10.Ритмичность.

Это свойство присуще как живой, так и неживой природе. Обус­ловлено оно различными космическими и планетарными причинами: вра­щением Земли вокруг солнца, сменой времен года, фазами Луны и т.д. Для неживой природы характерны, например, изменения освещенности и температуры в течение года и суток, приливы и отливы в морях и океанах т.д. Живые организмы также подчиняются внешним датчикам времени, однако реакция их сложнее изменений окружающей среды.

Периодические изменения в окружающей среде оказывают сильное влияние на живую природу и на собственные ритмы живых организмов.

Ритм — это повторение одного и того же состояния через раз­ные промежутки времени. В биологии под ритмичностью понимают пери­одические изменения интенсивности физиологических функций с раз­личными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и сто­летия).

Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования челове­ка; сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих (сусликов, ежей, медведей) и многие другие.

Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, т.е. на приспособление к постоянно меняющимся условиям существования.

Таким образом, живые организмы резко отличаются от объектов физики и химии — неживых систем — своей исключительной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью. Эти от­личия придают жизни качественно новые свойства.

Уровни организации живой материи.

Все организмы — живые системы, имеют сходные черты строения и жизнедеятельности: у них единый генетический код, химический сос­тав, строение молекул, клеток, однотипное строение тела на одинако­вых уровнях организации. Это единство живых организмов дает воз­можность построить общую систему уровней организации живой мате­рии от молекулярного до биосферного.

В живой природе выделяют несколько уровней организации:

1. Молекулярный уровень.

Любая живая система, как бы сложно она не была организована состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ.

На молекулярном уровне обнаруживается удивительное однообра­зие дискретных единиц. Основу жизни для всех животных, растений, ви­русов составляют всего 20 одних и тех же аминокислот и 4 одинако­вых азотистых основания, входящих в состав ДНК. Близкий состав имеют липиды и углеводы.

С молекулярного уровня начинаются разнообразные процессы жи­знедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, пе­редача наследственной информации и др.

В связи с тем, что с молекулярным уровнем связано хранение, изменение и реализация наследственной информации, этот уровень еще называют молекулярно-генетическим.

2. Клеточный уровень.

Основной самостоятельно функционирующей элементарной биоло­гической единицей, характерной для всех живых организмов является клетка. На клеточном уровне изучают строение клеток и клеточных компонентов. В клетке осуществляется реализация наследственной ин­формации, обмен веществ и энергии. Эти процессы тесно связаны меж­ду собой. Метаболизм, происходящий на клеточном уровне, необходим для осуществления жизни на других уровнях.

Клеточный уровень у одноклеточных совпадает с организменным.

В истории жизни на нашей планете был такой период ( первая половина архейской эры), когда все организмы находились на этом уровне организации. Из таких организмов состояли все виды, биоце­нозы и биосфера в целом.

Ритмичность в биологии и характеристика биологических ритмов

Важное свойство, которым обладает географическая оболочка нашей планеты — ритмичность. Что такое ритмичность в биологии?

Понятие адаптивных биологических ритмов

Определение 1

Ритмичность в биологии — это процесс повторения явлений в определенное время.

Будучи одной из составляющих географической оболочки, биосфера также подвержена ритмичности. Жизнедеятельность организмов на планете во многом зависит от движения тел Солнечной системы, изменений температуры, влажности и освещенности. На все эти изменения живые организмы реагируют.

Определение 2

На случай периодических изменений интенсивности экологических факторов у организмов есть специальные приспособленческие реакции — это адаптивные биологические ритмы.

Адаптивные биологические ритмы в зависимости от длительности причин возникновения делятся на:

• суточные;
• приливно-отливные;
• сезонные;
• годовые;
• многолетние.

Такое явление как «биологические часы» непосредственно связано с биологическими адаптивными ритмами.

Определение 3

Биологические часы — способность живых организмов выдавать реакцию на течение времени.

С помощью этого явления живые организмы могут согласовывать свои физиологические ритмы с изменениями, происходящими в окружающей среде.

Характеристика биологических ритмов

Рассмотрим подробнее каждый из вариантов биологических ритмов.

Суточные ритмы

Планета Земля вращается вокруг своей оси — полный оборот она совершает за 24 часа. В результате, в течение суток два раза меняется освещенность, которая становится причиной температурных колебаний, изменения влажности и атмосферного давления. Все это непосредственно влияет на активность живых организмов.

Солнечный свет очень важен для жизнедеятельности: он задает периодичность процессов фотосинтеза, транспирации, времени, когда будут раскрываться и закрываться цветки у растений. Животных изменения освещенности тоже затрагивают: смена дня и ночи влияет на особенности их физиологических процессов. Отсюда условное деление всех животных на ночных и дневных.

Однако в случае изменения условий среды, меняется и суточная активность живых организмов.

Пример 1

В жарких пустынях, когда температура днем достигает максимума, а влажность — минимума, дневные животные проявляют свою активность ночью.

Суточные ритмы связаны и с человеком, который также является частью природы. Интенсивность более ста его жизненных функций определяется временем суток.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Приливно-отливные ритмы

Приливно-отливные ритмы — результат взаимодействий Земли и Луны. Наиболее полно и явно они наблюдаются у обитателей прибрежных участков Мирового океана (такие участки называются литорали).

В течение лунных суток — они длятся 24 часа и 50 минут — прилив и отлив происходят по два раза. Такая смена природных условий заставляет организмы к ней приспосабливаться. Каждый организм приспосабливается по-своему:

• отдельные животные, такие как моллюски, зарываются в ил;
• некоторые меняют окраску тела;
• есть животные, которые уходят дальше в океан.

Пример 2

Приливно-отливные ритмы определяют размножение рыб атерин-грунион. Нерест осуществляется только тогда, когда Луна находится в определенной фазе.

Сезонные ритмы

Сезонные ритмы — результат вращения Земли вокруг Солнца. Это вращение приводит к изменению климата на планете. Сезонные ритмы определяют такие процессы как размножение, развитие, жизненные циклы, линька, спячка, миграция, состояние покоя и период вегетации у растений, а также многое другое.

Многолетние циклы

Многолетние циклы — результат изменения солнечной активности и взаимодействия небесных тел Солнечной системы.

Пример 3

Массовое размножение перелетной саранчи в отдельные годы — яркий пример многолетних циклов.

Также пример многолетних циклов — периодическое отклонение холодного перуанского течения у берегов Южной Америки. Это явление называется Эль-Ниньо, и происходит оно раз в 11-12 лет.

Фотопериодизм

Длительность светового дня — важное условие существования и жизни всех организмов, а также самый стабильный экологический фактор.

Определение 4

Фотопериодизм — комплекс наследственных реакций живого организма на то, как изменяется световой период суток.

Это свойство встречается у всех организмов. Однако наиболее ярко проявляется у тех, что живут в условиях, когда сезонные изменения среды происходят резко.

Изменение длительности светового дня у растений проявляется тем, что они меняют интенсивность синтеза фитогормонов. За счет этого регулируется рост и развитие растения.

Пример 4

Фотопериодизм очень ярко проявляется у перелетных птиц: сокращение светового дня является сигналом для миграции.

Ритмичность в биологии. Значение биологических ритмов. Биоритмы человека

Наука, изучающая ритмичность в биологии, возникла в конце XVIII века. Ее основателем считается немецкий врач Христофор Вильям Гуфелянд. С его подачи длительный период биологические ритмы организма считались зависимыми исключительно от внешних цикличных процессов, в первую очередь от вращения Земли вокруг Солнца и собственной оси. Сегодня хронобиология пользуется популярностью. Согласно доминирующей в ней теории, причины биоритмов лежат как вне, так и внутри конкретного организма. Причем повторяющиеся во времени изменения свойственны не только отдельным особям. Они пронизывают все уровни биологических систем — от клетки до биосферы.

Ритмичность в биологии: определение

Таким образом, рассматриваемое свойство является одним из фундаментальных характеристик живой материи. Ритмичность в биологии можно определить как колебания интенсивности процессов и физиологических реакций. Она представляет собой периодические изменения состояния среды живой системы, возникающие под действием внешних и внутренних факторов. Также их называют синхронизаторами.

Биоритмы, не зависящие от внешних (действующих на систему снаружи) факторов, являются эндогенными. Экзогенные, соответственно, не откликаются на воздействие внутренних (действующих внутри системы) синхронизаторов.

Причины

Как уже отмечалось, на первых этапах формирования новой науки ритмичность в биологии считалась обусловленной лишь внешними факторами. На смену этой теории пришла гипотеза внутреннего детерминирования. В ней внешним факторам отводилась незначительная роль. Однако достаточно быстро исследователи пришли к пониманию высокого значения обоих типов синхронизаторов. Сегодня считается, что биологические ритмы жизни, эндогенные по своей природе, подвержены изменениям под воздействием внешней среды. Эта идея стоит в центре мультиосцилляторной модели регуляции подобных процессов.

Суть теории

Согласно этой концепции, эндогенные генетически запрограммированные колебательные процессы испытывают воздействие со стороны внешних синхронизаторов. Огромное число внутренних ритмических колебаний многоклеточного организма выстроено в определенном иерархическом порядке. В основе его поддержания лежат нейрогуморальные механизмы. Они согласовывают фазовые взаимоотношения различных ритмов: однонаправленные процессы протекают синхронно, а несовместимые работают в противофазе.

Всю эту деятельность трудно себе представить без некоего осциллятора (координатора). В рассматриваемой теории выделяют три взаимосвязанные регулирующие системы: эпифиз, гипофиз и надпочечники. Эпифиз считается наиболее древним.

Предположительно у организмов, стоящих на низких ступенях эволюционного развития, эпифиз играет главную роль. Выделяемый им мелатонин вырабатывается в темноте и распадается на свету. Фактически он сообщает всем клеткам о времени дня. При усложнении организации эпифиз начинает играть вторую роль, уступая первенство супрахиазматическим ядрам гипоталамуса. Вопрос о соотношении в деле регуляции биоритмов обеих структур до конца не решен. В любом случае, согласно теории, у них существует «помощник» — надпочечники.

Виды

Все биоритмы делятся на две основные категории:

• физиологические представляют собой колебания в работе отдельных систем организма;

• экологические, или адаптивные необходимы для приспособления к постоянно меняющимся условиям окружающей среды.

Также распространенной является классификация, предложенная хронобиологом Ф. Хальбергом. За основу разделения биологических ритмов он взял их длительность:

• колебания высокой частоты — от нескольких секунд до получаса;

• колебания средней частоты — от получаса до шести дней;

• колебания низкой частоты — от шести дней до года.

Процессы первого типа — это дыхание, сердцебиение, электрическая активность головного мозга и другая аналогичная ритмичность в биологии. Примеры колебаний средней частоты — это изменения в течение дня обменных процессов, режима сна и бодрствования. Третий тип колебаний включает сезонные, годичные и лунные ритмы.

Внешние по отношению к человеку синхронизаторы делятся на социальные и физические. Первые — это распорядок дня и различные нормы, принятые на производстве, в быту или обществе в целом. Физические синхронизаторы представлены сменой дня и ночи, напряженностью электромагнитных полей, колебаниями температур, влажности и так далее.

Десинхронизация

Идеальное состояние организма возникает тогда, когда внутренние биоритмы человека работают в соответствии с внешними условиями. К сожалению, так бывает не всегда. Состояние, когда происходит рассогласование внутренних ритмов и внешних синхронизаторов, называют десинхронозом. Он также существует в двух вариантах.

Внутренний десинхроноз — рассогласование процессов непосредственно в организме. Распространенный пример — нарушение ритмов сна и бодрствования. Внешний десинхроноз — это рассогласование внутренних биологических ритмов и условий среды. Подобные нарушения возникают, например, при перелете из одного часового пояса в другой.

Десинхроноз проявляется в виде изменения таких физиологических показателей, как артериальное давление. Часто он сопровождается повышенной раздражимостью, отсутствием аппетита, быстрой утомляемостью. По мнению хронобиологов, как уже говорилось выше, любая болезнь — результат рассогласования тех или иных колебательных процессов.

Суточные биологические ритмы

Понимание логики колебаний физиологических процессов позволяет оптимально выстраивать деятельность. В этом смысле особенно велико значение биологических ритмов длительностью около суток. Их используют как для определения эффективного режима труда и отдыха, так и для медицинской диагностики, лечения, и даже выбора дозы препаратов.

