Биологические часы.
Биологические ритмы - описание часов работы организма
klinika4.ru › about › news › news_1:
«Каждый организм имеет встроенные биологические часы, регулирующие химические процессы, возникающие как реакции на внутренние и внешние сигналы. Активность биологических часов человека не одинакова на протяжении суток. За 24 часа они то замедляются, то ускоряются. »
postnauka.ru › lists
«Биоритмы помогают живым существам наиболее эффективно реализовывать свою генетическую программу: искать пищу в подходящих условиях, вовремя восстанавливать силы, готовиться к изменениям погоды. Жизнь пронизана биоритмами: как короткопериодичными (ультрадианными) - среди них дыхание и сердцебиение, - так и долгопериодичными (инфрадианными), которые управляют зимней спячкой у животных, миграцией птиц и менструальными циклами у женщин. Циркадианные ритмы приурочены к вращению Земли, смене светлого и темного времени суток и отвечают за многие аспекты нашей жизни. Мы ложимся и встаем в одно и то же время, наша память может работать лучше в определенные часы, в какое-то время суток мы легче справляемся с физической нагрузкой. К примеру, наш уровень внимания достигает своей низшей точки ранним утром. Не случайно в 4 часа утра наблюдается непропорционально много ДТП, даже с учетом усталости водителей и интенсивности трафика. Поэтому засиживаться до раннего утра совершенно неэффективно, даже если работа очень важная и срочная.
Суточные ритмы свойственны почти всем формам жизни
Даже у одноклеточных и бактерий имеются внутренние часы. Период циркадных ритмов обычно близок к 24 часам. Организм способен получать информацию о смене дня и ночи даже в отсутствие внешних стимулов и подстраиваться под нее. Хронобиология - дисциплина, изучающая биологические ритмы, - зародилась благодаря наблюдениям за жизнью растений. В 1729 году французский биолог Жан-Жак де Меран заметил, что растение-гелиотроп Mimosa pudica закрывает листья в темное время суток и открывает поутру, даже находясь в темном подвале и не получая информации об освещении. В то же время организму необходимо получать информацию извне, чтобы внутренние часы совпадали с условиями окружающей среды. Живые существа реагируют на различные параметры: человек чувствителен к количеству света, в то время как рептилии ориентируются на изменение температуры. Циркадианные ритмы могут использоваться для подстройки других биоритмов. По ежедневным изменениям в количестве темноты и света организм может очень точно определить время года. Часть животных использует эти данные как сигнал к подготовке к зимней спячке, а часть - как сигнал к спариванию, чтобы детеныш родился в более теплое время года и не испытывал недостатка в пище.
Хронотип отчасти определяется генами
Существует несколько «часовых» генов, которые отвечают за выработку определенных белков. Изменения концентраций этих белков определяют заряд клеточных мембран, что позволяет нейронам супрахиазматических ядер гипоталамуса создавать электрические импульсы через определенные промежутки и в результате синхронизировать функции организма со временем суток. Благодаря строго циклическим колебаниям биосинтеза белков PER1, PER2, PER3, CLOCK и BMAL1 наши часы имеют высокую точность.
Хронотип человека, то есть «сова» он или «жаворонок», зависит от генов на 54%. Это не означает, что существует ген, из-за которого он обязательно будет совой и жаворонком. Просто существует определенная комбинация генов, которая чаще встречается у одних и реже у других. Еще одним важным фактором является социальный, то есть принятый в обществе, распорядок дня. То, во сколько человеку приходится вставать на работу или учебу и ложиться спать, определяет 43% вероятности того, что он будет вовремя ложиться и вставать. Оставшиеся 3% приходятся на возраст: в юности можно быть совой, а после двадцати лет начать постепенно превращаться в жаворонка. »
https://ru.wikipedia.org › wiki › Циркадный_ритм:
«Цирка́дные (циркадианные) ритмы (от лат. circa «около, кругом» + dies «день») - циклические колебания интенсивности различных биологических процессов, связанные со сменой дня и ночи. Период циркадных ритмов обычно близок к 24 часам.
