Реферат Биологические ритмы 4
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Биологические ритмы
Биологические ритмы — фундаментальное свойство органического мира, обеспечивает его способность адаптации и выживания в циклически меняющихся условиях внешней среды. Проблемы, которые решает биоритмология, важны для познания жизни как особой формы движения материи во времени и имеют существенной значение для теоретической и практической медицины. Поскольку в биоритмологическом аспекте здоровье представляет собой оптимальное соотношение взаимосвязанных ритмов физиологических функций организма и их соответствие закономерным колебаниям условий среды обитания, анализ изменений этих ритмов и их рассогласования помогает глубже понять механизмы возникновения и развития патологических процессов, улучшить раннюю диагностику болезней и определить наиболее целесообразные временные схемы терапевтических мероприятий.
Поскольку практически все показатели жизнедеятельности (биохимические, физиологические и поведенческие) обнаруживают ритмичность, и прежде всего циркадианные околосуточные ритмы, встает вопрос о том, как изменяются в онтогенезе временная организация различных функций и состояний организма и не могут ли эти изменения послужить критериями возрастных этапов? Нельзя ли посредством анализа ритмической организации биологических процессов на разных этапах онтогенеза подойти к изучению таких централизованных понятий биологии, как гомеостаз и адаптация.
Эндогенная природа биологических ритмов, в частности суточных, убедительно показана и признается сегодня большинством исследователей. Однако между живой системой и окружающей средой изменяются сложные взаимосвязи. Они проявляются прежде всего в роли внешних периодичностей в качестве датчиков времени то есть в установлении соответствующих фазовых и частотных соотношений функций организма с окружающей средой. В зависимости от условий обитания такую роль могут выполнять разные экзогенные факторы. Это особенно важно в отношении онтогенетического развития организма когда только устанавливается временная организация функций. Какова значимость внешних периодичностей для нормального развития? Есть ли для циркадианной системы феномен имкринтинга? Можно ли путем повышения затягивающей силы датчиков времени или с помощью дополнительного датчика поддержать временную упорядоченность старческого организма? Эти и другие вопросы представляют чрезвычайно большой теоретический и практический интерес.
В последнее время биосистемы интенсивно исследуются с позиций теории надежности.
Интерес к познанию особенностей временной организации биосистем в онтогенезе возрастает в связи с необходимостью решения вопроса о том, что же является определяющим в онтогенезе — изменение физиологического состояния с возрастом, которое приводит к изменению временной организации, или, напротив, изменение иерархической структуры временной организации, которое изменяет функциональное состояние организма.
Практическое знание хронологического изучения онтогенеза состоит в поиске путей оптимизации нормального развития и поддержания циркадианной системы в старости. Такие исследования помогут установить нормативы для разных этапов пре- и постнатального развития, лучше решать вопросы разграничения нормы от патологии, диагностики и терапии, профотбора и другие. Но изучая развитие циркадианной системы, надо учитывать помимо самих циркадианных ритмов и ультрадианные, и инфрадианные составляющие, не забывая при этом, что все эти ритмы лишь отражают деятельность этой системы, которая включает в себя, помимо осцилляторов, рецепторы внешних сигналов и соответствующие пути между самими осцилляторами и рецепторами.
Только через познание специфики хронологической структуры на отдельных этапах онтогенеза возможен выход в медицину, на изучение биоритмов индивидуумов, то есть сознание хрономедицины.
Становление суточной ритмики у растущих организмов.
Суточные ритмы являются эндогенными, генетически запрограммированными. Это неоднократно доказывалось прямыми и косвенными методами.
Уже в 1932г Э. Бюннинг описал гибрид фасоли, отличающийся по длине периода циркадианного ритма.
Особенно интенсивно велись исследования на дрозофиле. Были найдены несколько генов, связанных с циркадианным ритмом, наиболее интересным из которых представляется так называемый период-ген, который был выделен и клонирован. Последовательности, подобные период-гену дрозофилы, найдены в генетическом материале, кур, мышей и человека, а также растений. О врожденном характере циркадианных ритмов свидетельствуют также опыты, в которых животные развивались в постоянных условиях, то есть при отсутствии внешних датчиков времени наиболее убедительны результаты, полученные на птицах. На 19-й день инкубации в генатоцитах куриного эмбриона показано становление суточного ритма содержания гликогена, тканевого дыхания, некоторых цитометрических и кариометрических показателей. У ящериц, проходивших эмбриональное и постэмбриональное развитие в условиях исключения датчиков времени, появлялся циркадианный ритм двигательной активности.
