Qualsiasi fenomeno biologico, qualsiasi reazione fisiologica ha una natura periodica, poiché gli organismi viventi, vivendo per molti milioni di anni in condizioni di cambiamenti ritmici nei parametri geofisici dell'ambiente, hanno sviluppato modi per adattarsi ad essi.

Ritmo- una caratteristica fondamentale del funzionamento di un organismo vivente - è direttamente correlata ai meccanismi di feedback, autoregolazione e adattamento e il coordinamento dei cicli ritmici si ottiene grazie a una caratteristica importante dei processi oscillatori: il desiderio di sincronizzazione. Lo scopo principale del ritmo è mantenere l'omeostasi del corpo quando cambiano i fattori ambientali. Allo stesso tempo, l'omeostasi non è intesa come una stabilità statica dell'ambiente interno, ma come un processo ritmico dinamico - ritmostasi o omeocinesi.

I ritmi propri del corpo non sono autonomi, ma sono associati ai processi ritmici dell'ambiente esterno: il cambio del giorno e della notte, le stagioni annuali, ecc.

Temporizzatori esterni

Non c'è uniformità nella terminologia che caratterizza i fattori esterni e le fluttuazioni interne da essi generate. Ad esempio, ci sono nomi "sensori di tempo esterni e interni", "regolatori di tempo", "orologio biologico interno", "generatori di oscillazioni interne" - "oscillatori interni".

ritmo biologico - ripetizione periodica di alcuni processi in un sistema biologico ad intervalli più o meno regolari. Il bioritmo non è solo un processo ripetitivo, ma anche un processo autosufficiente e auto-riproducente. I ritmi biologici sono caratterizzati da periodo, frequenza, fase e ampiezza delle oscillazioni.

Periodo: il tempo tra due punti con lo stesso nome in un processo ondulatorio, ad es. la durata di un ciclo fino alla prima ripetizione.

Frequenza. I ritmi possono anche essere caratterizzati dalla frequenza, il numero di cicli che si verificano per unità di tempo. La frequenza dei ritmi può essere determinata dalla frequenza dei processi periodici che si verificano nell'ambiente esterno.

Ampiezza: la più grande deviazione dell'indicatore studiato in qualsiasi direzione dalla media. L'ampiezza è talvolta espressa in termini di mesor, cioè come percentuale del valore medio di tutti i suoi valori ottenuti durante la registrazione del ritmo. L'ampiezza raddoppiata è uguale alla gamma di oscillazioni.

Fase. Il termine "fase" si riferisce a qualsiasi singola parte distinta di un ciclo. Molto spesso, questo termine è usato per descrivere la connessione di un ritmo con un altro. Ad esempio, il picco di attività in alcuni animali coincide in fase con il periodo di buio del ciclo luce-buio, in altri - con il periodo di luce. Se i due intervalli di tempo selezionati non coincidono, viene introdotto il termine sfasamento, espresso nelle corrispondenti frazioni del periodo. In anticipo o in ritardo nella fase significa che l'evento si è verificato prima o dopo il previsto. La fase è espressa in gradi. Ad esempio, se il massimo di un ritmo corrisponde al minimo di un altro, la differenza di fase tra di loro è 180?.

Acrophase: un momento nel periodo in cui viene annotato il valore massimo dell'indicatore studiato. Quando si registra l'acrofase (batifase) per diversi cicli, è stato notato che il tempo della sua insorgenza varia entro determinati limiti e questo tempo viene individuato come una zona di errata fase. La dimensione della zona errante della fase è probabilmente correlata al periodo (frequenza) del ritmo. La frequenza e la fase dei bioritmi sono influenzate non solo dalla frequenza e dalla fase del processo oscillatorio esterno, ma anche dal suo livello.

Esiste regola circadiana: gli organismi diurni sono caratterizzati da una correlazione positiva tra l'illuminazione e la frequenza del ritmo circadiano e una correlazione negativa è caratteristica degli organismi notturni.

Classificazioni dei bioritmi

La classificazione dei ritmi dipende dai criteri scelti: in base alle loro caratteristiche, in base alle funzioni che svolgono, al tipo di processo che genera oscillazioni, e anche in base al biosistema in cui si osserva la ciclicità.

Lo spettro dei possibili ritmi della vita copre un'ampia gamma di scale temporali, dalle proprietà delle onde delle particelle elementari

(microritmi) ai cicli globali della biosfera (macro e megaritmi). I limiti della loro durata vanno da molti anni a millisecondi, il raggruppamento è gerarchico, ma i confini tra i gruppi sono nella maggior parte dei casi condizionali. Il limite superiore dei ritmi a media frequenza è fissato tra 28 h e 3 s. I periodi da 28 ore a 7 giorni sono riferiti a un singolo gruppo di mesoritmi, oppure alcuni di essi (fino a 3 giorni) sono inclusi in quelli a media frequenza, e da 4 giorni - a quelli a bassa frequenza.

I ritmi sono suddivisi secondo i seguenti criteri (Yu. Ashoff,

1984):

Per proprie caratteristiche (ad esempio per periodo);

Per sistema biologico (ad esempio, popolazione);

Per la natura del processo che genera il ritmo;

Secondo la funzione che svolge il ritmo.

Si propone una classificazione basata sui livelli strutturali e funzionali dell'organizzazione della vita:

Ritmi del livello molecolare con un periodo dell'intervallo del secondo minuto;

Cellulare - da circa un'ora a annuale; organismo - da circadiano a perenne;

Popolazione-specie - da circa annuale a ritmi che durano decine, centinaia e migliaia di anni;

Biogeocenotico: da centinaia di migliaia a milioni di anni;

Ritmi biosferici - con un periodo di centinaia di milioni di anni.

La classificazione più popolare dei ritmi biologici è F. Halberg e A. Reinberg (1967) (Fig. 4.1).

RITMI SEPARATI

Nella fauna selvatica, i ritmi con un periodo di circa 24 ore sono espressi più chiaramente - circadiano (lat. circa- vicino, muore- giorno). Prefisso successivo "circa" cominciò ad essere usato per altri ritmi endogeni,

Riso. 4-1.Classificazione dei bioritmi (F. Halberg, A. Reinberg)

rispondendo ai cicli dell'ambiente esterno: circumtidale, circumlunare, circumannuale (circatidal, circalunare, circannual). I ritmi con un periodo più breve del circadiano sono definiti ultradiani, quelli con un periodo più lungo - infradiani. Tra i ritmi infradiani, ci sono circa-settidiani con un periodo (7–3 giorni), circavigentidiani (21–3 giorni), circatrigentidiani (30–5 giorni) e circannuali (1 anno–2 mesi).

Ritmica ultradiana

Se i ritmi biologici di questo intervallo sono disposti in ordine decrescente rispetto alla loro frequenza, si ottiene una serie di oscillazioni da multihertz a oscillazioni di più ore. La frequenza più alta (60-100 Hz) si distingue per gli impulsi nervosi, seguiti da oscillazioni EEG con una frequenza da 0,5 a 70 Hz.

I ritmi di decasecondi sono stati registrati nei biopotenziali cerebrali. Questo intervallo include anche le fluttuazioni del polso, della respirazione e della motilità intestinale. Ritmi minuti caratterizzano lo stato psicologico ed emotivo di una persona: l'attività bioelettrica dei muscoli, la frequenza cardiaca e la respirazione, l'ampiezza e la frequenza dei movimenti cambiano in media ogni 55 s.

I ritmi deca-minuti (90 minuti) sono stati scoperti nei meccanismi cerebrali del sonno notturno, che sono stati chiamati fasi di onde lente e veloci (o paradossali), mentre sogni e movimenti oculari involontari cadono sulla seconda fase. Lo stesso ritmo è stato successivamente ritrovato nelle fluttuazioni infralente dei biopotenziali del cervello di veglia, associate alla dinamica temporale dell'attenzione e della vigilanza dell'operatore.

I ritmi dell'orologio si trovano non solo a livello sistemico, ma anche a livello gerarchico sottostante. Questo ritmo ha molti fenomeni che si verificano a livello cellulare: sintesi proteica, cambiamenti nella dimensione e massa cellulare, attività enzimatica, permeabilità delle membrane cellulari, secrezione, attività elettrica.

Fluttuazioni circadiane

Il sistema circadiano è la base grazie alla quale si manifesta l'attività integrativa e il ruolo regolatorio del sistema neuroendocrino, che svolge un preciso e sottile adattamento dell'organismo alle condizioni ambientali in costante mutamento.

La periodicità circadiana è stata trovata negli indicatori integrali dell'attività vitale.

L'efficienza di notte è ridotta e il tempo per completare l'attività, sia alla luce che al buio, è più lungo di notte che durante il giorno nelle stesse condizioni.

L'allenamento nelle prime ore del mattino dà un effetto leggermente inferiore rispetto a metà giornata.

La capacità lavorativa degli studenti è massima nelle ore pre-pranzo, entro le 14 c'è una diminuzione significativa, il suo secondo aumento avviene alle 16-17, quindi si osserva un nuovo calo.

La periodicità giornaliera è caratteristica non solo dell'RNL, ma anche dei sistemi gerarchici sottostanti dell'organismo.

Sono stati registrati cambiamenti nelle 24 ore dell'emodinamica cerebrale e cardiaca, stabilità ortostatica.