В человеческом организме сутки — период колебания огромного числа процессов. Одни из них изменяются существенно, другие — минимально. Важно при этом, что показатели и тех, и других не выходят за рамки нормы, то есть не становятся угрожающими здоровью.

Температурные колебания

Терморегуляция — залог постоянства внутренней среды, а значит, правильной работы организма для всех млекопитающих, в том числе и человека. Изменение температуры происходит в течение суток, при этом диапазон колебаний совсем невелик. Минимальные показатели характерны для периода от часа ночи до пяти утра, максимальные регистрируются около шести часов вечера. Амплитуда колебаний составляет при этом чаще всего меньше одного градуса.

Сердечно-сосудистая и эндокринная системы

Работа главного «мотора» человеческого организма также подвержена колебаниям. Существуют две временные точки, в которые снижается активность сердечно-сосудистой системы: час дня и девять вечера.

Свои ритмы свойственны и всем органам кроветворения. Пик активности костного мозга приходится на раннее утро, а у селезенки — на восемь часов вечера.

Секреция гормонов тоже непостоянна на протяжении дня. Концентрация адреналина в крови возрастает ранним утром и достигает своего пика к девяти часам. Такая особенность объясняет бодрость и активность, которые чаще всего свойственны людям в первой половине дня.

Акушеркам известна любопытная статистика: родовая деятельность в большинстве случаев начинается около полуночи. Это также связано с особенностями работы эндокринной системы. К этому времени активизируется задняя доля гипофиза, вырабатывающая соответствующие гормоны.

Утром — мясо, вечером — молоко

Для приверженцев правильного питания будут любопытны факты, связанные с пищеварительной системой. Первая половина дня — время, когда усиливается перистальтика желудочно-кишечного тракта, увеличивается выработка желчи. Печень утром активно расходует гликоген и отдает воду. Из этих закономерностей хронобиологи выводят нехитрые правила: тяжелую и жирную пищу лучше есть в первой половине дня, а после обеда и вечером идеальны молочные продукты и овощи.

Работоспособность

Не секрет, что биоритмы человека влияют на его активность в течение дня. Колебания у разных людей имеют особенности, однако можно выделить и общие закономерности. Три «птичьих» хронотипа, связывающие биологические ритмы и работоспособность, пожалуй, известны всем. Это «жаворонок», «сова» и «голубь». Первые два — крайние варианты. «Жаворонки» полны сил и энергии с утра, легко встают и рано ложатся спать.

«Совы», как и их прототип, ведут ночной образ жизни. Активный период для них начинается примерно в шесть вечера. Ранний подъем им бывает очень трудно перенести. «Голуби» способны работать как днем, так и вечером. В хронобиологии их называют аритмиками.

Зная свой тип, человек может более эффективно управлять собственной деятельностью. Впрочем, существует мнение, что любая «сова» может стать «жаворонком» при желании и настойчивости, а разделение на три типа обусловлено, скорее, привычками, нежели заложенными особенностями.

Постоянное изменение

Биоритмы человека и других организмов не являются жесткими, навсегда закрепленными признаками. В процессе онто- и филогенеза, то есть индивидуального развития и эволюции, они изменяются с определенными закономерностями. Что отвечает за подобные сдвиги, до конца еще непонятно. Существует две основные версии на этот счет. Согласно одной из них, изменениями руководит заложенный на клеточном уровне механизм — его можно назвать биологическими часами.

Другая гипотеза основную роль в этом процессе отводит геофизическим факторам, которые еще предстоит изучить. Приверженцы этой теории объясняют различия биоритмов особей их положением на эволюционной лестнице. Чем выше уровень организации, тем интенсивнее обмен веществ. При этом характер показателей не меняется, но увеличивается амплитуда колебания. Саму же ритмичность в биологии и ее синхронизацию с геофизическими процессами они рассматривают как результат работы естественного отбора, приводящий к превращению внешнего (например, смена дня и ночи) во внутреннее (период активности и сна) колебание ритма.

Влияние возраста

Хронобиологам удалось установить, что в процессе онтогенеза, в зависимости от проходимой организмом стадии, меняются околосуточные ритмы. Каждому периоду постнатального развития соответствуют свои колебания внутренних систем. Причем изменение биологических ритмов подчинено определенной закономерности, описанной российским специалистом Г.Д. Губиным. Ее удобно рассмотреть на примере млекопитающих. У них подобные изменения связаны в первую очередь с амплитудами околосуточных ритмов. С первых этапов индивидуального развития они нарастают и достигают максимума в молодом и зрелом возрасте. Затем амплитуды начинают уменьшаться.

Это не единственные изменения ритмов, связанные с возрастом. Меняются также последовательности акрофаз (акрофаза — точка времени, когда наблюдается максимальное значение параметра) и величины диапазона возрастной нормы (хронодезма). Если учитывать все эти изменения, становится очевидным, что именно в зрелом возрасте биоритмы прекрасно согласованы и организм человека способен противостоять различным внешним влияниям, сохраняя свое здоровье. С течением времени ситуация меняется. В результате рассогласования различных ритмов запас здоровья постепенно заканчивается.

Хронобиологи предлагают использовать подобные закономерности для прогнозирования болезней. На основе знания об особенностях колебаний околосуточных ритмов человека на протяжении жизни теоретически возможно построение некоего графика, отражающего запас здоровья, его максимумы и минимумы во времени. Подобное тестирование — дело будущего, по мнению большинства ученых. Однако существуют теории, позволяющие построить нечто подобное такому графику уже сейчас.

Три ритма

Приоткроем немного завесу тайны и расскажем о том, как определить свои биоритмы. Расчет в них делается на основе теории психолога Германа Свобода, врача Вильгельма Фисса и инженера Альфреда Тельчера, созданной ими на рубеже XIX и XX веков. Суть концепции в том, что существует три ритма: физический, эмоциональный и интеллектуальный. Они возникают в момент рождения и на протяжении всей жизни не меняют своей частоты:

• физический — 23 дня;

• эмоциональный — 28 дней;

• интеллектуальный — 33 дня.

Если построить график их изменений с течением времени, он примет вид синусоиды. Для всех трех параметров часть волны над осью Ох соответствует подъему показателей, под ней располагается зона спада физических, эмоциональных и умственных возможностей. Биоритмы, расчет которых можно произвести по подобному графику, в точке пересечения с осью сигнализируют о начале периода неопределенности, когда сильно падает устойчивость организма к воздействиям внешней среды.

Определение показателей

Расчет биологических ритмов на основе этой теории можно произвести самостоятельно. Для этого необходимо подсчитать, сколько вы уже прожили: умножить возраст на количество дней в году (не забудьте, что в високосном их 366). Полученную цифру нужно разделить на частоту того биоритма, график которого вы строите (23, 28 или 33). Получится некоторое целое число и остаток. Целую часть снова умножьте на продолжительность конкретного биоритма? f полученное значение вычтите из количества прожитых дней. Остаток будет числом дней периода в настоящий момент.

Если полученное значение не превышает одной четвертой от продолжительности цикла, — это время подъема. В зависимости от биоритма оно предполагает бодрость и физическую активность, хорошее настроение и эмоциональную устойчивость, творческое вдохновение и интеллектуальный подъем. Значение, равное половине продолжительности периода, символизирует время неопределенности. Попадание в последнюю треть длительности любого биоритма означает нахождение в зоне спада активности. В это время человеку свойственно быстрее уставать, возрастает опасность болезней, если речь идет о физическом цикле. В эмоциональном плане наблюдается снижение настроения вплоть до депрессии, ухудшение способности сдерживать сильные внутренние порывы. На уровне интеллекта период спада характеризуется трудностью в принятии решений, некоторой заторможенностью мысли.

Отношение к теории

В научном мире концепция трех биоритмов в таком формате, как правило, критикуется. Отсутствуют достаточные основания для предположения, что в организме человека нечто может быть настолько неизменным. Об этом говорят все обнаруженные закономерности, которым подчиняется ритмичность в биологии, характеристики внутренних процессов, свойственные разным уровням живых систем. Поэтому описанную методику расчета и всю теорию чаще всего предлагается рассматривать как интересный вариант времяпрепровождения, но не серьезную концепцию, на основе которой стоит планировать свою деятельность.

Биологический ритм сна и бодрствования, таким образом, не единственный, существующий в организме. Колебаниям подвержены все системы, составляющие наше тело, причем не только на уровне таких крупных формирований, как сердце или легкие. Ритмичные процессы заложены еще в клетках, а потому свойственны живой материи в целом. Наука, изучающая подобные колебания, пока достаточно молода, но уже стремится объяснить многие закономерности, существующие в человеческой жизни и во всей природе. Уже накопленные данные позволяют предположить, что потенциал хронобиологии на самом деле очень высок. Возможно, в ближайшее время ее принципами станут руководствоваться и врачи, назначая дозы лекарств в соответствии с особенностями фазы того или иного биологического ритма.

1.2. Признаки и свойства живого

1.2. Признаки и свойства живого

Биологическая система

– целостная система компонентов, выполняющих определенную функцию в живых системах. К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации:

биологические макромолекулы, субклеточные органеллы, клетки, органы, организмы, популяции.

Признаки биологических систем

– критерии, отличающие биологические системы от объектов неживой природы:

1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. В неживой природе самыми распространенными элементами являются кремний, железо, магний, алюминий, кислород. В живых же организмах 98% элементарного (атомного) состава приходится на долю всего четырех элементов: углерода, кислорода, азота и водорода.

2. Обмен веществ. К обмену веществ с окружающей средой способны все живые организмы. Они поглощают из среды элементы питания и выделяют продукты жизнедеятельности. В неживой природе также существует обмен веществами, однако при небиологическом круговороте они просто переносятся с одного места на другое или меняют свое агрегатное состояние: например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед и др. У живых же организмов обмен веществ имеет качественно иной уровень. В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада (ассимиляция и диссимиляция – см. дальше), в результате которых сложные вещества распадаются на более простые и выделяется энергия, необходимая для реакций синтеза новых сложных веществ.
Обмен веществ обеспечивает относительное постоянство химического состава всех частей организма и как следствие – постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

3. Самовоспроизведение (репродукция, размножение) – свойство организмов воспроизводить себе подобных. Процесс самовоспроизведения осуществляется практически на всех уровнях жизни. Существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени, поэтому поддержание жизни связано с самовоспроизведением. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте – ДНК, которая находится в родительских клетках.

4. Наследственность – способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обеспечивается стабильностью ДНК и воспроизведением ее химического строения с высокой точностью. Материальными структурами наследственности, передаваемыми от родителей потомкам, являются хромосомы и гены.

5. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения материальных структур наследственности. Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней. Изменчивость поставляет разнообразный материал для отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.

6. Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, изменяется его состав или структура. Развитие живой формы материи представлено индивидуальным развитием (онтогенезом) и историческим развитием (филогенезом). Филогенез всего органического мира называют эволюцией.
На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ. Индивидуальное развитие часто сопровождается ростом – увеличением линейных размеров и массы всей особи и ее отдельных органов за счет увеличения размеров и количества клеток.
Историческое развитие сопровождается образование новых видов и прогрессивным усложнением жизни. В результате эволюции возникло все многообразие живых организмов на Земле.

7. Раздражимость – это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Всякое изменение окружающих организм условий представляет собой по отношению к нему раздражение, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. Отвечая на воздействия факторов среды, организмы взаимодействуют с ней и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить.
Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой, называются рефлексами. Организмы, не имеющие нервной системы, лишены рефлексов, и их реакции выражаются в изменении характера движения (таксисы) или роста (тропизмы).

8. Дискретность (от лат. discretus – разделенный). Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Так, любая особь состоит из отдельных клеток с их особыми свойствами, а в клетках также дискретно представлены органоиды и другие внутриклеточные образования.
Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления системы путем замены износившихся структурных элементов без прекращения функционирования всей системы в целом.

9. Саморегуляция (авторегуляция) – способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз). Саморегуляция осуществляется благодаря деятельности нервной, эндокринной и некоторых других регуляторных систем. Сигналом для включения той или иной регуляторной системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы.

10. Ритмичность – свойство, присущее как живой, так и неживой природе. Оно обусловлено различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, фазами Луны и т.д.
Ритмичность проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов через определенные равные промежутки времени. Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и многие другие. Ритмичность направлена на согласование функций организма с периодически меняющимися условиями жизни.