Несмотря на связь с внешними стимулами, циркадные ритмы имеют эндогенное происхождение, представляя, таким образом, биологические часы организма.
Циркадные ритмы присутствуют у таких организмов как цианобактерии, грибы, растения, животные.
Впервые об изменении положения листьев в течение дня у тамаринда (Tamarindus indicus) упоминает описывавший походы Александра Македонского Андростен.
Жан-Жак де Меран сообщил о ежедневных движениях листьев у мимозы стыдливой (Mimosa pudica). Эти движения повторялись с определённой периодичностью даже если растения помещались в темноту, где отсутствовали такие внешние стимулы как свет, что позволило предположить эндогенное происхождение биологических ритмов, к которым были приурочены движения листьев растения. Де Мейрен предположил, что эти ритмы могут иметь что-то общее с чередованием сна и бодрствования у человека.
Декандоль в 1834 году определил, что период, с которыми растения мимозы совершают данные листовые движения, короче длины суток и составляет примерно 22-23 часа.
В 1880 году Чарльз Дарвин и его сын Фрэнсис сделали предположение о наследственной природе циркадных ритмов. Предположение о наследственной природе циркадных ритмов было подтверждено окончательно опытами, во время которых скрещивались растения фасоли, периоды циркадных ритмов которых различались. У гибридов длина периода отличалась от длины периода у обоих родителей.
Эндогенная природа циркадных ритмов была окончательно подтверждена в 1984 году во время опытов с грибами вида Нейроспора густая (Neurospora crassa), проведёнными в космосе. Эти опыты показали независимость околосуточных ритмов от геофизических сигналов, связанных с вращением Земли вокруг своей оси.
В 1970-е годы Сеймур Бензер и его ученик Рональд Конопка изучали, можно ли идентифицировать гены, которые контролируют циркадный ритм у плодовых мух. Они продемонстрировали, что мутации неизвестного гена нарушают циркадные часы мух. Неизвестный ген получил название ген периода - Per (от англ. period).
В 1984 году Джеффри Холл и Майкл Росбаш, работающие в тесном сотрудничестве в Брандейском университете в Бостоне, и Майкл Янг из Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке смогли выделить ген Per. Затем Джеффри Холл и Майкл Росбаш обнаружили, что белок PER, кодируемый геном Per, накапливается в течение ночи и деградирует в течение дня. Таким образом, уровень белка PER колеблется в течение суток синхронно с циркадным ритмом. Учёные предположили, что белок PER блокирует активность гена Per. Они обосновали, что с помощью ингибирующей петли обратной связи белок может препятствовать своему собственному синтезу и тем самым регулировать собственный уровень в непрерывном циклическом ритме. Однако, чтобы блокировать активность гена Per, белок PER, который продуцируется в цитоплазме, должен был каким-то образом достигнуть клеточного ядра, где расположен генетический материал, - этот вопрос оставался невыясненным.
В 1994 году Майкл Янг обнаружил второй «часовой ген» циркадного ритма, timeless, кодирующий белок TIM, который требовался для нормального циркадного ритма. Майкл Янг показал, что когда белок TIM связан с белком PER, оба белка могут проникать в ядро клетки, где они блокируют активность гена Per, таким образом замыкая ингибирующую петлю обратной связи. Майкл Янг идентифицировал ещё один ген, doubletime, кодирующий белок DBT, который задерживал накопление белка PER. Совместное действие обнаруженных генов обеспечило понимание, как корректируется циркадный ритм для более точного соответствия 24-часовому циклу.
В 2017 году Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг были удостоены Нобелевской премии за открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадный ритм.
Циркадные ритмы растений.
Циркадные ритмы растений связаны со сменой дня и ночи и важны для адаптации растений к суточным колебаниям таких параметров как температура, освещение, влажность. Растения существуют в постоянно меняющемся мире, поэтому циркадные ритмы важны для того, чтобы растение могло дать надлежащий ответ на абиотический стресс. Изменение положения листьев в течение суток - лишь один из многих ритмических процессов у растений. В течение суток колеблются такие параметры, как активность ферментов, интенсивность газообмена и фотосинтетическая активность.
