Устройства биологических часов столь же различны, как устройства секундомера и солнечных часов. Некоторые из них точны и стабильны, другие не очень надёжны, одни управляются планетарными циклами, другие - молекулярными...
Механизм измерения времени замыкается через цепь: кора - стриатум - толамус - кора... впрыскивание дофамина играет важную роль в кодировании временного интервала... Марихуана снижает уровень дофамина и тем самым замедляет время. Такие наркотики, как кокаин и метамфетамин, повышают уровень дофамина и ускоряют ход часов, измеряющих длительность интервала. Адреналин и другие стрессовые гормоны действуют так же, и поэтому в неблагоприятной ситуации секунда может показаться часом. В состоянии глубокой сосредоточенности или сильного эмоционального возбуждения система может быть полностью заблокирована и тогда кажется, что время остановилось или даже не существует вовсе. Таймер способен работать в подсознании или подчиняться сознательному управлению... Точность таймера интервалов от 5 до 60%.
К счастью, есть более точные часы - циркадные (от лат. circa - вокруг и diem - день). Они заставаляют нас подчиняться циклам смены дня и ночи, вызванным вращением Земли... Температура тела регулярно повышается к вечеру и падает за несколько часов до утреннего пробуждения. Кровяное давление начинает расти между 6 и 7 часами. По утрам секреция стрессового гармона картизона в 10-20 раз выше, чем ночью. Призывы к мочеиспусканию и работа кишечника обычно подавляются ночью и возобновляются утром... Суточные циклы сохраняются в каждой клетке нашего тела... Изменения цикла составляют не более 1%. Для установления суточного цикла свет не нужен, однако он необходим для синхронизации этих запрограммированных часов с естественным суточным циклом.
Два кластера по 10000 нервных клеток, расположенных в гипоталамусе, являются местом расположения часов... эти центры называются супрахиазматическим ядром (СХЯ). Джозеф Такахаши из Северо-Западного университета... считает, что в наших органах есть осцилляторы, функционирующие независимо от осцилляторов в нашем мозгу... Приспособление суточных ритмов к внезапному изменению часового пояса может потребовать нескольких дней или даже недель... "Совы"... Даже если они могут отсыпаться днем, их глубинными ритмами продолжают управлять СХЯ, и поэтому эти ритмы "спят" ночью... можно произвольно наладить свой сон, но нереально самим установить время изменения уровня мелатонина и картизона.
Несоответствие режима дня его продолжительности может стать причиной сезонного эмоционального расстройства. В США с октября по март у каждого двадцатого это заболевание вызывает апатию, усталость, увеличение веса, раздражительность... Все наши беды происходят оттого, что мы не ложимся спать с наступлением темноты и не встаем с восходом солнца... Если сезонные ритмы столь сильно проявляются у животных и если у людей есть необходимые органы для их выражения, то почему мы их потеряли? Майкл Менакер полагает, что у нас их и вовсе не было "ведь мы жили в тропиках, а на поведение многих тропических животных смена времен года почти не влияет. Они в них не нуждаются, поскольку сами сезоны почти неотличимы"... Причина, определяющая продолжительность менструального цикла, неизвестна. То, что она соответствует продолжительности лунного цикла, лишь совпадение.
Естественная продолжительность жизни не может быть связана только с генетикой вида... Высокая скорость метаболизма может укоротить жизнь, при этом не обязательно, что крупные животные с медленным метаболизмом переживут мелких... В качестве хронометра, отмечающего конец жизни рассмотрим... митотические часы. Они следят за митозом - процессом, в котором одна клетка делится на две... Клетки, выращиваемые в культуре, подвергаются от 60 до 100 митотическим делениям, после чего процесс останавливается... В 1997 г. Седайви заявил, что смог заставить человеческие фибропласты совершить от 20 до 30 лишних циклов деления за счет мутации единственного гена. Этот ген (р21) кодирует синтез белка, реагирующего на измеения структур, называемых теломерами, которые закрывают концы хромосом. При каждом делении от теломеров отщепляются и теряются фрагменты. Биологи полагают, что клетки стареют, когда теломеры становятся меньше определенной длины... Клетки, способные игнорировать короткие теломеры становятся раковыми. Задача р21 и теломеров - заставить клетки прекратить деление, прежде чем они станут злокачественными. В действительности старение клеток может продлевать жизнь, а не вести к концу. В настоящее время связь между укорочением теломеров и старением нельзя считать доказанной. Для большинства клеток нет необходимости делиться. Белые кровяные тельца, борющиеся с инфекциями и предшественники спермы - исключение. Многие старые люди умирают от простых болезней. Дряхление... может быть связано со старением имунной системы... Потеря теломеров - лишь одно из многих повреждений, получаемых клетками при делении... Клетки, претерпевшие многократное деление, содержат больше генетических ошибок, чем молодые... Так что не удивительно, что организм ставит предел митозу. И попытки обмануть процесс старения клеток, вероятно, не приведут к бессмертию.