Сроки появления суточных ритмов отличаются в зависимости от вида животных и от изучаемой функции. Становление циркадианных биоритмов в онтогенезе, вероятно, прежде всего связанно с содержанием морфофункциональной организации соответствующей системы органа. Так, у 19-дневных куриных эмбрионов некоторые показатели печени (например, гликоген, РНК) проявляют суточные колебания, тогда как ритмы этих же параметров у мышей и крыс возникают к 3-недельному постнатальному возрасту. Это, в частности, можно объяснить разной степенью зрелости организмов сразу после рождения: если вылупившийся из яйца цыпленок готов к самостоятельной жизни, то мышонок или крысенок — беспомощные, слепые существа, неспособные после появления на свет к самостоятельной жизни без матери. Если сравнивать разные функции, то становление суточных ритмов, очевидно, зависит от созревания соответствующего органа. На это указывают и многочисленные данные на людях.
Это, однако, не значит, что эндогенные периодичности могут ускорить или замедлить становление циркадианного ритма.
Становление в онтогенезе фазовых соотношений биопроцессов.
В процессе онтогенеза происходит не только становление и развитие циркадианных ритмов, но и развитие циркадианной архитектоники биоритмов, становлений фазовых соотношений в определенный циркадианный ансамбль.
Уже у новорожденных установлен циркадианный ритм температуры тела, акрофазы которого, однако, сильно различаются. К 4-й неделе происходит процесс синхронизации. Это говорит о том, что суточные ритмы возникают раньше, чем происходит их захватывание внешними периодическими процессами. Предпосылкой для этого является созревание соответствующих механизмов, включающих в себя рецепторы внешних датчиков времени и проводящие пути. Так, акрофазы циркадианных ритмов у грудных детей отличаются от таковых у взрослых организмов.
В течение постнатального онтогенеза может происходить и смена датчиков времени. Очень интересны в этом отношении исследования суточного ритма двигательной активности крыс. Показано, что двигательная активность крысят преобладает в ночное время суток. При искусственном же кормлении через зонд формирование суточного ритма двигательной активности задерживается до перехода на самостоятельное питание.
Функциональная асинхронность на ранних этапах онтогенеза установлена не только между ритмами разных органов, но и в рамках одного и того же органа. Т. Хельбрюгге показал, что у детей ритм выделения мочи, характеризующий деятельность клубочков почек, развивается уже с 2-3 недели, тогда как ритм выделения калия и натрия с мочой, отражающий функцию канальцев, наблюдается только с 3-го месяца постнатальной жизни.
Отличия во времени становления суточного ритма между отдельными функциями у детей Т. Хельбрюгге назвал "физиологической дисхронией", тем самым подчеркивая, что здесь имеет место не какое-то патологическое состояние, а норма, соответствующая возрасту.
Из всего выше сказанного следует, что при развитии циркадианной системы соблюдается определенная последовательность. В первую очередь на основе созревания соответствующих органов и функций формируется сам суточный ритм. В дальнейшем возникает возможность восприятия внешних датчиков, на основе чего устанавливается соответствующие фазовые отношения с окружающей средой; этот процесс может повторяться в связи с изменением значимости эндогенных факторов.
Завершающим этапом является создание внутренних связей между отдельными функциями и осцилляторами.
Таким образом, в течении онтогенетического развития повышается как экзогенная (адаптация к биотическим и абиотическим периодичностям среды), так и эндогенная (внутри- и межсистемная координация функций) упорядоченность циркадианной системы. Выражением этого является и повышение амплитуд большинства суточных ритмов.
Итак, сроки проявления циркадианных ритмов прежде всего зависят от достигнутой степени зрелости. Имеющиеся факты позволяют сделать заключение, что становление циркадианной временной системы идет по определенной генетической программе.
Биоритмы в зрелом и старческом возрасте.
Развитие циркадианного ритма биологических процессов в онтогенезе есть результат реализации наследственной информации, то есть генотипа на определенном этапе индивидуальной жизни, поскольку ритм — это признак. Известно, что не все признаки формируются сразу при рождении. В частности, суточная ритмичность процесса жизнедеятельности, необходима для зрелого организма, а не в момент рождения. И. И. Шмальгаузен указывал, что наибольшей сложности и вместе с тем наибольшей целостности организм достигает в зрелой фазе своего развития.
Максимальная надежность биосистем в зрелом возрасте обусловлена специфической хронобиологичностью организации и прежде всего максимальной величиной циркадианных амплитуд. В зрелом возрасте в течении довольно длительного времени сохраняется относительная стабильность амплитуд, спектрального состава и акрофаз циркадианных ритмов.
