24.09.2019

3 cosa sono i ritmi biologici. Dicci cosa sai sui ritmi biologici degli organismi viventi


ritmo biologico- si tratta di un processo oscillatorio che porta alla riproduzione di un fenomeno biologico o dello stato di un sistema biologico ad intervalli di tempo approssimativamente uguali.

Lo riteniamo del tutto naturale e non ci stupiamo affatto quando, ad esempio, la sera ci sentiamo assonnati e andiamo a dormire, obbedendo essenzialmente al nostro orologio biologico. Ancora più comprensibile e che non richiede una spiegazione particolare ci sembra l'apparenza di una sensazione di stanchezza con l'inizio dell'oscurità, che, di fatto, provoca sonnolenza. Ma se una persona rimane per diverse settimane, senza fare nulla, in una stanza semibuia dove nessun suono penetra, anche allora si addormenterà e si sveglierà circa ogni 24 ore, come se misurasse giorno dopo giorno.

Nella vita delle piante e degli animali, oltre al sonno, ci sono molte manifestazioni di altri ritmi: più di 2400 anni fa Ippocrate scriveva degli alti e bassi inerenti allo stato fisico delle persone, quasi 300 anni fa (1729) i francesi il matematico e astronomo Jean Jacques de Merano scoprì l'attività periodica di 24 ore nelle piante, in seguito Christopher Hufeland (1797), considerando le fluttuazioni della temperatura corporea in pazienti sani e malati, suggerì che il corpo avesse un "orologio interno", il cui corso è determinato dalla rotazione della Terra attorno al proprio asse. In primo luogo ha richiamato l'attenzione sull'universalità dei processi ritmici negli oggetti biologici e ha sottolineato che la nostra vita, ovviamente, si ripete in determinati ritmi e ogni giorno è un piccolo riassunto della nostra vita.

Il progressivo sviluppo della dottrina dei ritmi biologici ha portato all'emergere di una nuova scienza fondamentale interdisciplinare: la cronobiologia, che studia i modelli di attuazione dei processi dell'attività vitale del corpo nel tempo. La dottrina dei ritmi biologici è diventata parte integrante della cronobiologia. Tuttavia, fino ad oggi, nonostante l'introduzione dei metodi di cronobiologia in altre aree dello studio dei sistemi viventi e la formazione di nuove aree nella scienza biomedica (cronomedicina, cronofarmacologia, cronopatologia, ecc.), gli scienziati non hanno sviluppato un vocabolario unificato per il nuovo scienza, di conseguenza, le manifestazioni dei fenomeni cronobiologici sono spesso denominate in modo diverso, e i termini già fissati sono usati in un senso diverso o cercano di rivedere termini più o meno stabiliti. Nel processo di conoscenza dell'argomento, considereremo queste contraddizioni.

I concetti di cronobiologia e bioritmologia sono vicini, ma non identici. Secondo la definizione più universale adottata dalla Società Internazionale per lo Studio dei Ritmi Biologici, cronobiologia- una scienza che indaga oggettivamente su base quantitativa i meccanismi della struttura temporale biologica, comprese le manifestazioni ritmiche della vita a tutti i livelli dell'organizzazione di un sistema vivente. Infatti, sebbene lo studio della periodicità dei fenomeni della vita costituisca la base degli approcci cronobiologici, non sempre si tiene conto del fatto che le fluttuazioni si combinano con cambiamenti più lenti e non necessariamente periodici.

Bioritmologia- una scienza che studia le condizioni per l'emergenza, la natura, i modelli e il significato dei ritmi biologici. Un bioritmo è una fluttuazione di un processo biologico (stato) che si verifica a intervalli di tempo approssimativamente uguali quando il processo (stato) ritorna al suo ciclo originale. La ripetibilità di uno stato (ad esempio, la divisione cellulare) nel ritmo è relativa. Ogni ciclo di ripetizione, infatti, differisce per contenuto dal precedente, ma viene riprodotto secondo gli stessi schemi.

I concetti di "ciclo" e "ritmo" sono vicini, il loro uso è determinato da sfumature semantiche, che dipendono dal contesto. Per ciclicità si intende solo la ripetizione di eventi, usando il termine “ritmo”, di solito significano che, oltre al periodo, sono noti anche gli altri suoi parametri.

L'intensità del processo durante il ciclo varia in base a leggi complesse e diverse per i diversi processi, in modo che le curve che lo riflettono (forma d'onda) abbiano una configurazione complessa, ad esempio la configurazione di un elettrocardiogramma, che richiede l'uso di teorie del limite cicli e oscillazioni di rilassamento.

La curva più semplice che descrive i cicli (ritmi) è una sinusoide caratterizzata da alcuni parametri usati per descrivere il ritmo biologico.

Classificazione dei bioritmi

Una manifestazione e caratteristica che permette di giudicare l'organizzazione temporale di una persona è il suo cronotipo. Molto spesso, questo termine è inteso come la dinamica quotidiana degli indicatori che caratterizzano lo stato generale del corpo. Il cronotipo di una persona è individuale, perché. È causato, da un lato, da meccanismi genetici e, dall'altro, dall'interazione dell'organismo con l'ambiente.

