Биологические часы
План реферата
1. Биоритмологический подход к феномену времени. Основные проблемы современной биоритмологии.
2. Определение понятия
биологический ритм. Основные параметры.
Классификация и эволюционные
аспекты формирования
3. Физиологические ритмы как основной параметр существования живых организмов.
4. Адаптивные физиологические ритмы: циркадные и сезонные.
5. Концепция трех ритмов. Современный взгляд на её суть.
6. Проблема десинхронизации биологических ритмов. Динамические болезни.
7. Биоритмология в
диагностике и терапии
8. Выводы.
Биоритмологический подход к феномену времени как к биологическому параметру и изучение закономерностей временной организации живых систем открывают новые возможности для регуляции и управления процессами, протекающими в организме.
Одна из центральных
проблем современной
Б и о л о г и ч е с к и е р и т м ы — колебания смены и интенсивности процессов и физиологических реакций. В их основе лежат изменения метаболизма биологических систем, обусловленные влиянием внешних и внутренних Факторов. Факторы, которые влияют на ритмичность процессов, происходящих в живом организме, получили определение «с и н х р о н и з а т о р ы», или «д а т ч и к и в р е м е — н и».
К в н е ш н и м ф а к т о р а м относятся: изменение освещенности (фотопериодизм), температуры (термопериодизм), магнитного поля, интенсивности космических излучений, приливы и отливы, сезонные и солнечно-лунные влияния; социальные влияния, характерные для человека.
К в н у т р е н н и м ф а к т о р а м относятся нейрогуморальные процессы, протекающие в определенном, наследственно закрепленном темпе и ритме.
Ритмы, независимые от
внешних синхронизаторов, называются
э н д о г е н —
н ы м и. Ритмы, формирующиеся под влиянием
внешних синхронизаторов, т.е. факторов
внешней среды, идентифицированы как э
к з о г е н н ы е. Для большинства биоритмов
характерна эндогенность генерирования,
малая изменчивость установившейся длительности
циклов на протяжении онтогенеза.
Ритмы формируют внешние синхронизаторы. Ярким примером формирования эндогенных ритмов под влиянием синхронизаторов внешней среды является влияние на новорожденного ребенка с его эндогенными ритмами таких синхронизаторов, как свет, звук, пища и др., а по мере развития ребенка усиливается роль социальных факторов. Сравнительно быстро у ребенка формируется суточный 24-часовой ритм физиологических процессов. Известный хронопедиатр Т.Хельбрюгге установил, что первые признаки суточной периодики выделения с мочой натрия и калия отмечается на 4-20 неделе, а креатинина и хлоридов на 16-22 месяце после рождения.
Биологические ритмы — изменения,
периодичность которых
В соответствии с циркадными ритмами центрального гипоталамо-гипофизарного звена изменяется и секреторная активность периферических эндокринных желез.
Основными параметрами биоритмов являются такие показатели:
1. период — время
между двумя одноименными
2. акрофаза — точка
времени в периоде, когда
3. мезор — уровень среднего значения показателей изучаемого процесса;
4. амплитуда — величина
отклонения исследуемого
Фаза колебания характеризует состояние колебательного процесса в момент времени; измеряется в долях периода, а в случае синусоидальных колебаний — в угловых и дуговых единицах.
К л а с с и ф и к а ц и я р и т м о в базируется на строгих определениях, которые зависят от выбранных критериев.
Ю.Ашофф (1984 г.) подразделяет ритмы:
1. по их собственным характеристикам, таким как период;
2. по их биологической системе, например популяция;
3. по роду процесса, порождающего ритм;
4. по функции, которую выполняет ритм.
Диапазон периодов биоритмов широкий: от миллисекунд до нескольких лет. Их можно наблюдать, в отдельных клетках, в целых организмах или популяциях. Для большинства ритмов, которые можно наблюдать в ЦНС или системах кровообращения и дыхания, характерна большая индивидуальная изменчивость.