È stato rivelato il ritmo quotidiano di coniugazione delle fasi del ciclo cardiaco e della respirazione.

Ci sono dati in letteratura su una diminuzione notturna della ventilazione polmonare e del consumo di ossigeno, un calo del volume minuto respiratorio (MOD) in persone giovani, mature e di mezza età.

Il ritmo circadiano è anche inerente alle funzioni dell'apparato digerente, in particolare alla salivazione, all'attività secretoria del pancreas, alla funzione sintetica del fegato e alla motilità gastrica. È stato stabilito che il più alto tasso di secrezione acida con il succo gastrico si osserva la sera, il più basso - al mattino.

A livello di individualità biochimica, per alcune sostanze è stato scoperto un ciclo quotidiano.

La concentrazione di macro e microelementi: fosforo, zinco, manganese, sodio, potassio, rubidio, cesio e cloro nel sangue umano, nonché ferro nel siero del sangue.

Il contenuto totale di aminoacidi e neurotrasmettitori.

Metabolismo basale e livelli associati dell'ormone stimolante la tiroide e degli ormoni tiroidei.

Sistema ormonale sessuale: testosterone, androsterone, ormone follicolo-stimolante, prolattina.

Ormoni del sistema neuroendocrino di regolazione dello stress - ACTH, cortisolo, 17-idrossicorticosteroidi, che è accompagnato da

etsya variazioni cicliche dei livelli di glucosio e insulina. Un ritmo simile è noto per la melatonina.

Ritmi infradiani

I bioritmologi hanno descritto ritmi non solo diurni, ma anche di più giorni (circa una settimana, circa un mese), che coprono tutti i livelli gerarchici del corpo.

In letteratura esiste l'analisi di un sottile spettro di fluttuazioni (con un periodo di 3, 6, 9-10, 15-18, 23-24 e 28-32 giorni) di frequenza cardiaca, pressione sanguigna, forza muscolare.

Il ritmo della durata di 5-7 giorni è registrato nella dinamica dell'intensità del metabolismo energetico, del peso e della temperatura del corpo umano.

Sono ben note le fluttuazioni nei risultati delle analisi cliniche del contenuto di eritrociti e leucociti nel sangue. Negli uomini, il numero di neutrofili nel sangue venoso cambia con un periodo da 14 a 23 giorni.

Tra i ritmi di questa fascia, i cicli mensili (lunari) sono i più studiati. È stato accertato che nella luna piena il numero di casi di sanguinamento postoperatorio è dell'82% in più rispetto ad altri periodi, nei giorni delle fasi lunari aumenta l'incidenza dell'infarto del miocardio.

Ritmi circolari

Nel corpo di animali e umani sono state riscontrate fluttuazioni in vari processi fisiologici, il cui periodo è pari a un anno - ritmi circannual (circannual) o stagionale. La periodicità circannuale è stata determinata per l'eccitabilità del sistema nervoso, i parametri emodinamici, la produzione di calore, la risposta a un carico di freddo acuto, il contenuto del sesso e di altri ormoni, i neurotrasmettitori, la crescita dei bambini, ecc.

CARATTERISTICHE DEI BIORITMI

Quando si studiano i fenomeni periodici nei sistemi viventi, è importante scoprire se il ritmo osservato in un sistema biologico riflette una reazione a un'influenza periodica esterna a questo sistema (un ritmo esogeno imposto da un pacemaker) o se il ritmo è generato all'interno del sistema stesso (ritmo endogeno), e infine se esiste una combinazione di ritmo esogeno e generatore di ritmo endogeno.

Pacemaker e caratteristiche

I pacemaker esterni possono essere semplici o complessi.

Semplice:

Alimentazione contemporanea, che provoca reazioni semplici, principalmente limitate al coinvolgimento nell'attività dell'apparato digerente;

Il cambiamento di luce e oscurità è anche un pacemaker relativamente semplice, ma coinvolge non solo il sonno o la veglia (cioè un sistema), ma l'intero organismo in attività.

Difficile:

Cambio delle stagioni dell'anno, che porta a cambiamenti specifici a lungo termine nello stato del corpo, in particolare la sua reattività, resistenza a vari fattori: il livello del metabolismo, la direzione delle reazioni metaboliche, i cambiamenti endocrini;

Fluttuazioni periodiche dell'attività solare, che spesso causano cambiamenti mascherati nel corpo, in gran parte dipendenti dallo stato iniziale.

Collegamento di timer con bioritmi

Le idee moderne sulla relazione tra timer esogeni e ritmi endogeni (l'idea di un singolo orologio biologico, struttura polioscillante) sono mostrate in fig. 4-2.

Le ipotesi su un orologio biologico unificato e una struttura temporale polioscillatrice di un organismo sono abbastanza compatibili.

L'ipotesi del controllo centralizzato dei processi oscillatori interni (presenza di un unico orologio biologico) si riferisce principalmente alla percezione del cambiamento di luce e oscurità e alla trasformazione di questi fenomeni in bioritmi endogeni.

Riso. 4-2.Meccanismi di interazione del corpo con temporizzatori esterni

Modello multi-oscillatore dei bioritmi. Si presume che il pacemaker principale possa funzionare in un organismo multicellulare, imponendo il proprio ritmo a tutti gli altri sistemi. Non è esclusa l'esistenza (insieme al pacemaker centrale) di oscillatori secondari, anch'essi dotati di proprietà di pacemaker, ma gerarchicamente subordinati al leader. Secondo una versione di questa ipotesi, nel corpo possono funzionare oscillatori separati, che formano gruppi separati che funzionano indipendentemente l'uno dall'altro.

MECCANISMI DELLA RITMOGENESI

Ci sono diversi punti di vista sui meccanismi della ritmogenesi. È possibile che la fonte dei ritmi circadiani siano i cambiamenti ciclici dell'ATP nel citoplasma delle cellule o i cicli di reazioni metaboliche. È possibile che i ritmi del corpo determinino gli effetti biofisici, ovvero l'influenza di:

Campo gravitazionale;

Raggi cosmici;

Campi elettromagnetici (compreso il campo magnetico terrestre);

Ionizzazione atmosferica, ecc.

Ritmi di attività mentale

Non solo i processi biologici e fisiologici, ma anche le dinamiche dell'attività mentale, compresi gli stati emotivi, sono soggette a fluttuazioni regolari. Ad esempio, è stato stabilito che la coscienza di veglia di una persona ha una natura ondulatoria. I ritmi psicologici possono essere sistematizzati negli stessi intervalli di quelli biologici.

Ritmi ultradiani si manifestano nelle fluttuazioni delle soglie percettive, nel tempo delle reazioni motorie e associative, nell'attenzione. La corrispondenza di bioritmi e psicoritmi nel corpo umano assicura il normale funzionamento di tutti i suoi organi e sistemi, quindi l'udito umano fornisce la massima precisione nella stima dell'intervallo di tempo di 0,5-0,7 s, tipico per il ritmo del movimento quando a passeggio.

Ritmi dell'orologio.Nelle fluttuazioni dei processi mentali, oltre ai ritmi temporali, si sono trovati i cosiddetti ritmi dell'orologio, che dipendono non dal tempo, ma dal numero del campione: una persona non può rispondere sempre allo stesso modo agli stimoli presentati.

Ad esempio, se nel test precedente il tempo di reazione era breve, la volta successiva il corpo risparmierà energia, il che comporterà una diminuzione della velocità di reazione e fluttuazioni del valore di questo indicatore da campione a campione. I ritmi dell'orologio sono più pronunciati nei bambini e negli adulti aumentano con una diminuzione dello stato funzionale del sistema nervoso. Durante lo studio dell'affaticamento mentale, sono stati identificati i ritmi del decasecondo dell'orologio o di due minuti (0,95-2,3 min) e dieci minuti (2,3-19 min).

Ritmi circadianicausare cambiamenti significativi nell'attività del corpo, influenzando lo stato mentale e le prestazioni di una persona. Pertanto, la sensibilità elettrica dell'occhio cambia durante il giorno: alle 9:00 aumenta, raggiunge un massimo entro le 12:00 e poi diminuisce. Tale dinamica quotidiana è inerente non solo ai processi mentali, ma anche agli stati psico-emotivi dell'individuo. La letteratura descrive i ritmi quotidiani della performance intellettuale, la prontezza soggettiva al lavoro e la capacità di concentrazione, la memoria a breve termine. Le persone con capacità lavorativa di tipo mattutino hanno un livello di ansia più elevato, sono meno resistenti ai fattori frustranti. Le persone del tipo mattutino e serale hanno una diversa soglia di eccitabilità, una tendenza all'extra o all'introversione.

EFFETTI DELLA MODIFICA DEL TIMER

I ritmi biologici sono molto persistenti, un cambiamento nei soliti ritmi dei timer non sposta immediatamente i bioritmi e porta alla desincronia.

Desincronosi - mancata corrispondenza dei ritmi circadiani - violazione dell'architettura originaria del sistema circadiano del corpo. Se la sincronizzazione dei ritmi del corpo e dei sensori del tempo è disturbata (desincrosi esterna), il corpo entra nella fase dell'ansia (desincrosi interna). L'essenza della desincronosi interna risiede nel disadattamento di fase dei ritmi circadiani del corpo, che si traduce in vari disturbi del suo benessere: disturbi del sonno, diminuzione dell'appetito, deterioramento del benessere, umore, calo delle prestazioni, disturbi nevrotici e persino organici malattie (gastrite, ulcera peptica, ecc.) . La ristrutturazione dei bioritmi si manifesta più chiaramente durante i movimenti rapidi (viaggi aerei) su scala globale.