Molto spesso, il cronotipo di una persona è determinato dal livello di capacità lavorativa: la fase attiva del ritmo biologico "sonno-veglia". Le differenze in questo ritmo hanno permesso di distribuire le persone in gruppi "mattutini" ("allodole"), gruppi "serali" ("gufi") e gruppi "aritmici" ("piccioni"). "Gufi" - si addormentano tardi e si svegliano tardi, i bioritmi giornalieri massimi di attività e riposo in essi vengono spostati nelle ore successive, a differenza delle "allodole", che si svegliano presto e si addormentano presto. Nei "piccioni" il picco di attività si verifica approssimativamente a metà del periodo diurno. Nel corso della vita, l'organizzazione temporanea di una persona può cambiare: con l'età, si sposta verso l'"allodola", ciò accade a causa di un cambiamento nella velocità di secrezione degli ormoni (in particolare l'ormone melatonina, che è responsabile del normale ritmo ritmico corso dei processi biologici dell'organismo). È da qui che la tendenza degli anziani ad alzarsi presto e ad andare a letto presto, e per i giovani - a rimanere svegli fino a tardi e dormire più a lungo al mattino.

ritmi biologici

ritmi biologici sono cambiamenti periodici ricorrenti nell'intensità e nella natura dei processi e dei fenomeni biologici. Οʜᴎ in qualche forma sono inerenti a tutti gli organismi viventi e si notano a tutti i livelli di organizzazione: dai processi intracellulari a quelli biosferici. I ritmi biologici sono ereditariamente fissi e sono il risultato della selezione naturale e dell'adattamento degli organismi. I ritmi sono intraday, giornalieri, stagionali, annuali, a lungo termine e secolari.

Esempi di ritmi biologici sono: ritmo nella divisione cellulare, sintesi di DNA e RNA , secrezione di ormoni, movimento quotidiano di foglie e petali verso il Sole, caduta delle foglie autunnali, lignificazione stagionale dei germogli svernanti, migrazioni stagionali di uccelli e mammiferi, ecc.

I ritmi biologici sono divisi in esogeno e endogeno. Ritmi esogeni (esterni). nascono come reazione ai cambiamenti periodici dell'ambiente (cambiamento del giorno e della notte, stagioni, attività solare). Ritmi endogeni (interni). generato dal corpo stesso. I processi di sintesi di DNA, RNA e proteine, il lavoro degli enzimi, la divisione cellulare, il battito cardiaco, la respirazione, ecc. hanno ritmo. Le influenze esterne possono spostare le fasi di questi ritmi e cambiarne l'ampiezza.

Tra i ritmi endogeni, fisiologici ed ecologici si distinguono. Ritmi fisiologici (battito cardiaco, respirazione, lavoro delle ghiandole endocrine, ecc.) supportano la continua attività vitale degli organismi. Ritmi ecologici (giornaliero, annuale, di marea, lunare ecc.) nacque come adattamento degli esseri viventi ai cambiamenti periodici dell'ambiente. I ritmi fisiologici variano notevolmente in base allo stato del corpo, mentre i ritmi ambientali sono più stabili e corrispondono a ritmi esterni.

I ritmi ecologici sono in grado di adattarsi ai cambiamenti nella ciclicità delle condizioni esterne, ma solo entro certi limiti. Tale regolazione è possibile grazie al fatto che durante ogni periodo ci sono determinati intervalli di tempo (potenziale tempo di prontezza) in cui il corpo è pronto a percepire un segnale dall'esterno, ad esempio luce intensa o oscurità. Se il segnale è in ritardo o arriva prematuramente, la fase del ritmo cambia di conseguenza. In condizioni sperimentali con illuminazione e temperatura costanti, lo stesso meccanismo fornisce uno sfasamento regolare durante ogni periodo. Per questo motivo, il periodo ritmico in queste condizioni di solito non corrisponde al ciclo naturale ed è gradualmente sfasato rispetto all'ora locale.

La componente endogena del ritmo dà al corpo la capacità di navigare nel tempo e prepararsi in anticipo per i cambiamenti imminenti nell'ambiente. Questi sono i cosiddetti L'orologio biologico organismo. Molti organismi viventi sono caratterizzati da ritmi circadiani e circaniani. Circadiano ritmi (circolari) - cambiamenti ricorrenti nell'intensità e nella natura dei processi e dei fenomeni biologici con un periodo da 20 a 28 ore. Circano ritmi (circa-annuali) - cambiamenti ricorrenti nell'intensità e nella natura dei processi e dei fenomeni biologici con un periodo da 10 a 13 mesi. I ritmi circadiani e circani sono registrati in condizioni sperimentali a temperatura costante, illuminazione, ecc.

Gli stati fisici e psicologici di una persona hanno un carattere ritmico. La violazione dei ritmi di vita stabiliti può ridurre le prestazioni, avere un effetto negativo sulla salute umana. Lo studio dei bioritmi è di grande importanza nell'organizzazione del lavoro e del tempo libero di una persona, soprattutto in condizioni estreme (in condizioni polari, nello spazio, quando ci si sposta rapidamente in altri fusi orari, ecc.).

La mancata corrispondenza temporale tra fenomeni naturali e antropici porta spesso alla distruzione dei sistemi naturali. Ad esempio, quando si esegue una registrazione troppo frequente.