Классификация биологических ритмов по Х а л б е р г у наиболее распространена — классификация по частотам колебаний, т.е. по величине. обратной длине периодов ритмов:
зона ритмов | область ритмов | длина периодов |
Высокочастотная | Ультрадианная | менее 0,5 ч 0,5 — 20 ч |
Среднечастотная | Циркадная Инфрадианная | 20 — 28 ч 28 ч — 3 сут |
Низкочастотная | Циркасептанная Циркадисептанная Циркавигинтанная Циркатригинтанная Цирканнуальная | 7 + 3 сут 14 + 3 сут 20 + 3 сут 30 + 7 сут 1 год + 2 мес |
Классификация биоритмов Н. И. М о и с е е в о й и В.Н. С ы с у е в а (1961) выделяет пять основних классов:
1. Ритмы высокой частоты:
от доли секунды до 30 мин (ритмы
протекают на молекулярном
3. Мезоритмы (инфрадианные и циркасептанные около 7 сут продолжительностью 28 ч и 6 дней соответственно).
4. Макроритмы с периодом от 20 дней до 1 года.
5. Метаритмы с периодом 10 лет и более.
Многие авторы выделяют также ритмы по уровню организации биосистем:
клеточные, органные, организменные, популяционные.
По ф о р м е условно выделяют следующие виды физиологических колебаний: импульсные, синусоидальные, релаксационные, смешанные.
Ритмы с периодом в несколько лет и десятилетий связывают с изменениями на Луне, Солнце, в Галактике и др. Известно более 100 биоритмов с периодом от долей секунд до сотен лет.
Биологические ритмы, совпадающие по кратности с геофизические ритмами, называются а д а п т и в н ы м и (экологическими). К ним относят суточные, приливные, лунные и сезонные ритмы. В биологии адаптивные ритмы рассматриваются с позиций общей адаптации организмов к среде обитания, а в физиологии — с точки зрения выявления внутренних механизмов такой адаптации и изучения динамики функционального состояния организмов на протяжении длительного периода времени.
В течения многих миллионов лет эволюции «шлифовалась» временная организация биосистем. Постоянно адаптируясь к меняющимся условиям и воздействиям факторов окружающей среды, вместе с живой материей, синхронно с её усложняющимся развитием, совершеннее и разнообразнее становились биоритмы. Уместно предположить, что эволюция животного мира «шла» через совершенствование биоритмов, выполнявших ведущую роль факторов адаптации к изменяющимся условиям внешней среды.
Основное диалектическое противоречие биоритмов состоит в том, что будучи универсальной формой адаптации, через непрерывные колебательные процессы они обеспечивают развитие защитно-адаптационных реакций организма,символизируя саму жизнь.
Ритм — яркая иллюстрация
диалектического характера
а к р о ф а з а м, т.е. тем моментам, когда
регистрируемый процесс достигает крайних
значений : максимума и минимума. Понятие
«Фаза» часто используется как обозначение
точки отсчета при анализе временной последовательности
событий. В качестве таких точек отсчета
принимают начало сна или момент пробуждения,
начало работы и др. При смещении этих
точек во времени говорят о сдвиге фазы.
Так, сдвиги фазы характерны при переходе
в другой временной (новый часовой) пояс
или для сменного режима работы.
Очень важной характеристикой является а м п л и т у д а ритмического процесса. К числу категорий биоритмов относят и зону «блуждания» фазы, точнее акрофазы. Если в течение, например, ряда суточных циклов отмечать на шкале времени положение акрофазы (максимума или минимума) ритма какой-либо функции,то это положение варьирует в некотором диапазоне, который и называется з о н о й б л у- ж д а н и я ф а з ы (акрофазы).
Р и т м — это универсальная особенность самодвижения материи, результат борьбы противоположностей, которые являются источником самодвижения, характеризующегося непрерывной сменой доминирования каждой из двух противоборствующих сторон. Так достигается качественная устойчивость материальных объектов. Таким образом, ритм внутренне присущ движению.
Ф и з и о л о г и ч е с к и е р и т м ы — циклические колебания в различных системах организма. Они составляют основу жизни. Одни ритмы поддерживаются в течение всей жизни, и даже кратковременное их прерывание приводит к смерти. Другие появляются в определенные периоды жизни индивидуума, причем часть из них находится под контролем сознания, а часть протекает независимо от него. Ритмические процессы взаимодействуют друг с другом и с внешней средой.
Изменение ритмов, выходящих за пределы нормы, либо появление их там, где они раньше не обнаруживались, связано с болезнью.