11. Энергозависимость. Биологические системы являются «открытыми» для поступления энергии. Под «открытыми» понимают динамические, т.е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним веществ и энергии извне. Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают из окружающей среды энергия и вещества в виде пищи. В большинстве случаев организмы используют энергию Солнца: одни непосредственно – это фотоавтотрофы (зеленые растения и цианобактерии), другие опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи, – это гетеротрофы (животные, грибы и бактерии).

Разработка урока на тему «Ритмичная деятельность организма».( 9 класс)

Разработка урока на тему «Ритмичная деятельность организма».

Урок проведен 27 октября 2017 года в 9 классе. Школа участвовала в «Неделе науки» в рамках Года науки и образования Великобритании и России 2017.

Автор: Кононенко Оксана Викторовна, учитель химии и биологии Штормовской школы-гимназии Республики Крым.

Цели урока:

• раскрыть причины биологических ритмов.

• определить значение биологических ритмов для повседневной деятельности человека.

Подходы к обучению и изучению материала.

На этом занятии ученики должны провести обсуждение в парах, группах, оценить ответы друг друга.

Начало урока

Что такое ритмичность и биологические ритмы?

Учащиеся обсуждают приспособление организмов к неблагоприятным условиям среды, делают выводы о ритмичности жизненного цикла .

Объясните ученикам, что ритмичность – основное свойство живой природы.

Биологические ритмы – периодически повторяющиеся изменения активности процессов жизнедеятельности организмов. Обратите внимание учеников, что все живые существа на Земле — от растений до высших млекопитающих — подчиняются определенным ритмам.

Попросите учеников в парах обсудить как организмы приспосабливаются к неблагоприятным условиям среды, какие процессы у растений происходят по «биологическим часам». (Дневные цветы закрывают и открывают лепестки в зависимости от освещенности. Образование нектара тоже подчиняется суточным ритмам. Причем пчелы опыляют цветы только в определенные часы — в моменты выработки наибольшего количества нектара.)

Попросите учащихся ответить на вопрос: какие показатели у человека в зависимости от времени суток циклически меняются? (физиологическое состояние, интеллектуальные возможности и даже настроение).

Обратите внимание учеников на то, что наш организм находится в постоянной взаимосвязи с окружающим миром, обмениваясь с ним информацией и энергией. Из-за такого взаимодействия организм человека подстраивается под биоритмы окружающей среды. Получая информацию от органов чувств, центральная нервная система регулирует выделение различных гормонов, активизирующих или тормозящих работу всего организма. Таким образом, биологические часы человека синхронизируются с биоритмами окружающего мира.

Попросите учащихся сформулировать вывод о том, как происходит жизнедеятельность любой биологической системы на Земле? Жизнедеятельность любой биологической системы на этой планете подвержена цикличности.

Предложите ученикам подумать, каким ритмам подчиняются все живые организмы.

Предложите высказать свое мнение, а затем подведите итог обсуждения, обозначив основные ритмы- суточные и годовые ритмы активности живых организмов, а для обитателей побережий морей и океанов, где наблюдаются такие явления как прилив и отлив, характерны приливно-отливные ритмы.

Обратите внимание учеников, что исключение составляют бактерии и вирусы, наличие ритмов у которых пока не доказано.

Основная часть

Учащиеся по группам выполняют задания на карточках.

Далее представляют результаты работы перед классом.

Разбейте учащихся на 4 группы по 5 человек и дайте каждой группе Карточку с заданием. Попросите обсудить в группе и ответить на заданные вопросы. Каждая группа проводит обсуждение и объясняет перед классом свои выводы, отвечает на вопросы слушателей.

Закрепление

Учащиеся по выведенным на экран названиям явлений определяют типы биологических ритмов, определяющих эти явления.

Учащиеся проверяют друг друга по выведенным на экран ответам.

Ученикам нужно поставить галочку напротив правильного ответа, а также исправить неправильные ответы. Они также могут написать комментарии на тему того, как лучше выполнить это упражнение в будущем.

Заключение

Учащиеся делают выводы из проделанной работы, записывают домашнее задание.

Проведите краткое обсуждение в классе, чтобы подытожить, что нового узнали ученики на занятии.

Попросите учеников провести дальнейшее исследование в интернете о том, возможно ли изменить суточный биологический ритм, заложенный природой.

Также попросите оформить отчеты о результатах своих исследований в виде доклада.

Карточка группы 1.

Суточные ритмы – ритмы, которые приспосабливают организмы к смене дня и ночи.

Суточные ритмы обнаружены как у многоклеточных, так и у одноклеточных организмов. У растений интенсивный рост, распускание цветков, закрывание и открывание устьиц приурочены к определенному времени суток. Наблюдаются ритмы и в протекании процессов дыхания и фотосинтеза, что проявляется в их усилении или ослаблении.
У животных сильно меняется активность в течение суток. По этому признаку различают дневных и ночных животных. Проявляются суточные ритмы в чередовании сна и бодрствования, изменении двигательной активности, частоты пульса, температуры тела.
У человека обнаружено около 100 периодически повторяющихся процессов. Например, в течение суток максимальная масса тела отмечается в 18–19 часов, температура тела – в 16 – 18 часов, частота дыхания – в 13 – 16 часов, частота сердечных сокращений – в 15 – 16 часов, даже кожа более чувствительна к косметическим процедурам в светлое время суток.

Вопросы:

• Что является причиной суточных ритмов? (Примерный ответ: Причиной суточных ритмов является вращение Земли вокруг своей оси).

• Как вы думаете, у всех ли организмов проявляются суточные ритмы?

(Примерный ответ: Суточные ритмы проявляются не у всех видов, а только у тех, в жизни которых смена дня и ночи играет важную экологическую роль. Обитатели пещер и глубоких вод, где нет смены дня и ночи, живут по другим ритмам.

У большинства наземных позвоночных проявляется суточная периодичность.)

Уточните, что, например, землеройки сменяют активность и отдых каждые 15–20 минут, невзирая на день и ночь. У этих животных обмен веществ протекает очень быстро, поэтому они вынуждены питаться круглосуточно.

• Как вы считаете — передается ли периодичность по наследству? (Примерный ответ: передается по наследству).

• Назовите профессии, в которых, по-вашему мнению нарушения суточной ритмики могут представлять медицинскую проблему. (Примерный ответ:

условия ночной работы, подводного плавания, космических полетов)

Карточка группы 2

Годовые ритмы – это ритмы, которые приспосабливают организмы к сезонной смене условий.

При годовом движении Земли по орбите вокруг Солнца на нашей планете происходит смена времен года: зимы, весны, лета и осени.
В жизни видов периоды роста, размножения, линек, миграций, глубокого покоя закономерно чередуются и повторяются таким образом, что критическое время года организмы встречают в наиболее устойчивом состоянии.

Самый же уязвимый процесс – размножение и выращивание молодняка – приходится на самый благоприятный период. На этот же период приходится цветение растений, созревание плодов и семян (вегетационный период).
Если, например, австралийских страусов или дикую собаку динго поместить в зоопарк Северного полушария, период размножения у них наступит осенью, когда в Австралии весна.
Перестройка внутренних годовых ритмов происходит с большим трудом, через целый ряд поколений.
Задолго до наступления неблагоприятных периодов у организмов начинается длительный процесс подготовки. У организмов много приспособлений к сезонному ритму внешних условий.

Резкие кратковременные изменения погоды (заморозки летом или зимние оттепели) обычно не нарушают годовых ритмов растений и животных.

Вопросы:

• Что является причиной возникновения годовых ритмов? (Примерный ответ: Причина: движение Земли вокруг Солнца.)

• На какие факторы реагируют организмы в годовых циклах? (Примерный ответ: главным фактором, на который реагируют организмы в годовых циклах, является не случайное изменение погоды, а изменение долготы дня. Это единственный астрономический сигнал наступления нового сезона.)

• Назовите приспособление растений и животных к холодному времени года. (Примерный ответ: Задолго до наступления зимы у растений опадают листья, созревают плоды и семена. Одни животные становятся малоподвижными и впадают в оцепенение, другие готовятся к активной жизни в суровые холода, третьи уходят от неблагоприятных условий).

• Является ли годовая периодичность у животных врожденной или она приобретается в течении жизни? (Примерный ответ: периодичность смены физиологического состояния в течение года во многом врожденная).

Карточка группы 3

Фотопериод – соотношение светлого и темного времени суток.

Длина светового дня закономерно изменяется в течение года. Если день сокращается, виды начинают готовиться к зиме, а если удлиняется – к активному росту и размножению.

Фотопериодизм – способность организмов реагировать на изменение длины светового дня.

Длина дня оказывает влияние на скорость и интенсивность процессов жизнедеятельности. Например, хризантема зацветает лишь осенью, когда длина дня уменьшается от 12 до 6 часов. У бабочек при уменьшении длины дня замедляется развитие яиц и личинок.
У людей помимо гормональных были обнаружены изменения в обмене веществ, температурной регуляции, кровообращении, кроветворении.
Так, например, весной люди наиболее восприимчивы к заболеваниям, возникают душевные кризисы, которые выражаются в учащении самоубийств, преступлений и душевных расстройств. Статистика показывает, что весной возникает стремление к более активной физической деятельности (психосоматический рост), в то время как способность к обучению, внимательность и тщательность ухудшаются.
Кризис возникает и осенью, правда, менее выраженный: человек становится более уравновешенным, ограничивается своим домашним «гнездышком», в большой степени становится, склонен к духовной, нежели к физической активности.
Ученые считают, что растения определяют изменение длины светового дня при помощи листьев, а животные и человек – при помощи особого отдела головного мозга.

Вопросы:

• Назовите внешние воздействующие факторы для организма человека. (Примерный ответ: Внешними воздействующими факторами являются для человека продолжительность и интенсивность освещения, фотохимические раздражители изменяющегося ультрафиолетового излучения и температурные колебания.)

• В каких видах практической деятельности человек может использовать знания о биологических ритмах? (Примерный ответ: Например, при выращивании овощей и фруктов, для повышения яйценоскости кур, благодаря искусственному увеличению длины дня, можно достичь больших результатов.)

• Как вы думаете, к каким последствиям может привести смещение времени сна на 12 часов? (Примерный ответ: нарушение слаженности процессов, протекающих в организме- большое утомление, минимальная работоспособность.)

Карточка группы 4

Биологические часы – способность живых организмов ориентироваться во времени.

Как бы придерживаясь внутреннего расписания, каждая птица в строго определенное время просыпается и начинает петь (соловей – в 2 часа ночи, жаворонки, кукушки, иволги – в 3 часа, скворцы и трясогузки – в 4 часа, воробьи – в 6часов), цветки разных растений также распускаются в определенное время (в 4 часа – цикорий, 5 часов – мак, 6 часов – одуванчик, 7 часов – колокольчики, 8 часов – ноготки и бархатцы и т.д.). Эту особенность в свое время заметил Карл Линней. Именно ему принадлежит идея создания цветочных часов.
Изучая биологические ритмы, следует упомянуть о работах Л.А.Чижевского, который показал, что внутренний механизм отсчета времени постоянно корректируется сигналами из Космоса. Л.А.Чижевский доказал влияние солнечной активности на частоту заболеваний и физиологическое состояние человека. Примерно через каждые 11 лет происходят «солнечные бури». Их появление вызывает значительные сдвиги множества процессов на нашей планете.

Индивидуальные биоритмы людей накладывают отпечаток на жизнь общества в целом. Неудивительно поэтому, что Чижевский связывал и социальные потрясения с космическими ритмами и циклами.
Изучению биоритмов человека уделяется большое внимание. Установлено, что разные люди отличаются разной периодичностью своей работоспособности в течение суток.

Хронобиология – наука, изучающая вопросы, связанные с регуляцией ритмов человека внешними условиями.

Большинство людей в течение суток имеют два пика работоспособности – первый с 8 до 12, второй – с 17 до 19 часов. Наиболее слабым человек оказывается с 2 до 5 часов, с 13 до 15 часов. Но есть и исключения.
Всех людей можно разделить на две категории: «совы» и «жаворонки».
«Совы» – категория людей, у которых время наибольшей творческой продуктивности приходится на ночные или вечерние часы.
«Жаворонки» – категория людей, которые чувствуют себя работоспособными и бодрыми в первой половине дня. Они рано просыпаются и рано ложатся спать.

