Біологічний годинник організму людини
Давно помічено, що все живе на Землі підпорядковується певним ритмам, які задаються глобальними процесами. Це добове обертання планети навколо осі і рух її по околосолнечной орбіті. Живі організми якимось чином відчувають час, і їх поведінка підпорядковане його течією. Це проявляється в чергуванні періодів активності і сну у тварин, у відкриванні та закриванні квіток у рослин. Перелітні птахи щовесни повертаються до місць гніздування, виводять пташенят і мігрують в теплі краї на зимівлю.
Що таке біологічний годинник?
Ритмічність протікання всіх життєвих процесів - властивість, властиве всім мешканцям нашої планети. Наприклад, морські одноклітинні жгутіконосци світяться вночі. Невідомо, навіщо вони це роблять. Але вдень вони не світяться. Ця властивість жгутіконосци отримали в процесі еволюції.
Кожен живий організм на Землі - і рослини, і тварини - мають внутрішній годинник. Вони визначають періодичність життєдіяльності, прив'язану до тривалості земних діб. Ці біологічний годинник пристосовують свій хід до періодичності зміни дня і ночі, вони не залежать від зміни температури. Крім добових циклів, існують сезонні (річні) і місячні періоди.
Біологічний годинник - в якійсь мірі умовне поняття, що припускає властивість живих організмів орієнтуватися в часі. Це властивість властива їм на генетичному рівні і передається у спадок.
Вивчення механізму біологічного годинника
Довгий час ритмічність життєвих процесів живих організмів пояснювалася ритмічністю зміни умов середовища проживання: освітленість, вологість, температура, атмосферний тиск і навіть інтенсивність космічного випромінювання. Однак прості досліди показали, що біологічний годинник працює незалежно від змін зовнішніх умов.
Сьогодні відомо, що вони є в кожній клітині. У складних організмах годинник утворюють складну ієрархічну систему. Це потрібно для функціонування як єдиного цілого. Якщо будь-які органи і тканини за часом не узгоджені, виникають різного виду хвороби. Внутрішній годинник ендогенних, тобто мають внутрішню природу і підлаштовуються сигналами ззовні. Що ще нам відомо?
Біологічний годинник передаються у спадок. В останні роки знайдені докази цього факту. У клітинах є гени годин. Вони схильні до мутацій і природному відбору. Це потрібно для узгодження процесів життєдіяльності з добовим обертанням Землі. Оскільки в різних широтах співвідношення тривалості дня і ночі протягом року неоднакові, годинник потрібні ще й для пристосування до зміни сезонів. Вони повинні враховувати, додає чи убуває день і ніч. По-іншому не можна розрізнити весну й осінь.
Вивчаючи біологічний годинник рослин, вчені з'ясували механізм пристосування їх до змін тривалості дня. Це відбувається за участю особливих фітохромних регуляторів. Як працює цей механізм? Фермент фітохром існує у двох формах, які перетворюються з однієї в іншу в залежності від часу доби. Виходять годинник, регульовані зовнішніми сигналами. Всі процеси в рослинах - зростання, цвітіння - залежать від концентрації ферменту фітохрому.
До кінця механізм внутрішньоклітинних годин ще не вивчений, проте пройдена велика частина шляху.
Циркадні ритми в організмі людини
Періодичні зміни інтенсивності біологічних процесів пов'язані з чергуванням дня і ночі. Ці ритми називають циркадних, або циркадіанними. Їх періодичність - близько 24 годин. Хоча циркадні ритми пов'язані з процесами, що відбуваються поза організмом, вони мають ендогенне походження.
У людини немає органів і фізіологічних функцій, що не підкорялися б добовим циклам. Сьогодні їх відомо більше 300.
Біологічний годинник людини регулюють згідно з добовими ритмами такі процеси:
- поділ клітин;
- частота серцевих скорочень і дихання;
- споживання організмом кисню;
- перистальтика кишечника;
- інтенсивність роботи залоз;
- чергування сну і відпочинку.
Це тільки основні прояви.
Ритмічність фізіологічних функцій відбувається на всіх рівнях - від змін всередині клітини до реакцій на рівні організму. Експерименти останніх років показали, що в основі циркадних ритмів - ендогенні, самоподдерживающиеся процеси. Біологічний годинник людини налаштовані на періодичність коливань в 24 години. Вони пов'язані зі змінами у навколишньому середовищі. Хід біологічних годин синхронізується з деякими з цих змін. Найбільш характерні з них - чергування дня і ночі і добові коливання температури.
Вважається, що у вищих організмів головний годинник розташовані в головному мозку в супрахіазменние ядрі таламуса. До нього ведуть нервові волокна від зорового нерва, а з кров'ю приноситься серед інших гормон мелатонін, що виробляється епіфізом. Це орган, який колись був третім оком у стародавніх рептилій і зберіг функції регулювання циркадних ритмів.