Ritmi biologici - concetto e tipi. Classificazione e caratteristiche della categoria "Ritmi biologici" 2017, 2018.

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    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 delle 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.

    Molti processi biologici in natura procedono ritmicamente; diversi stati del corpo si alternano con una periodicità abbastanza chiara. Esempi di ritmi veloci- contrazioni cardiache o movimenti respiratori con un periodo di pochi secondi. Altri ritmi vitali, come l'alternanza di veglia e sonno, hanno una durata di circa un giorno. Se i ritmi biologici sono sincronizzati con l'inizio dell'alta e della bassa marea (ogni 12,4 ore) o solo una di queste fasi (ogni 24,8 ore), si parla di marea. Nei ritmi biologici lunari, il periodo corrisponde alla durata del mese lunare e, nei ritmi annuali, all'anno. I battiti cardiaci e altre forme di attività ritmica rapida che non sono correlate ai cambiamenti naturali nell'ambiente sono generalmente studiati dalla fisiologia e non saranno discussi in questo articolo.

    I ritmi biologici sono interessanti perché in molti casi persistono anche in condizioni ambientali costanti. Tali ritmi sono chiamati endogeni, cioè “provenienti da dentro”: sebbene siano solitamente correlati a cambiamenti ritmici delle condizioni esterne, come l'alternanza del giorno e della notte, non possono essere considerati una reazione diretta a questi cambiamenti. I ritmi biologici endogeni si trovano in tutti gli organismi ad eccezione dei batteri. Il meccanismo interno che mantiene il ritmo endogeno, cioè permettendo al corpo non solo di sentire il passare del tempo, ma anche di misurarne gli intervalli, è chiamato orologio biologico.

    Il lavoro dell'orologio biologico è ora ben compreso, ma i processi interni che ne sono alla base rimangono un mistero. Negli anni '50, il chimico sovietico B. Belousov dimostrò che anche in una miscela omogenea, alcune reazioni chimiche possono periodicamente accelerare e rallentare. Allo stesso modo, la fermentazione alcolica nelle cellule di lievito viene attivata o inibita a intervalli di ca. 30 secondi. In qualche modo queste cellule interagiscono tra loro in modo che i loro ritmi siano sincronizzati e l'intera sospensione di lievito "pulsi" due volte al minuto.

    Si ritiene che questa sia la natura di tutti gli orologi biologici: le reazioni chimiche in ogni cellula del corpo procedono ritmicamente, le cellule si "adattano" l'una all'altra, ad es. sincronizzano il loro lavoro e, di conseguenza, pulsano simultaneamente. Queste azioni sincronizzate possono essere paragonate alle oscillazioni periodiche di un pendolo.

    Ritmi circadiani. Di grande interesse sono i ritmi biologici con un periodo di circa un giorno. Sono chiamati così - circadiano, circadiano o circadiano - dal lat. circa - circa e muore - giorno.

    I processi biologici con periodicità circadiana sono molto diversi. Ad esempio, tre tipi di funghi luminosi aumentano e diminuiscono il loro bagliore ogni 24 ore, anche se mantenuti artificialmente in condizioni di luce costante o completamente al buio. Il bagliore di un'alga unicellulare cambia ogni giorno

    Gonyaulax . Nelle piante superiori si verificano vari processi metabolici nel ritmo circadiano, in particolare la fotosintesi e la respirazione. Nelle talee di limone, l'intensità della traspirazione oscilla con una frequenza di 24 ore. Esempi particolarmente illustrativi sono i movimenti quotidiani delle foglie e l'apertura e la chiusura dei fiori.

    Negli animali sono noti anche una varietà di ritmi circadiani. Un esempio è il celenterato vicino agli anemoni di mare - una penna di mare (

    Cavernularia obesa ), che è una colonia di molti piccoli polipi. La penna marina vive in acque sabbiose poco profonde, aspirando la sabbia durante il giorno e girandosi di notte per nutrirsi di fitoplancton. Questo ritmo viene mantenuto in laboratorio in condizioni di illuminazione costante.

    Gli insetti hanno un orologio biologico ben funzionante. Ad esempio, le api sanno quando alcuni fiori si aprono e li visitano ogni giorno alla stessa ora. Le api imparano anche rapidamente a che ora viene loro presentato lo sciroppo di zucchero nell'apiario.

    Nell'uomo, non solo il sonno, ma molte altre funzioni sono soggette al ritmo quotidiano. Esempi di ciò sono l'aumento e la diminuzione della pressione sanguigna e l'escrezione di potassio e sodio da parte dei reni, le fluttuazioni del tempo di riflesso, la sudorazione dei palmi delle mani, ecc. Gli sbalzi della temperatura corporea sono particolarmente evidenti: di notte è circa 1