В способности растений распознавать чередование дня и ночи играет роль фитохромная система. Примером работы такой системы является ритм цветения у растения Pharbitis nil. Цветение у этого растения зависит от длины светового дня: если день короче определённого интервала, то растение цветет, если длиннее - вегетирует. В течение суток условия освещения меняются из-за того, что солнце находится под разными углами к горизонту, и соответственно меняется спектральный состав света, что воспринимается различными фитохромами которые возбуждаются светом с разной длиной волны. Так, вечером в спектре много дальних красных лучей, которые активизируют только фитохром А, давая растению сигнал о приближении ночи. Получив этот сигнал, растение принимает соответствующие меры. Важность фитохромов для температурной адаптации была выяснена во время опытов с трансгенными осинами Populus tremula, у которых продукция фитохрома A была повышена. Растениям постоянно «казалось», что они получают свет высокой интенсивности, и таким образом не могли адаптироваться к суточным колебаниям температуры и страдали от ночных заморозков.
Циркадные ритмы у животных.
Практически все животные приспосабливают свои физиологические и поведенческие процессы к суточным колебаниям абиотических параметров. Примером циркадного ритма у животных является цикл сон-бодрствование. У человека и других животных существуют внутренние часы, которые идут даже в отсутствие внешних стимулов и дают информацию о времени суток.
У млекопитающих главными генами, лежащими в основе циркадианного молекулярного осциллятора супрахиазматического ядра (СХЭ) гипоталамуса, являются гены mPer1 и mPer2 («m» означает «mammalian», то есть period-ген млекопитающих).
Эндогенная продолжительность циркадного ритма.
Первые эксперименты по изоляции людей от источников времени (таких как часы и солнечный свет) привели к тому, что у подопытных вырабатывался 25-часовой циркадный ритм. Ошибка эксперимента состояла в том, что участникам разрешалось включать и выключать свет по своему усмотрению. Чрезмерное использование искусственного освещения перед сном приводило к увеличению продолжительности ритма. Новое более корректно проведённое исследование показало, что период эндогенного циркадного ритма составляет в среднем 24 часа 11 минут
Синхронизация с внешним миром.
Одним из наиболее эффективных внешних сигналов (по сравнению с другими факторами), поддерживающих 24-часовый цикл, является свет. Воздействие света в ранние утренние часы способствует опережению ритма и более раннему засыпанию, а в поздние вечерние часы - к задержке ритма и более позднему засыпанию. За этот механизм отвечают специальные клетки сетчатки глаза (ipRGC), которые напрямую посылают сигнал в СХЭ - центр контроля циркадных ритмов. О важности этого механизма говорит то, что примерно половина полностью слепых людей имеют синдром не-24-часового периода сна-бодрствования. Их циркадный ритм не может подстроиться к 24-м часам, и они засыпают каждый день все позже и позже
СХЭ управляет выработкой гормонов, регулирующих циркадную активность организма. Однако при этом отдельные органы, такие как сердце, печень, почки, имеют свои «внутренние часы» и могут «выбиваться из ритма», устанавливаемого СХЭ. Сиг.нал, поступающий в эпифиз, вызывает синтез и выделение в кровоток вызывающего сон нейрогормона мелатонина. У пожилых людей выделяется меньше мелатонина, что, вероятно, объясняет, почему они чаще страдают бессонницей.
Хронотип.
Циркадная система человека имеет индивидуальные отличия. Наиболее ярким их проявлением служит хронотип. Он бывает ранним («жаворонки»), промежуточным («голуби») и поздним («совы»). Люди, относящиеся к раннему хронотипу, ложатся спать и просыпаются в среднем на два часа раньше «сов» и достигают пика интеллектуальной и физической активности в первой половине дня. У людей, относящихся к позднему хронотипу, максимум умственной и физической работоспособности приходится на вторую половину дня. Среди мужчин и двадцатилетней молодежи преобладают «совы», а дети и пожилые люди чаще «жаворонки»
Нарушения циркадного ритма человека.