Біологічний годинник органів
Всі фізіологічні процеси в організмі людини протікають з певною циклічністю. Змінюються температура, тиск, концентрація цукру в крові.
Органи людини підпорядковані добовому ритму. За 24 години їх функції переживають по черзі періоди підйому і спаду. Тобто завжди, в один і той же час, протягом 2 годин орган працює особливо ефективно, після чого переходить у фазу релаксації. У цей час орган відпочиває і відновлюється. Ця фаза триває також 2 години.
Наприклад, фаза підйому активності шлунка припадає на період з 7 до 9 годин, за нею, з 9 до 11, слід спад. Селезінка і підшлункова залоза активні з 9 до 11, а з 11 до 13 відпочивають. У серця ці періоди припадають на 11-13 годин і 13-15. У сечового міхура фаза активності - з 15 до 17, спокій і відпочинок - з 17 до 19.
Біологічний годинник органів - один з тих механізмів, який дозволив мешканцям Землі за мільйони років еволюції пристосуватися до добовому ритму. Але створена людиною цивілізація неухильно руйнує цей ритм. Як показують дослідження, розбалансувати біологічний годинник організму просто. Достатньо лише кардинальним чином змінити режим харчування. Наприклад, почати обідати серед ночі. Тому жорсткий режим харчування - основоположний принцип. Особливо важливо дотримуватися його з раннього дитинства, коли «заводяться» біологічний годинник організму людини. Від цього безпосередньо залежить тривалість життя.
Хроногеронтологія
Це нова, зовсім недавно виникла наукова дисципліна, яка вивчає вікові зміни біологічних ритмів, що виникають в організмі людини. Хроногеронтологія виникла на стику двох наук - хронобиологии і геронтології.
Один із предметів досліджень - механізм функціонування так званих «великих біологічних годин». Цей термін вперше ввів в обіг видатний вчений В. М. Дильман.
«Великі біологічний годинник» - досить умовне поняття. Це, скоріше, модель процесів старіння, що протікають в організмі. Вона дає розуміння взаємозв'язку способу життя людини, її харчових пристрастей з дійсним біологічним віком. Цей годинник ведуть відлік тривалості життя. Вони фіксують накопичення змін в організмі людини від моменту народження і до смерті.
Хід великих біологічних годин нерівномірний. Вони поспішають, то відстають. На їх хід впливає багато факторів. Вони то вкорочують, то подовжують життя.
Принцип функціонування великих біологічних годин полягає в тому, що вони вимірюють відрізки часу. Вони вимірюють ритм процесів, а точніше - втрату його з віком.
Дослідження в цьому напрямку можуть допомогти у вирішенні головного питання медицини - усунення хвороб старіння, які на сьогоднішній день є основною перепоною в досягненні видового ліміту життя людини. Зараз цей показник оцінюється в 120 років.
Сон
Внутрішні ритми організму регулюють всі процеси життєдіяльності. Час засинання і пробудження, тривалість сну - за все відповідає «третє око» - таламус. Доведено, що ця ділянка мозку відповідальний за вироблення мелатоніну - гормону, що регулює біоритми людини. Його рівень підкоряється добовим ритмам і регулюється освітленням сітківки ока. Зі зміною інтенсивності світлового потоку рівень мелатоніну зростає або зменшується.
Механізм сну дуже тонкий і ранимий. Порушення чергування сну і неспання, яке в людині закладено природою, завдає серйозної шкоди здоров'ю. Так, постійна позмінна робота, яка передбачає трудову діяльність вночі, пов'язана з більш високою ймовірністю виникнення таких захворювань, як цукровий діабет 2-го типу, серцеві напади і рак.
Уві сні людина повністю розслабляється. Всі органи відпочивають, тільки мозок продовжує трудитися, систематизуючи отриману за день інформацію.
Скорочення тривалості сну
Цивілізація вносить свої корективи в життя. Досліджуючи біологічні години сну, вчені виявили, що сучасна людина спить на 1,5 години менше, ніж люди в 19 столітті. Чим же небезпечно скорочення часу нічного відпочинку?
Порушення природного ритму чергування сну і неспання веде до збоїв і порушень в роботі життєво важливих систем організму людини: імунної, серцево-судинної, ендокринної. Недолік сну приводить до зайвої масі тіла, впливає на зір. Людина починає відчувати дискомфорт в очах, порушується чіткість зображення, виникає небезпека розвитку серйозного захворювання - глаукоми.
Недолік сну провокує збої в роботі ендокринної системи людини, збільшуючи тим самим ризик виникнення важкої недуги - цукрового діабету.
Дослідники виявили цікаву закономірність: тривалість життя більше у людей, які сплять від 6,5 до 7,5 годин. І скорочення, і збільшення часу сну призводить до зменшення тривалості життя.