Вопросы:

• Подумайте, на какие процессы в организме человека оказывают влияние «солнечные бури»? (Примерный ответ: Изменения деятельности Солнца влияют на частоту рождаемости, распространение эпидемий, физическое и психическое самочувствие человека, на продуктивность его деятельности.)

• Как вы думаете, каково количественное соотношение «сов» и «жаворонков» и почему? Ученики высказывают предположения. Учитель уточняет: как показали исследования, «сов» и «жаворонков» примерно одинаковое количество – по 25 %. А 50 % людей не имеют четко выраженных пиков работоспособности в утреннее и вечернее время.

• Когда включаются «биологические часы» человека и от чего это зависит? (Примерный ответ: с самого рождения человека включаются его биологические часы. Это не зависит ни от расы, ни от национальности человека, ни от каких либо других факторов.)

Тестовое задание. Назовите типы биологических ритмов (приливно-отливные, суточные, годовые), которые определяют следующие явления:

1. Перелеты птиц с мест гнездования в южные районы;

2. Спячка бурых медведей;

3. Утреннее раскрывание цветков;

4. Линька соболя;

5. Открывание и запирание раковин устриц, обитающих в прибрежной зоне;

6. Весеннее пробуждение растений:

7. Сон и бодрствование у человека;

8. Наибольшая восприимчивость кожи к косметическому уходу;

9. Авитаминозы у человека;

10. Осенний листопад;

11. Ночная активность ежей;

12. Постройка гнезда птицами;

13. Зарывание рачков прибрежной зоны в мокрый песок;

14. Ритм дыхания у человека;

15. Набухание почек у растений;

16. Появление первоцветов;

17. Образование плодов и семян у растений;

18. Оцепенение мух;

19. Активизация сокодвижения у березы в апреле;

20. Смена поколений у насекомых (яйцо – личинка – куколка – взрослое насекомое)

2. Признаки и свойства живого

Живые системы имеют общие признаки:
1. единство химического состава свидетельствует о единстве и связи живой и неживой материи.

Пример:

в состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы, но в других количественных соотношениях (т. е. живые организмы обладают способностью избирательного накопления и поглощения элементов). Более \(90\) % химического состава приходится на четыре элемента: С, O, N, H, которые участвуют в образовании сложных органических молекул (белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов).

2. Клеточное строение (Единство структурной организации). Все существующие на Земле организмы состоят из клеток. Вне клетки жизни нет.
3. Обмен веществ (Открытость живых систем). Все живые организмы представляют собой «открытые системы».

Открытость системы — свойство всех живых систем, связанное с постоянным поступлением энергии извне и удалением продуктов жизнедеятельности (организм жив, пока в нём происходит обмен веществами и энергией с окружающей средой).

Обмен веществ — совокупность биохимических превращений, происходящих в организме и других биосистемах.

В живых организмах одновременно происходят процессы двух типов: ассимиляция, т. е. образование сложных органических веществ, и диссимиляция, т. е. распад органических веществ, протекающий с выделением энергии. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.
4. Самовоспроизведение (Репродукция) — способность живых систем воспроизводить себе подобных.  Способность к самовоспроизведению является важнейшим свойством всех живых организмов. В её основе лежит процесс удвоения молекул ДНК с последующим делением клеток.
5. Саморегуляция (Гомеостаз) — поддержание постоянства внутренней среды организма в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды. Любой живой организм обеспечивает поддержание гомеостаза (постоянства внутренней среды организма). Стойкое нарушение гомеостаза ведёт к гибели организма.
6. Развитие и рост. Развитие живого представлено индивидуальным развитием организма (онтогенезом) и историческим развитием живой природы (филогенезом).

• В процессе индивидуального развития постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организма и осуществляется его рост (все живые организмы растут в течение своей жизни).
• Результатом исторического развития является общее прогрессивное усложнение жизни и всё многообразие живых организмов на Земле. Под развитием понимают как индивидуальное развитие, так и историческое развитие.

7. Раздражимость — способность организма избирательно реагировать на внешние и внутренние раздражители (рефлексы у животных; тропизмы, таксисы и настии у растений).
8. Наследственность и изменчивость представляют собой факторы эволюции, так как благодаря им возникает материал для отбора.

• Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки и свойства в результате влияния внешней среды и/или изменений наследственного аппарата (молекул ДНК).
• Наследственность — способность организма передавать свои признаки последующим поколениям.

9. Способность к адаптациям — в процессе исторического развития и под действием естественного отбора организмы приобретают приспособления к условиям окружающей среды (адаптации). Организмы, не обладающие необходимыми приспособлениями, вымирают.
10. Целостность (непрерывность) и дискретность (прерывность). Жизнь целостна и в то же время дискретна. Эта закономерность присуща как структуре, так и функции.

Любой организм представляет собой целостную систему, которая в то же время состоит из дискретных единиц — клеточных структур, клеток, тканей, органов, систем органов. Органический мир целостен, поскольку все организмы и происходящие в нём процессы взаимосвязаны. В то же время он дискретен, так как складывается из отдельных организмов.

Отдельные свойства, перечисленные выше, могут быть присущи и неживой природе.

Пример:

для живых организмов характерен рост, но ведь и кристаллы некоторых веществ тоже растут! Однако рост кристаллов происходит совершенно иначе, в его основе нет процесса деления клеток. 

Пример:

при горении любого вещества происходит обмен веществ и превращение энергии, но  не осуществляется саморегуляция и не происходит размножение.

 

Следовательно, все перечисленные выше свойства характерны для живых организмов только в своей совокупности.

Источники:

http://900igr.net/kartinki/geografija/Krugovoroty-v-biosfere/005-Priznaki-zhivogo.html

БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ. Многие биологические процессы в природе протекают ритмично, т.е. разные состояния организма чередуются с достаточно четкой периодичностью. Примеры быстрых ритмов – сокращения сердца или дыхательные движения с периодом всего в несколько секунд. У других жизненно важных ритмов, например чередования бодрствования и сна, период составляет около суток. Если биологические ритмы синхронизированы с наступлением приливов и отливов (каждые 12,4 часа) или только одной из этих фаз (каждые 24,8 часа), их называют приливными. У лунных биологических ритмов период соответствует продолжительности лунного месяца, а у годичных – года. Сердечные сокращения и другие формы быстрой ритмичной активности, не коррелирующей с естественными изменениями в окружающей среде, обычно изучаются физиологией и в этой статье рассмотрены не будут.

Биологические ритмы интересны тем, что во многих случаях сохраняются даже при постоянстве условий среды. Такие ритмы называют эндогенными, т.е. «идущими изнутри»: хотя обычно они и коррелируют с ритмичными изменениями внешних условий, например чередованием дня и ночи, их нельзя считать прямой реакцией на эти изменения. Эндогенные биологические ритмы обнаружены у всех организмов, кроме бактерий. Внутренний механизм, поддерживающий эндогенный ритм, т.е. позволяющий организму не только чувствовать течение времени, но и измерять его промежутки, называется биологическими часами.

Работа биологических часов сейчас хорошо изучена, однако внутренние процессы, лежащие в ее основе, остаются загадкой. В 1950-х годах советский химик Б.Белоусов доказал, что даже в однородной смеси некоторые химические реакции могут периодически ускоряться и замедляться. Аналогичным образом, спиртовое брожение в дрожжевых клетках то активируется, то подавляется с периодичностью ок. 30 секунд. Каким-то образом эти клетки взаимодействуют друг с другом, так что их ритмы синхронизируются и вся дрожжевая суспензия дважды в минуту «пульсирует».

Считается, что такова природа всех биологических часов: химические реакции в каждой клетке организма протекают ритмично, клетки «подстраиваются» друг под друга, т.е. синхронизируют свою работу, и в результате пульсируют одновременно. Эти синхронизированные действия можно сравнить с периодическими колебаниями часового маятника.

Циркадианные ритмы.

Большой интерес представляют биологические ритмы с периодом около суток. Они так и называются – околосуточными, циркадианными или циркадными – от лат. circa – около и dies – день.

Биологические процессы с циркадианной периодичностью весьма разнообразны. Например, три вида светящихся грибов усиливают и ослабляют свое свечение каждые 24 часа, даже если искусственно держать их при постоянном свете или в полной темноте. Ежесуточно изменяется свечение одноклеточной морской водоросли Gonyaulax. У высших растений в циркадианном ритме протекают различные метаболические процессы, в частности фотосинтез и дыхание. У черенков лимона с 24-часовой периодичностью колеблется интенсивность транспирации. Особенно наглядные примеры – ежесуточные движения листьев и раскрывания-закрывания цветков.

Разнообразные циркадианные ритмы известны и у животных. Примером может служить близкое к актиниям кишечнополостное – морское перо (Cavernularia obesa), представляющее собой колонию из множества крошечных полипов. Морское перо живет на песчаном мелководье, втягиваясь в песок днем и разворачиваясь по ночам, чтобы питаться фитопланктоном. Этот ритм сохраняется в лаборатории при неизменных условиях освещения.

Четко работают биологические часы у насекомых. Например, пчелы знают, когда раскрываются определенные цветки, и навещают их ежедневно в одно и то же время. Пчелы также быстро усваивают, в какое время им выставляют на пасеке сахарный сироп.

У человека не только сон, но и многие другие функции подчинены суточному ритму. Примеры тому – повышение и понижение кровяного давления и выделения калия и натрия почками, колебания времени рефлекса, потливости ладоней и т.д. Особенно заметны изменения температуры тела: ночью она примерно на 1° С ниже, чем днем. Биологические ритмы у человека формируются постепенно в ходе индивидуального развития. У новорожденного они довольно неустойчивы – периоды сна, питания и т.д. чередуются бессистемно. Регулярная смена периодов сна и бодрствования на основе 24–25 часового цикла начинает происходить только с 15-недельного возраста.

Корреляция и «настройка».

Хотя биологические ритмы и эндогенны, они соответствуют изменениям внешних условий, в частности смене дня и ночи. Эта корреляция обусловлена т.н. «захватыванием». Например, циркадианные движения листьев у растений сохраняются в полной темноте лишь несколько суток, хотя другие цикличные процессы могут продолжать повторяться сотни раз несмотря на постоянство внешних условий. Когда выдерживаемые в темноте листья фасоли, наконец, прекратили расправляться и опускаться, достаточно короткой вспышки света, чтобы этот ритм восстановился и продержался еще несколько суток. У циркадианных ритмов животных и растений времязадающим стимулом обычно служит изменение освещенности – на рассвете и вечером. Если такой сигнал повторяется периодически и с частотой, близкой к свойственной данному эндогенному ритму, происходит точная синхронизация внутренних процессов организма с внешними условиями. Биологические часы «захватываются» окружающей периодичностью.

Изменяя наружный ритм по фазе, например включая свет на ночь и поддерживая днем темноту, можно «перевести» биологические часы так же, как обычные, хотя такая перестройка требует некоторого времени. Когда человек переезжает в другой часовой пояс, его ритм сна-бодрствования меняется со скоростью два-три часа в сутки, т.е. к разнице в 6 часов он приспосабливается только через два-три дня.

В определенных пределах можно перенастроить биологические часы и на цикл, отличающийся от 24 часов, т.е. заставить их идти с другой скоростью. Например, у людей, долгое время живших в пещерах с искусственным чередованием светлых и темных периодов, сумма которых существенно отличалась от 24 часов, ритм сна и других циркадианных функций подстраивался к новой продолжительности «суток», составлявшей от 22 до 27 часов, однако сильнее изменить его было уже невозможно. То же самое относится и к другим высшим организмам, хотя многие растения могут приспосабливаться к «суткам», продолжительность которых составляет целую часть обычных, например 12 или 8 часов.

Приливные и лунные ритмы.

У прибрежных морских животных часто наблюдаются приливные ритмы, т.е. периодические изменения активности, синхронизированные с подъемом и спадом воды. Приливы обусловлены лунным притяжением, и в большинстве регионов планеты происходит два прилива и два отлива в течение лунных суток (периода времени между двумя последовательными восходами Луны.) Поскольку Луна движется вокруг Земли в том же направлении, что и наша планета вокруг собственной оси, лунные сутки примерно на 50 минут длиннее солнечных, т.е. приливы наступают каждые 12,4 часа. Такой же период у приливных ритмов. Например, рак-отшельник прячется от света в отлив и выходит из тени в прилив; с наступлением прилива устрицы приоткрывают свои раковины, разворачивают щупальцы актинии и т.п. Многие животные, в том числе некоторые рыбы, в прилив потребляют больше кислорода. С подъемом и спадом воды синхронизированы изменения окраски манящих крабов.