Современное понимание биологического времени исходит из признания собственного времени у биологических систем. Это время проявляется в виде времени частей организма, времени особи, времени смены поколений без изменения формы жизни и времени смены форм жизни одновременно со сменой поколений (эволюционное время) . Обладая относительной автономией, биологическое время, в первую очередь время особи, измеряется собственными часами, в качестве которых выступают разного рода ритмические процессы, протекающие в субклеточных структурах, клетках, тканях, органах, физиологических системах. Соотнося собственное время с мировым временем (физическим временем внешнего мира), живые системы отражают последнее в собственной временной структуре. Но так как не существует чистого, пустого времени, а есть время длительности материальных процессов, то соотношения внешнего (мирового) и внутреннего времени - это соотношения длительности внешних и внутренних процессов.
Будучи формой существования материи, время вместе с тем овеществляется («опредмечивается») в тех или иных материальных процессах, и живые системы отражают внешнее, мировое время в той мере, в какой их внутренние и жизненные (метаболические, физиологические) процессы отражают процессы внешнего мира. С другой стороны, внутреннее, биологическое время автономно в той мере, в какой автономны процессы жизнедеятельности данной живой системы. Будучи неразрывно связанной с внешним миром (средой), выступая как элемент системы «организм-среда», живая система не растворяется в этой среде, а сохраняет свою выделенность из среды, противостоит ей. Являясь порождением среды, живая система есть инобытие этой среды, ее избирательно накопленная история. Поэтому противостояние организма среде носит не абсолютный, а относительный характер с сохранением общности в коренном, главном. Основные законы течения времени едины для внешнего мира и для живых систем. Однако проявления этих законов в живых системах обладают определенной спецификой. Как выделившийся из среды, порожденный ею сгусток организованной материи, живая система сохраняет свою выделенность из среды, свою качественную определенность - несмотря на «натиск» среды, которому она (живая система) противостоит, - по той, в частности, причине, что время в живой системе течет иначе, чем во внешнем мире (если бы это было не так, живая система немедленно растворилась бы во внешнем мире).
Быстро текущие внутренние жизненные процессы представляют собой уплотненное инобытие (и отображение) медленно текущих процессов внешнего мира.
Сиюминутный отражательный акт живой системы, представляющей собой в известном смысле накопленное время, на всех этапах - на входе, в центральных звеньях, на выходе - воплощает в себе диалектическое нераздельное единство прошлого, настоящего и будущего. Действительное содержание сиюминутного отражения - не просто ответ на внешнее воздействие, а строящийся на основе прошлого ответ-прогноз, по необходимости предвосхищающий будущее и привносящий его в настоящее.
Организм лишь относительно автономен, в конечном счете организм есть элемент системы «среда-организм». Поэтому его отражательная деятельность - это по существу самоотражение системы «среда-организм». Олицетворяя активное начало этой системы, организм своей деятельностью предопределяет ее движение и развитие. В ходе эволюции организм приобрел специализированный аппарат отражения - нервную систему. Обеспечивая интеграцию частей организма в единое целое, нервная система вместе с тем обеспечивает эффективное использование этих частей (и организма в целом) в организации деятельности, основанной на отражении, осуществляемом ее высшими отделами. Хотя возникший в эволюции специализированный аппарат отражения - нервная система - в дальнейшем подчиняет себе свою основу, телесную организацию, нервная система в своей отражательной деятельности сохраняет и совершенствует главное и исходное свойство биологического отражения - его направленный предвосхищающий характер. Активность отражения в том и состоит, что все, в том числе высокоорганизованные, живые системы, обладающие нервной системой, вносят в отражение нечто свое. Это «свое» и есть направляемое потребностью опережение.
Перед тем, как перейти к биологическому времени, сделаем некоторые уточнения. Чем более развита система, тем важнее для нее внутренние механизмы развития. А они опираются на прошлый опыт и на возрас-тающую роль предвидения и проектирова-ния будущего.
Вот почему у высокоорганизованных сис-тем (в отличие от простых) наряду с базо-выми — относительно универсальными вре-менем и пространством — существуют соб-ственные внутренние время и простран-ство.
Собственное время характеризует самые важные процессы, протекающие в биологи-ческом организме.
Биологическое время – это собственное внутреннее время биосистемы, которое ха-рактеризует прежде всего наиболее важные процессы жизнеобеспечения.
Оно обладает ярко выраженной циклично-стью. Биоциклы (в отличие от примитивных циклов физических систем) связаны с ин-формационными процессами, а также с рос-том (или, по крайней мере, с сохранением) негентропии. Физические циклы гораздо менее обусловлены прошлыми взаимодей-ствиями, чем настоящими. А для биоциклов играют важную роль как те, так и другие.
Своеобразной временнoй формой и мерой биологического развития являются биологи-ческие поколения. Их смена – существенная видо-родовая характеристика.
