корі головного мозку. Ця обставина він пояснює тим, що залежність від кори мозку надавала б добових ритмів фізіологічних процесів всі основні риси умовних рефлексів. Дійсно, вплив кори головного мозку на добові ритми людини обмежена. Навіть при відсутності обох півкуль добова періодичність різних фізіологічних процесів, зокрема ритму сну і неспання, зберігається. Тому центр управління біологічним годинником людини, треба думати, знаходиться під півкулями. Біологічний годинник найбільш стійкі до випадкових змін у зовнішньому середовищі, що важливо для збереження добового режиму.

Крім того, розподіл функцій між корою і нижче розташованими ділянками мозку пристосувальне має велике значення, що дозволяє звільнити від кору управління безліччю внутрішніх процесів і створити тим самим умови для пристосування організму до змін зовнішнього середовища.

Гіпоталамус має безпосереднє відношення до управління добовим ритмом. У ньому знаходяться центри, що керують температурою тіла, роботою залоз внутрішньої секреції, а також вуглеводних, водно-сольовим і жировим обміном. Управління добовою періодичністю найбільш чітко проявляється в діяльності температурного і водно-сольового центрів. Про це свідчать численні дослідження, проведені на людях. Робота цих центрів здійснюється так званими субцентрів за допомогою різних способів. Так, наприклад, температурний центр через дин з субцентрів здійснює регулювання температури за допомогою фізичних процесів, зміни інтенсивності потовиділення і дихання; просвіт судин через інший субцентр — шляхом хімічних процесів підсилює обмін речовин призниження температури крові.

За допомогою гіпоталамуса в організмі людини регулюються ритми багатьох процесів, наприклад, ритм вмісту еозинофілів та інших клітин крові.

гомеостатичні годинник пов’язані з роботою гіпоталамуса. Вони управляють нервовими центрами гіпоталамуса через гіпофіз, і в їх діяльності найбільш повно представлений принцип зворотного зв’язку. Принцип роботи відповідних центрів полягає в тому, що порушення виникає в них у результаті нестачі спеціальних речовин в крові, а гальмування — при їх надлишку.

Порушення одного з центрів гіпоталамуса призводить до вироблення нейросекрет, який змушує клітини гіпофіз виробляти гормони. Під його впливом кора надниркових виділяє речовину, яке гальмує поділ клітин кісткового мозку.

Периферичні години дозволяють тривалий час зберігати положення фаз будь-якого фізіологічного ритму при порушенні нормального чергування світла і темряви. Зміна фаз ритму в цьому випадку будуть свідчити про прямий або непрямий вплив гіпоталамуса на периферичні годинник.

В організмі людини немає таких фізіологічних процесів, які не залежали б повністю від ЦНС і від загального стану організму. У роботі периферичних годин час від часу можуть брати участь і центральні годинник, які по нервових шляхах будуть здійснювати регулювання ритму з гіпоталамуса. У цьому випадку може відбуватися зміна місця розташування центру біологічного годинника людини. Воно безпосередньо пов’язане із системою регуляції, з механізмом роботи і природою біологічного годинника.

Той факт, що в іншому часовому поясі хід біологічного годинника перенастроюється, свідчить про їх умовно-рефлекторної регуляції.

«Жайворонок». Тому що вони рано прокидаються і швидко досягають високого рівня працездатності в ранковий час, володіючи високим тонусом в першу половині дня і швидким зниженням фізіологічних показників у вечірній час. А з цього випливає - біологічні ритми роблять позитивний вплив на фізичну працездатність студентів, які займаються в ранкові годинник і що відносяться до біологічного типу «жайворонок». На студентів з біотипів «сова» біологічні ритми мають негативний вплив, що також видно з результатів таблиці.

У другій половині дня показники фізичної працездатності вище у студентів з біологічним типом «сова», тому що вони більш активні в вечірній час. З чого випливає висновок: існує пряма залежність між фактором часу доби і біологічним профілем студентів, який робить позитивний або негативний вплив на фізичну працездатність.

І, значить, потрібно враховувати у своїй викладацькій роботі вчителям фізкультури і цей фактор теж.

Також, за записами у щоденнику спостережень, можна зробити загальний висновок, що при доброму самопочутті, апетит, настрій і т.п. фізична працездатність студентів-«жайворонків» у першій половині дня і дітей-«Сов» у другій половині - вище середнього.