Многие приливные ритмы сохраняются, иногда в течение нескольких недель, даже если держать животных в аквариуме. Значит, по сути своей они эндогенные, хотя в природе «захватываются» и подкрепляются изменениями во внешней среде.

У некоторых морских животных размножение коррелирует с фазами Луны и происходит обычно один раз (реже – дважды) на протяжении лунного месяца. Польза такой периодичности для вида очевидна: если яйца и сперма выбрасываются в воду всеми особями одновременно, шансы на оплодотворение достаточно высоки. Этот ритм эндогенный и, как считается, задается «пересечением» 24-часового циркадианного ритма с приливным, период которого 12,4 или 24,8 часа. Такое «пересечение» (совпадение) происходят с интервалами 14–15 и 29–30 суток, что соответствует лунному циклу.

Лучше всего известен и, вероятно, наиболее заметен среди приливных и лунных ритмов тот, что связан с размножением груниона – морской рыбы, мечущей икру на пляжах Калифорнии. В течение каждого лунного месяца наблюдаются два особенно высоких – сизигийных – прилива, когда Луна находится на одной оси с Землей и Солнцем (между ними или с противоположной от светила стороны). Во время такого прилива грунион нерестится, закапывая икринки в песок у самого края воды. В течение двух недель они развиваются практически на суше, куда не могут добраться морские хищники. В следующий сизигийный прилив, когда вода покрывает буквально нашпигованный ими песок, из всех икринок за несколько секунд вылупляются мальки, тут же уплывающие в море. Очевидно, что такая стратегия размножения возможна, только если взрослые грунионы чувствуют время наступления сизигийных приливов.

Менструальный цикл у женщин длится четыре недели, хотя не обязательно синхронизирован с фазами луны. Тем не менее, как показывают эксперименты, и в этом случае можно говорить о лунном ритме. Сроки менструаций легко сдвинуть, использовав, например, специальную программу искусственного освещения; однако они будут наступать с периодичностью, очень близкой к 29,5 суток, т.е. к лунному месяцу.

Низкочастотные ритмы.

Биологические ритмы с периодами, намного превышающими один месяц, трудно объяснить на основе биохимических флуктуаций, которыми, вероятно, обусловлены ритмы циркадианные, и механизм их пока неизвестен. Среди таких ритмов наиболее очевидны годичные. Если деревья умеренного пояса пересадить в тропики, они некоторое время будут сохранять цикличность цветения, сбрасывания листьев и периода покоя. Рано или поздно эта ритмичность нарушится, продолжительность фаз цикла будет все более неопределенной и в конечном итоге исчезнет синхронизация биологических циклов не только разных экземпляров одного и того же вида, но даже разных ветвей одного дерева.

В тропических областях, где условия среды практически постоянны в течение всего года, местным растениям и животным часто свойственны долговременные биологические ритмы с периодом, отличным от 12 месяцев. Например, цветение может наступать каждые 8 или 18 месяцев. По-видимому, годичный ритм – это адаптация к условиям умеренной зоны.

Значение биологических часов.

Биологические часы полезны организму прежде всего потому, что позволяют ему приспосабливать свою активность к периодическим изменениям в окружающей среде. Например, краб, избегающий света во время отлива, автоматически будет искать убежище, которое защитит его от чаек и других хищников, добывающих пищу на обнажившемся из-под воды субстрате. Чувство времени, присущее пчелам, координирует их вылет за пыльцой и нектаром с периодом раскрывания цветков. Аналогичным образом, циркадианный ритм подсказывает глубоководным морским животным, когда наступает ночь и можно подняться ближе к поверхности, где больше пищи.

Кроме того, биологические часы позволяют многим животным находить направление, пользуясь астрономическими ориентирами. Это возможно, только если известно одновременно положение небесного тела и время суток. Например, в Северном полушарии солнце в полдень находится точно на юге. В другие часы, чтобы определить южное направление, надо, зная положение солнца, сделать угловую поправку, зависящую от местного времени. Используя свои биологические часы, некоторые птицы, рыбы и многие насекомые регулярно выполняют такие «расчеты».

Не приходится сомневаться, что перелетным птицам, чтобы находить дорогу к мелким островам в океане, требуются навигационные способности. Вероятно, они используют свои биологические часы для определения не только направления, но и географических координат. См. также ПТИЦЫ.

Проблемы, связанные с навигацией, встают не только перед птицами. Регулярные длительные миграции совершают тюлени, киты, рыбы и даже бабочки.

Практическое применение биологических ритмов.

Рост и цветение растений зависят от взаимодействия между их биологическими ритмами и изменениями средовых факторов. Например, цветение стимулируется главным образом продолжительностью светлого и темного периодов суток на определенных стадиях развития растения. Это позволяет отбирать культуры, пригодные для тех или иных широт и климатических условий, а также выводить новые сорта. В то же время известны успешные попытки изменения биологических ритмов растений в нужном направлении. Например, птицемлечник аравийский (Ornithogallum arabicum), цветущий обычно в марте, можно заставить распускаться под Рождество – в декабре.

С распространением дальних воздушных путешествий многие столкнулись с феноменом десинхронизации. Пассажир реактивного самолета, быстро пересекающий несколько часовых поясов, обычно испытывает чувство усталости и дискомфорта, связанное с «переводом» своих биологических часов на местное время. Сходная десинхронизация наблюдается у людей, переходящих из одной рабочей смены в другую. Большинство отрицательных эффектов обусловлено при этом присутствием в организме человека не одних, а многих биологических часов. Обычно это незаметно, поскольку все они «захватываются» одним и тем же суточным ритмом смены дня и ночи. Однако при сдвиге его по фазе скорость перенастройки различных эндогенных часов неодинакова. В результате сон наступает, когда температура тела, скорость выделения почками калия и другие процессы в организме еще соответствуют уровню бодрствования. Такое рассогласование функций в период адаптации к новому режиму ведет к повышенной утомляемости.

Накапливается все больше данных, свидетельствующих о том, что длительные периоды десинхронизации, например при частых перелетах из одного часового пояса в другой, вредны для здоровья, однако насколько велик этот вред, пока не ясно. Когда сдвига по фазе избежать нельзя, десинхронизацию можно свести к минимуму, правильно подобрав скорость наступления сдвига.

Биологические ритмы имеют очевидное значение для медицины. Хорошо известно, например, что восприимчивость организма к различным вредным воздействиям колеблется в зависимости от времени суток. В опытах по введению мышам бактериального токсина показано, что в полночь его смертельная доза выше, чем в полдень. Аналогичным образом изменяется чувствительность этих животных к алкоголю и рентгеновскому облучению. Восприимчивость человека тоже колеблется, однако в противофазе: его организм беззащитнее всего в полночь. Ночью смертность прооперированных больных втрое выше, чем днем. Это коррелирует с колебаниями температуры тела, которая у человека максимальна днем, а у мышей – ночью.

Такие наблюдения наводят на мысль, что лечебные процедуры следует согласовывать с ходом биологических часов, и определенные успехи здесь уже достигнуты. Трудность в том, что биологические ритмы человека, особенно больного, пока недостаточно исследованы. Известно, что при многих заболеваниях – от рака до эпилепсии – они нарушаются; яркий тому пример – непредсказуемые колебания температуры тела у больных. Пока биологические ритмы и их изменения как следует не изучены, использовать их на практике, очевидно, нельзя. К этому стоит добавить, что в некоторых случаях десинхронизация биологических ритмов может быть не только симптомом болезни, но и одной из ее причин.

Что они собой представляют, их значение и как ими управлять

Биологический ритм — это фраза, которую часто используют как синонимы циркадного ритма. Эти ритмы представляют собой серию функций организма, регулируемых вашими внутренними часами. Они контролируют такие циклы, как сон и бодрствование, температуру тела, секрецию гормонов и многое другое.

Ваше тело поддерживает свои биологические ритмы с помощью различных химических веществ на молекулярном уровне в ответ на окружающую среду. Воздействие света, привычки в еде и другие факторы окружающей среды могут поддерживать или нарушать ваши биологические ритмы.Нарушение ваших биологических ритмов может привести к серьезным проблемам со здоровьем.

Как работают биологические ритмы

Ваши биологические ритмы связаны с внутренними часами вашего мозга, которые называются супрахиазматическим ядром (SCN). Он расположен в гипоталамусе. Это область вашего мозга, которая управляет вегетативной нервной системой и гипофизом. Ваш SCN посылает сигналы в течение дня, чтобы регулировать активность вашего тела.

В циклах. Большинство биологических ритмов работают примерно в 24-часовых циклах.Другие, например, менструальные циклы, работают в течение более длительных периодов времени. У каждого типа биологического ритма есть определенное название, чтобы показать, как долго он длится:

• Дневной (день и ночь)
• Циркадный (24 часа)
• Ультрадианский (менее 24 часов)
• Инфрадианский / Циркулунарный (1 месяц)
• Circannual (1 год)

Циркадные и суточные ритмы, которые контролируют такие функции, как сон, температура тела и гормональные изменения, больше всего зависят от света. Солнечный свет сообщает вашему SCN, который час и когда выполнять определенные функции.Другие факторы, влияющие на ваши внутренние часы, — это упражнения, гормоны и любые лекарства, которые вы можете принимать.

Исследования показали силу внутренних часов, помещая людей в среду, в которой отсутствуют сигналы, необходимые для их циркадных ритмов. Даже без световых сигналов ваш SCN может поддерживать процессы вашего тела в течение некоторого времени с небольшими отклонениями от его обычных 24-часовых ритмов.

Индивидуальные хронотипы. Если ваши внутренние часы такие мощные, то почему так трудно просыпаться по утрам? Это связано с циркадным ритмом, который называется вашим хронотипом.Это биологическая тенденция отклоняться от 24-часового цикла. ‌

Ночные совы и ранние пташки. Исследования также показали, что циркадные ритмы организма сохраняются даже в полной темноте. Даже без света индивидуальные ритмы людей лишь незначительно отклонялись от строгого 24-часового цикла. Циркадные циклы у населения колебались в среднем от 23,5 до 24,6 часов.

Эти отклонения обусловлены личными хронотипами людей. Исследователи полагают, что они являются причиной того, что люди либо ранние пташки, либо совы.

На что влияют биологические ритмы?

Основным биологическим ритмом, который волнует большинство людей, является суточный цикл сна и бодрствования. Это наиболее очевидный цикл, с которым вы регулярно сталкиваетесь. Он оказывает сильное влияние на ваше здоровье.

В течение дня, когда вы слышите световые сигналы, ваш SNC посылает сигналы настороженности, чтобы сообщить вашему телу, что пора бодрствовать. Когда солнце садится, ваш SNC подает сигнал о выработке мелатонина, гормона сна. После этого он продолжает сигнализировать вашему телу, чтобы он продолжал спать.

Помимо сна, ваши биологические ритмы влияют на важные функции, такие как:

• Обмен веществ
• Частота сердечных сокращений
• Артериальное давление
• Температура тела
• Уровни гормонов
• Производство мочи

Биологические ритмы также связаны с регулирование уровня сахара и холестерина в крови, риски, связанные с психическим здоровьем, которые приводят к депрессии, биполярному расстройству и нейродегенеративным заболеваниям. Биологические ритмы также влияют на вашу иммунную систему, процессы восстановления ДНК и эффективность лечения рака.

Возможные осложнения

Ваши биологические ритмы могут быть нарушены краткосрочными и долгосрочными причинами. Иногда эти сбои вызваны естественными изменениями ваших биологических ритмов с возрастом. В других случаях это может быть связано с изменениями в вашей среде и занятиях.