    ° Con inferiore al giorno. I ritmi biologici nell'uomo si formano gradualmente nel corso dello sviluppo individuale. In un neonato sono piuttosto instabili: periodi di sonno, alimentazione, ecc. alternare in modo casuale. Alternanza regolare di periodi di sonno e veglia sulla base di 24- Il ciclo di 25 ore inizia a verificarsi solo a 15 settimane di età.Correlazione e "sintonizzazione". Sebbene i ritmi biologici siano endogeni, corrispondono ai cambiamenti delle condizioni esterne, in particolare al cambiamento del giorno e della notte. Questa correlazione è dovuta al cosiddetto. "catturare". Ad esempio, i movimenti circadiani delle foglie nelle piante persistono nella completa oscurità solo per pochi giorni, sebbene altri processi ciclici possano continuare a ripetersi centinaia di volte nonostante la costanza delle condizioni esterne. Quando le foglie del fagiolo, tenute al buio, hanno finalmente smesso di allargarsi e cadere, basta un breve lampo di luce per ripristinare questo ritmo e durare per diversi giorni. Nei ritmi circadiani di animali e piante, lo stimolo per l'impostazione del tempo è solitamente un cambiamento nell'illuminazione, all'alba e alla sera. Se tale segnale viene ripetuto periodicamente e con una frequenza prossima a quella caratteristica di un dato ritmo endogeno, i processi interni dell'organismo sono sincronizzati con precisione con le condizioni esterne. L'orologio biologico è "catturato" dalla periodicità circostante.

    Modificando in fase il ritmo esterno, ad esempio, accendendo la luce di notte e mantenendo l'oscurità durante il giorno, è possibile “tradurre” l'orologio biologico come di consueto, anche se una tale ristrutturazione richiede del tempo. Quando una persona si sposta in un altro fuso orario, il suo ritmo sonno-veglia cambia a una velocità di due o tre ore al giorno, ad es. ad una differenza di 6 ore, si adatta solo dopo due o tre giorni.

    Entro certi limiti è possibile riconfigurare l'orologio biologico per un ciclo che differisce dalle 24 ore, cioè farli andare a una velocità diversa. Ad esempio, nelle persone che vivevano a lungo in grotte con un'alternanza artificiale di periodi di luce e buio, la cui somma differiva significativamente dalle 24 ore, il ritmo del sonno e altre funzioni circadiane si adeguavano alla nuova durata del “giorno ”, che variava dalle 22 alle 27 ore, ma cambiare più fortemente non era più possibile. Lo stesso vale per altri organismi superiori, anche se molte piante possono adattarsi a "giorni" che sono una frazione intera del solito, ad esempio 12 o

    8 in punto. Ritmi mareali e lunari. Negli animali marini costieri si osservano spesso ritmi di marea, ad es. cambiamenti periodici nell'attività, sincronizzati con l'ascesa e la caduta dell'acqua. Le maree sono guidate dalla gravità lunare e nella maggior parte delle regioni del pianeta ci sono due alte e due basse maree durante un giorno lunare (il periodo di tempo tra due successivi sorgere della luna). Poiché la Luna si muove intorno alla Terra nella stessa direzione di il nostro pianeta attorno al proprio asse, il giorno lunare circa 50 minuti più lungo del solare, cioè l'alta marea arriva ogni 12,4 ore. I ritmi delle maree hanno lo stesso periodo. Ad esempio, il paguro si nasconde dalla luce con la bassa marea ed emerge dalle ombre con l'alta marea; con l'inizio dell'alta marea, le ostriche aprono i loro gusci, dispiegano i tentacoli degli anemoni di mare e così via. Molti animali, compresi alcuni pesci, usano più ossigeno durante l'alta marea. I cambiamenti di colore dei granchi violinisti sono sincronizzati con l'aumento e la caduta dell'acqua.

    Molti ritmi di marea persistono, a volte per settimane, anche quando gli animali sono tenuti in un acquario. Ciò significa che in sostanza sono endogeni, sebbene in natura siano "catturati" e rafforzati dai cambiamenti dell'ambiente esterno.

    In alcuni animali marini, la riproduzione è correlata alle fasi lunari e di solito si verifica una volta (raramente due volte) durante il mese lunare. Il vantaggio di tale periodicità per la specie è evidente: se uova e sperma vengono gettati nell'acqua da tutti gli individui contemporaneamente, le possibilità di fecondazione sono piuttosto elevate. Questo ritmo è endogeno e si ritiene che sia impostato dall '"intersezione" del ritmo circadiano di 24 ore con quello di marea, il cui periodo è di 12,4 o 24,8 ore. Tale "incrocio" (coincidenza) avviene a intervalli di 14

    - 15 e 29-30 giorni, che corrispondono al ciclo lunare.

    Il più noto e probabilmente il più visibile tra i ritmi mareali e lunari è quello legato all'allevamento del gruunion, un pesce d'acqua salata che depone le uova sulle spiagge della California. Durante ogni mese lunare si osservano due maree particolarmente alte - sizigiche - quando la Luna è sullo stesso asse della Terra e del Sole (tra di loro o sul lato opposto rispetto al luminare). Durante una marea così alta, i gruunion depongono le uova, seppellendo le loro uova nella sabbia proprio sul bordo dell'acqua. Entro due settimane, si sviluppano quasi sulla terraferma, dove i predatori marini non possono raggiungere. Alla successiva marea primaverile, quando l'acqua ricopre la sabbia letteralmente ripiena di loro, friggi tutte le uova in pochi secondi, galleggiando immediatamente in mare. Ovviamente, una tale strategia di allevamento è possibile solo se i grugnoni adulti percepiscono il momento dell'inizio delle maree primaverili.