Физиологические ритмы являются одной из основных форм проявления жизнедеятельности, наблюдаются у всех живых организмов и на всех уровнях организации живой материи — от субклеточных структур до целостного организма. Они, как правило, не являются строго периодическими колебаниями: в определенных пределах меняется их период, амплитуда, форма, уровень. Примером их могут служить записи некоторых физиологических ритмов у человека: электрокардиограмма, сфигмограмма сонной артерии, сейсмокардиограмма, пневмограмма, электроэнцефалограмма, суточная периодика частоты дыхания, суточная периодика экскреции калия с мочой.
Наиболее близки к периодическим колебаниям физиологические ритмы, которые возникают при усвоении организмом ритмичных внешних сигналов (напр. , световых мельканий), различные адаптивные ритмы.
Физиологические ритмы характеризуются широким спектром частот; их период варьирует от десятитысячных долей секунды до нескольких лет. Часто один и тот же показатель одновременно участвует в нескольких видах колебательных изменений (напр., пульсовые, дыхательные и суточные изменения артериального давления, волны различной частоты на ЭЭГ). Характерные для одной системы ритмы могут передаваться другой (напр., изменения частоты сердечных сокращений в ритме дыхания). Физиологические ритмы могут быть замаскированы апериодическими колебаниями исследуемого показателя (шумами) и другими ритмическими колебаниями, форма их часто бывает сложной. Поэтому разработаны специальные методы анализа, позволяющие выявлять и изучать скрытую периодичность физиологических процессов (гармонический анализ, автокорреляционный анализ, скользящее суммирование и др.).
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр глазных болезней имени Гельмгольца» Министерства здравоохранения Российской Федерации
- Телемедицина
- Наши врачи
- График работы
- Написать письмо
- Адрес
Москва, ул. Садовая-Черногрязская 14/19
+7 495 625 87 73
- Контакты
- Медицинский туризм
- Контакты
- Медицинский туризм
- Структура
- История
- Сотрудники
- Телемедицина
- Медицинский туризм
- Отзывы
- Вакансии
- Правовая информация
- Противодействие коррупции
- Режим и график работы отделений
- Правила и регламенты
- Запись на приём (взрослые)
- Запись на приём (дети)
- Медицинская помощь
- Правовая информация
- Платные услуги
- Вопросы и ответы
- Главный внештатный офтальмолог России
- ВОЗ
- АВО
- Профсоюз
- Главные внештатные офтальмологи России
- Российская педиатрическая офтальмология
- Российский офтальмологический журнал
- Офтальмологический портал Орган зрения
- Диссертационный совет
- ЛЭК
- Патенты
- Клинические исследования
- Совет молодых ученых
- Отдел образования
- Сведения об образовательной организации
- Ординатура
- Аспирантура
- Повышение квалификации
- Кафедра непрерывного медицинского образования
- Кафедра глазных болезней ФДПО МГМСУ
- Методический аккредитационно-симуляционный центр (МАСЦ)
- СМИ о нас
- Мероприятия
Схема проезда Подробнее
Москва, ул. Садовая-Черногрязская, 14/19
Красные ворота
Москва, ул. Суворовская, 35
Преображенская площадь
- Главная
В процессе обработки вашего запроса произошла ошибка.
Вернуться на главную
ФГБУ «НМИЦ глазных болезней им. Гельмгольца»
Минздрава России
Медицинский туризм
Высококвалифицированная офтальмологическая помощь иностранным гражданам в соответствии с международными стандартами.
Биологический ритм влияет на формирование/удаление костей
28 августа 2022 г.
- Детские больницы Shriners — Канада
- Образование
- Инновация
- Исследования
(Рисунок 1. Изображение костных клеток, называемых остеоцитами, которые, как полагают, являются клетками, воспринимающими и реагирующими на силу или вес.)
Задумывались ли вы когда-нибудь о том, имеет ли значение время суток, в которое вы занимаетесь спортом? Если вы хотите увеличить костную массу, есть данные, свидетельствующие о том, что упражнения по утрам более полезны. Нам давно известно, что механические силы имеют решающее значение для успешного функционирования кости. Кость формируется или удаляется, чтобы соответствовать изменениям в местной механической среде. Упражнения являются наиболее эффективным и экономически выгодным средством для улучшения здоровья костей. Хотя ясно, что физическая активность может увеличить костную массу, остается неизвестным, может ли время дня, в которое выполняются упражнения, влиять на формирование или удаление кости.