Биологические организмы генетически на-следуют биоциклы, жизненно важные для прошлых поколений. В этих биоциклах запе-чатлен важнейший опыт успешной адапта-ции к окружающей среде. Со временем к ним добавилась и новая характеристика — опережающее отражение. Опираясь на пе-реработку новой непосредственной инфор-мации, организм заранее готовится к наибо-лее вероятному (хотя и не циклическому) событию в будущем.
Итак, и у растений и у животных есть неко-торые биоциклы, связанные с циклами в ок-ружающей природе. На них влияют суточные и сезонные циклические перемены, перио-дические изменения солнечной активности и пр.
Перечисленные природные ритмы воздей-ствуют и на человека. На его биовремя влияют сезонные и суточные циклы. Также влияет земное магнитное поле. Оно «пуль-сирует» с частотой 8-16 колебаний/сек. Это совпадает с a-ритмом биопотенциалов го-ловного мозга.
Сильное воздействие на многие земные процессы оказывает солнечная активность. Она имеет одиннадцатилетнюю циклич-ность. На вторые сутки после мощных вспышек на Солнце почти в 3 раза возрас-тает (при прочих равных условиях) число автоаварий и самоубийств.
Однако, человеку присуще и то, что не свойственно его собратьям по животному царству. Он зависит от циклических процес-сов в социокультурной среде.
Более того, социокультурные ритмы способны оказывать воздействие на окру-жающую природную среду. Антропогенная деятельность нарушает некоторые естест-венные биогеохимические процессы и циклы в биосфере.
Перейдем к циклам, на которых в значи-тельной мере сказываются внутренние для организма причины. Для ребенка в мате-ринской утробе важнейшим биоритмом яв-ляется ритм своего и материнского сердца. Поэтому новорожденный радуется музы-кально-звуковым воздействиям с подобным ритмом. Характерным примером внутренне обусловленной биоритмики является жен-ский менструальный период (примерно 28 суток), полуторачасовая периодичность ноч-ных эрекций как у мужчин, так и у женщин.
Определенные физиологические ритмы характеризуют и функционирование мозга. Современная электроэнцефалограмма не может определить, о чем думает человек. Однако она хорошо показывает степень ум-ственного напряжения. Четко выделяются такие ритмы:
1) d (дельта) — ритм – глубокий сон (самые медленные импульсы);
2) a (альфа) — ритм – спокойное бодрство-вание при закрытых глазах, легкая дремота; при открывании глаз исчезают (выше гово-рилось, что на этот ритм также влияет «пульсация» магнитного поля Земли);
3) q (тета) — ритм – ритм озабоченности;
4) b (бета) — ритм – внимание, напряженная активность, мышление (50-1000 импуль-сов/сек).
Описанным ритмам мозга соответствуют колебания электромагнитных полей, кото-рые в 100 миллионов раз слабее, чем уро-вень магнитного поля Земли.
Как показывают наблюдения, «куль-минационные взлеты» мышления происхо-дят довольно редко, минут 5 за день. Свиде-тельствующие о них веретенообразные зуб-цы на кривых линиях появляются лишь при напряженных размышлениях, острых дис-куссиях, решении трудных задач.
Согласно распространенным представле-ниям, существуют жизненные ритмы, кото-рые имеют общую причину происхождения, но протекают на разных уровнях: 23 дня – физиологический цикл, 28 – эмоциональный, 33 – ментальный (интеллектуальный) . Чем они обусловлены? И с какого момента вести отсчет?
Рассматриваемые биоритмы начинают свои колебания с мощного выброса в крово-ток адреналина и первого вздоха новорож-денного. Словно мать-природа, выпуская ребенка на жизненную орбиту, форсирует в этот ответственный момент важные режимы его жизнедеятельности.
Описанные циклы проявляются в течение всей жизни человека, обусловливая подъе-мы и спады соответствующих форм актив-ности. При совпадении 3-х биоциклических минимумов или критических дней некото-рые японские фирмы освобождают сотруд-ников от работы, требующей повышенной концентрации внимания. В одном из наших городов на ЭВМ вычисляли трудные дни для водителей городского транспорта и оставля-ли их работать в гараже – в результате ава-рийность стала заметно меньше.
При совпадении максимумов трёх биоцик-лов человек словно летает на крыльях. Женщина в такой период «коня на скаку ос-тановит, в горящую избу войдет». Но будет лучше, если жизнь ей позволит в это время заниматься творчеством, побивать мировые рекорды или рожать…
Хронобиология (биоритмология) изуча-ет биологическое время во всех его много-образных формах. Цивилизация нарушает природные ритмы. Особенно это на себе чувствуют люди, вынужденные работать по ночам (например, метростроевцы, астроно-мы) или те, кто часто меняет свое местопре-бывание и соответственно — часовые пояса (летчики, космонавты, спортсмены).
Давно замечено, что если человек оказы-вается непосредственно в природной среде, он возвращается к естественным ритмам. Иногда им лучше следовать и в интенсивно нервной городской жизни. Чередуя напря-женную работу с отдыхом, можно добиться гораздо большего, чем изнуряя себя бес-прерывным трудом. Не случайно в некото-рых офисах стали появляться кушетки для релаксации.