    Il ciclo mestruale nelle donne dura quattro settimane, anche se non è necessariamente sincronizzato con le fasi lunari. Tuttavia, come dimostrano gli esperimenti, anche in questo caso si può parlare di ritmo lunare. I tempi delle mestruazioni sono facili da spostare, utilizzando, ad esempio, uno speciale programma di illuminazione artificiale; tuttavia si verificheranno con una frequenza molto vicina a 29,5 giorni, cioè al mese lunare.

    ritmi a bassa frequenza. Ritmi biologici con periodi molto più lunghi di un mese sono difficili da spiegare sulla base di fluttuazioni biochimiche, che probabilmente causano ritmi circadiani, e il loro meccanismo è ancora sconosciuto. Tra questi ritmi, quelli annuali sono i più evidenti. Se gli alberi della zona temperata vengono trapiantati ai tropici, manterranno il ciclo di fioritura, caduta delle foglie e dormienza per qualche tempo. Prima o poi, questo ritmo si interromperà, la durata delle fasi del ciclo diventerà sempre più indefinita, e alla fine la sincronizzazione dei cicli biologici scomparirà non solo in diversi esemplari della stessa specie, ma anche in diversi rami di lo stesso albero.

    Nelle regioni tropicali, dove le condizioni ambientali sono pressoché costanti durante tutto l'anno, le piante e gli animali autoctoni mostrano spesso ritmi biologici a lungo termine con un periodo diverso dai 12 mesi. Ad esempio, la fioritura può avvenire ogni 8 o 18 mesi. Apparentemente, il ritmo annuale è un adattamento alle condizioni della zona temperata.

    Il valore dell'orologio biologico. L'orologio biologico è utile all'organismo soprattutto perché gli permette di adattare la sua attività ai cambiamenti periodici dell'ambiente. Ad esempio, un granchio che evita la luce con la bassa marea cercherà automaticamente un riparo che lo proteggerà dai gabbiani e da altri predatori che si nutrono sul substrato esposto dall'acqua. Il senso del tempo insito nelle api coordina la loro partenza per polline e nettare con il periodo di apertura dei fiori. Allo stesso modo, il ritmo circadiano dice agli animali di mare profondo quando cala la notte e possono avvicinarsi alla superficie, dove c'è più cibo.

    Inoltre, gli orologi biologici consentono a molti animali di trovare la direzione utilizzando i punti di riferimento astronomici. Ciò è possibile solo se si conoscono contemporaneamente la posizione del corpo celeste e l'ora del giorno. Ad esempio, nell'emisfero settentrionale, il sole è esattamente a sud a mezzogiorno. Nelle altre ore, per determinare la direzione sud, è necessario, conoscendo la posizione del sole, effettuare una correzione angolare in funzione dell'ora locale. Usando i loro orologi biologici, alcuni uccelli, pesci e molti insetti eseguono questi "calcoli" su base regolare.

    Non c'è dubbio che gli uccelli migratori abbiano bisogno di capacità di navigazione per trovare la strada verso piccole isole nell'oceano. Probabilmente usano il loro orologio biologico per determinare non solo la direzione, ma anche le coordinate geografiche.

    Guarda anche UCCELLI.

    I problemi legati alla navigazione non si limitano agli uccelli. Foche, balene, pesci e persino farfalle effettuano lunghe migrazioni regolari.

    Applicazione pratica dei ritmi biologici. La crescita e la fioritura delle piante dipendono dall'interazione tra i loro ritmi biologici e dai cambiamenti dei fattori ambientali. Ad esempio, la fioritura è stimolata principalmente dalla durata dei periodi di luce e buio della giornata in determinate fasi dello sviluppo della pianta. Ciò consente di selezionare colture adatte a determinate latitudini e condizioni climatiche, nonché di allevare nuove varietà. Allo stesso tempo, sono noti tentativi riusciti di cambiare i ritmi biologici delle piante nella giusta direzione. Ad esempio, l'uomo uccello arabo (Ornithogallum arabicum ), che di solito fiorisce a marzo, può essere costretta a fiorire intorno a Natale, a dicembre.

    Con la diffusione dei viaggi aerei a lunga distanza, molti si trovano ad affrontare il fenomeno della desincronizzazione. Un passeggero di un jet che viaggia rapidamente attraverso più fusi orari di solito prova una sensazione di affaticamento e disagio associato al "trasferimento" del proprio orologio biologico all'ora locale. Una desincronizzazione simile si osserva nelle persone che si spostano da un turno di lavoro all'altro. La maggior parte degli effetti negativi sono dovuti alla presenza nel corpo umano non di uno, ma di molti orologi biologici. Questo di solito è impercettibile, poiché sono tutti “catturati” dallo stesso ritmo quotidiano del giorno e della notte. Tuttavia, quando viene spostato in fase, la velocità di riconfigurazione dei vari orologi endogeni non è la stessa. Di conseguenza, il sonno si verifica quando la temperatura corporea, il tasso di escrezione di potassio da parte dei reni e altri processi nel corpo corrispondono ancora al livello di veglia. Una tale discrepanza di funzioni durante il periodo di adattamento a un nuovo regime porta ad un aumento della fatica.