Большинство из нас думают о циркадных ритмах (биологическом ритме в пределах 24 часов) как о чем-то в нашем организме, что дает сбой, когда мы сталкиваемся со сменой часовых поясов или приспосабливаемся к летнему времени. Циркадные часы — это важный набор генов в нашем организме, которые действуют как хранители времени и которые, как мы обнаруживаем, контролируют постоянно растущее число функций.
Беттина Вилли, доктор философии, исследователь Детской больницы Шрайнерс в Канаде и Университета Макгилла, показала на доклинической модели, что циркадные ритмы влияют на формирование новой кости в ответ на механическую нагрузку. Ее команда определила, что ген под названием Sost , известный как мощный регулятор костной массы, экспрессируемый костными клетками, называемыми остеоцитами ( Рисунок 1 ), контролируется циркадными ритмами. Это исследование было опубликовано в прошлом году в журнале Bone.
Исследователь, Беттина М. Вилли, доктор философии.
Что это означает для человека, еще предстоит изучить, но ее данные свидетельствуют о том, что упражнения утром (в начале активной фазы вашего 24-часового цикла активности/отдыха) могут увеличить костную массу по сравнению с упражнениями вечером. (в начале фазы отдыха).
Доктор Вилли финансировала это исследование, используя грант Shriners Children’s Development, предоставленный ей. Это финансирование позволило ей получить пятилетний грант от Канадского института медицинских исследований для продолжения изучения того, как циркадные ритмы влияют на здоровье костей.
Понимание того, как циркадные часы в нашем организме регулируют костную массу, позволит нам идентифицировать новые молекулярные мишени, которые можно использовать в качестве контрмер для серьезных проблем, вызванных серьезным недостатком физической активности у детей с ограниченной подвижностью и парализованными людьми. Это исследование также может помочь нашему медицинскому персоналу, поскольку известно, что ночные и сменные работники, такие как медсестры, демонстрируют повышенную частоту переломов костей.
Следующие шаги
Поделитесь своей историей
Наши пациенты и их семьи находятся в центре всего, что мы делаем в Shriners Children’s. Мы приглашаем вас поделиться тем, как команда Shriners Children’s помогла вашему ребенку.
Расскажите свою историю
Подарить детям Shriners
Благодаря щедрости таких доноров, как вы, мы помогли более чем миллиону детей вести более полноценную жизнь, независимо от платежеспособности их семей.
Сделать пожертвование
Свяжитесь с нами
Есть вопрос или просьба? Нужно записаться на прием? Мы здесь для вас.
Связаться с нами
Наука о сне — Американское химическое общество
Декабрь 2014 г./январь 2015 г.
Кристин Харпер
Скачать PDF: English | испанский
Когда школьный совет Колумбии, штат Миссури, объявил, что рассматривает возможность переноса времени начала занятий в средней школе Рок-Бридж с 7:50 на 7:20, это стало последней каплей для второкурсницы Джилли Дос Сантос. «Я думал, что если это произойдет, я умру. Я брошу школу!» она сказала.
Джилли создала страницу в Facebook и учетную запись в Twitter, чтобы побудить своих сокурсников прийти на собрание школьного совета, где проходило голосование. С их помощью она сделала сотни плакатов и листовок. Затем, вооружившись горой научных исследований, собранных ею и ее друзьями, она предстала перед советом директоров и выступила против более раннего времени начала. Это сработало.
Школьный совет отказался от идеи начинать день в 7:20 утра. Однако Джилли еще не закончила. На следующий день она начала кампанию за еще более позднее время начала, и ее настойчивость окупилась. В конце концов правление проголосовало 6 против 1 за то, чтобы позвонить в первый звонок более чем через час, в 9 утра.
Почему подросткам так трудно просыпаться рано, и почему все больше и больше школьных округов предпочитают более позднее начало школьных занятий раз? Оказывается, ответ можно найти в химии сна.