В процессе старения организмов их хроноструктура изменяется. Для человека и для животных отмечено не только снижение амплитуд биоритмов в процессе старения, но также смещение спектрального состава в сторону ультрадианных составляющих и изменения акрофаз.
На основе литературных данных, а также теоретических соображений можно полагать, что распад циркадианной системы протекает в обратной последовательности по сравнению с ее становлением. В первую очередь по-видимому, ухудшается внутренняя и внешняя координация функций, что может найти выражение в сдвиге акрофаз. Смещение акрофаз биоритмов в старости для различных функциональных систем и биопроцессов может существенно отличаться. Вследствие этого меняются и внутренние, и внешние фазовые соотношения, что приводит к полной десинхронизации ритмов сна и бодрствования, а также температуры тела.
В процессе старения постоянно ухудшаются приспособительные возможности. Полная же потеря адаптированной способности приводит к гибели. На примере суточного ритма двигательной активности мышей показано, что за 1-2 недели до смерти наблюдается полное рассогласование с внешним датчиком времени.
Акрофаза двигательной активности смещается в середину светового периода в связи с сокращением периода двигательной активности до 22-23 часов.
Полный распад суточного ритма наблюдается только за 2-3 дня до смерти. Это подтверждает, что сама ритмичность сохраняется очень долго. Установленный факт еще раз иллюстрирует отмеченное выше положение, что прежде всего исчезает координация различных циркадианных ритмов (те есть внутренних акрофаз) в 24-часовом цикле.
Заключение.
В процессе развития формируется временная организация функций организма. В настоящее время наиболее важным является не констатация феноменологии ритмов, а биологическая оценка значимости особенностей циркадианной временной организации организмов на разных этапах онтогенеза как в норме, так и при патологии. В этом аспекте можно научиться не принимать случайные быстрозатухающие колебания за истинные ритмы, присущие биосистеме на данном этапе онтогенеза.
Известно, что жизнеспособность с точки зрения возрастной физиологии — это диапазон адаптационных возможностей организма, то есть двойная амплитуда биоритмов.
Основное значение в оценке жизнеспособности принадлежит именно циркадианной амплитуде биопроцессов на различных уровнях организации живых систем (от клеточного до организменного). Следует согласиться с тем, что "24-часовая периодичность — это поистине единство нашей естественной хронологии".
В свете изложенного выше старение — это смена негэнтропийной тенденции развития на энтропийную , в этот период тормозится способность возвращаться к исходному состоянию, идет сужение границ развития, физиологического стресса, надежность организма уменьшается.
Необратимый онтогенетический процесс идет в период роста и в так называемом стационарном состоянии, то есть во взрослом (зрелом) возрасте, не со знаком минус, а со знаком плюс. Таким образом, преобладают негэнтропийные процессы.
Встает фундаментальный вопрос — когда же кончается стационарный период зрелого возраста и начинается старческий?
Ответ на этот вопрос открывает перспективу определения биологического возраста и его маркеров, а в методологическом плане продвигает нас к познанию биологического времени.
Проблема биологического возраста — важнейшая в современной возрастной физиологии в целом и в геронтологии в частности — остается до сих пор нерешенной. Определение биологического возраста важно прежде всего для выявления точки отсчета, от которой можно количественно оценивать действительный физиологический возраст.
Пространственно-временная организация процессов биосистемы развивается в онтогенезе, достигая в зрелом (стационарном) возрасте оптимума адаптивности, максимума надежности и упорядоченности, минимума энтропии.
Таким образом, в это период онтогенеза достигается совершенствование циркадианной временной организации, а циркадианные ритмы — ведущее звено в целостной ритмической системе организма, которое играет роль общего начала, объединяющего все фрагменты организма в единое целое. По мнению многих авторов, хронологическим маркером старения, критерием биологического возраста является начало изменения циркадианной хроноструктуры зрелого возраста, которое должно проявиться в уменьшении амплитуд биопроцессов, изменении конфигурации акрофаз, усилении спектра ультрадианных составляющих в ритмической структуре биосистемы.
Реферат
на тему
Биологические ритмы
Выполнил:
студент 2 курса группа С-19
Гайдаш Станислав
Геленджик,2011
Все живое на нашей планете несет отпечаток ритмического рисунка событий, характерного для нашей Земли. В сложной системе биоритмов, от коротких - на молекулярном уровне - с периодом в несколько секунд, до глобальных, связанным с годовыми изменениями солнечной активности живет и человек. Биологический ритм представляет собой один из важнейших инструментов исследования фактора времени в деятельности живых систем и их временной организации.