    Si stanno accumulando prove che lunghi periodi di desincronizzazione, come voli frequenti da un fuso orario all'altro, sono dannosi per la salute, ma non è ancora chiaro quanto sia grande questo danno. Quando non è possibile evitare lo sfasamento, la desincronizzazione può essere ridotta al minimo scegliendo la giusta velocità di spostamento.

    I ritmi biologici sono di evidente importanza per la medicina. È noto, ad esempio, che la suscettibilità dell'organismo a vari influssi nocivi varia a seconda dell'ora del giorno. Negli esperimenti sull'introduzione di una tossina batterica nei topi, è stato dimostrato che a mezzanotte la sua dose letale è superiore a quella di mezzogiorno. Allo stesso modo, la sensibilità di questi animali all'alcol e all'esposizione ai raggi X cambia. Anche la suscettibilità di una persona oscilla, ma in antifase: il suo corpo è più indifeso a mezzanotte. Di notte, la mortalità dei pazienti operati è tre volte superiore rispetto al giorno. Ciò è correlato alle fluttuazioni della temperatura corporea, che negli esseri umani è massima durante il giorno, e nei topi di notte.

    Tali osservazioni suggeriscono che le procedure mediche dovrebbero essere coordinate con il corso dell'orologio biologico e qui sono già stati raggiunti alcuni successi. La difficoltà è che i ritmi biologici di una persona, soprattutto di un paziente, non sono stati ancora sufficientemente studiati. È noto che molte malattie

    - dal cancro all'epilessia: vengono violati; un vivido esempio di ciò sono le fluttuazioni imprevedibili della temperatura corporea nei pazienti. Finché i ritmi biologici e le loro modificazioni non saranno adeguatamente studiati, è ovviamente impossibile utilizzarli nella pratica. A ciò va aggiunto che in alcuni casi la desincronizzazione dei ritmi biologici può essere non solo un sintomo della malattia, ma anche una delle sue cause. LETTERATURA ritmi biologici , tt. 1-2. M., 1984

    ritmi biologici

    Tutta la vita sul nostro pianeta porta l'impronta dello schema ritmico degli eventi caratteristico della nostra Terra. Una persona vive anche in un complesso sistema di bioritmi, da quelli brevi - a livello molecolare - con un periodo di diversi secondi, a quelli globali, associati ai cambiamenti annuali dell'attività solare. Il ritmo biologico è uno degli strumenti più importanti per studiare il fattore tempo nell'attività dei sistemi viventi e nella loro organizzazione temporale.

    I ritmi biologici o bioritmi sono cambiamenti più o meno regolari nella natura e nell'intensità dei processi biologici. La capacità di tali cambiamenti nell'attività vitale è ereditata e si trova in quasi tutti gli organismi viventi. Possono essere osservati in singole cellule, tessuti e organi, in organismi interi e in popolazioni. [

    Evidenziamo i seguenti importanti risultati della cronobiologia:

    1. I ritmi biologici si trovano a tutti i livelli di organizzazione della fauna selvatica, dall'unicellulare alla biosfera. Ciò indica che il bioritmo è una delle proprietà più comuni dei sistemi viventi.

    2. I ritmi biologici sono riconosciuti come il meccanismo più importante per regolare le funzioni corporee, fornendo omeostasi, equilibrio dinamico e processi di adattamento nei sistemi biologici.

    3. È stato accertato che i ritmi biologici, da un lato, hanno natura endogena e di regolazione genetica, dall'altro, la loro attuazione è strettamente correlata al fattore modificante dell'ambiente esterno, i cosiddetti sensori temporali. Questa connessione nella base dell'unità dell'organismo con l'ambiente determina in gran parte i modelli ecologici.

    4. Vengono formulate disposizioni sull'organizzazione temporale dei sistemi viventi, compreso l'uomo, uno dei principi fondamentali dell'organizzazione biologica. Lo sviluppo di queste disposizioni è molto importante per l'analisi degli stati patologici dei sistemi viventi.

    5. Sono stati scoperti i ritmi biologici della sensibilità degli organismi all'azione di fattori di natura chimica (tra cui farmaci) e fisica. Questa divenne la base per lo sviluppo della cronofarmacologia, cioè modi di usare i farmaci, tenendo conto della dipendenza della loro azione dalle fasi dei ritmi biologici del funzionamento del corpo e dallo stato della sua organizzazione temporale, che cambia con lo sviluppo della malattia.

    6. I modelli dei ritmi biologici sono presi in considerazione nella prevenzione, diagnosi e cura delle malattie.

    I bioritmi si dividono in fisiologici ed ecologici. I ritmi fisiologici, di regola, hanno periodi che vanno da frazioni di secondo a diversi minuti. Questi sono, ad esempio, i ritmi di pressione, battito cardiaco e pressione sanguigna. Esistono dati sull'influenza, ad esempio, del campo magnetico terrestre sul periodo e sull'ampiezza dell'encefalogramma umano.