С нарушениями циркадного ритма тесно связаны нарушения сна - джетлаг, расстройство, связанное со сменным графиком работы, бессонница выходного дня и т. п. Также с нарушением циркадного ритма связывают такие нарушения сна, как:
· синдром задержки фазы сна - характеризуется поздним засыпанием и пробуждением с невозможностью сместить время сна на более ранние часы;
· синдром опережения фазы сна - характеризуется слишком ранним наступлением сонливости и ранним пробуждением;
· синдром не-24-часового сна-бодрствования - характеризуется ежедневным смещением времени засыпания и пробуждения на более позднее время;
· нерегулярный ритм сна-бодрствования - характеризуется отсутствием стабильного ритма сна-бодрствования; пациенты спят несколько раз в сутки в разное время. »
https://ru.wikipedia.org › wiki › Джетлаг:
«Джетла́г (англ. jet lag: jet «реактивный самолёт» + lag «запаздывание»), синдром смены часового пояса - рассогласование циркадного ритма человека с природным суточным ритмом, вызванное быстрой сменой часовых поясов при авиаперелёте. Может сопровождаться усталостью, бессонницей, головной болью, потерей аппетита и другими состояниями дискомфорта. »
Бессонница и биологические часы.
https://www.ravijuhend.ee › rukovodstva › unehaired-i:
«Под бессонницей понимают как трудности засыпания, прерывистый сон, так и раннее пробуждение. Бессонница считается естественной реакцией организма человека на любую адаптацию или стресс и может сопутствовать многим другим заболеваниям. У некоторых людей бессонница продолжается в течение более длительного периода времени, становясь самостоятельным хроническим заболеванием. Для лечения длительной бессонницы важно соблюдение правильного режима сна. Для этого используются психологические методы лечения и, при необходимости, рекомендуется применение снотворных. В случае, если бессонница не проходит, врач может принять решение о дальнейшем исследовании других возможных причин.
Нарушения ритма сна и бодрствования. Они встречаются у людей, чьи биологические часы не совпадают с суточным циклом, и поэтому им трудно спать в период времени, который считается нормальным общепринятым временем сна. Нарушения ритма сна-бодрствования могут быть вызваны экологическими и социальными факторами. »
http://cgon.rospotrebnadzor.ru › content:
«Сколько раз утром мы нажимаем на кнопку повтора будильника? Люди хотят спать, но у большинства не получается проспать семь или восемь часов, которые большинству необходимы. Огромное количество людей в мире страдают от хронического нарушения сна. В сегодняшнем обществе сон может казаться роскошью, хотя на самом деле он является необходимостью.
Сон жизненно важен для нашего здоровья, безопасности и общего благополучия. Сон важен для нормального функционирования мозга, позволяя ему учиться и запоминать информацию. Недостаточный сон связан с повышенным риском для водителей и пешеходов на дорогах, снижением работоспособности и качества работы, с проблемами настроения и взаимоотношений. Недостаток сна также приводит к повышенному риску высокого кровяного давления, болезней сердца, диабета, ожирения, депрессии и инсульта»
Кроме обычного сна, являющегося частью суточного цикла, ряд животных использует более длительный сон, помогающий пережить суровую зиму или жаркое лето.Например зимняя спячка.или летняя спячка.
https://ru.wikipedia.org › wiki › Спячка:
«Спя́чка (зимняя - гибернация, летняя - эстивация) - период замедления жизненных процессов и метаболизма у гомойотермных животных в периоды малодоступности пищи, когда невозможно сохранять активность и высокий уровень метаболизма. Характеризуется снижением температуры тела, замедлением дыхания и сердцебиения, торможением нервной деятельности (т. н. «глубокий сон») и других физиологических процессов.
В зависимости от регулярности различают следующие виды спячки:
· суточная спячка у колибри и летучих мышей;
· сезонная спячка - зимняя (гибернация) у насекомоядных и грызунов либо летняя (эстивация) у пустынных животных;
· нерегулярная - при внезапном наступлении неблагоприятных условий (енотовидные собаки, белки).