И все же будем помнить, что мы обладаем великим даром – силой воли. Человек может приказать себе, сказав «Да», когда усталый организм подсказывает «Нет». Либо наобо-рот, человек может сказать себе: «Нет!», хотя организм просит: «Да!» И в результате до-биться поставленной цели.
Давно замечено, что все живое на Земле подчиняется определенным ритмам, которые задаются глобальными процессами. Это суточное вращение планеты вокруг оси и движение ее по околосолнечной орбите. Живые организмы каким-то образом чувствуют время, и их поведение подчинено его течению. Это проявляется в чередовании периодов активности и сна у животных, в открывании и закрывании цветков у растений. Перелетные птицы каждую весну возвращаются к местам гнездования, выводят птенцов и мигрируют в теплые края на зимовку.
Что такое биологические часы?
Ритмичность протекания всех жизненных процессов - свойство, присущее всем обитателям нашей планеты. Например, морские одноклеточные жгутиконосцы светятся ночью. Неизвестно, зачем они это делают. Но днем они не светятся. Это свойство жгутиконосцы получили в процессе эволюции.
Каждый живой организм на Земле - и растения, и животные - имеют внутренние часы. Они определяют периодичность жизнедеятельности, привязанную к продолжительности земных суток. Эти биологические часы приспосабливают свой ход к периодичности смены дня и ночи, они не зависят от изменения температуры. Кроме суточных циклов, существуют сезонные (годичные) и лунные периоды.
Биологические часы - в какой-то мере условное понятие, подразумевающее свойство живых организмов ориентироваться во времени. Это свойство присуще им на генетическом уровне и передается по наследству.
Изучение механизма биологических часов
Долгое время ритмичность жизненных процессов живых организмов объяснялась ритмичностью изменения условий среды обитания: освещенность, влажность, температура, атмосферное давление и даже интенсивность космического излучения. Однако простые опыты показали, что биологические часы работают независимо от изменений внешних условий.
Сегодня известно, что они есть в каждой клетке. В сложных организмах часы образуют сложную иерархическую систему. Это нужно для функционирования как единого целого. Если какие-либо органы и ткани по времени не согласованы, возникают различного вида болезни. Внутренние часы эндогенны, то есть имеют внутреннюю природу и подстраиваются сигналами извне. Что еще нам известно?
Биологические часы передаются по наследству. В последние годы найдены доказательства этого факта. В клетках есть гены часов. Они подвержены мутациям и естественному отбору. Это нужно для согласования процессов жизнедеятельности с суточным вращением Земли. Поскольку в разных широтах соотношения продолжительности дня и ночи в течение года неодинаковы, часы нужны еще и для приспособления к смене сезонов. Они должны учитывать, прибавляет или убывает день и ночь. По-другому нельзя различить весну и осень.
Изучая биологические часы растений, ученые выяснили механизм приспособления их к изменениям продолжительности дня. Это происходит при участии особых фитохромных регуляторов. Как работает этот механизм? Фермент фитохром существует в двух формах, которые превращаются из одной в другую в зависимости от времени суток. Получаются часы, регулируемые внешними сигналами. Все процессы в растениях - рост, цветение - зависят от концентрации фермента фитохрома.
До конца механизм внутриклеточных часов еще не изучен, однако пройдена большая часть пути.
Циркадные ритмы в организме человека
Периодические изменения интенсивности биологических процессов связаны с чередованием дня и ночи. Эти ритмы называют циркадными, или циркадианными. Их периодичность - около 24 часов. Хотя циркадные ритмы связаны с процессами, происходящими вне организма, они имеют эндогенное происхождение.
У человека нет органов и физиологических функций, которые не подчинялись бы суточным циклам. Сегодня их известно более 300.
Биологические часы человека регулируют в соответствии с суточными ритмами такие процессы:
Частота сердечных сокращений и дыхания;
Потребление организмом кислорода;
Перистальтика кишечника;
Интенсивность работы желез;
Чередование сна и отдыха.
Это только основные проявления.
Ритмичность физиологических функций происходит на всех уровнях - от изменений внутри клетки до реакций на уровне организма. Эксперименты последних лет показали, что в основе циркадных ритмов - эндогенные, самоподдерживающиеся процессы. Биологические часы человека настроены на периодичность колебаний в 24 часа. Они связаны с изменениями в окружающей среде. Ход биологических часов синхронизируется с некоторыми из этих изменений. Наиболее характерные из них - чередование дня и ночи и суточные колебания температуры.
Считается, что у высших организмов главные часы расположены в головном мозге в супрахиазменном ядре таламуса. К нему ведут нервные волокна от зрительного нерва, а с кровью приносится среди прочих гормон мелатонин, вырабатываемый эпифизом. Это орган, который когда-то был третьим глазом у древних рептилий и сохранил функции регуляции циркадных ритмов.