    I ritmi ecologici coincidono nella durata con qualsiasi ritmo naturale dell'ambiente. Questi includono i ritmi giornalieri, stagionali (annuali), di marea e lunari. Grazie ai ritmi ecologici, il corpo è orientato nel tempo e si prepara in anticipo alle condizioni di esistenza previste. Quindi, alcuni fiori si aprono poco prima dell'alba, come sapendo che presto sorgerà il sole. Molti animali vanno in letargo o migrano prima dell'inizio del freddo. Pertanto, i ritmi ecologici servono al corpo come un orologio biologico.

    Il ritmo è una proprietà universale dei sistemi viventi. I processi di crescita e sviluppo dell'organismo hanno un carattere ritmico. Vari indicatori delle strutture degli oggetti biologici possono essere soggetti a cambiamenti ritmici: l'orientamento delle molecole, la struttura molecolare terziaria, il tipo di cristallizzazione, la forma di crescita, la concentrazione di ioni, ecc. La dipendenza della periodicità giornaliera inerente a piante nella fase del loro sviluppo. Nella corteccia dei giovani germogli di un melo è stato rivelato un ritmo quotidiano del contenuto della sostanza biologicamente attiva floridzina, le cui caratteristiche sono cambiate in base alle fasi di fioritura, crescita intensiva dei germogli, ecc. Uno dei più interessanti manifestazioni della misurazione biologica del tempo è la frequenza quotidiana di apertura e chiusura di fiori e piante. Ogni pianta si "addormenta" e si "sveglia" a un'ora del giorno rigorosamente definita. Al mattino presto (alle 4) cicoria e rosa canina aprono i loro fiori, alle 5 - papavero, alle 6 - tarassaco, garofano di campo, alle 7 - campanula, patate da giardino, a 8: calendule e convolvolo, alle 9-10 - calendule, farfara. Ci sono anche fiori che aprono le loro corolle di notte. Alle 20 si aprono fiori di tabacco profumati e alle 21 - adone e violette notturne. Inoltre, ad un'ora rigorosamente definita, i fiori chiudono: a mezzogiorno - campo di cardi, alle 13-14 - patate, alle 14-15 - tarassaco, alle 15-16 - papavero, alle 16 -17 - calendule, alle 17 -18 farfara, alle 18-19 - ranuncolo, alle 19-20 - rosa canina. L'apertura e la chiusura dei fiori dipende anche da molte condizioni, ad esempio dalla posizione geografica della zona o dall'ora dell'alba e del tramonto.

    Ci sono cambiamenti ritmici nella sensibilità del corpo a fattori ambientali dannosi. Negli esperimenti sugli animali, è stato riscontrato che la sensibilità ai danni chimici e da radiazioni oscilla in modo molto evidente durante il giorno: alla stessa dose, la mortalità dei topi, a seconda dell'ora del giorno, variava dallo 0 al 10%

    Il fattore esterno più importante che influenza i ritmi dell'organismo è la fotoperiodicità. Negli animali superiori, si presume che ci siano due modi di regolazione fotoperiodica dei ritmi biologici: attraverso gli organi visivi e ulteriormente attraverso il ritmo dell'attività motoria del corpo e attraverso la percezione extrasensoriale della luce. Esistono diversi concetti di regolazione endogena dei ritmi biologici: regolazione genetica, regolazione che coinvolge le membrane cellulari. La maggior parte degli scienziati è incline all'opinione del controllo poligenico sui ritmi. È noto che non solo il nucleo, ma anche il citoplasma della cellula partecipa alla regolazione dei ritmi biologici.

    Il posto centrale tra i processi ritmici è occupato dal ritmo circadiano, che è della massima importanza per l'organismo. Il concetto di ritmo circadiano (circadiano) è stato introdotto nel 1959 da Halberg. Il ritmo circadiano è una modifica del ritmo giornaliero con un periodo di 24 ore, procede in condizioni costanti e appartiene a ritmi a flusso libero. Questi sono ritmi con un periodo non imposto da condizioni esterne. Sono congeniti, endogeni, cioè per le proprietà dell'organismo stesso. Il periodo dei ritmi circadiani dura 23-28 ore nelle piante e 23-25 ​​ore negli animali. Poiché gli organismi si trovano solitamente in un ambiente con cambiamenti ciclici nelle sue condizioni, i ritmi degli organismi sono tirati da questi cambiamenti e diventano diurni.

    I ritmi circadiani si trovano in tutti i rappresentanti del regno animale ea tutti i livelli dell'organizzazione, dalla pressione cellulare alle relazioni interpersonali. Numerosi esperimenti su animali hanno stabilito la presenza di ritmi circadiani dell'attività motoria, temperatura corporea e cutanea, frequenza cardiaca e respiratoria, pressione sanguigna e diuresi. Il contenuto di varie sostanze nei tessuti e negli organi, ad esempio glucosio, sodio e potassio nel sangue, plasma e siero nel sangue, ormoni della crescita, ecc., si sono rivelati soggetti a fluttuazioni diurne.In sostanza, tutto il sistema endocrino e indicatori ematologici, indicatori dell'apparato nervoso, muscolare, cardiovascolare, respiratorio e digerente. In questo ritmo, il contenuto e l'attività di decine di sostanze in vari tessuti e organi del corpo, nel sangue, nelle urine, nel sudore, nella saliva, l'intensità dei processi metabolici, l'energia e l'approvvigionamento plastico di cellule, tessuti e organi. La sensibilità dell'organismo a vari fattori ambientali e la tolleranza dei carichi funzionali sono subordinate allo stesso ritmo circadiano. In totale, nell'uomo sono state finora identificate circa 500 funzioni e processi con ritmi circadiani.