Некоторые крупные млекопитающие (медведи, барсуки, еноты) впадают в зимний сон - разновидность гибернации с меньшим снижением уровней физиологических процессов и метаболизма.
Среди млекопитающих в спячку впадают грызуны, один вид лемуров, европейский ёж и другие насекомоядные, сумчатые. Плиний Старший считал, что ласточки также способны к спячке, но это ошибочно - птицы, за исключением американских белогорлых козодоев, в спячку обычно не впадают. В состояние, сходное со спячкой (резко пониженная температура тела и оцепенение), в отсутствие родителей впадают птенцы колибри и стрижей.
Летняя спячка или эстивация, также называемая летней диапаузой, свойственна организмам низких широт и обеспечивает их выживание в засушливый период года.
Часто она может наблюдаться у грызунов, лишённых в летний период полноценного и богатого водой корма. Например песчаный суслик в Средней Азии впадает в летнюю спячку в июне - июле. У сусликов летняя спячка обычно без перерыва переходит в зимнюю.
Летняя спячка наблюдается также у некоторых обитателей тропической зоны. У африканского ежа Atelerix albiventris она длится до трёх месяцев, а у мадагаскарских насекомоядных - тенреков - до четырёх месяцев. »
Кроме суточного сна и спячки различают виды патологического сна, такие как летаргический сон, нарколепсия и сомнамбулизм.
https://navigator.mosgorzdrav.ru › letargicheskiy-son:
«Летаргический сон:
Особое болезненное состояние человека, напоминающее глубокий сон. В состоянии летаргического сна человек способен находиться от нескольких часов до нескольких недель, а в исключительных случаях он может затянуться на годы.
Причины возникновения.
· Перенесённый сильный эмоциональный стресс;
· Некоторые особенности психики человека;
· Травмы головы, сильные ушибы головного мозга, автомобильные катастрофы;
· Стресс от потери близких людей.
Известны случаи, когда люди были введены в состояние летаргии посредством гипнотического воздействия».
https://www.smclinic-spb.ru › ... › Нарколепсия:
«Нарколепсия - это неврологическое расстройство, характеризующееся нарушением сна в виде неконтролируемых приступов дневной сонливости. Это достаточно редкое заболевание, ему в равной степени подвержены как мужчины, так и женщины. Наиболее часто болезнь диагностируется в период от 15 до 30 лет.
Точные причины нарколепсии специалистами не установлены, однако известно, что эта патология возникает из-за недостатка орексина (нейромедиатора головного мозга), отвечающего за бодрствование. По какой причине снижается выработка орексина - неизвестно. »
https://ru.wikipedia.org › wiki › Сомнамбулизм:
«Сомнамбули́зм (от лат. somnus - «сон» и ambulo - «ходить», «передвигаться»; ноктамбули́зм (от лат. nox, noctis - «ночь»), снохожде́ние, устар. лунати́зм) - расстройство парасомнического спектра, при котором люди совершают какие-либо действия, находясь при этом в состоянии сна. Оно классифицируется как расстройство сна, относящееся к семейству парасомний. Снохождение возникает обычно во время неполного пробуждения от глубокой фазы медленного сна и провоцирует на действия, свойственные бодрствующему человеку. Зачастую это простые и безопасные действия: подъём в постели, хождение, уборка, но могут быть и довольно опасными: приготовление пищи, вождение, жестокое поведение, хватание за воображаемые предметы.
Хотя случаи сомнамбулизма обычно состоят из простых, присущих конкретному человеку действий, иногда появляются сообщения о людях, чьё поведение во время сна отличается высокой сложностью, хотя их достоверность часто оспаривается. У сомнамбул зачастую отсутствуют воспоминания об инциденте, либо их крайне мало и они нечётки. У этого существует две возможных причины: согласно первой, процесс запоминания во время эпизода сомнамбулизма отключён; согласно второй, нарушается процесс извлечения событий из памяти. Глаза могут быть открыты, однако их выражение тускло и остекленело. Приступ снохождения может длиться от 30 секунд до 30 минут, в редких случаях - несколько часов. »