Наши внутренние часы
Наши тела выделяют химические вещества в течение 24-часового цикла, побуждая нас выполнять определенные действия в определенное время. Каждый из этих циклов называется циркадным ритмом (см. «Суточные ритмы и жизнь», стр. 10). Одним из наиболее важных химических веществ, участвующих в этом процессе, является мелатонин, гормон, вызывающий сонливость. Количество мелатонина в нашем организме начинает увеличиваться вечером и достигает пика посреди ночи, давая нам понять, что пора спать. Затем к утру он уменьшается, позволяя нам проснуться отдохнувшими.
Циркадные ритмы и жизньСуточные ритмы присущи не только людям — они также встречаются у растений, животных, грибов и даже бактерий. Внешние сигналы, такие как свет, запускают циклический выброс химических веществ, которые сигнализируют о начале и прекращении различных действий. Циркадные ритмы регулируют все виды деятельности: время кормления пчел, движение листьев у растений и репликацию ДНК у грибов, среди прочего. У людей циркадные ритмы лучше всего известны тем, что управляют графиком сна.
Чтобы поддерживать 24-часовой график сна, наш организм преобразует информацию о времени суток в выработку мелатонина. Этот процесс начинается в сетчатке глаза. Когда сетчатка подвергается воздействию света, сигнал передается от сетчатки в область мозга, называемую супрахиазматическим ядром, которое играет роль в том, что мы чувствуем сонливость или бодрствование.
Супрахиазматическое ядро посылает сигналы другим частям мозга, которые контролируют гормоны и температуру тела. Затем сигналы проходят от головного мозга по спинному мозгу и обратно к шишковидной железе, небольшому органу в форме шишки в головном мозге, где происходит выработка мелатонина. В течение дня такие сигналы мешают шишковидной железе вырабатывать мелатонин. Но когда на улице темно, эти сигналы не активируются, и шишковидная железа способна вырабатывать мелатонин (рис. 1). Другими словами, воздействие света предотвращает высвобождение мелатонина, который не дает нам уснуть, а отсутствие воздействия света вызывает выброс мелатонина, который говорит нам «иди спать!»
Эти мозговые сигналы объясняют, как наши тела знают, когда производить мелатонин, но как синтезируется мелатонин? На самом деле мелатонин получают из аминокислоты под названием триптофан, которая всасывается из кровотока в шишковидную железу. Аминокислота — это органическая кислота, используемая для производства белков.
Синтез мелатонина из триптофана происходит через многостадийный процесс (рис. 2). Сначала триптофан превращается в другую аминокислоту, 5-гидрокситриптофан, под действием фермента триптофангидроксилазы, а затем в химическое вещество мозга, называемое серотонином, под действием фермента, называемого декарбоксилазой ароматических аминокислот. Фермент — это биологический катализатор, ускоряющий скорость химической реакции.
В превращении серотонина в мелатонин участвуют два фермента: серотонин-N-ацетилтрансфераза (SNAT), которая превращает серотонин в N-ацетилсеротонин с добавлением ацетильной группы (COCH 3 ), и гидроксииндол-O-метилтрансфераза (HIOMT) , который переносит метильную группу (CH 3 ) на N-ацетилсеротонин. Активность обоих ферментов возрастает вскоре после наступления темноты.
Количество вырабатываемого мелатонина зависит от активности SNAT, которая достигает пика, когда на улице темно. Воздействие света вызывает сигналы, которые, как объяснялось ранее, проходят от сетчатки к супрахиазматическому ядру, а затем к шишковидной железе, что приводит к деградации SNAT. Однако ночью SNAT фосфорилируется. Фосфорилирование, которое представляет собой простое добавление фосфатной группы (PO 4 3- ) в белок или другую органическую молекулу, предотвращает расщепление SNAT и, таким образом, увеличивает выработку мелатонина.
Когда наступает утро, SNAT снова расщепляется, количество мелатонина уменьшается, и вы чувствуете, что готовы начать день.
Подростки и мелатонин
Узнав больше о химии сна за последние несколько десятилетий, мы пришли к выводу, что подросткам, таким как Джилли, действительно труднее просыпаться рано. У подростков мелатонин вырабатывается примерно на три часа позже в 24-часовом цикле сна, чем у детей или взрослых. Из-за этого они поздно ложатся спать, а когда они просыпаются рано, SNAT все еще активен, и они продолжают вырабатывать мелатонин, из-за чего по утрам чувствуют сонливость.