Viaggi a lunga distanza causare una pronunciata desincronizzazione, la cui natura e profondità sono determinate da: direzione, tempo, durata del volo; caratteristiche individuali dell'organismo; carichi di lavoro; contrasto climatico, ecc. Si distinguono cinque tipi di movimenti (Fig. 4-3).

Riso. 4-3.Classificazione cronofisiologica dei tipi di movimento:

1 - transmeridiano; 2 - traslatitudinale; 3 - diagonale (mista);

4 - transequatoriale; 5 - asincrono. (VA Matyukhin et al., 1999)

Movimento transmeridiano (1). L'indicatore principale di tale movimento è la velocità angolare del movimento, espressa in gradi di longitudine. Può essere misurato dal numero di fusi orari (15?) attraversati al giorno.

Se la velocità di movimento supera 0,5 fusi orari al giorno, a esterno desincronosi - la differenza tra le fasi dei massimi effettivi e propri della curva giornaliera delle funzioni fisiologiche.

Un cambio di 1-2 fusi orari non provoca la desincronizzazione (esiste una zona morta all'interno della quale non compare la desincronizzazione delle fasi). Quando si vola attraverso 1-2 fusi orari, non si osserva l'appiattimento delle fluttuazioni quotidiane delle funzioni fisiologiche, tipiche della desincronizzazione di fase, e il ritmo viene leggermente "rinforzato" da sensori temporali esterni.

Con l'ulteriore spostamento verso est o verso ovest, il disadattamento di fase aumenta in funzione del tempo. A diverse latitudini geografiche, la velocità angolare critica è raggiunta a diverse velocità lineari di movimento: alle latitudini subpolari, anche a basse velocità corrispondenti alla velocità di un pedone, non è esclusa l'insorgenza di desincronizzazione. In pratica, la velocità di tutti i veicoli supera significativamente le 0,5 ore d'arco al giorno. L'effetto della desincronizzazione dei ritmi biologici si manifesta in questo tipo di movimento nella forma più pronunciata.

Ad una velocità di movimento superiore a tre o più fusi orari al giorno, i sincronizzatori esterni non sono più in grado di “stringere” le fluttuazioni circadiane delle funzioni fisiologiche e si verifica la desincronia.

Il movimento traslatitudinale (2) - lungo il meridiano, da sud a nord o da nord a sud - senza provocare un disadattamento di fase dei sensori, dà un effetto che viene percepito come un disadattamento tra l'ampiezza effettiva e quella prevista del sincronizzatore. Allo stesso tempo, le fasi del ritmo annuale cambiano e si manifesta la desincronizzazione stagionale.

In primo luogo in tali movimenti c'è la discrepanza tra la disponibilità stagionale dei sistemi fisiologici e le esigenze di una stagione diversa in un luogo nuovo. Non c'è discrepanza di fase tra i ritmi dei sensori esterni ei bioritmi del corpo, ma le loro ampiezze quotidiane non coincidono.

La distanza di movimento, alla quale le condizioni climatiche e la struttura del fotoperiodismo in un luogo nuovo iniziano a causare tensione nei meccanismi di mantenimento del ritmo stagionale delle funzioni fisiologiche, dipende dalla latitudine geografica: una stima dell'ampiezza della zona di insensibilità mostra che può variare da 1400 km vicino all'equatore a 150 km a 80? di latitudine.

- "Finestra dell'insensibilità cronofisiologica", le sue dimensioni lineari e angolari dipendono dalla latitudine. La velocità, espressa nel numero di "finestre" attraversate al giorno, aumenterà, a parità di velocità lineare, nella direzione dall'equatore al polo fino a valori molto elevati. costrizione

Le "finestre" mentre ci si sposta verso nord sono una circostanza importante che indica una maggiore tensione cronofisiologica quando ci si sposta a latitudini subpolari rispetto alle latitudini basse o medie.

Muoversi in diagonale (3) implica un cambiamento di longitudine e latitudine, un grande contrasto climatico e cambiamenti significativi nell'ora solare. Questi movimenti non sono una semplice somma (sovrapposizione) degli effetti del movimento "orizzontale" (1) e "verticale" (2). Si tratta di un insieme complesso di stimoli cronobiologici, la cui reazione può differire in modo significativo dalle reazioni a ciascun tipo di desincronizzazione considerata isolatamente.

Spostamento in un altro emisfero (4) con l'intersezione della zona equatoriale. Il principale fattore di influenza di tale movimento è il cambiamento contrastante della stagione, che provoca una profonda desincronia stagionale, spostamento e inversione della fase del ciclo annuale delle funzioni fisiologiche.

Il quinto tipo di movimento è il regime cronoecologico, in cui le proprietà oscillatorie del mezzo sono fortemente indebolite o completamente assenti. Questi movimenti includono:

voli orbitali;

Rimani in condizioni con sincronizzatori giornalieri e stagionali fortemente indeboliti (sottomarini, astronavi);

Orari di lavoro a rotazione con un programma di turni a rotazione, ecc. Si propone di definire ambienti di questo tipo "asincroni". L'impatto di tale "privazione cronologica" provoca gravi violazioni del quotidiano e di altri periodici.

Soggettività della percezione del tempo

Il passare del tempo è percepito soggettivamente, a seconda dell'intensità dell'attività fisica o mentale di ciascun individuo. Il tempo, per così dire, diventa più capiente con una maggiore occupazione o, se necessario, per prendere la decisione giusta in una situazione estrema.

In pochi secondi, una persona riesce a fare il lavoro più difficile. Ad esempio, un pilota in caso di emergenza decide di cambiare la tattica di controllo dell'aeromobile. Allo stesso tempo, lui

tiene istantaneamente conto e confronta le dinamiche di sviluppo di numerosi fattori che influenzano le condizioni di volo.

Nel processo di studio della percezione soggettiva del tempo, i ricercatori hanno utilizzato il test del "minuto individuale". Una persona conta i secondi su un segnale e lo sperimentatore osserva la lancetta del cronometro. Si è scoperto che per alcuni il "minuto individuale" è più breve di quello vero, per altri è più lungo, le discrepanze in una direzione o nell'altra possono essere molto significative.

RITMI BIOLOGICI IN DIVERSE CONDIZIONI CLIATOGEOGRAFICHE

altopiani. In condizioni di alta quota, i ritmi circadiani dell'emodinamica, della respirazione e dello scambio gassoso dipendono da fattori meteorologici e cambiano in proporzione diretta alle variazioni della temperatura dell'aria e della velocità del vento e inversamente alle variazioni della pressione atmosferica e dell'umidità relativa dell'aria.

alte latitudini. Le proprietà specifiche del clima polare e le caratteristiche ambientali determinano le caratteristiche dei bioritmi tra i residenti:

Non ci sono fluttuazioni circadiane significative nel consumo di ossigeno durante la notte polare. Poiché il valore del fattore di utilizzo dell'ossigeno riflette l'intensità dello scambio di energia, la diminuzione dell'intervallo di fluttuazioni del consumo di ossigeno durante la notte polare è un'evidenza indiretta a favore del disadattamento di fase di vari processi dipendenti dall'energia.

Negli abitanti dell'estremo nord e tra gli esploratori polari durante la notte polare (in inverno) si osserva una diminuzione dell'ampiezza del ritmo giornaliero della temperatura corporea e uno spostamento dell'acrofase verso le ore serali, e in primavera e in estate - alle ore diurne e mattutine.

Zona arida. Quando una persona si adatta al deserto, le fluttuazioni ritmiche delle condizioni ambientali portano alla sincronizzazione del ritmo dello stato funzionale del corpo con queste fluttuazioni. In questo modo si ottiene una parziale ottimizzazione dell'attività dei meccanismi compensativi in ​​condizioni ambientali estreme. Ad esempio, l'acrofase del ritmo della temperatura cutanea media ponderata avviene alle 16:30, che praticamente coincide con la temperatura massima dell'aria, temperatura corporea

raggiunge un massimo alle 21:00, in correlazione con la massima generazione di calore.

METODI DI VALUTAZIONE STATISTICA IN CRONOBIOLOGIA

funzione coseno. Il processo periodico più semplice è un processo oscillatorio armonico descritto da una funzione coseno (Fig. 4-4):

Riso. 4-4.Gli elementi principali di un processo oscillatorio armonico (coseno): M - livello; T - periodo; ρ A , ρ B , αφ A , αφ B - ampiezze e fasi dei processi A e B; 2ρ A - intervallo del processo A; αφ H - differenza di fase dei processi A e B

x(t) = M + рХcos2π/ТХ(t-αφ H),

dove:

M - componente costante; ρ - ampiezza di oscillazione; T - periodo, h; t - ora corrente, h; aαφ H - fase, h.

Quando si analizzano i bioritmi, di solito sono limitati al primo membro della serie - un'armonica con un periodo di 24 ore. A volte viene presa in considerazione anche un'armonica con un periodo di 12 ore. Come risultato dell'approssimazione, la serie temporale risulta essere rappresentato da un piccolo numero di parametri generalizzati: il livello M, l'ampiezza p, la fase αφ.