Расстройство смены часовых поясов. Реактивная задержка — наиболее частое нарушение ваших биологических ритмов. Это происходит, когда кто-то путешествует через несколько часовых поясов, например, между двумя дальними странами.Быстрая смена часовых поясов сбивает с толку ваши внутренние часы. Продолжительность симптомов смены часовых поясов будет варьироваться в зависимости от количества пересеченных часовых поясов. Вот некоторые из них:

• Бессонница
• Общая сонливость или утомляемость
• Расстройство пищеварения
• Раздражительность
• Отсутствие внимания

Нарушение посменной работы. Работа — еще один серьезный сбой. Работа, требующая посменной работы (в отличие от работы с 9 утра до 5 вечера), часто ограничивает ваше воздействие типичных дневных циклов.Ночные смены являются основными виновниками такого рода сбоев. Обычно они заставляют вас спать днем, что противоречит вашим естественным склонностям.

Расстройство задержки фазы сна (DSP). Этот тип сбоев обычно является проблемой для полуночников. Люди с DSP, как правило, устают намного позже, чем средний человек, и ложатся спать позже, чем обычно. DSP в основном встречается у подростков и молодых людей и может затруднить просыпание для учебы или работы.

Нарушение ритма сна и бодрствования. Это редкое расстройство, из-за которого у человека нет постоянного режима сна. Он может характеризоваться постоянной сменой режима сна или регулярным дневным сном в течение дня. Нарушение ритма нерегулярного сна и бодрствования обычно связано с такими заболеваниями головного мозга, как деменция или травмы головного мозга.

Остаться во времени

Чтобы ваши биологические ритмы были своевременными и последовательными, придерживайтесь следующих привычек:

• Погрузитесь в солнечный свет в начале дня, чтобы усилить свои биологические сигналы.
• Ложитесь спать и просыпайтесь в одно и то же время каждый день.
• Делайте упражнения в течение дня, чтобы облегчить сон ночью и продлить время бодрствования.
• Избегайте кофеина после 12:00. чтобы убедиться, что вы можете заснуть.
• Избегайте искусственного света от электронных устройств перед сном.
• Не спите долго и не засыпайте перед сном.

Биологические ритмы — обзор

II Характеристика биологических ритмов

Согласно подходу, впервые предложенному Хальбергом, детерминированные биологические ритмы (т.е., хронобиологические ритмы) имеют четыре измеряемых параметра: среднее значение, амплитуду, акрофазу и период (Pauly, 1980). Они показаны графически на рис. 1.

Рис. 1. Косинорная кривая, показывающая различные параметры отклика.

Среднее значение ритма — это среднее значение непрерывной переменной за один цикл. Когда ритм описывается подгонкой косинусоидальной кривой, средняя точка между пиками и впадинами называется MESOR. Только когда данные измеряются на равном расстоянии в течение целого числа циклов, MESOR будет равняться среднему арифметическому.

Амплитуда относится к величине переменной отклика между ее средним значением и (оценочным) минимумом или пиком. Однако такое математическое использование ограничено ритмами, которые колеблются симметрично относительно среднего значения.

Фаза относится к значению биологической переменной в фиксированный момент времени. Слово «фазировка» часто используется для описания формы кривой, которая изображает взаимосвязь биологической функции со временем. Акрофаза — это более ограниченный термин, который относится к указанному эталонному стандарту или нулевому времени и указывает запаздывание на гребне функции, используемой для описания ритма.

Период — это продолжительность одного полного цикла ритмической функции, равная 1 / частота.

Хаус и Халберг (1980) дополнительно классифицировали ритмы (по временным рамкам) на инфрадианные, циркадные и ультрадианные. Циркадные ритмы — это ритмы, которые изучены наиболее широко и имеют периоды в диапазоне 20–28 часов (следовательно, частота составляет около 0,04 цикла в час). Можно привести множество примеров, включая ритмы митотической активности, метаболические процессы и восприимчивость к лекарствам.

Инфрадианные ритмы имеют периоды более 28 часов, и поэтому их частота соответственно ниже, чем циркадные. Некоторые из хорошо известных инфрадианных ритмов — это менструальный цикл человека и годовой репродуктивный цикл лосося. Инфрадианные ритмы были идентифицированы в потреблении питательных веществ и метаболизме пищевых продуктов (Reinberg, 1983). Более специфическим типом инфрадианного ритма является циркасемисептан (период примерно 3,5 дня), обнаруженный Schweiger et al. (1986).

Ультрадиановые ритмы имеют периоды короче 20 часов.Примерами этих ритмов являются электрокардиограмма, дыхание, перистальтика кишечника и т. Д.

Ритмы также можно разделить на экзогенные и эндогенные (Pauly, 1980). Экзогенный ритм может быть вызван, управляться и / или координироваться силой в окружающей среде, но исчезает, когда движущая сила прекращается. Эндогенный ритм имеет внутренний механизм, и его координация лежит на клеточном уровне, например, транскрипции ДНК. Ритмичность фосфолипидов, РНК, ДНК, содержания гликогена и митоза была продемонстрирована Halberg et al. (1959). Эндогенные ритмы имеют периоды, аналогичные периодам в окружающей среде, но статистически отличные от них. Те внешние воздействия (факторы окружающей среды), которые способны уносить ритм, называются синхронизаторами (Minors and Waterhouse, 1981), и их манипуляции могут сбрасывать фазу ритмов. Некоторые факторы окружающей среды, такие как циклы свет / темнота, сон / бодрствование, время потребления энергии и, предположительно, качественные диетические факторы, могут действовать одновременно или по отдельности на данную физиологическую переменную.Один или другой из этих внешних синхронизаторов может быть доминирующим для определения времени ритма данной функции, но не для других. После изменения расписания синхронизатора адаптация ритма к измененному распорядку окружающей среды будет происходить с разной скоростью для разных переменных (Haus and Halberg, 1980). Однако, если внешний синхронизатор исчезнет, ​​эндогенный ритм не исчезнет и примет характеристику, называемую «свободным ходом». Наша цель в этой рукописи — продемонстрировать протоколы, необходимые для временного анализа прибавки в весе у крыс.Затем эти методы можно применить к другим ответам.

Циркадные ритмы и молекулярные часы в сердечно-сосудистой биологии и заболеваниях

1.

Барджелло, Т. А., Джексон, Ф. Р. и Янг, М. В. Восстановление циркадных поведенческих ритмов путем переноса генов у Drosophila . Nature 312 , 752–754 (1984).

CAS PubMed Google Scholar

2.

Хардин П. Э., Холл Дж.К. и Росбаш, М. Обратная связь продукта гена периода у дрозофилы на циркадном цикле уровней его информационной РНК. Nature 343 , 536–540 (1990).

CAS PubMed Google Scholar

3.

Siwicki, K. K., Eastman, C., Petersen, G., Rosbash, M. & Hall, J. C. Антитела к продукту гена периода дрозофилы выявляют разнообразное тканевое распределение и ритмические изменения в зрительной системе. Нейрон 1 , 141–150 (1988).

CAS PubMed Google Scholar

4.

Zehring, W. A. ​​et al. Преобразование P-элемента с ДНК периодического локуса восстанавливает ритмичность мутантного, аритмичного Drosophila melanogaster . Cell 39 , 369–376 (1984).

CAS PubMed Google Scholar

5.

Браун, Т.М. и Пиггинс, Х. Д. Электрофизиология супрахиазматических циркадных часов. Прог. Neurobiol. 82 , 229–255 (2007).

CAS PubMed Google Scholar

6.

Чжан Р., Лахенс Н. Ф., Балланс Х. И., Хьюз М. Э. и Хогенеш Дж. Б. Атлас экспрессии циркадных генов у млекопитающих: значение для биологии и медицины. Proc. Natl Acad. Sci. США 111 , 16219–16224 (2014).

CAS PubMed Google Scholar

7.

Cajochen, C., Kräuchi, K. и Wirz-Justice, A. Роль мелатонина в регуляции циркадных ритмов и сна человека. J. Neuroendocrinol. 15 , 432–437 (2003).

CAS PubMed Google Scholar

8.

Стоккан, К. А., Ямазаки, С., Тей, Х., Сакаки, ​​Ю. и Менакер, М. Удержание циркадных часов в печени при кормлении. Наука 291 , 490–493 (2001).

CAS PubMed Google Scholar

9.

Мистлбергер, Р. Э. и Скин, Д. Дж. Социальное влияние на циркадные ритмы млекопитающих: исследования на животных и людях. Biol. Преподобный Камб. Филос. Soc. 79 , 533–556 (2004).

PubMed Google Scholar

10.

Damiola, F. et al. Ограниченное питание отделяет циркадные осцилляторы в периферических тканях от центрального водителя ритма в супрахиазматическом ядре. Genes Dev. 14 , 2950–2961 (2000).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

11.

Витатерна, М. Х., Такахаши, Дж. С. и Турек, Ф. У. Обзор циркадных ритмов. Alcohol Res. Здоровье 25 , 85–93 (2001).

CAS PubMed Google Scholar

12.

Бисли, С., Ногучи, Т. и Уэлш, Д.К. Циркадные колебания кардиомиоцитов являются клеточно-автономными, усиливаются β-адренергическим сигналом и синхронизируются в ткани сердечного желудочка. PLOS ONE 11 , e0159618 (2016).

PubMed PubMed Central Google Scholar

13.

Takeda, N. et al. Тромбомодулин — это ген, управляемый часами в эндотелиальных клетках сосудов. J. Biol. Chem. 282 , 32561–32567 (2007).

CAS PubMed Google Scholar

14.

Du Pré, B.C. et al. Клетки SCA1 ⁺ из сердца обладают молекулярными циркадными часами и демонстрируют циркадные колебания клеточных функций. Stem Cell Rep. 9 , 762–769 (2017).

Google Scholar

15.

Lin, C. et al. Ритмическая экспрессия часовых генов ослаблена в гладкомышечных клетках сосудов человека, происходящих из бляшек. Lipids Health Dis. 13 , 14 (2014).

PubMed PubMed Central Google Scholar

16.

Balsalobre, A., Damiola, F. & Schibler, U. Сывороточный шок индуцирует экспрессию циркадных генов в клетках культуры ткани млекопитающих. Cell 93 , 929–937 (1998).

CAS PubMed Google Scholar

17.

Kollias, G.E. et al. Суточные колебания функции эндотелия и жесткости артерий при гипертонии. J. Hum. Гипертензии. 23 , 597 (2009).

CAS PubMed Google Scholar

18.

Degaute, J. P., van de Borne, P., Linkowski, P. & Van Cauter, E. Количественный анализ суточных показателей артериального давления и частоты сердечных сокращений у молодых мужчин. Гипертония 18 , 199–210 (1991).

CAS PubMed Google Scholar

19.

Порталуппи Ф. и Гермида Р. С. Циркадные ритмы при сердечных аритмиях и возможности их хронотерапии. Adv. Препарат Делив. Ред. 59 , 940–951 (2007).

CAS PubMed Google Scholar

20.

Bulluck, H. et al. Циркадные вариации размера острого инфаркта миокарда, оцененные с помощью сердечно-сосудистого магнитного резонанса у реперфузированных пациентов с ИМпST. Внутр. J. Cardiol. 230 , 149–154 (2017).

PubMed PubMed Central Google Scholar

21.

Manfredini, R. et al. Круглосуточные закономерности возникновения и патофизиологии острых сердечно-сосудистых событий и ишемической болезни сердца. Хронобиол. Int. 30 , 6–16 (2013).

PubMed Google Scholar

22.

Bozek, K. et al. Регулирование генов, контролируемых часами, у млекопитающих. PLOS ONE 4 , e4882 (2009 г.).

PubMed PubMed Central Google Scholar

23.

Panda, S. et al. Скоординированная транскрипция ключевых путей у мыши по циркадным часам. Cell 109 , 307–320 (2002).

CAS PubMed Google Scholar

24.

Сторч, К.-Ф. и другие. Обширная и дивергентная экспрессия циркадных генов в печени и сердце. Nature 417 , 78–83 (2002).

CAS PubMed Google Scholar

25.

Shearman, L.P. et al. Взаимодействующие молекулярные петли в циркадных часах млекопитающих. Наука 288 , 1013–1019 (2000).

CAS PubMed Google Scholar

26.

Preitner, N. et al. Орфанный ядерный рецептор REV-ERBα контролирует циркадную транскрипцию в положительной части циркадного осциллятора млекопитающих. Cell 110 , 251–260 (2002).

CAS PubMed Google Scholar

27.

Солт, Л. А., Кожетин, Д. Дж. И Беррис, Т. П. REV-ERB и ROR: молекулярные связи между циркадными ритмами и гомеостазом липидов. Future Med. Chem. 3 , 623–638 (2011).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

28.