Биологические ритмы или биоритмы - это более или менее регулярные изменения характера и интенсивности биологических процессов. Способность к таким изменениям жизнедеятельности передается по наследству и обнаружена практически у всех живых организмов. Их можно наблюдать в отдельных клетках, тканях и органах, в целых организмах и в популяциях.
Выделим следующие важные достижения хронобиологии:
1. Биологические ритмы обнаружены на всех уровнях организации живой природы - от одноклеточных до биосферы. Это свидетельствует о том, что биоритмика - одно из наиболее общих свойств живых систем.
2. Биологические ритмы признаны важнейшим механизмом регуляции функций организма, обеспечивающим гомеостаз, динамическое равновесие и процессы адаптации в биологических системах.
3. Установлено, что биологические ритмы, с одной стороны, имеют эндогенную природу и генетическую регуляцию, с другой, их осуществление тесно связано с модифицирующим фактором внешней среды, так называемых датчиков времени. Эта связь в основе единства организма со средой во многом определяет экологические закономерности.
4. Сформулированы положения о временной организации живых систем, в том числе - человека - одним из основных принципов биологической организации. Развитие этих положений очень важно для анализа патологических состояний живых систем.
5. Обнаружены биологические ритмы чувствительности организмов к действию факторов химической (среди них лекарственные средства) и физической природы. Это стало основой для развития хронофармакологии, т.е. способов применения лекарств с учетом зависимости их действия от фаз биологических ритмов функционирования организма и от состояния его временной организации, изменяющейся при развитии болезни.
6. Закономерности биологических ритмов учитывают при профилактике, диагностике и лечении заболеваний.
Биоритмы подразделяются на физиологические и экологические. Физиологические ритмы, как правило, имеют периоды от долей секунды до нескольких минут. Это, например, ритмы давления, биения сердца и артериального давления. Имеются данные о влиянии, например, магнитного поля Земли на период и амплитуду энцефалограммы человека.
Ритм - это универсальное свойство живых систем. Процессы роста и развития организма имеют ритмический характер. Ритмическим изменениям могут быть подвержены различные показатели структур биологических объектов: ориентация молекул, третичная молекулярная структура, тип кристаллизации, форма роста, концентрация ионов и т. д. Установлена зависимость суточной периодики, присущей растениям, от фазы их развития. В коре молодых побегов яблони был выявлен суточный ритм содержания биологически активного вещества флоридзина, характеристики которого менялись соответственно фазам цветения, интенсивного роста побегов и т. д. Одно из наиболее интересных проявлений биологического измерения времени - суточная периодичность открывания и закрывания цветков и растений. Каждое растение "засыпает" и "просыпается" в строго определенное время суток. Рано утром (в 4 часа) раскрывают свои цветки цикорий и шиповник, в 5 часов - мак, в 6 часов - одуванчик, полевая гвоздика, в 7 часов - колокольчик, огородный картофель, в 8 часов бархатцы и вьюнки, в 9-10 часов - ноготки, мать-и-мачеха. Существуют и цветы, раскрывающие свои венчики ночью. В 20 часов раскрываются цветки душистого табака, а в 21 час - горицвета и ночной фиалки. Так же в строго определенное время и закрываются цветки: в полдень - осот полевой, в 13-14 часов - картофель, в 14-15 часов -одуванчик, в 15-16 часов - мак, в 16-17 часов -ноготки, в 17-18 часов мать-и-мачеха, в 18-19 часов - лютик, в 19-20 часов - шиповник. Раскрытие и закрытие цветков зависит и от многих условий, например, от географического положения местности или времени восхода и заката солнца.
Существуют ритмические изменения чувствительности организма к повреждающим факторам внешней среды. В опытах на животных было установлено, что чувствительность к химическим и лучевым поражениям колеблется в течение суток очень заметно: при одной и той же дозе смертность мышей в зависимости от времени суток варьировала от 0 до 10 % .
Важнейшим внешним фактором, влияющим на ритмы организма, является фотопериодичность. У высших животных предполагается существование двух способов фотопериодической регуляции биологических ритмов: через органы зрения и далее через ритм двигательной активности организма и путем экстрасенсорного восприятия света. Существует несколько концепций эндогенного регулирования биологических ритмов: генетическая регуляция, регуляция с участием клеточных мембран. Большинство ученых склоняются к мнению о полигенном контроле над ритмами. Известно, что в регуляции биологических ритмов принимают участие не только ядро, но и цитоплазма клетки.