Le relazioni di fase tra due processi oscillatori armonici possono essere diverse. Se le fasi di due processi sono uguali si parla di infase, se la differenza tra le fasi è pari a T/2 si parla di antifase. Riguardo all'anticipo di fase o allo sfasamento di un processo armonico A rispetto a un altro B, si dice quando αφ A<αφ B или αφ A >αφ B, rispettivamente.

I parametri descritti, in senso stretto, possono essere utilizzati solo in relazione ad un processo oscillatorio armonico. La curva giornaliera, infatti, differisce dal modello matematico: può essere asimmetrica rispetto al livello medio, e l'intervallo tra massimo e minimo, in contrasto con l'onda coseno, può non essere pari a 12 ore, ecc. Alla luce di queste ragioni, l'uso di questi parametri per descrivere un vero processo oscillatorio periodico o prossimo a periodico richiede una certa cautela.

Cronogrammi.Insieme all'approssimazione armonica delle serie temporali, è ampiamente utilizzato il metodo tradizionale di presentare i risultati di uno studio bioritmologico sotto forma di cronogrammi giornalieri, ovverosia curve giornaliere mediate su una serie di misurazioni individuali. Sul cronogramma, contemporaneamente al valore medio dell'indicatore per una determinata ora del giorno, viene indicato un intervallo di confidenza sotto forma di deviazione standard o errore della media.

In letteratura esistono diversi tipi di cronogrammi. Se la dispersione dei singoli livelli è ampia, la componente periodica può essere mascherata. In tali casi viene utilizzata la normalizzazione preliminare delle curve diurne, in modo che non vengano mediati i valori assoluti dell'ampiezza p, ma quelli relativi (p/M). Per alcuni indicatori, il cronogramma è calcolato in frazioni (percentuali) del volume giornaliero totale di consumo o escrezione di un determinato substrato (ad esempio, consumo di ossigeno o escrezione di potassio nelle urine).

Il cronogramma dà un'idea abbastanza chiara della natura delle curve quotidiane. Analizzando il cronogramma è possibile determinare approssimativamente la fase delle oscillazioni, le ampiezze assolute e relative, nonché i loro intervalli di confidenza.

Kosinore- modello statistico dei bioritmi, basato sull'approssimazione della curva delle fluttuazioni di un indicatore fisiologico

funzione armonica - analisi del coseno. Lo scopo della cosinoanalisi è la presentazione di dati bioritmologici individuali e di massa in una forma comparabile, unificata e accessibile per valutazioni statistiche. I parametri del cosenore giornaliero caratterizzano la gravità del bioritmo, i processi transitori durante la sua ristrutturazione e la presenza di una differenza statisticamente significativa tra alcuni gruppi e altri.

L'analisi del coseno presenta evidenti vantaggi rispetto al metodo del cronogramma, poiché consente di utilizzare metodi statistici corretti per analizzare la struttura dei bioritmi.

L'analisi del cosenore viene eseguita in due fasi:

Nella prima fase, le singole curve giornaliere vengono approssimate da una funzione armonica (coseno), a seguito della quale vengono determinati i parametri principali del bioritmo: il livello medio giornaliero, l'ampiezza e l'acrofase;

Nella seconda fase, viene eseguita la media vettoriale dei singoli dati, vengono determinate le aspettative matematiche e gli intervalli di confidenza dell'ampiezza e dell'acrofase delle fluttuazioni giornaliere dell'indicatore studiato.

DOMANDE PER AUTOCONTROLLO

1. Fornisci esempi dei parametri temporali del corpo e dei suoi sistemi?

2. Qual è l'essenza della sincronizzazione del lavoro dei vari sistemi corporei?

3. Che cos'è un ritmo biologico? Che caratteristiche ha?

4. Quali classificazioni dei bioritmi puoi dare? Qual è la differenza fondamentale tra i diversi tipi di bioritmi?

5. Denominare i meccanismi della ritmogenesi.

6. Quali ritmi di attività mentale conosci?

7. Cosa succede quando i timer vengono rimossi o modificati?

8. Quali tipi di movimenti conosci?

9. Denominare i metodi di analisi statistica in cronobiologia.

10. Qual è la differenza fondamentale tra l'analisi del coseno?

Idee generali sui bioritmi. Il ritmo dei processi può essere rintracciato in ogni cosa e ovunque: secondo la legge del ritmo, una persona e tutta la natura che la circonda, la Terra, il Cosmo vivono.

C'era una volta, la natura "avviò" l'orologio biologico dei viventi in modo tale che funzionasse secondo la sua ciclicità intrinseca. Il cambio del giorno e della notte, l'alternanza delle stagioni, la rotazione della Luna attorno alla Terra e della Terra attorno al Sole sono le condizioni iniziali per lo sviluppo dell'organismo. Il ritmo biologico è diventato il principio generale del vivente, racchiuso nell'ereditarietà, un tratto integrante della vita, la sua base temporale, il suo regolatore.

Bioritmi- variazioni periodiche dell'intensità e della natura dei processi biologici che si autoalimentano e si riproducono in qualsiasi condizione.

I bioritmi sono caratterizzati da:

• periodo- la durata di un ciclo di oscillazioni per unità di tempo;
• frequenza del ritmo - la frequenza dei processi periodici per unità di tempo;
• fase - parte del ciclo, misurata in frazioni del periodo (iniziale, finale, ecc.);
• ampiezza - range di oscillazione tra massimo e minimo.

I seguenti cicli si distinguono per durata:

• alta frequenza - durata fino a 30 minuti;
• media frequenza - da 0,5 a 24 ore, 20-28 ore e 29 ore - 6 giorni;
• bassa frequenza - con un periodo di 7 giorni, 20 giorni, 30 giorni, circa un anno.

Tavolo. Classificazione dei bioritmi umani

Il corpo umano è caratterizzato da un intero spettro di processi e funzioni ritmicamente manifestati, che è combinato in un unico sistema oscillatorio coordinato nel tempo, che ha le seguenti caratteristiche: la presenza di una connessione tra i ritmi di diversi processi; la presenza della sincronia, o molteplicità, nel flusso di certi ritmi; la presenza della gerarchia (la subordinazione di alcuni ritmi ad altri).

Sulla fig. 1 mostra uno schema di bioritmi, che riflette parte dello spettro dei ritmi della vita umana. (In effetti, tutto è ritmico nel corpo umano: il lavoro degli organi interni, dei tessuti, delle cellule, dell'attività elettrica del cervello, del metabolismo.)

Nell'uomo sono stati identificati e studiati quattro ritmi biologici principali, tra molti altri:

Un'ora e mezza ritmo (da 90 a 100 minuti) di alternanza dell'attività neuronale del cervello sia durante la veglia che durante il sonno, che è la causa di fluttuazioni di un'ora e mezza nelle prestazioni mentali e cicli di un'ora e mezza di attività bioelettrica cerebrale durante il sonno . Ogni ora e mezza, una persona sperimenta alternativamente bassa, poi aumentata eccitabilità, poi pace, poi ansia;

Mensile ritmo. I cicli mensili sono soggetti a determinati cambiamenti nel corpo di una donna. Recentemente è stato stabilito un ritmo mensile della capacità lavorativa e dell'umore degli uomini;

Annuale ritmo. Ci sono cambiamenti ciclici nel corpo ogni anno durante il cambio delle stagioni. È stato accertato che in diversi periodi dell'anno il contenuto di emoglobina e colesterolo nel sangue è diverso; l'eccitabilità muscolare è maggiore in primavera e in estate e più debole in autunno e in inverno; la massima sensibilità alla luce dell'occhio si osserva anche in primavera e all'inizio dell'estate e diminuisce in autunno e in inverno.

Si suggerisce che ci siano ritmi di 2, 3 e 11-22 anni; la loro connessione con fenomeni meteorologici ed eliogeografici, che hanno approssimativamente la stessa ciclicità, è considerata la più probabile.

Oltre ai ritmi sopra indicati, la vita umana è soggetta a ritmi sociali. Le persone si abituano a loro tutto il tempo. Uno di questi è settimanale. Dividendo per molti secoli ogni mese in settimane: sei giorni lavorativi, un giorno di riposo, l'uomo stesso si è abituato. Questo regime, che non esiste in natura ed è emerso come risultato di cause sociali, è diventato una misura integrale della vita umana e della società. Nel ciclo settimanale, prima di tutto, cambia la capacità di lavoro. Inoltre, la stessa regolarità può essere rintracciata tra gruppi di popolazione diversi per età e natura del lavoro: tra operai e ingegneri delle imprese industriali, tra scolari e studenti. Il lunedì inizia con una performance relativamente bassa, da martedì a giovedì - il picco della settimana - guadagna il suo massimo rialzo, e da venerdì scende di nuovo.

Riso. 1. Ritmi della vita umana

Significato biologico dei bioritmi. I bioritmi svolgono almeno quattro funzioni principali nel corpo umano.

La prima funzione è quella di ottimizzare l'attività vitale dell'organismo. La ciclicità è la regola base per il comportamento dei biosistemi, condizione necessaria per il loro funzionamento. Ciò è dovuto al fatto che i processi biologici non possono procedere in modo intensivo per molto tempo; rappresentano un'alternanza di massimo e minimo, perché portare la funzione al massimo solo in determinate fasi di ogni periodo del ciclo è più economico del mantenimento stabile e continuo di tale massimo. Nei biosistemi, ogni attività deve essere seguita da una diminuzione dell'attività per il riposo e il recupero.