Биологические часы органов
Все физиологические процессы в организме человека протекают с определенной цикличностью. Меняются температура, давление, концентрация сахара в крови.
Органы человека подчинены суточному ритму. За 24 часа их функции переживают поочередно периоды подъема и спада. То есть всегда, в одно и то же время, в течение 2 часов орган работает особенно эффективно, после чего переходит в фазу релаксации. В это время орган отдыхает и восстанавливается. Эта фаза длится также 2 часа.
Например, фаза подъема активности желудка приходится на период с 7 до 9 часов, за ней, с 9 до 11, следует спад. Селезенка и поджелудочная железа активны с 9 до 11, а с 11 до 13 отдыхают. У сердца эти периоды приходятся на 11-13 часов и 13-15. У мочевого пузыря фаза активности - с 15 до 17, покой и отдых - с 17 до 19.
Биологические часы органов - один из тех механизмов, который позволил обитателям Земли за миллионы лет эволюции приспособиться к суточному ритму. Но созданная человеком цивилизация неуклонно разрушает этот ритм. Как показывают исследования, разбалансировать биологические часы организма просто. Достаточно лишь кардинальным образом изменить режим питания. Например, начать обедать среди ночи. Поэтому жесткий режим питания - основополагающий принцип. Особенно важно соблюдать его с раннего детства, когда «заводятся» биологические часы организма человека. От этого напрямую зависит продолжительность жизни.
Хроногеронтология
Это новая, совсем недавно возникшая научная дисциплина, которая изучает возрастные изменения биологических ритмов, возникающие в организме человека. Хроногеронтология возникла на стыке двух наук - хронобиологии и геронтологии.
Один из предметов исследований - механизм функционирования так называемых «больших биологических часов». Этот термин впервые ввел в обращение выдающийся ученый В. М. Дильман.
«Большие биологические часы» - достаточно условное понятие. Это, скорее, модель процессов старения, протекающих в организме. Она дает понимание взаимосвязи образа жизни человека, его пищевых пристрастий с действительным биологическим возрастом. Эти часы ведут отсчет продолжительности жизни. Они фиксируют накопление изменений в организме человека от момента рождения и до смерти.
Ход больших биологических часов неравномерен. Они то спешат, то отстают. На их ход оказывают влияние многие факторы. Они то укорачивают, то удлиняют жизнь.
Принцип функционирования больших биологических часов заключается в том, что они измеряют не отрезки времени. Они измеряют ритм процессов, а точнее - потерю его с возрастом.
Исследования в этом направлении могут помочь в решении главного вопроса медицины - устранение болезней старения, которые на сегодняшний день являются основной преградой в достижении видового лимита жизни человека. Сейчас этот показатель оценивается в 120 лет.
Сон
Внутренние ритмы организма регулируют все процессы жизнедеятельности. Время засыпания и пробуждения, продолжительность сна - за все отвечает «третий глаз» - таламус. Доказано, что этот участок мозга ответственен за выработку мелатонина - гормона, регулирующего биоритмы человека. Его уровень подчиняется суточным ритмам и регулируется освещением сетчатки глаза. С изменением интенсивности светового потока уровень мелатонина возрастает или уменьшается.
Механизм сна очень тонкий и ранимый. Нарушение чередования сна и бодрствования, которое в человеке заложено природой, наносит серьезный вред здоровью. Так, постоянная посменная работа, предполагающая трудовую деятельность ночью, связана с более высокой вероятностью возникновения таких заболеваний, как сахарный диабет 2-го типа, сердечные приступы и рак.
Во сне человек полностью расслабляется. Все органы отдыхают, только мозг продолжает трудиться, систематизируя полученную за день информацию.
Сокращение продолжительности сна
Цивилизация вносит свои коррективы в жизнь. Исследуя биологические часы сна, ученые обнаружили, что современный человек спит на 1,5 часа меньше, чем люди в 19 веке. Чем же опасно сокращение времени ночного отдыха?
Нарушение естественного ритма чередования сна и бодрствования ведет к сбоям и нарушениям в работе жизненно важных систем организма человека: иммунной, сердечно-сосудистой, эндокринной. Недостаток сна приводит к излишней массе тела, влияет на зрение. Человек начинает чувствовать дискомфорт в глазах, нарушается четкость изображения, возникает опасность развития серьезного заболевания - глаукомы.
Недостаток сна провоцирует сбои в работе эндокринной системы человека, увеличивая тем самым риск возникновения тяжелого недуга - сахарного диабета.
Исследователи выявили интересную закономерность: продолжительность жизни больше у людей, которые спят от 6,5 до 7,5 часов. И сокращение, и увеличение времени сна приводит к уменьшению продолжительности жизни.
Биологические часы и здоровье женщины
Этой проблеме посвящены многие исследования. Биологические часы женщины - это способность ее организма к производству потомства. Существует другой термин - фертильность. Речь идет о предельном возрасте, благоприятном для рождения детей.