Akashi, M. & Takumi, T. Орфанный ядерный рецептор RORalpha регулирует циркадную транскрипцию основных часов Bmal1 млекопитающих. Нат. Struct. Мол. Биол. 12 , 441–448 (2005).

CAS PubMed Google Scholar

29.

Dierickx, P. et al. in Stem Cells and Cardiac Regeneration (ed. Madonna, R.) 57–78 (Springer International Publishing, 2016).

30.

Mendoza-Viveros, L.и другие. Молекулярные модуляторы циркадных часов: уроки мух и мышей. Cell. Мол. Life Sci. 74 , 1035–1059 (2017).

CAS PubMed Google Scholar

31.

Du Pré, B.C. et al. Циркадные ритмы созревания клеток. Физиология 29 , 72–83 (2014).

PubMed Google Scholar

32.

Dierickx, P.и другие. Циркадные сети в кардиомиоцитах, полученных из эмбриональных стволовых клеток человека. EMBO Rep. 18 , 1199–1212 (2017).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

33.

Ковальска, Э., Мориджи, Э., Бауэр, К., Дибнер, К. и Браун, С. А. Циркадные часы начинают тикать на ранней стадии развития. J. Biol. Ритмы 25 , 442–449 (2010).

PubMed Google Scholar

34.

Yagita, K. et al. Развитие циркадного осциллятора при дифференцировке эмбриональных стволовых клеток мыши in vitro. Proc. Natl Acad. Sci. США 107 , 3846–3851 (2010).

CAS PubMed Google Scholar

35.

Weger, M., Diotel, N., Dorsemans, A.-C., Dickmeis, T. & Weger, B.D. Стволовые клетки и циркадные часы. Dev. Биол. 431 , 111–123 (2017).

CAS PubMed Google Scholar

36.

Дэвидсон, А. Дж., Лондон, Б., Блок, Г. Д. и Менакер, М. Сердечно-сосудистые ткани содержат независимые циркадные часы. Clin. Exp. Гипертензии. 27 , 307–311 (2005).

CAS PubMed Google Scholar

37.

McNamara, P. et al. Регулирование ЧАСОВ и MOP4 рецепторами ядерных гормонов в сосудистой сети: гуморальный механизм для сброса периферических часов. Cell 105 , 877–889 (2001).

CAS PubMed Google Scholar

38.

Nonaka, H. et al. Ангиотензин II индуцирует циркадную экспрессию генов часов в культивируемых клетках гладких мышц сосудов. Тираж 104 , 1746–1748 (2001).

CAS PubMed Google Scholar

39.

Chalmers, J. A. et al. Сосудистые циркадные ритмы в линии гладкомышечных клеток сосудов мыши (Movas-1). Am. J. Physiol. Regul. Интегр. Комп. Physiol. 295 , R1529 – R1538 (2008).

CAS PubMed Google Scholar

40.

Welsh, D.K., Yoo, S.-H., Liu, A.C., Takahashi, J. S. & Kay, S.A. Визуализация биолюминесценции отдельных фибробластов выявляет устойчивые, независимо фазированные циркадные ритмы экспрессии гена часов. Curr. Биол . 14 , 2289–2295 (2004).

41.

Дурган, Д. Дж. Внутренние циркадные часы кардиомиоцита. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 289 , h2530 – h2541 (2005 г.).

CAS PubMed Google Scholar

42.

Sato, F. et al. Smad3 и Bmal1 регулируют экспрессию p21 и S100A4 в стромальных фибробластах миокарда через TNF-α. Histochem. Cell Biol. 148 , 617–624 (2017).

CAS PubMed Google Scholar

43.

Панза, Дж. А., Эпштейн, С. Э. и Куюми, А. А. Циркадные вариации сосудистого тонуса и их связь с α-симпатической вазоконстрикторной активностью. N. Engl. J. Med. 325 , 986–990 (1991).

CAS PubMed Google Scholar

44.

Миллар-Крейг, М. В., Бишоп, К. Н. и Рэфтери, Э. Б. Циркадные колебания артериального давления. Ланцет 311 , 795–797 (1978).

Google Scholar

45.

Bastianini, S., Silvani, A., Berteotti, C., Lo Martire, V. и Zoccoli, G. Мыши демонстрируют циркадные ритмы артериального давления во время каждого состояния бодрствования и сна. Хронобиол. Int. 29 , 82–86 (2012).

PubMed Google Scholar

46.

Sei, H. et al. Суточные амплитуды артериального давления и частоты сердечных сокращений ослаблены у мутантных мышей Clock и адреналэктомированных мышей. Эндокринология 149 , 3576–3580 (2008).

CAS PubMed Google Scholar

47.

Viswambharan, H. et al. Мутация гена циркадных часов Per2 изменяет функцию эндотелия сосудов. Тираж 115 , 2188–2195 (2007).

CAS PubMed Google Scholar

48.

Curtis, A. M. et al. Циркадные колебания артериального давления и реакция сосудов на асинхронный стресс. Proc. Natl Acad. Sci. США 104 , 3450–3455 (2007).

CAS PubMed Google Scholar

49.

Martino, T. et al. Ритмы день / ночь в экспрессии генов нормального сердца мыши. J. Mol. Med. 82 , 256–264 (2004).

CAS PubMed Google Scholar

50.

Leibetseder, V. et al. Гены часов отображают ритмическое выражение в человеческих сердцах. Хронобиол. Int. 26 , 621–636 (2009).

CAS PubMed Google Scholar

51.

Мартино Т. А. и Янг М. Е. Влияние циркадных часов кардиомиоцитов на физиологию и патофизиологию сердца. J. Biol. Ритмы 30 , 183–205 (2015).

CAS PubMed Google Scholar

52.

Янг, М. Э.Циркадные часы в сердце: потенциальное влияние на экспрессию, метаболизм и функцию миокардиальных генов. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 290 , h2 – h26 (2006).

CAS PubMed Google Scholar

53.

Пашос, Г. К. и Фитцджеральд, Г. А. Циркадные часы и функция сосудов. Circ. Res. 106 , 833–841 (2010).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

54.

Bray, M. S. et al. Нарушение циркадных часов в кардиомиоцитах влияет на сократительную функцию миокарда, метаболизм и экспрессию генов. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 294 , 2036–2047 (2008 г.).

CAS PubMed Google Scholar

55.

Дурган, Д. Дж. И Янг, М. Е. Циркадные часы кардиомиоцитов: новые роли в здоровье и болезнях. Circ. Res. 106 , 647–658 (2010).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

56.

Шостак А. Циркадные часы, деление клеток и рак: от молекул к организму. Внутр. J. Mol. Sci. 18 , E873 (2017).

PubMed Google Scholar

57.

Шейерманн, К., Гиббс, Дж., Инс, Л. и Лаудон, А. Установление иммунитета. Нат. Rev. Immunol. 18 , 423–437 (2018).

CAS PubMed Google Scholar

58.

Кондратова А.А., Кондратов Р.В. Циркадные часы и патология стареющего мозга. Нат. Rev. Neurosci. 13 , 325–335 (2012).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

59.

Пенев П. Д., Колкер Д. Э., Зи П. К. и Турек Ф. В. Хроническая циркадная десинхронизация снижает выживаемость животных с кардиомиопатической болезнью сердца. Am. J. Physiol. 275 , h3334 – h3337 (1998).

CAS PubMed Google Scholar

60.

Martino, T. A. et al. Дезорганизация циркадного ритма вызывает у хомяков серьезные сердечно-сосудистые и почечные заболевания. Am. J. Physiol. Regul. Интегр. Комп. Physiol. 294 , R1675 – R1683 (2008).

CAS PubMed Google Scholar

61.

Martino, T.A. et al. Нарушенный суточный ритм изменяет экспрессию генов и обостряет сердечно-сосудистые заболевания с помощью ресинхронизации. Гипертония 49 , 1104–1113 (2007).

CAS PubMed Google Scholar

62.

Lefta, M., Campbell, K. S., Feng, H.-Z., Jin, J.-P. И Эссер, К. А. Развитие дилатационной кардиомиопатии у Bmal1-дефицитных мышей. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 303 , h575 – h585 (2012).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

63.

Jeyaraj, D. et al. Циркадные ритмы определяют реполяризацию сердца и аритмогенез. Nature 483 , 96–99 (2012).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

64.

Young, M. E. et al. BMAL1, специфичный для кардиомиоцитов, играет решающую роль в метаболизме, передаче сигналов и поддержании сократительной функции сердца. J. Biol. Ритмы 29 , 257–276 (2014).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

65.

Cheng, B. et al. Тканевая дисфункция циркадных часов вызывает артериосклероз трансплантата. Proc. Natl Acad. Sci. США 108 , 17147–17152 (2011).

CAS PubMed Google Scholar

66.

Рюгер М.И Шеер, Ф. А. Дж. Л. Влияние нарушения циркадного ритма на кардиометаболическую систему. Rev. Endocr. Метаб. Disord. 10 , 245–260 (2009).

PubMed PubMed Central Google Scholar

67.

Тосар, С. С., Батлер, М. П. и Ши, С. А. Роль циркадной системы в сердечно-сосудистых заболеваниях. J. Clin. Вкладывать деньги. 128 , 2157–2167 (2018).

PubMed PubMed Central Google Scholar

68.

Portaluppi, F. et al. Циркадные ритмы и здоровье сердечно-сосудистой системы. Sleep Med. Ред. 16 , 151–166 (2012).

PubMed Google Scholar

69.

Реутракул, С. и Кнутсон, К. Л. Последствия нарушения циркадных ритмов для кардиометаболического здоровья. Sleep Med. Clin. 10 , 455–468 (2015).

PubMed PubMed Central Google Scholar

70.

Saxena, R. et al. Полногеномный ассоциативный анализ определяет локусы диабета 2 типа и уровни триглицеридов. Наука 316 , 1331–1336 (2007).

CAS PubMed Google Scholar

71.

Zeggini, E. et al. Множественные гены предрасположенности к диабету 2 типа после сканирования ассоциаций по всему геному в британских образцах. Наука 316 , 1336–1341 (2007).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

72.

Woon, P. Y. et al. Подобный ядерному транслокатору рецептор арилуглеводородов (BMAL1) связан с предрасположенностью к гипертонии и диабету 2 типа. Proc. Natl Acad. Sci. США 104 , 14412–14417 (2007).

CAS PubMed Google Scholar

73.

Скотт, Э. М., Картер, А. М. и Грант, П. Дж. Связь между полиморфизмами в гене Clock, ожирением и метаболическим синдромом у человека. Внутр.J. Obes. 32 , 658–662 (2008).

CAS Google Scholar

74.

Fabbian, F. et al. Хронотип, пол и общее состояние здоровья. Хронобиол. Int. 33 , 863–882 (2016).

CAS PubMed Google Scholar

75.

Лаугсанд, Л. Э., Странд, Л. Б., Плату, К., Ваттен, Л. Дж. И Янски, И. Бессонница и риск сердечной недостаточности: популяционное исследование. Eur. Харт J. 35 , 1382–1393 (2014).

PubMed Google Scholar

76.

Лаугсанд, Л. Э., Ваттен, Л. Дж., Плату, К. и Янски, И. Бессонница и риск острого инфаркта миокарда: популяционное исследование. Тираж 124 , 2073–2081 (2011).

PubMed Google Scholar

77.

Vyas, M. V. et al. Посменная работа и сосудистые события: систематический обзор и метаанализ. BMJ 345 , e4800 (2012).

PubMed PubMed Central Google Scholar

78.

Esquirol, Y. et al. Посменная работа и факторы риска сердечно-сосудистых заболеваний: новые знания за последнее десятилетие. Arch. Кардиоваск. Дис. 104 , 636–668 (2011).

PubMed Google Scholar

79.

Kawachi, I. et al. Проспективное исследование посменной работы и риска ишемической болезни сердца у женщин. Тираж 92 , 3178–3182 (1995).

CAS PubMed Google Scholar

80.

Тепас, Д. И. Взаимодействуют ли привычки в еде и питье с переменными рабочего графика? Рабочее напряжение 4 , 203–211 (1990).

Google Scholar

81.

Lo, S.H. et al. Работа в ночную смену вызывает усиление сосудистого стресса и задержку выздоровления у молодых женщин. Хронобиол. Int. 27 , 1454–1468 (2010).