Pertanto, il principio di un cambiamento ritmico nell'attività, in cui vengono consumate energia e risorse plastiche, e la sua inibizione, volta a ripristinare queste spese, è stato originariamente stabilito all'emergere (nascita) di qualsiasi sistema biologico, compreso l'uomo.

La seconda funzione è un riflesso del fattore tempo. I bioritmi sono una forma biologica di trasformazione della scala del tempo oggettivo, astronomico, in tempo biologico soggettivo. Il suo scopo è di correlare i cicli dei processi vitali con i cicli del tempo oggettivo. Le caratteristiche principali del tempo biologico come forma speciale di materia in movimento sono la sua indipendenza dalla nostra coscienza e la sua relazione con il tempo fisico. A causa di ciò, viene eseguita l'organizzazione temporanea dei processi biologici nel corpo e il loro coordinamento con periodi di fluttuazioni nell'ambiente esterno, che garantisce l'adattamento del corpo all'ambiente e riflette l'unità della natura animata e inanimata.

La terza funzione è quella di regolamentazione. Il ritmo è un meccanismo di lavoro per la creazione di sistemi funzionali nel sistema nervoso centrale (SNC) e il principio di base della regolazione delle funzioni. Secondo i concetti moderni, la creazione di meccanismi di lavoro nel sistema nervoso centrale è assicurata dalla sincronizzazione dell'attività ritmica ad alta frequenza delle sue cellule nervose costituenti. In questo modo, le singole cellule nervose vengono unite in insiemi di lavoro e gli insiemi in un sistema funzionale sincrono comune. Il ritmo delle scariche del cervello è di fondamentale importanza per la predominanza della reazione principale in questo momento, tra le altre. È così che viene creato il sistema funzionale dominante, attualmente dominante, del sistema nervoso centrale. Unisce vari centri in un unico ritmo e determina la loro attuale attività sequenziale imponendo il “proprio” ritmo. Questo è il modo in cui i programmi neurali vengono creati nelle strutture del cervello che determinano il comportamento.

La quarta funzione è l'integrazione (unificazione). Il bioritmo è un meccanismo di lavoro per combinare tutti i livelli di organizzazione del corpo in un unico supersistema. L'integrazione è attuata secondo il principio della gerarchia: i ritmi ad alta frequenza di un basso livello di organizzazione sono soggetti ai livelli di media e bassa frequenza di un livello più alto di organizzazione. In altre parole, i bioritmi ad alta frequenza di cellule, tessuti, organi e sistemi del corpo obbediscono al ritmo quotidiano di base a media frequenza. Questa associazione si realizza secondo il principio della molteplicità.

Caratteristiche generali dei bioritmi

La vita umana è indissolubilmente legata al fattore tempo. Una delle forme efficaci di adattamento dell'organismo all'ambiente esterno è il ritmo delle funzioni fisiologiche.

Bioritmo— un processo auto-oscillante in un sistema biologico, caratterizzato da una successiva alternanza di fasi di tensione e di rilassamento, quando uno o l'altro parametro raggiunge successivamente un valore massimo o minimo. La legge con cui si verifica questo processo può essere descritta da varie funzioni e, nella versione più semplice, da una curva sinusoidale.

Ad oggi, sono stati descritti circa 400 bioritmi nell'uomo e negli animali. Naturalmente, c'era la necessità di classificarli. Sono stati proposti diversi principi per la classificazione dei bioritmi. Molto spesso sono classificati in base alla frequenza delle oscillazioni (oscillazioni) o periodi. Ci sono i seguenti ritmi di base:

• Alta frequenza, o microritmi (da frazioni di secondo a 30 minuti). Le oscillazioni a livello molecolare (sintesi e scomposizione dell'ATP, ecc.), la frequenza cardiaca (FC), la frequenza respiratoria e la frequenza della peristalsi intestinale possono servire da esempio.
• Media frequenza (da 30 minuti a 28 ore). Questo gruppo include i ritmi ultradiani (fino a 20 ore) e circadiani o circadiani (circadiani - 20-28 ore). Un esempio è l'alternanza di sonno e veglia. Il ritmo circadiano è il ritmo principale delle funzioni fisiologiche umane.
• Mesorritmi (della durata da 28 ore a 6-7 giorni). Ciò include i ritmi circosettali (circa 7 giorni). Sono associati alle prestazioni umane, sono in gran parte dovuti al fattore sociale: una settimana lavorativa con riposo il 6°-7° giorno.
• Macroritmi (da 20 giorni a 1 anno). Questi includono ritmi circanuali (circan) o circa annuali. Questo gruppo comprende i ritmi stagionali e mensili (ritmo lunare, ciclo ovarico-mestruale nelle donne, ecc.).
• Megaritmi (della durata di dieci o molti decenni). Il più famoso di questi è il ritmo di 11 anni dell'attività solare, che è associato ad alcuni processi sulla Terra: malattie infettive dell'uomo e degli animali (epidemie ed epizoozie).

Le caratteristiche di ciascun bioritmo possono essere descritte con metodi di analisi matematica e rappresentate graficamente. In quest'ultimo caso si tratta di un bioritmogramma, o di un cronogramma.

Come si può vedere dalla figura. 2, il bioritmogramma ha carattere sinusoidale. Distingue tra il periodo di tempo, le fasi di tensione e rilassamento, l'ampiezza della tensione, l'ampiezza del rilassamento, l'acrofase di un dato bioritmo.

Il periodo di tempo è la caratteristica più importante del bioritmo. Questo è il periodo di tempo dopo il quale si verifica la ripetizione della funzione o dello stato dell'organismo.

Riso. Fico. 2. Schema di bioritmogramma sull'esempio del ritmo circadiano di frequenza cardiaca: 1 — periodo di tempo (il giorno); 2 - fase di tensione (giorno); 3 - fase di relax (notte); 4 - ampiezza della tensione; 5 - ampiezza di rilassamento; 6 - acrofase

Fasi di tensione e rilassamento caratterizzano l'aumento e la diminuzione della funzione durante il giorno.

Ampiezza- la differenza tra la gravità massima e minima della funzione di giorno (ampiezza di tensione) e di notte (ampiezza di rilassamento). L'ampiezza totale è la differenza tra l'espressione massima e minima della funzione all'interno dell'intero ciclo giornaliero.

acrofase- il momento in cui cade il punto più alto (livello massimo) di questo bioritmo.

In alcuni casi, la curva assume un aspetto appiattito o simile a un plateau. Ciò si verifica a bassa ampiezza di tensione. Altre varietà sono bioritmogrammi invertiti e a due picchi. Le curve invertite sono caratterizzate da una diminuzione della linea di base durante il giorno, ad es. cambiando la funzione nella direzione opposta al solito. Questo è un segno sfavorevole.

Le curve bimodali sono caratterizzate da due picchi di attività durante il giorno. L'aspetto del secondo picco è attualmente considerato una manifestazione di adattamento alle condizioni di esistenza. Quindi, ad esempio, il primo picco delle prestazioni umane (11-13 ore) è una manifestazione naturale del bioritmo associato all'attività quotidiana. Il secondo aumento della capacità lavorativa, osservato nelle ore serali, è dovuto alla necessità di svolgere mansioni domestiche e altre mansioni.

Origine e regolazione dei bioritmi

L'origine dei bioritmi è determinata da due fattori: endogeni (interni, congeniti) ed esogeni (esterni, acquisiti).

Le fluttuazioni cicliche costanti nei vari sistemi del corpo si sono formate nel processo di lunga evoluzione, e ora sono innate. Questi includono molte funzioni: il lavoro ritmico del cuore, il sistema respiratorio, il cervello, ecc. Questi ritmi sono chiamati fisiologico. Sono state avanzate diverse ipotesi sulla natura endogena dei bioritmi. Ad avere il maggior numero di sostenitori è la teoria multi-oscillatoria, secondo la quale, all'interno di un organismo multicellulare (umano), può funzionare il pacemaker principale (centrale) (orologio biologico), imponendo il proprio ritmo a tutti gli altri sistemi che non sono in grado di generare i propri processi oscillatori. Insieme al pacemaker centrale, possono esserci oscillatori secondari gerarchicamente subordinati al leader.

I bioritmi che dipendono dai cambiamenti ciclici nell'ambiente vengono acquisiti e chiamati ecologico. Questi ritmi sono fortemente influenzati da fattori cosmici: la rotazione della Terra attorno al proprio asse (giorno solare), l'influenza energetica della Luna e i cambiamenti ciclici nell'attività del Sole.

I bioritmi nel corpo sono costituiti da ritmi endogeni - fisiologici ed esogeni - ecologici. La frequenza media dei ritmi è dovuta a una combinazione di fattori endogeni ed esogeni.

Si ritiene che il pacemaker centrale sia la ghiandola pineale (una ghiandola endocrina situata nel diencefalo). Tuttavia, negli esseri umani, questa ghiandola funziona solo fino a 15-16 anni. Secondo molti scienziati, il ruolo del sincronizzatore centrale (orologio biologico) nell'uomo è occupato da un'area del cervello chiamata ipotalamo.