Подросткам обычно требуется девять часов сна в сутки. Но из-за того, что они поздно ложатся спать и рано начинают ходить в школу, в среднем они спят всего семь часов в сутки. Поскольку они не спали достаточно долго, они чувствуют постоянную сонливость, что влияет на их способность концентрировать внимание на занятиях и учиться.
Что происходит, когда старшая школа, такая как у Джилли, начинается позже? До сих пор школы сообщали о больших достижениях. Например, школьный округ Миннеаполиса перенес время начала занятий с 7:15 до 8:40. Было обнаружено, что учащиеся в среднем спят больше пяти часов в неделю, а посещаемость и показатели зачисления также улучшились. Кроме того, повысилась активность в дневное время и снизилась частота депрессии.
Еще более удивительным является то, что количество автомобильных аварий с участием подростков в округе Фейетт, штат Кентукки, сократилось почти на 17% за два года после принятия более позднего времени начала занятий в школе. Таким образом, оказывается, что изменение времени выработки мелатонина у подростков может иметь множество преимуществ.
Однако многим подросткам не повезло посещать школу с более поздним временем начала занятий. В 2011–2012 учебном году около 40% средних школ США все еще начинали работу до 8 утра. Так что же делать, если вы относитесь к этой группе? Во-первых, сведите к минимуму воздействие искусственного света в ночное время. Сюда входит свет от телевизора, компьютеров и телефонов. Сигнализируя вашему телу, что сейчас дневное время, эти источники света способствуют деградации SNAT и мешают выработке мелатонина. Это означает, что вы не будете чувствовать сонливости, что затрудняет засыпание в разумное время.
Еще один способ выспаться — не ложиться спать слишком поздно по выходным. Это может показаться нелогичным, потому что, если вы не высыпаетесь в течение недели, ваше тело будет побуждать вас оставаться в постели по утрам в выходные дни, чтобы компенсировать потерянный сон. Но реальность такова, что сон на выходных может сбить биологические часы вашего тела, из-за чего проснуться в будние дни будет еще труднее.
Баланс
Джилли смогла использовать свои знания по химии, чтобы убедить свой школьный округ перейти на более позднее время начала занятий. Однако логистика такого рода смены может быть сложной, что мешает многим школьным округам принять это решение. Поскольку в большинстве округов имеется ограниченное количество школьных автобусов для перевозки учащихся, если средние школы начинаются позже, начальные и средние школы, возможно, придется начинать раньше. Часто родителям младших детей эта идея не нравится. В конце концов, большинству людей не нравится просыпаться раньше, чем нужно!
Кроме того, некоторые старшеклассники, участвующие во внеклассных мероприятиях, не любят оставаться в школе до наступления темноты. Очевидно, что сбалансировать биологический график сна подростков с требованиями общества сложно, но все больше и больше округов заинтересованы в том, чтобы заставить работать более позднее время начала сна.
Это прекрасный пример того, как наше понимание химии — в данном случае трехчасовой сдвиг в выработке мелатонина у подростков — может привести к изменениям, улучшающим жизнь подростков.
Избранные ссылки
Дж. Хоффман. Чтобы подростки были бдительны, школы позволяют им спать. The New York Times , 13 марта 2014 г.: http://well.blogs.nytimes.com/2014/03/13/to-keep-teenagers-alert-schools-let-them-sleep-in/?_php =true&_type=blogs&_php=true&_type=blogs&_r=1& [по состоянию на сентябрь 2014 г.].
Время начала занятий в школе и сон, Национальный фонд сна: http://sleepfoundation.org/sleep-news/school-start-time-and-sleep/ [по состоянию на сентябрь 2014 г.].
Паннони, А. Более позднее начало средней школы – это вызов для школьных округов. US News and World Report , 24 марта 2014 г.: http://www.usnews.com/education/blogs/high-school-notes/2014/03/24/later-high-school-start-times-a -challenge-for-districts [по состоянию на сентябрь 2014 г.].
Кристин Харпер — научный писатель, проживающий в Сиэтле, штат Вашингтон. Ее последняя статья ChemMatters «Цвет кожи: вопрос химии» появилась в выпуске за апрель/май 2014 года.