Несколько десятилетий назад часы показывали отметку в тридцать лет. Считалось, что реализация себя в качестве матерей для представительниц прекрасного пола после этого возраста сопряжена с риском для здоровья женщины и ее будущего ребенка.
Сейчас ситуация изменилась. Существенно - в 2,5 раза - увеличилось число женщин, впервые зачавших ребенка в возрасте от 30 до 39 лет, а тех, кто сделал это после 40, стало больше на 50%.
Тем не менее специалисты считают благоприятным возрастом для материнства 20-24 года. Часто желание получить образование, реализовать себя в профессиональной сфере побеждает. Лишь немногие женщины принимают на себя в этом возрасте ответственность за воспитание малыша. Половая зрелость на 10 лет опережает зрелость эмоциональную. Поэтому большинство специалистов склоняются к мнению, что для современной женщины оптимальный срок для рождения ребенка - это 35 лет. Сегодня их уже не включают в так называемую группу риска.
Биологические часы и медицина
Реакция организма человека на различные воздействия зависит от фазы циркадного ритма. Поэтому биологические ритмы играют большую роль в медицине, особенно при диагностике и лечении многих заболеваний. Так, действие лекарственных препаратов зависит от фазы околосуточного биоритма. Например, при лечении зубов обезболивающий эффект максимально проявляется с 12 до 18 часов.
Изменение чувствительности человеческого организма к лекарственным препаратам изучает хронофармакология. Основываясь на информации о суточных биоритмах, разрабатываются наиболее эффективные схемы приема лекарств.
Например, сугубо индивидуальные колебания значений артериального давления требуют учета этого фактора при приеме лекарств для лечения гипертонической болезни, ишемии. Так, во избежание криза людям из группы риска лекарства следует принимать вечером, когда организм наиболее уязвим.
Кроме того, что биоритмы организма человека оказывают влияние на эффект от приема препаратов, нарушения ритмики могут быть причиной различных заболеваний. Они относятся к так называемым динамическим недугам.
Десинхроноз и его профилактика
Для здоровья человека огромное значение имеет дневная освещенность. Именно солнечный свет обеспечивает естественную синхронизацию биоритмов. Если освещенность недостаточная, как это бывает зимой, происходит сбой. Это может быть причиной многих заболеваний. Развиваются психические (депрессивные состояния) и физические (снижение общего иммунитета, слабость и т. д.). Причина этих расстройств кроется в десинхронозе.
Десинхроноз возникает, когда биологические часы организма человека дают сбой. Причины могут быть разные. Десинхроноз возникает при смене на длительный период часового пояса, в период адаптации при переходе на зимнее (летнее) время, при посменной работе, увлечении алкоголем, беспорядочном питании. Выражается это в расстройстве сна, приступах мигрени, снижении внимания и концентрации. В итоге может возникнуть апатия и депрессия. Людям старшего возраста адаптация дается тяжелее, на это им требуется больше времени.
Для профилактики десинхроноза, коррекции ритмов организма используют вещества, которые могут влиять на фазы биологических ритмов. Их называют хронобиотиками. Они содержатся в лекарственных растениях.
Хорошо поддаются коррекции биологические часы с помощью музыки. Она способствует повышению производительности труда при выполнении монотонной работы. С помощью музыки также лечат нарушения сна и нервно-психические заболевания.
Ритмичность во всем - путь улучшения качества жизни.
Практическое значение биоритмологии
Биологические часы - объект серьезных научных исследований. Заказчики их - многие отрасли хозяйства. Результаты изучения биологических ритмов живых организмов с успехом применяются на практике.
Знание ритмов жизни домашних животных и культурных растений помогает повышать эффективность сельскохозяйственного производства. Используют эти знания охотники и рыбаки.
Суточные колебания в организме физиологических процессов учитывает медицинская наука. Эффективность приема лекарств, хирургических вмешательств, выполнения лечебных процедур и манипуляций напрямую зависит от биологических часов органов и систем.
Достижения биоритмологии давно используются при организации режима труда и отдыха экипажей авиалайнеров. Их работа связана с пересечением нескольких часовых поясов за один рейс. Устранение неблагоприятного влияния этого фактора имеет очень большое значение для сохранения здоровья летного состава авиакомпаний.
Трудно обойтись без достижений биоритмологии в космической медицине, особенно при подготовке длительных полетов. Далеко идущие грандиозные планы по созданию поселений людей на Марсе не обойдутся, по-видимому, без изучения особенностей функционирования биологических часов человека в условиях этой планеты.
- 108.00 КбБиологическое время. Биологический возраст
по курсу Концепции современного естествознания
Введение 3
Заключение 16
Введение
Ответа нет.
С понятием временной организации тесно связана проблема специфичности течения времени в живых системах, или, как ее называют, проблема биологического времени. Этой проблемы касались многие ученые.
Огромную роль в этом вопросе сыграл В. И. Вернадский, который создал понятие биологического пространства-времени и тем самым поднял учение о биосфере на теоретический уровень.