Il controllo del cambiamento dello stato di veglia e sonno dipende in larga misura dal fattore luce ed è fornito dalle connessioni della corteccia cerebrale e del talamo (il centro in cui vengono raccolti gli impulsi di tutti gli organi di senso), nonché come dalle influenze ascendenti attivanti della formazione reticolare (strutture a maglia del cervello che svolgono una funzione attivante). Un ruolo importante è svolto dalle connessioni dirette della retina con l'ipotalamo.

Le connessioni dirette e indirette della corteccia cerebrale e delle strutture ipotalamiche forniscono l'emergere di un sistema di controllo ormonale della regolazione periferica, che agisce a tutti i livelli, dal subcellulare all'organismo.

Quindi, si basa l'organizzazione temporale della materia vivente natura endogena dei bioritmi, corretto da fattori esogeni. La stabilità della componente endogena dell'orologio biologico è creata dall'interazione dei sistemi nervoso e umorale (umorismo latino - liquido; qui - sangue, linfa, fluido tissutale). La debolezza di uno di questi collegamenti può portare a (violazione dei bioritmi) e conseguenti disfunzioni.

I ricercatori hanno dimostrato che per migliorare e allenare costantemente i meccanismi adattivi, il corpo deve sperimentare periodicamente uno stress, un certo conflitto con il suo ambiente fisico e sociale. Se prendiamo in considerazione che la periodicità è inerente alla natura stessa dei sistemi viventi, diventa chiaro che è proprio una tale interazione dinamica dell'organismo con l'ambiente che ne assicura la stabilità e la sostenibilità sostenibile. La base di qualsiasi attività attiva sono i processi di dispendio intensivo delle risorse vitali dell'organismo e, allo stesso tempo, queste reazioni sono un potente stimolo per processi di recupero ancora più intensivi. Si può sostenere che la sincronizzazione dinamica - l'interazione di ritmi endogeni ed esogeni - conferisce al corpo vitalità e stabilità.

ritmi biologici- ripetere periodicamente i cambiamenti nella natura e nell'intensità dei processi e dei fenomeni biologici negli organismi viventi. I ritmi biologici delle funzioni fisiologiche sono così precisi da essere spesso indicati come "orologi biologici".

C'è motivo di credere che il meccanismo di riferimento temporale sia contenuto in ogni molecola del corpo umano, comprese le molecole di DNA che immagazzinano informazioni genetiche. Gli orologi biologici cellulari sono chiamati "piccoli", in contrasto con quelli "grandi", che si ritiene siano situati nel cervello e sincronizzino tutti i processi fisiologici nel corpo.

Classificazione dei bioritmi.

Ritmi, impostati dall'"orologio" interno o dai pacemaker endogeno, A differenza di esogeno che sono controllati da fattori esterni. La maggior parte dei ritmi biologici sono misti, cioè in parte endogeni e in parte esogeni.

In molti casi, il principale fattore esterno che regola l'attività ritmica è il fotoperiodo, cioè la durata delle ore diurne. Questo è l'unico fattore che può essere un'indicazione affidabile dell'ora e viene utilizzato per impostare "l'orologio".

L'esatta natura dell '"orologio" è sconosciuta, ma non c'è dubbio che qui sia all'opera un meccanismo fisiologico, che può includere componenti sia nervose che endocrine.

La maggior parte dei ritmi si formano nel processo di sviluppo individuale (ontogenesi). Quindi, le fluttuazioni quotidiane nell'attività di varie funzioni in un bambino si osservano prima della sua nascita, possono essere registrate già nella seconda metà della gravidanza.

• I ritmi biologici sono attuati in stretta interazione con l'ambiente e riflettono le caratteristiche dell'adattamento del corpo ai fattori che cambiano ciclicamente di questo ambiente. La rotazione della Terra attorno al Sole (con un periodo di circa un anno), la rotazione della Terra attorno al proprio asse (con un periodo di circa 24 ore), la rotazione della Luna attorno alla Terra (con un periodo di circa 28 giorni) portano a fluttuazioni di illuminazione, temperatura, umidità, intensità del campo elettromagnetico, ecc. ecc., servono come una sorta di indicatori, o sensori, del tempo per l'"orologio biologico".
• ritmi biologici presentano grandi differenze di frequenza o di periodo. Si distingue un gruppo di cosiddetti ritmi biologici ad alta frequenza, i cui periodi di oscillazione vanno da una frazione di secondo a mezz'ora. Esempi sono le fluttuazioni nell'attività bioelettrica del cervello, del cuore, dei muscoli e di altri organi e tessuti. Registrandoli con l'aiuto di attrezzature speciali, si ottengono preziose informazioni sui meccanismi fisiologici dell'attività di questi organi, che vengono anche utilizzati per diagnosticare malattie (elettroencefalografia, elettromiografia, elettrocardiografia, ecc.). Anche il ritmo della respirazione può essere attribuito a questo gruppo.
• Vengono chiamati ritmi biologici con un periodo di 20-28 ore circadiano (circadiano, o circadiano), ad esempio, fluttuazioni periodiche durante il giorno della temperatura corporea, della frequenza cardiaca, della pressione sanguigna, delle prestazioni umane, ecc.
• C'è anche un gruppo di ritmi biologici di bassa frequenza; questi sono ritmi circa settimanali, circa mensili, stagionali, circa annuali, perenni.

La selezione di ciascuno di essi si basa su fluttuazioni chiaramente registrate di un indicatore funzionale.

Per esempio: Il ritmo biologico circa-settimanale corrisponde al livello di escrezione urinaria di alcune sostanze fisiologicamente attive, quello circa-mensile corrisponde al ciclo mestruale nelle donne, i ritmi biologici stagionali corrispondono a variazioni della durata del sonno, della forza muscolare, della morbilità, ecc.

Il più studiato è il ritmo biologico circadiano, uno dei più importanti nel corpo umano, che funge da conduttore di numerosi ritmi interni.

I ritmi circadiani sono altamente sensibili all'azione di vari fattori negativi e l'interruzione del lavoro coordinato del sistema che genera questi ritmi è uno dei primi sintomi della malattia di un organismo. Sono state stabilite le fluttuazioni circadiane di oltre 300 funzioni fisiologiche del corpo umano. Tutti questi processi sono coordinati nel tempo.

Molti processi circadiani raggiungono valori massimi di giorno ogni 16-20 ore e valori minimi di notte o nelle prime ore del mattino.

Ad esempio: Di notte, una persona ha la temperatura corporea più bassa. Al mattino si alza e raggiunge il massimo nel pomeriggio.

Il motivo principale del quotidiano esitazione funzioni fisiologiche nel corpo umano ci sono cambiamenti periodici nell'eccitabilità del sistema nervoso, deprimono o stimolano il metabolismo. Come risultato dei cambiamenti nel metabolismo, si verificano cambiamenti in varie funzioni fisiologiche (Fig. 1).

Ad esempio: La frequenza respiratoria è maggiore durante il giorno che di notte. Di notte, la funzione dell'apparato digerente è ridotta.

Riso. 1. Ritmi biologici quotidiani nel corpo umano

Ad esempio:È stato stabilito che la dinamica quotidiana della temperatura corporea ha un carattere ondulatorio. Verso le 18 la temperatura raggiunge il suo massimo, e verso mezzanotte diminuisce: il suo valore minimo è compreso tra l'1:00 e le 5:00. Il cambiamento della temperatura corporea durante il giorno non dipende dal fatto che una persona stia dormendo o stia facendo un lavoro intenso. determina la temperatura corporea velocità delle reazioni biologiche, durante il giorno il metabolismo è più intenso.

Il sonno e il risveglio sono strettamente correlati al ritmo circadiano. Una diminuzione della temperatura corporea serve come una sorta di segnale interno per il riposo durante il sonno. Durante il giorno cambia con un'ampiezza fino a 1,3°C.

Ad esempio: Misurando la temperatura corporea sotto la lingua ogni 2-3 ore per diversi giorni (con un termometro medico convenzionale), puoi determinare con precisione il momento più appropriato per andare a letto e determinare i periodi di massima prestazione dai picchi di temperatura.

Man mano che il giorno cresce frequenza cardiaca(HR), sopra pressione arteriosa(BP), respirazione più frequente. Di giorno in giorno, al momento del risveglio, come se anticipasse il crescente bisogno del corpo, il contenuto di adrenalina sale nel sangue - una sostanza che aumenta la frequenza cardiaca, aumenta la pressione sanguigna, attiva il lavoro dell'intero organismo; a questo punto, gli stimolanti biologici si accumulano nel sangue. Una diminuzione della concentrazione di queste sostanze la sera è una condizione indispensabile per un sonno ristoratore. Non c'è da stupirsi che i disturbi del sonno siano sempre accompagnati da eccitazione e ansia: in queste condizioni, aumenta la concentrazione di adrenalina e altre sostanze biologicamente attive nel sangue, il corpo è in uno stato di "prontezza al combattimento" da molto tempo. Obbedendo ai ritmi biologici, ogni indicatore fisiologico durante la giornata può cambiare significativamente il suo livello.

Routine di vita, acclimatamento.

I ritmi biologici sono la base per la regolazione razionale della routine quotidiana di una persona, poiché prestazioni elevate e buona salute possono essere raggiunte solo se il ritmo della vita corrisponde al ritmo delle funzioni fisiologiche caratteristiche del corpo. A questo proposito, è necessario organizzare ragionevolmente il regime di lavoro (formazione) e di riposo, nonché l'assunzione di cibo. La deviazione dalla dieta corretta può portare a un aumento significativo del peso, che a sua volta, interrompendo i ritmi vitali del corpo, provoca un cambiamento nel metabolismo.