    I bioritmi del corpo - giornaliero, mensile, annuale - sono rimasti praticamente invariati sin dai tempi primitivi e non riescono a stare al passo con i ritmi della vita moderna. Ogni persona durante la giornata ha tracciato con chiarezza i picchi e le recessioni dei più importanti sistemi vitali. I bioritmi più importanti possono essere registrati nei cronogrammi. I principali indicatori in essi sono la temperatura corporea, il polso, la frequenza respiratoria a riposo e altri indicatori che possono essere determinati solo con l'aiuto di specialisti. Conoscere il normale cronogramma individuale ti consente di identificare i pericoli della malattia, organizzare le tue attività in base alle capacità del corpo ed evitare interruzioni nel suo lavoro.

    Il lavoro più faticoso deve essere svolto in quelle ore in cui i principali sistemi del corpo funzionano con la massima intensità. Se una persona è una "colomba", il picco della capacità lavorativa cade alle tre del pomeriggio. Se l '"allodola" - allora il momento della più grande attività del corpo cade a mezzogiorno. Si consiglia ai "gufi" di eseguire il lavoro più intenso alle 17:00-18:00.

    Molto è stato detto sull'influenza del ciclo di 11 anni dell'attività solare sulla biosfera terrestre. Ma non tutti sono consapevoli della stretta relazione che esiste tra la fase del ciclo solare ei dati antropometrici dei giovani. I ricercatori di Kiev hanno condotto un'analisi statistica degli indicatori del peso corporeo e dell'altezza dei giovani che sono venuti alle stazioni di reclutamento. Si scopre che l'accelerazione è molto soggetta al ciclo solare: la tendenza al rialzo è modulata da onde sincrone con il periodo di "inversione di polarità" del campo magnetico solare (e questo è un doppio ciclo di 11 anni, cioè 22 anni) . A proposito, nell'attività del Sole sono stati rivelati anche periodi più lunghi, che coprono diversi secoli.

    Di grande importanza pratica è anche lo studio di altri ritmi plurigiornalieri (circa mensili, annuali, ecc.), per i quali tali cambiamenti periodici nella natura come il cambio delle stagioni, i cicli lunari, ecc., servono come misura del tempo.

    Negli ultimi anni ha guadagnato ampia popolarità la teoria dei "tre ritmi", che si basa sulla teoria della completa indipendenza di questi ritmi di più giorni sia da fattori esterni che dai cambiamenti legati all'età nell'organismo stesso. Il meccanismo di innesco di questi ritmi eccezionali è solo il momento della nascita (secondo altre versioni, il momento del concepimento) di una persona. È nato un uomo e sono sorti ritmi con un periodo di 23, 28 e 33 giorni, che determinano il livello della sua attività fisica, emotiva e intellettuale. La rappresentazione grafica di questi ritmi è una sinusoide. Si chiamano giorni critici i periodi di un giorno in cui le fasi si alternano ("zero" punti nel grafico) e che sono presumibilmente caratterizzati da una diminuzione del corrispondente livello di attività. Se lo stesso punto "zero" viene attraversato contemporaneamente da due o tre sinusoidi, tali giorni critici "doppi" o "tripli" sono particolarmente pericolosi.

    Numerosi studi condotti per testare questa ipotesi, tuttavia, non hanno confermato l'esistenza di questi bioritmi super unici. Superunico perché negli animali non sono stati riscontrati ritmi simili; nessun bioritmo noto rientra in una sinusoide ideale; i periodi di bioritmi non sono costanti e dipendono sia dalle condizioni esterne che dai cambiamenti legati all'età; in natura non sono stati riscontrati fenomeni che sarebbero sincronizzatori per tutte le persone e allo stesso tempo sarebbero "personalmente" dipendenti dal compleanno di ogni persona.

    Studi speciali sulle fluttuazioni nello stato funzionale delle persone hanno dimostrato che non sono in alcun modo collegati alla data di nascita. Analoghi studi su atleti condotti nel nostro Paese, negli USA e in altri Paesi non hanno confermato la relazione tra livello di capacità lavorativa e risultati sportivi con i ritmi proposti nell'ipotesi. Viene evidenziata l'assenza di qualsiasi collegamento tra i vari infortuni sul lavoro, infortuni e altri incidenti stradali con i giorni critici dei responsabili di tali eventi. Sono stati anche testati i metodi di elaborazione statistica dei dati, che presumibilmente indicano la presenza di tre ritmi, ed è stata accertata la fallacia di questi metodi. Pertanto, l'ipotesi dei "tre bioritmi" non trova conferma. Tuttavia, il suo aspetto e il suo sviluppo hanno un significato positivo, poiché hanno attirato l'attenzione su un problema urgente: lo studio dei bioritmi di più giorni che riflettono l'influenza di fattori cosmici (il Sole, la Luna, altri pianeti) sugli organismi viventi e giocano un ruolo importante nella vita e nell'attività umana.