Біологічний годинник організму людини

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 навколосоворнечній орбіті. Живі організми якимось чином відчувають час, і їхня поведінка підпорядкована його течії. Це проявляється в чергуванні періодів активності і сну у тварин, у відкриванні та закриванні квіток біля рослин. Перелітні птахи щовесни повертаються до місць гніздування, виводять пташенят і мігрують у теплі краї на зимівлю.

Що таке біологічний годинник?

Ритмічність протікання всіх життєвих процесів - властивість, притаманна всім мешканцям нашої планети. Наприклад, морські одноклітинні джгутіконосці світяться вночі. Невідомо, навіщо вони це роблять. Але вдень вони не світяться. Цю властивість джгутиконосці отримали в процесі еволюції.


Кожен живий організм на Землі - і рослини, і тварини - має внутрішній годинник. Вони визначають періодичність життєдіяльності, прив 'язану до тривалості земної доби. Ці біологічні годинники 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 - певною мірою умовне поняття, що передбачає властивість живих організмів орієнтуватися в часі. Ця властивість притаманна 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 клітці. У складних організмах годинник утворює 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 ендогений, тобто має внутрішню природу і підлаштовується сигналами ззовні. Що ще нам відомо?

Біологічний годинник передається у спадок. В останні роки знайдено докази цього факту. У клітинах є гени годинників. Вони схильні до мутацій і природного відбору. Це потрібно для узгодження процесів життєдіяльності з добовим обертанням Землі. Оскільки в різних широтах співвідношення тривалості дня і ночі протягом року неоднакові, годинник потрібен ще й для пристосування до зміни сезонів. Вони повинні враховувати, додає або вбиває день і ніч. По-іншому не можна розрізнити весну і 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 в двох формах, які перетворюються з однієї в іншу залежно від часу доби. Виходить годинник, регульований 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 циркадними, 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, які не підпорядковувалися б добовим циклам. Сьогодні їх відомо понад 300.

Біологічний годинник людини регулює відповідно до добових ритмів такі процеси:

- ділення клітин;

- частота серцевих скорочень і дихання;

- споживання організмом кисню;


- перистальтика кишківника;

- 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, самопідтримувані процеси. Біологічний годинник людини налаштований на періодичність коливань в 24 години. Вони пов 'язані зі змінами в навколишньому середовищі. Хід біологічного годинника синхронізується з деякими з цих змін. Найбільш характерні з них - чергування дня і ночі та добові коливання температури.


Вважається, що у вищих організмів головний годинник розташований в головному мозку в супрахіазменному ядрі таламусу. 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 давніх рептилій і зберіг функції регуляції 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, йде 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 добового ритму. Але створена людиною цивілізація неухильно руйнує цей ритм. Як показують дослідження, розбалансувати біологічний годинник організму просто. Досить 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 "заводиться" 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 - хронобіології та геронтології.

Один з предметів досліджень - механізм функціонування так званих "великих біологічних годинників". Цей термін вперше ввів в обіг видатний вчений В. М. Ділман.

"Великий біологічний годинник" - досить умовне поняття. Це, швидше, модель процесів старіння, що протікають в організмі. Вона дає розуміння взаємозв 'язку способу життя людини, її харчових пристрастей з дійсним біологічним віком. Ці години ведуть відлік тривалості життя. Вони фіксують накопичення змін в організмі людини від моменту народження і до смерті.

Перебіг великого біологічного годинника нерівномірний. Вони то поспішають, то відстають. На їх хід впливають багато факторів. Вони то вкорачують, то подовжують життя.

Принцип функціонування великих біологічних годинників полягає в тому, що вони вимірюють не 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 перешкодою в досягненні видового ліміту життя людини. Зараз цей показник оцінюється в 120 років.

Сон.