Ad esempio: Se mangi cibi con un contenuto calorico totale di 2000 kcal solo al mattino, il peso diminuisce; se lo stesso cibo viene assunto la sera, aumenta. Al fine di mantenere il peso corporeo raggiunto all'età di 20-25 anni, il cibo dovrebbe essere assunto 3-4 volte al giorno esattamente in accordo con il dispendio energetico giornaliero individuale e nelle ore in cui appare una notevole sensazione di fame.

Tuttavia, questi modelli generali a volte nascondono la diversità delle caratteristiche individuali dei ritmi biologici. Non tutte le persone sono caratterizzate dallo stesso tipo di fluttuazioni nelle prestazioni. Alcune, le cosiddette "allodole", lavorano vigorosamente al mattino; altri, "gufi", - la sera. Le persone che appartengono alle “allodole” sperimentano sonnolenza la sera, vanno a letto presto, ma, svegliandosi presto, si sentono vigili ed efficienti (Fig. 2).

Più facile da trasportare acclimatamento una persona, se assume (3-5 volte al giorno) pasti caldi e adattogeni, complessi vitaminici e aumenta gradualmente l'attività fisica, man mano che si adatta ad essi (Fig. 3).

Riso. 2. Curve del ritmo della capacità lavorativa durante la giornata

Riso. 3. Ritmi quotidiani dei processi vitali in condizioni di vita esterne costanti (secondo Graf)

Se queste condizioni non vengono osservate, può verificarsi la cosiddetta desincronia (una sorta di condizione patologica).

Il fenomeno della desincronia si osserva anche negli atleti, soprattutto quelli che si allenano in condizioni di clima caldo e umido o di media montagna. Pertanto, un atleta che vola alle competizioni internazionali deve essere ben preparato. Oggi esiste un intero sistema di attività volte a preservare i bioritmi abituali.

Per l'orologio biologico umano il corretto andamento è importante non solo nei ritmi quotidiani, ma anche nei cosiddetti ritmi a bassa frequenza, ad esempio in quello circadiano.

Allo stato attuale, è stato stabilito che il ritmo settimanale è sviluppato artificialmente: non sono stati trovati dati convincenti sull'esistenza di ritmi congeniti di sette giorni nell'uomo. Ovviamente, questa è un'abitudine evolutivamente fissa. La settimana di sette giorni divenne la base del ritmo e del riposo nell'antica Babilonia. Nel corso dei millenni si è formato un ritmo sociale settimanale: una persona lavora in modo più produttivo a metà settimana che all'inizio o alla fine di essa.

L'orologio biologico di una persona riflette non solo i ritmi naturali quotidiani, ma anche quelli che hanno una lunga durata, ad esempio quelli stagionali. Si manifestano in un aumento del metabolismo in primavera e nella sua diminuzione in autunno e in inverno, in un aumento della percentuale di emoglobina nel sangue e in una variazione dell'eccitabilità del centro respiratorio in primavera e in estate.

Lo stato del corpo in estate e in inverno corrisponde in una certa misura al suo stato giorno e notte. Quindi, in inverno, rispetto all'estate, il contenuto di zucchero nel sangue è diminuito (un fenomeno simile si verifica di notte) e la quantità di ATP e colesterolo è aumentata.

Bioritmi e prestazioni.

I ritmi della capacità lavorativa, come i ritmi dei processi fisiologici, sono di natura endogena.

prestazione può dipendere da molti fattori che agiscono individualmente o insieme. Questi fattori includono: il livello di motivazione, l'assunzione di cibo, i fattori ambientali, la prontezza fisica, lo stato di salute, l'età e altri fattori. Apparentemente, la fatica influisce anche sulla dinamica della prestazione (negli atleti d'élite, stanchezza cronica), anche se non è del tutto chiaro come esattamente. La fatica che si verifica durante l'esecuzione di esercizi (carichi di allenamento) è difficile da superare anche per un atleta sufficientemente motivato.

Ad esempio: La fatica riduce le prestazioni e l'allenamento ripetuto (con un intervallo di 2-4 ore dopo il primo) migliora lo stato funzionale dell'atleta.

Durante i voli transcontinentali, i ritmi circadiani di varie funzioni vengono ricostruiti a velocità diverse, da 2-3 giorni a 1 mese. Per normalizzare la ciclicità prima del volo, è necessario spostare l'ora di coricarsi di 1 ora ogni giorno. Se lo fai entro 5-7 giorni prima della partenza e vai a letto in una stanza buia, sarai in grado di acclimatarti più velocemente.

All'arrivo in un nuovo fuso orario, è necessario entrare senza intoppi nel processo di allenamento (attività fisica moderata durante le ore in cui si svolgerà la competizione). La formazione non dovrebbe essere "scioccante".

Va notato che il ritmo naturale dell'attività vitale del corpo è determinato non solo da fattori interni, ma anche da condizioni esterne. Come risultato della ricerca, è stato rivelato il carattere ondulatorio delle variazioni dei carichi durante l'allenamento. Le idee precedenti su un aumento costante e diretto dei carichi di allenamento si sono rivelate insostenibili. La natura ondulatoria del cambiamento dei carichi durante l'allenamento è associata ai ritmi biologici interni di una persona.

Ad esempio: Esistono tre categorie di "onde" di allenamento: "piccole", che coprono da 3 a 7 giorni (o poco più), "medie" - il più delle volte 4-6 settimane (processi di allenamento settimanali) e "grandi", della durata di diversi mesi.

Normalizzazione dei ritmi biologici consente un'intensa attività fisica e l'allenamento con un ritmo biologico disturbato porta a vari disturbi funzionali (ad esempio la desincronia) e talvolta a malattie.

Fonte delle informazioni: V.Smirnov, V.Dubrovsky (Fisiologia dell'educazione fisica e dello sport).

I ritmi biologici del corpo sono cambiamenti nella natura e nell'intensità dei processi biologici nel corpo che hanno una certa periodicità. Sono presenti in ogni organismo vivente e sono così accurati da essere addirittura chiamati "orologio biologico" o "orologio interno". In effetti, sono i bioritmi che governano la nostra vita, anche se non ne siamo nemmeno consapevoli. Ma se ci pensi, l'importanza dei ritmi biologici umani diventa ovvia, perché anche l'organo principale - il cuore, lavora secondo un certo ritmo, che è impostato proprio dal "orologio interno". Ma quali sono questi ritmi biologici e quale ruolo svolgono nelle vite umane, qual è il loro significato? Diamo un'occhiata più da vicino a questi problemi.

Tipi di ritmi biologici

Tutti i ritmi biologici sono divisi in determinati tipi. Allo stesso tempo, esistono diverse classificazioni basate su criteri diversi. La più comune, si potrebbe addirittura dire, la classificazione principale, è quella in cui il criterio è la durata del periodo dei ritmi biologici.

Secondo questa classificazione, ci sono ritmi biologici circadiani, ultradiani, infradiani, circumlunari e lunari mensili. I ritmi circadiani hanno una periodicità di circa ventiquattro ore e sono i più studiati di tutti. I ritmi ultradiani sono circa ogni ora. Infradiano - ritmi la cui frequenza supera le ventiquattro ore. I restanti due ritmi biologici sono associati alle fasi lunari.

Esiste anche una classificazione dei bioritmi in base alla fonte di origine. Si dividono in fisiologico, geofisico e geosociale. Fisiologico: questi sono i bioritmi degli organi interni di una persona, che non dipendono da fattori esterni. I bioritmi geofisici sono già strettamente dipendenti da fattori ambientali esterni. E i ritmi geosociali non sono innati, a differenza dei primi due, e si formano sotto l'influenza di entrambi i fattori ambientali e sotto l'influenza di fattori sociali.

Il ruolo dei ritmi biologici nella vita umana

C'è una teoria molto condizionale, secondo gli scienziati cronobiologi, dei tre bioritmi. Secondo lei, lo stato di una persona è determinato da tre bioritmi: fisico, intellettuale ed emotivo. E ci sono giorni in cui alcuni bioritmi sono più attivi di altri, poiché hanno tutti un diverso grado di periodicità. Ecco perché in determinati giorni e in determinati orari ci sono esplosioni, ad esempio, di attività fisica di cattivo umore, o esplosioni di emozioni positive, e forse c'è un grande desiderio di impegnarsi in qualche tipo di attività mentale.

Cioè, l'attività del corpo umano e le sue condizioni dipendono completamente dai bioritmi. Pertanto, non dovresti "forzare" il tuo corpo. Al contrario, è necessario ascoltarlo e utilizzare saggiamente le proprie risorse.

Ad esempio, il sonno e il suo significato, come il ritmo biologico è forse uno dei più importanti. Ecco perché non puoi andare a letto troppo tardi o dormire troppo poco, perché ciò implica una violazione di tutti i bioritmi del corpo. In generale, gli scienziati hanno scoperto che il miglior sonno si verifica tra le ventitré ore e le sette. E andare a letto dopo mezzanotte è molto dannoso per l'attività mentale, cioè i bioritmi intellettuali.