Біологічний годинник і здоров'я жінки
Цій проблемі присвячено багато дослідження. Біологічний годинник жінки - це здатність її організму до виробництва потомства. Існує інший термін - фертильність. Мова йде про граничний вік, сприятливому для народження дітей.
Кілька десятиліть тому годинник показував позначку в тридцять років. Вважалося, що реалізація себе як матерів для представниць прекрасної статі після цього віку пов'язана з ризиком для здоров'я жінки і її майбутньої дитини.
Зараз ситуація змінилася. Істотно - в 2,5 рази - збільшилася кількість жінок, вперше зачали дитину віком від 30 до 39 років, а тих, хто зробив це після 40, стало більше на 50%.
Проте фахівці вважають сприятливим віком для материнства 20-24 роки. Часто бажання отримати освіту, реалізувати себе в професійній сфері перемагає. Лише деякі жінки приймають на себе в цьому віці відповідальність за виховання малюка. Статева зрілість на 10 років випереджає зрілість емоційну. Тому більшість фахівців схиляються до думки, що для сучасної жінки оптимальний термін для народження дитини - це 35 років. Сьогодні їх уже не включають в так звану групу ризику.
Біологічний годинник і медицина
Реакція організму людини на різні впливу залежить від фази циркадного ритму. Тому біологічні ритми відіграють велику роль в медицині, особливо при діагностиці та лікуванні багатьох захворювань. Так, дія лікарських препаратів залежить від фази околосуточной біоритму. Наприклад, при лікуванні зубів знеболюючий ефект максимально проявляється з 12 до 18 годин.
Зміна чутливості людського організму до лікарських препаратів вивчає хронофармакологии. Грунтуючись на інформації про добові біоритми, розробляються найбільш ефективні схеми прийому ліків.
Наприклад, суто індивідуальні коливання значень артеріального тиску вимагають урахування цього чинника при прийомі ліків для лікування гіпертонічної хвороби, ішемії. Так, щоб уникнути кризу людям з групи ризику ліки слід приймати ввечері, коли організм найбільш вразливий.
Крім того, що біоритми організму людини впливають на ефект від прийому препаратів, порушення ритміки можуть бути причиною різних захворювань. Вони відносяться до так званим динамічним недугам.
Десинхроноз і його профілактика
Для здоров'я людини величезне значення має денна освітленість. Саме сонячне світло забезпечує природну синхронізацію біоритмів. Якщо освітленість недостатня, як це буває взимку, відбувається збій. Це може бути причиною багатьох захворювань. Розвиваються психічні (депресивні стани) і фізичні (зниження загального імунітету, слабкість і т. Д.). Причина цих розладів криється в десинхронозі.
Десинхроноз виникає, коли біологічний годинник організму людини дають збій. Причини можуть бути різні. Десинхроноз виникає при зміні на тривалий період часового поясу, в період адаптації при переході на зимовий (літній) час, при позмінної роботі, захоплення алкоголем, безладному харчуванні. Виражається це в розладі сну, приступах мігрені, зниженні уваги і концентрації. У результаті може виникнути апатія і депресія. Людям старшого віку адаптація дається важче, на це їм потрібно більше часу.
Для профілактики десинхроноза, корекції ритмів організму використовують речовини, які можуть впливати на фази біологічних ритмів. Їх називають хронобіотікамі. Вони містяться в лікарських рослинах.
Добре піддаються корекції біологічний годинник за допомогою музики. Вона сприяє підвищенню продуктивності праці при виконанні монотонної роботи. За допомогою музики також лікують порушення сну і нервово-психічні захворювання.
Ритмічність у всьому - шлях поліпшення якості життя.
Практичне значення биоритмологии
Біологічний годинник - об'єкт серйозних наукових досліджень. Замовники їх - багато галузей господарства. Результати вивчення біологічних ритмів живих організмів з успіхом застосовуються на практиці.
Знання ритмів життя домашніх тварин і культурних рослин допомагає підвищувати ефективність сільськогосподарського виробництва. Використовують ці знання мисливці і рибалки.
Добові коливання в організмі фізіологічних процесів враховує медична наука. Ефективність прийому ліків, хірургічних втручань, виконання лікувальних процедур і маніпуляцій безпосередньо залежить від біологічних годин органів і систем.
Досягнення биоритмологии давно використовуються при організації режиму праці та відпочинку екіпажів авіалайнерів. Їх робота пов'язана з перетинанням декількох годинних поясів за один рейс. Усунення несприятливого впливу цього фактора має дуже велике значення для збереження здоров'я льотного складу авіакомпаній.
Важко обійтися без досягнень биоритмологии в космічній медицині, особливо при підготовці тривалих польотів. Далекосяжні грандіозні плани по створенню поселень людей на Марсі не обійдуться, мабуть, без вивчення особливостей функціонування біологічного годинника людини в умовах цієї планети.