Исследование проблемы биологического времени имеет большое значение. Во-первых, она связана с понятием «биологических ритмов». 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.
Во-вторых, все это имеет отношение к биологическому возрасту человека как к показателю уровня развития, изменения или износа структуры, его функциональной системы, организма в целом или сообщества организмов (биоценоза), выраженный в единицах времени путем соотнесения значений, определяющих эти процессы биологических маркеров старения с эталонными среднестатистическими зависимостями изменений этих биомаркеров от календарного возраста.
Поскольку все организмы и сообщества организмов представляют скоррелированные системы, все изменения, происходящие в них, в конце концов ведут к их распаду - смерти, как и у всех физических систем. Но процесс распада организмов и сообществ организмов, или их старение, неравномерен. Поэтому при одном и том же астрономическом или календарном возрасте различных организмов, людей, сообществ степень постарения отдельных органов, элементов и систем будет различна.
И, в-третьих, актуальность данного реферата можно обосновать тем, что изучение этих волнующих вопросов, и попытки проникнуть в неизведанное могут принести реальные плоды. Человеческая жизнь может качественно измениться, биологические способности индивидов могут увеличиться и, наконец, кто знает, возможно, мы подойдем к разгадке сущности Вселенной и обретем новые знания.
Цель данного реферата – рассмотреть формулировку понятия «биологического времени», суть биоритмологического подхода к феномену времени. А также выяснить, что является биологическим возрастом индивида. Определить критерии биологического возраста и рассмотреть особенности биологического возраста мужчин и женщин.
Глава 1. Биологическое время.
§1. Формулировка понятия и введение термина.
С понятием временной организации тесно связана проблема специфичности течения времени в живых системах, или, как ее называют, проблема биологического времени.
Большинство авторов подчеркивает, что время едино во Вселенной, какого-либо особого (например, биологического времени) нет, правомерно говорить лишь о субъективной оценке времени. Однако существует и противоположная позиция, имеющая немалое число сторонников. Проблема биологического времени была поставлена более 100 лет назад К.Бэром, основоположником эмбриологии. Научно обоснованная идея о биологическом времени принадлежит В.И. Вернадскому. В 1929-1931 гг.
В. И. Вернадский создает понятие биологического пространства-времени и тем самым поднимает учение о биосфере на теоретический уровень. Толчком для давно назревавшего намерения Вернадского напрямую и открыто заговорить о проблеме времени в современной науке, послужила только что вышедшая книга уже хорошо знакомого ему по литературе английского астронома Артура Эддингтона, горячего сторонника и даже пропагандиста теории относительности. 13 августа он пишет Б.Л. Личкову: “На днях получил книгу Eddington’a The nature o f the physical World – очень много заставляет думать. Он дает картину Мира, где нет законов всемирного тяготения в их обычном представлении. Довольно много было мне нового в некоторых следствиях. Попытка построить Мир, где действие законов причинности – ограниченное. Эддингтон делает из этого философские и религиозные выводы… Мне, однако, кажется, что получающаяся картина Мира не может быть верна, так как Эддингтон принимает резкое отличие времени и пространства, по существу, упуская явления симметрии».
В сентябре в Праге Вернадский начинает вплотную работать над проблемой времени. О направлении его мысли и о намерениях дают представление и другие чрезвычайно важные и красноречивые свидетельства. 9 сентября 1929 г. он пишет своему заместителю по БИОГЕЛу А.П. Виноградову. «Я здесь много обдумывал вопросы живого вещества и пробую набросать кое-какие мысли. Хочу сделать доклад о диссимметрии живого вещества в биологическом времени – не знаю, в Обществе естествоиспытателей (как прежние два доклада), или на годовом заседании нашей Лаборатории (кстати, нам надо справиться, когда она официально утверждена)? Пока мне очень трудно справиться с этой задачей, но я надеюсь эти немногие недели, что мне осталось здесь, ее двинуть. Очень интересно затронуть оба вопроса совместно: и диссимметрия, открытая Пастером, и так мало проникшая в сознание натуралистов, и биологическое время, о котором я много думаю – уже несколько лет – имеют много общего и сейчас приобретают огромный интерес в связи с новым направлением физических
дисциплин. Не знаю, удастся ли мне все ясно сформулировать – но я хочу рассмотреть эти вопросы [в связи] с новой физикой. Для биологического времени важно определить единицу этого времени, равную минимальному промежутку между двумя поколениями – между делениями клеток или делениями бактерий (Cyanophyceae?). В последнем случае мы имеем дело не со средой нашего тяготения, а средой молекулярных сил. И здесь, должно быть, есть скачок? Скачок, имеющий биологическое значение. В первом случае д[олжны] б[ыть] часы, а во втором 15-20 минут? Надо будет заказать кому-нибудь свести весь эспериментальный материал, имеющийся в этой области, и мы эту сводку можем напечатать в наших трудах». (Одновременно с созданием БИОГЕЛ было получено право издавать непериодически ее труды).