Non dobbiamo dimenticare che una persona fa ancora parte della natura, quindi anche le fasi lunari lo influenzano. Ad esempio, molte persone sperimentano una bassa energia durante la luna nuova e una maggiore attività durante la luna piena.

Cambiamenti ritmici nelle funzioni fisiologiche inerenti agli organismi viventi. L'attività ritmica è inerente a qualsiasi sistema complesso costituito da molti elementi interagenti. Anche questi ultimi hanno ritmo, mentre i processi di tutti gli elementi che compongono il sistema sono coordinati tra loro nel tempo: si verifica un certo ritmo di alternanza dei processi e un cambiamento (aumento o diminuzione) nell'intensità di ciascuno di essi.

Di conseguenza, viene creata una certa sincronizzazione di vari processi nel sistema. A sua volta, questo sistema interagisce con un sistema di ordine superiore, che ha anche un proprio bioritmo.

Ci sono diversi gruppi processi ritmici nell'organismo:

• ritmi ad alta frequenza con un periodo da frazioni di secondo a 30 minuti (fenomeni elettrici nel corpo, respirazione, polso, ecc.);
• ritmo a media frequenza con un periodo da 30 minuti a 6 giorni (cambiamenti nei processi metabolici, sostanze biologicamente attive nel sangue e altri processi associati a un cambiamento nell'attività e nel riposo, nel sonno e nella veglia);
• ritmi a bassa frequenza con un periodo di fluttuazione da 6 giorni a 1 anno (ciclo ovarico-mestruale, ritmo settimanale, lunare, annuale dell'escrezione dell'ormone, ecc.).

V balneologia stagionali o circadiani sono importanti - circadiano ritmi(dal lat. cirka - circa e muore - giorno). Devono essere presi in considerazione quando si inviano pazienti e vacanzieri in un resort in regioni climatiche contrastanti, quando si prescrivono procedure mediche.

Per adattarsi alle nuove condizioni ambientali quando ci si sposta, è necessario un cambiamento bioritmi, sviluppo dell'adattamento cronofisiologico. Questi problemi sono affrontati dalla bioritmologia del movimento - una scienza che studia e quantifica oggettivamente i meccanismi della struttura temporale biologica, comprese le manifestazioni ritmiche della vita, la reazione dei bioritmi a un cambiamento nella posizione geografica dell'organismo (Matyukhin VA , 2000).

Ritmi stagionali determinato dal clima della regione. L'intervallo delle fluttuazioni annuali dell'illuminazione dipende dalla latitudine geografica dell'area, nonché da una serie di altri fattori geografici associati al flusso dei processi di formatura (circolazione atmosferica, ecc.). Spostandosi da nord a sud o da sud a nord, una persona si trova in nuove condizioni ambientali che differiscono dalle precedenti per la natura dell'illuminazione e delle caratteristiche climatiche e meteorologiche. L'interruzione più evidente di vari processi durante la transizione da sud a nord in inverno o in estate, ad es. durante la notte polare o il giorno polare. Le date delle stagioni alle diverse latitudini geografiche non coincidono: quando al sud sta già arrivando la primavera, al nord infuriano ancora bufere di neve; quando una persona cade in un'altra stagione, il ritmo stagionale dei processi metabolici e delle funzioni fisiologiche, che è stato fissato nel processo di sviluppo, è disturbato. Ad esempio, in inverno viene stimolato il sistema simpatico-surrenale, la ventilazione polmonare e il metabolismo basale aumentano, la sua natura cambia sotto forma di aumento del metabolismo lipidico, ecc. In estate, i cambiamenti sono spesso di natura opposta (Voronin NM, 1986; Gavrilov N.N., Chkotua ME, 1999).

ritmi circadiani determinato dal cambiamento del giorno e della notte, cioè dalla natura dell'illuminazione. Cambiano quando ci si sposta da nord a sud o da sud a nord (soprattutto in inverno e in estate) e da ovest a est o da est a ovest. In quest'ultimo caso, il movimento rapido (volo) provoca sempre una reazione più diversa rispetto al primo, da nord a sud.

In ogni bioritmo Distinguere: periodo - il tempo durante il quale il valore che cambia compie un ciclo completo - il numero di periodi per unità di tempo; ampiezza - la differenza tra il valore più grande e quello più piccolo di una quantità variabile (intervallo); fase - la posizione di un certo punto della curva rispetto all'asse del tempo (acrofase - il momento della comparsa del valore più grande dell'indicatore). In violazione dei bioritmi, tutti questi indicatori cambiano.

Con la ristrutturazione del ritmo quotidiano di una persona, è possibile lo sviluppo di condizioni patologiche - desincronosi. Sorgono a seguito di una significativa violazione del bioritmo causata da una mancata corrispondenza tra i ritmi fisiologici del corpo e i sensori temporali esterni.

Clinicamente desincronosi si manifestano con affaticamento, debolezza, diminuzione dell'efficienza, disturbi del sonno e della veglia, attività del tratto digestivo, ecc. Con significative violazioni dello stereotipo quotidiano, può svilupparsi la sindrome nevrastenica.

Gravità dei cambiamenti bioritmi, la velocità del loro adattamento alle nuove condizioni dipende da una serie di fattori. Ceteris paribus, quando si vola da ovest a est, quando i bioritmi dovrebbero, per così dire, "recuperare" l'ora locale, il periodo di adattamento è più lungo rispetto a quando si vola da est a ovest, quando i bioritmi umani sembrano "anticipare gli eventi" e devono "aspettarsi", quando "dovrebbero essere previsti", quando saranno "raggiunti" dall'ora locale (G. S. Katinas, N. I. Moiseeva, 1999).

Allo stesso tempo, il luogo di residenza permanente di una persona, la natura del bioritmo stabilito sono di grande importanza. In questi casi, al ritorno alle condizioni normali bioritmi ricostruire più velocemente rispetto a quando ci si sposta in nuove condizioni, indipendentemente dalla direzione del movimento. Ad esempio, tra gli abitanti della Siberia, quando si vola in Crimea, si stabilisce lentamente un nuovo stereotipo quotidiano, ha un carattere "sciolto" e dopo il volo di ritorno crolla rapidamente e viene ripristinato il ritmo precedente. Un ruolo importante è giocato dalla distanza percorsa da una persona, dalla velocità del movimento. Secondo un certo numero di autori, quando si attraversano 2-3 fusi orari desincronosi non si sviluppano (Evuikhevich A.V., 1997), altri hanno notato lo sviluppo desincronosi con turno di 2 ore (Stepanova S.I., 1995). Il movimento veloce ha un effetto più pronunciato sui bioritmi rispetto al movimento lento.

Cambiare i bioritmiè un carico forte e stressante non solo per i pazienti i cui meccanismi di adattamento sono generalmente indeboliti, ma anche per le persone sane. A questo proposito, è necessario adottare misure per accelerare l'adattamento cronofisiologico, tenendo conto delle caratteristiche individuali dei bioritmi umani.

In base alla posizione della massima attività, i ritmi si distinguono dal mattino (" allodole"") e sera (" gufi") organizzazione temporanea.

"Gufi" un po' più facili delle "allodole", si adattano al ritardo del sensore orario del volo verso ovest), poiché in questo caso la giornata si allunga e si richiede attività nel periodo corrispondente alle ore serali secondo l'ora locale.

"Allodole" un po' più facili dei "gufi", si adattano all'anticipo del sensore del tempo (volo a est). Allo stesso tempo, le caratteristiche psicofisiologiche di una persona non hanno poca importanza. Le persone con una predominanza del tono del sistema nervoso autonomo parasimpatico, con ritmi stabili, si adattano peggio di quelle con una predominanza del tono della parte simpatica, gli anziani sono più duri dei giovani (Matyukhin V.A., 2001).

Adattamento cronofisiologico può essere accelerato. Quindi, per addormentarsi più velocemente, si consigliano bagni caldi, esercizi rilassanti e autoipnosi, sonniferi che non causano effetti collaterali e non violano la struttura del sonno (eunoctina, quiadon). Si consigliano passeggiate e attività fisica per mantenere il vigore. Una moderata attività fisica contribuisce alla normalizzazione e sincronizzazione dei ritmi circadiani, mentre l'ipocinesia porta al loro appiattimento e al loro spostamento nelle ore successive.

Vari adattogeni(ginseng, eleuterococco, radice d'oro, ecc.). Per un volo attraverso 2-4 fusi orari, si consigliano le ore mattutine e pomeridiane, dopo 6-8 fusi orari - la sera.

Durante tutto il periodo di adattamento cronofisiologico è necessario un rigoroso controllo medico.

Tenere conto ritmi biologici necessario durante il trattamento. Cronofarmacologia come branca della cronopatologia e della farmacologia, studia l'effetto dell'influenza di sostanze medicinali a seconda del tempo e dell'applicazione, nonché sulla struttura temporale (ritmica) del corpo sotto l'influenza di influenze appropriate. Anche qui è opportuno parlarne cronoterapia, cioè su tale applicazione di misure terapeutiche, che fornisce il massimo effetto terapeutico dovuto alla considerazione dei bioritmi.

Riabilitazione medica. / Ed. VM Bogolyubov. Libro I
- M.: Binom, 2010. Capitolo 4. Fattori fisici naturali utilizzati per la riabilitazione. - 4.1. Fattori climatici. - Meccanismi fisiologici dell'influenza del clima sull'organismo. - CON.58-60.