Центральное место среди ритмических процессов занимает циркадианный ритм, имеющий наибольшее значение для организма. Понятие циркадианного (околосуточного) ритма ввел в 1959 году Халберг. Циркадианный ритм является видоизменением суточного ритма с периодом 24 часа, протекает в константных условиях и принадлежит к свободно текущим ритмам. Это ритмы с не навязанным внешними условиями периодом. Они врожденные, эндогенные, т.е. обусловлены свойствами самого организма. Период циркадианных ритмов длится у растений 23-28 часов, у животных 23-25 часов. Поскольку организмы обычно находятся в среде с циклическими изменениями ее условий, то ритмы организмов затягиваются этими изменениями и становятся суточными.
Циркадианные ритмы обнаружены у всех представителей животного царства и на всех уровнях организации - от клеточного давления до межличностных отношений. В многочисленных опытах на животных 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.
Биоритмы организма - суточные, месячные, годовые - практически остались неизменными с первобытных времен и не могут угнаться за ритмами современной жизни. У каждого человека в течение суток четко прослеживаются пики и спады важнейших жизненных систем. Важнейшие биоритмы могут быть зафиксированы в хронограммах. Основными показателями в них служат температура тела, пульс, частота дыхания в покое и другие показатели, которые можно определить только при помощи специалистов. Знание нормальной индивидуальной хронограммы позволяет выявить опасности заболевания, организовать свою деятельность в соответствии с возможностями организма, избежать срывов в его работе.
Самую напряженную работу надо делать в те часы, когда главнейшие системы организма функционируют с максимальной интенсивностью. Если человек "голубь", то пик работоспособности приходится на три часа дня. Если "жаворонок" - то время наибольшей активности организма падает на полдень. "Совам" рекомендуется самую напряженную работу выполнять в 5-6 часов вечера.
О влиянии 11-летнего цикла солнечной активности на биосферу Земли сказано много. Но не все знают о тесной зависимости, существующей между фазой солнечного цикла и антропометрическими данными молодежи. Киевские исследователи провели статистический анализ показателей массы тела и роста юношей, приходивших на призывные участки. Оказывается, что акселерация весьма подвержена солнечному циклу: тенденция к повышению модулируется волнами, синхронными с периодом "переполюсовки " магнитного поля Солнца (а это удвоенный 11-летний цикл, т.е. 22 года). Кстати, в деятельности Солнца выявлены и более длительные периоды, охватывающие несколько столетий.
Важное практическое значение имеет также исследование других многодневных (околомесячных, годовых и пр.) ритмов, датчиком времени для которых являются такие периодические изменения в природе, как смена сезонов, лунные циклы и др.
В последние годы широкую популярность приобрела теория "трех ритмов", в основе которой лежит теория о полной независимости этих многодневных ритмов как от внешних факторов, так и от возрастных изменений самого организма. Пусковым механизмом этих исключительных ритмов является только момент рождения (по другим вариантам - момент зачатия) человека. Родился человек, и возникли ритмы с периодом в 23, 28 и 33 суток, определяющие уровень его физической, эмоциональной и интеллектуальной активности. Графическим изображением этих ритмов является синусоида. Однодневные периоды, в которые происходит переключение фаз ("нулевые" точки на графике) и которые якобы отличаются снижением соответствующего уровня активности, получили название критических дней. Если одну и ту же "нулевую" точку пересекают одновременно две или три синусоиды, то такие "двойные " или "тройные " критические дни особенно опасны.
Многократные исследования, проведенные с целью проверки этой гипотезы, не подтвердили, однако, существование этих сверхуникальных биоритмов. Сверхуникальных потому, что у животных аналогичных ритмов не выявлено; никакие известные биоритмы не укладываются в идеальную синусоиду; периоды биоритмов не постоянны и зависят как от внешних условий, так и от возрастных изменений; в природе не обнаружено явлений, которые являлись бы синхронизаторами для всех людей и в то же время были "персонально " зависимы от дня рождения каждого человека.
Специальные исследования колебаний функционального состояния людей показали, что они никак не связаны с датой рождения. Подобные исследования спортсменов, проведенные в нашей стране, в США и других странах, не подтвердили связи уровня работоспособности и спортивных результатов с ритмами, предлагаемыми в гипотезе. Показано отсутствие всякой связи различных несчастных случаев на производстве, аварий и других дорожно-транспортных происшествий с критическими днями людей - виновников этих событий. Проверены также методы статистической обработки данных, свидетельствовавших якобы о наличии трех ритмов, и установлена ошибочность этих методов. Таким образом, гипотеза "трех биоритмов " не находит подтверждения. Однако ее появление и разработка имеют положительное значение, так как привлекли внимание к актуальной проблеме - исследованию многодневных биоритмов, отражающих влияние на живые организмы космических факторов (Солнца, Луны, других планет) и играющих важную роль в жизни и деятельности человека.