Слова Вернадского чрезвычайно важны для темы данного реферата: скорее всего, здесь, именно 9 сентября 1929 г., Вернадский впервые озвучивает свой новый термин биологическое время. Пока еще не в научной статье, но в частном письме. Затем Вернадский начинает с очень широкого, предельного охвата: «Время физика несомненно, не есть отвлеченное время математика или философа, и оно в разных явлениях проявляется в столь различных формах, что мы вынуждены это отмечать в нашем эмпирическом знании. Мы говорим об историческом, геологическом, космическом и т.п. временах. Удобно отличать биологическое время, в пределах которого проявляются жизненные явления.
Это биологическое время отвечает полутора – двум миллиардам, на протяжении которых нам известно на Земле существование биологических процессов, начиная с археозоя. Очень возможно, что эти годы связаны только с существованием нашей планеты, а не с действительностью жизни в Космосе. Мы сейчас ясно подходим к заключению, что длительность существования космических тел предельна, т.е. и здесь мы имеем дело с необратимым процессом. Насколько предельна жизнь в ее проявлениях в Космосе, мы не знаем, так как наши знания о жизни в Космосе ничтожны. Возможно, что миллиарды лет отвечают земному планетному времени и составляют лишь малую часть биологического времени».
Вернадский утверждает: «На основе новой физики явление должно изучаться в комплексе пространство-время. Пространство жизни имеет особое, единственное в природе симметрическое состояние. Время, ему отвечающее, имеет не только полярный характер векторов, но особый, ему свойственный параметр, особую, связанную с жизнью единицу измерения».
Вернадский был единственным ученым в 1929 году, который своим понятием биологического времени перевернул все представления на 180 градусов: не жизнь как ничтожная, не принимаемая во внимание подробность на ничтожной крупице в космосе – планете Земля, существует на фоне великой Вселенной, но вся материальная Вселенная разворачивается на фоне времени жизни.
Следует сказать о приоритете во введении понятия биологическое время. Понятие бытует в сегодняшней науке.
В мировой литературе приоритет в употреблении понятия биологическое время связывается с именем французского гистолога Леконта дю Нуи. Во время работы врачом в госпитале во время первой мировой войны он заинтересовался скоростью заживления ран и стал исследовать эту проблему. В том числе и с точки зрения времени, которое он разделил на внешнее и внутреннее, назвав последнее физиологическим или биологическим.
В последующем довольно бурном развитии работ, связанных с использованием термина и понятия биологического времени, особенно в 60-70 гг., он приобрел совершенно другое направление, уже содержавшееся в работах Леконта дю Нуи и Г. Бакмана. Это направление стало называться биоритмология.
§2. Биоритмологический подход к феномену времени.
Любые изменения в живых системах обнаруживаются только при сравнении состояний системы как минимум в двух временных точках, разделенных большим или меньшим интервалом. Однако их характер может быть различным. О фазовых изменениях в системе говорят когда, в системе последовательно сменяются стадии какого-либо биологического процесса. Примером может служить смена стадий онтогенеза, то есть индивидуального развития организма. Изменения такого типа свойственны морфофизиологическим показателям организма после воздействия на него каким-либо фактором. Эти изменения характеризуют как нормальное течение процессов в организме, так и реакцию на воздействия.
Имеется особый класс периодических изменений деятельности и поведения живых систем – биологические ритмы. Учение о биологических ритмах (в узком смысле) получило наименование биоритмологии, т.к. сегодня признается, что биологический ритм – один из наиболее важных инструментов исследования роли фактора времени в деятельности живых систем и их временной организации.
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. 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 (область науки, которая исследует периодические (циклические) феномены, протекающие у живых организмов во времени, и их адаптацию к солнечным и лунным ритмам):
Описание работы
В условиях современности, науке нельзя ограничиваться анализом пространственного аспекта отдельно от временного, они связаны воедино. Пространство в естествознании выражает протяженность, порядок и характер размещения материального объекта, их взаимное расположение.
Время в естествознании отражает последовательность процессов изменений и длительность существований объекта.
Попыток определить единство пространственно-временной организации в отношении живого объекта не предпринималось. Писатель Сартаков в романе “Философский камень”:
“Альберт Эйнштейн как математик разгадал единое пространство-время, найдя 4ое измерение. Но это только для мертвой материи. А между тем жизнь, течение жизни никак не отделимы от пространства и времени. Эйнштейн, почему же вы пренебрегли этим? Я тоже хочу разгадать пространство и время, но для живой материи. Я все испробовал. Какая наука даст мне ответ на это?”
Глава 1. Биологическое время 5
§1. Формулировка понятия и введение термина 5
§2. Биоритмологический подход к феномену времени 7
Глава 2. Биологический возраст 11
§1. Понятие и критерии определения биологического возраста 11
§2. Биологический возраст мужчин и женщин 13
Заключение 16
Список использованной литературы 18