Внутрішні ритми організму регулюють всі процеси життєдіяльності. Час засипання і пробудження, тривалість сну - за все відповідає "третє око" - таламус. Доведено, що ця ділянка мозку відповідальна за вироблення мелатоніну - гормону, що регулює біоритми людини. Його рівень підпорядковується 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 пильнування, яке в людині закладено природою, завдає серйозної шкоди здоров 'ю. Так, постійна позмінна робота, що 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. Усі органи відпочивають, тільки мозок продовжує працювати, систематизуючи отриману за день інформацію.

Скорочення тривалості сну

Цивілізація вносить свої корективи в життя. Досліджуючи біологічний годинник сну, вчені виявили, що сучасна людина спить на 1,5 години менше, ніж люди в 19 столітті. Чим небезпечне скорочення часу нічного відпочинку?

Порушення природного ритму чергування сну і бадьорювання веде до збоїв і порушень у роботі життєво важливих систем організму людини: імунної, серцево-судинної, ендокринної. Брак сну призводить до зайвої маси тіла, впливає на зір. Людина починає відчувати дискомфорт в очах, порушується чіткість зображення, виникає небезпека розвитку серйозного захворювання - глаукоми.

Брак 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 досліджень. Біологічний годинник жінки - це здатність її організму до виробництва потомства. Існує інший термін - фертильність. Йдеться про граничний вік, сприятливий для народження дітей.

Кілька десятиліть тому годинник показував позначку в тридцять років. Вважалося, що реалізація себе в якості матерів для представниць прекрасної статі після цього віку пов 'язана з ризиком для здоров' я жінки та її майбутньої дитини.

Зараз ситуація змінилася. Істотно - в 2,5 рази - збільшилася кількість жінок, які вперше зачали дитину у віці 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 беруть 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 вже не включають до так званої групи ризику.

Біологічні години та медицина

Реакція організму людини на різні впливи 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 навколодобового біоритму. Наприклад, при лікуванні зубів знеболюючий ефект максимально проявляється з 12 до 18 годин.

Зміна чутливості людського організму до лікарських препаратів вивчає хронофармакологія. Ґрунтуючись на інформації про добові біоритми, розробляються найбільш ефективні схеми прийому ліків.

Наприклад, суто індивідуальні коливання значень артеріального тиску вимагають врахування цього фактору 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 належать до так званих динамічних недуг.

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) та фізичні (зниження загального імунітету, слабкість тощо). Причина цих розладів криється в десинхронозі.

Десинхроноз виникає, коли біологічний годинник організму людини дає збій. Причини можуть бути різні. Десинхроноз виникає при зміні на тривалий період часового поясу, в період адаптації при переході на зимовий (літній) час, при позмінній роботі, захопленні алкоголем, безладному харчуванні. Виражається це в розладі сну, нападах мігрені, зниженні уваги і концентрації. У підсумку може виникнути апатія і депресія. Людям старшого віку адаптація дається важче, на це їм потрібно більше часу.

Для профілактики десинхронозу, корекції ритмів організму використовують речовини, які можуть впливати на фази біологічних ритмів. Їх називають хронобіотиками. 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 біоритмології

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 та рибалки.

Добові коливання в організмі фізіологічних процесів враховує медична наука. Ефективність прийому ліків, хірургічних втручань, виконання лікувальних процедур і маніпуляцій безпосередньо залежить від біологічного годинника органів і систем.

Досягнення біоритмології давно використовуються при організації режиму праці та відпочинку екіпажів авіалайнерів. Їхня робота пов 'язана з перетином декількох часових поясів за один рейс. Усунення несприятливого впливу цього фактора має дуже велике значення для збереження здоров 'я льотного складу авіакомпаній.

Важко обійтися без досягнень біоритмології в космічній медицині, особливо при підготовці тривалих польотів. Далекосяжні грандіозні плани зі створення поселень людей на Марсі не обійдуться, мабуть, без вивчення особливостей функціонування біологічного годинника людини в умовах цієї планети.