PubMed PubMed Central Google Scholar

82.

Пан, А., Шернхаммер, Э. С., Сан, В. и Ху, Ф. Б. Работа в ночную смену по очереди и риск диабета 2 типа: два проспективных когортных исследования с участием женщин. PLOS Med. 8 , e1001141 (2011).

PubMed PubMed Central Google Scholar

83.

St-Onge, M.-P. и другие. Продолжительность и качество сна: влияние на образ жизни и кардиометаболическое здоровье: научное заявление Американской кардиологической ассоциации. Тираж 134 , e367 – e386 (2016).

PubMed PubMed Central Google Scholar

84.

Кнутссон А., Йонссон Б. Г., Акерстедт Т. и Орт-Гомер К. Повышенный риск ишемической болезни сердца у вахтовых рабочих. Lancet 328 , 89–92 (1986).

Google Scholar

85.

Пол Т. и Леммер Б. Нарушение циркадных ритмов у пациентов в отделениях интенсивной терапии с анальгоседированием с черепно-мозговой травмой и без нее. Хронобиол. Int. 24 , 45–61 (2007).

CAS PubMed Google Scholar

86.

Dessap, A. M. et al. Делирий и циркадный ритм мелатонина во время отлучения от ИВЛ — дополнительное исследование испытания отлучения. Сундук 148 , 1231–1241 (2015).

PubMed Google Scholar

87.

Buchman, T. G., Stein, P. K. & Goldstein, B. Вариабельность сердечного ритма при критических заболеваниях и интенсивной терапии. Curr. Opin. Крит. Уход 8 , 311–315 (2002).

PubMed Google Scholar

88.

Корнелиссен, Г., Халберг, Ф., Оцука, К., Сингх, Р.Б. и Чен, С.-Х. Хронобиология предсказывает фактические и косвенные результаты в случае неудачного погружения. Гипертония 49 , 237–239 (2007).

PubMed Google Scholar

89.

Muller, J. E. et al. Циркадные колебания частоты внезапной сердечной смерти. Тираж 75 , 131–138 (1987).

CAS PubMed Google Scholar

90.

Viskin, S. et al. Циркадные вариации симптоматической пароксизмальной фибрилляции предсердий: данные почти из 10000 эпизодов. Eur. Heart J. 20 , 1429–1434 (1999).

CAS PubMed Google Scholar

91.

Matsuo, K. et al. Циркадный паттерн развития фибрилляции желудочков у пациентов с синдромом Бругада. Eur. Heart J. 20 , 465–470 (1999).

CAS PubMed Google Scholar

92.

Manfredini, R. et al. Хронобиология разрыва и расслоения аневризм аорты. J. Vasc. Surg. 40 , 382–388 (2004).

CAS PubMed Google Scholar

93.

Muller, J. E. et al. Циркадные вариации частоты возникновения острого инфаркта миокарда. N. Engl. J. Med. 313 , 1315–1322 (1985).

CAS PubMed Google Scholar

94.

Шен, М. Дж. И Зипес, Д. П. Роль вегетативной нервной системы в модуляции сердечных аритмий. Circ. Res. 114 , 1004–1021 (2014).

CAS PubMed Google Scholar

95.

Манфредини Р., Галлерани М., Порталуппи Ф. и Ферсини К. Взаимосвязь циркадных ритмов тромботических, ишемических, геморрагических и аритмических событий с ритмами артериального давления. Ann. NY Acad. Sci. 783 , 141–158 (1996).

CAS PubMed Google Scholar

96.

Ши, С. А., Хилтон, М. Ф., Ху, К. и Шеер, Ф. А. Дж. Л. Существование эндогенного циркадного ритма артериального давления у людей с пиком в вечернее время. Circ. Res. 108 , 980–984 (2011).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

97.

Dashti, H. S. et al. Гены часов объясняют большую часть фенотипической изменчивости систолического артериального давления, и этот контроль не изменяется температурой окружающей среды. Am. J. Hypertens. 29 , 132–140 (2016).

PubMed Google Scholar

98.

Scheer, F. A. J. L. & Shea, S. A. Циркадная система человека вызывает утренний пик ингибитора-1 протромботического активатора плазминогена (PAI-1) независимо от цикла сна / бодрствования. Кровь 123 , 590–593 (2014).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

99.

Eckle, T. et al. Стабилизация Per2, вызванная Adora2b, способствует HIF-зависимому метаболическому переключению, критически важному для адаптации миокарда к ишемии. Нат. Med. 18 , 774–782 (2012).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

100.

Рейтер Р., Свинген К., Мур Л., Генри Т. и Траверс Дж. Х. Циркадная зависимость размера инфаркта и функции левого желудочка после инфаркта миокарда с подъемом сегмента ST. Circ. Res. 110 , 105–110 (2012).

CAS PubMed Google Scholar

101.

Fournier, S. et al. Циркадные вариации ишемической нагрузки у пациентов с инфарктом миокарда, перенесших первичное чрескожное коронарное вмешательство. Am. Heart J. 163 , 208–213 (2012).

PubMed Google Scholar

102.

Ammirati, E., Maseri, A. & Cannistraci, C.V. Все еще необходимы убедительные доказательства, подтверждающие циркадную зависимость размера инфаркта после инфаркта миокарда с подъемом сегмента ST. Circ. Res. 113 , e43 – e44 (2013).

CAS PubMed Google Scholar

103.

Durgan, D. J. et al. Краткое сообщение: толерантность к ишемии / реперфузии зависит от времени суток: опосредуется циркадными часами кардиомиоцитов. Circ. Res. 106 , 546–550 (2010).

CAS PubMed Google Scholar

104.

Bennardo, M. et al. Зависимость от дня и ночи экспрессии генов и воспалительных реакций при ремоделировании мышиного сердца после инфаркта миокарда. Am. J. Physiol.Regul. Интегр. Комп. Physiol. 311 , R1243 – R1254 (2016).

PubMed Google Scholar

105.

Alibhai, F. J. et al. Кратковременное нарушение суточных ритмов после инфаркта миокарда у мышей отрицательно сказывается на долгосрочной структуре и функции миокарда. Circ. Res. 114 , 1713–1722 (2014).

CAS PubMed Google Scholar

106.

Kung, T. A. et al. Быстрое ослабление колебаний генов циркадных часов в сердце крысы после ишемии-реперфузии. J. Mol. Клетка. Кардиол. 43 , 744–753 (2007).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

107.

Mohri, T. et al. Изменения циркадных экспрессий часовых генов у чувствительных к соли крыс Даля, получавших пищу с высоким содержанием соли. Гипертония 42 , 189–194 (2003).

CAS PubMed Google Scholar

108.

Янг, М. Э., Разеги, П. и Тэгтмейер, Х. Гены часов в сердце: характеристика и ослабление с гипертрофией. Circ. Res. 88 , 1142–1150 (2001).

CAS PubMed Google Scholar

109.

Maruo, T. et al. Циркадные вариации эндотелиальной функции при идиопатической дилатационной кардиомиопатии. Am. J. Cardiol. 97 , 699–702 (2006).

CAS PubMed Google Scholar

110.

Dhaun, N. et al. Суточные колебания артериального давления и жесткости артерий при хронической болезни почек: роль эндотелина-1. Гипертония 64 , 296–304 (2014).

CAS PubMed Google Scholar

111.

Флорас, Дж.С. Апноэ во сне и риск сердечно-сосудистых заболеваний. J. Cardiol. 63 , 3–8 (2014).

PubMed Google Scholar

112.

Kaneko, Y. et al. Сердечно-сосудистые эффекты постоянного положительного давления в дыхательных путях у пациентов с сердечной недостаточностью и обструктивным апноэ во сне. N. Engl. J. Med. 348 , 1233–1241 (2003).

PubMed Google Scholar

113.

Vacas, S. et al. Возможность и полезность непрерывного мониторинга сна у тяжелобольных пациентов с помощью портативного электроэнцефалографического монитора. Anesth. Анальг. 123 , 206–212 (2016).

PubMed PubMed Central Google Scholar

114.

Цимакуридзе Э. В. и др. Хрономия гипертрофии сердца, вызванной перегрузкой давлением, у мышей выявляет измененную экспрессию генов днем ​​и ночью и биомаркеры сердечных заболеваний. Хронобиол. Int. 29 , 810–821 (2012).

CAS PubMed Google Scholar

115.

Цимакуридзе, Э. В., Алибхай, Ф. Дж. И Мартино, Т. А. Терапевтические применения циркадных ритмов для сердечно-сосудистой системы. Фронт. Pharmacol. 6 , 77 (2015).

PubMed PubMed Central Google Scholar

116.

Подобед П. и др. Протеом день / ночь в сердце мыши. Am. J. Physiol. Regul. Интегр. Комп. Physiol. 307 , R121 – R137 (2014).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

117.

Домингес-Родригес, А., Абреу-Гонсалес, П., Гарсия-Гонсалес, М. и Рейтер, Р. Дж. Прогностическая ценность ночного уровня мелатонина как нового маркера у пациентов с инфарктом миокарда с подъемом сегмента ST. Am. J. Cardiol. 97 , 1162–1164 (2006).

CAS PubMed Google Scholar

118.

Cornelissen, G. et al. Хронобиологически интерпретированный амбулаторный мониторинг артериального давления: прошлое, настоящее и будущее. Biol. Rhythm Res. 50 , 46–62 (2019).

Google Scholar

119.

Fournier, S. et al. Циркадный ритм концентрации сердечного тропонина Т в крови. Clin. Res. Кардиол. 106 , 1026–1032 (2017).

CAS PubMed Google Scholar

120.

du Pre, B.C. et al. Анализ 24-часового ритма реполяризации желудочков определяет суточную продолжительность интервала QT как новый клинический параметр, связанный с предшествующими желудочковыми аритмиями у пациентов с сердечной недостаточностью. Фронт. Physiol. 8 , 590 (2017).

PubMed PubMed Central Google Scholar

121.

Олдхэм, М. А., Ли, Х. Б. и Десан, П. Х. Нарушение циркадного ритма у тяжелобольных: возможность улучшения результатов. Crit. Care Med. 44 , 207–217 (2016).

PubMed Google Scholar

122.

Van Rompaey, B. et al. Факторы риска делирия у пациентов интенсивной терапии: проспективное когортное исследование. Crit. Уход 13 , R77 (2009).

PubMed PubMed Central Google Scholar

123.

Перрас, Б., Мейер, М. и Додт, К. Свет и тьма не регулируют высвобождение мелатонина у людей в критическом состоянии. Intensive Care Med. 33 , 1954–1958 (2007).

CAS PubMed Google Scholar

124.

Карден, С. М. Удержание мелатонином свободных циркадных ритмов у слепых людей: мелатонин, циркадные ритмы и сон (от редакции). Surv. Офтальмол. 46 , 299–300 (2001).

Google Scholar

125.

Al-Aama, T. et al. Мелатонин снижает делирий у пожилых пациентов: рандомизированное плацебо-контролируемое исследование. Внутр. J. Geriatr. Психиатрия 26 , 687–694 (2011).

PubMed Google Scholar

126.

de Jonghe, A. et al. Влияние мелатонина на частоту делирия среди пациентов с переломом шейки бедра: многоцентровое двойное слепое рандомизированное контролируемое исследование. Банка. Med. Доц. J. 186 , E547 – E556 (2014).

Google Scholar

127.

Пурнелл, М. Т., Фейер, А. М. и Хербисон, Г. П. Влияние возможности дневного сна во время ночной смены на производительность и бдительность работников, работающих в 12-часовую смену. J. Sleep Res. 11 , 219–227 (2002).

CAS PubMed Google Scholar

128.

Нил-Штрамко, С. Э., Пахва, М., Демерс, П. А. и Готей, К. С. Вмешательства, связанные со здоровьем среди работников ночной смены: критический обзор литературы. Сканд. J. Work Environ. Здоровье 40 , 543–556 (2014).

PubMed Google Scholar

129.

Sarafidis, P. et al. Распространенность и контроль артериальной гипертензии с помощью 48-часового амбулаторного мониторинга артериального давления у гемодиализных пациентов: исследование рабочей группы Европейской сердечно-сосудистой и почечной медицины (EURECA-m) ERA-EDTA. Нефрол. Набирать номер. Пересадка. 33 , 1872 (2018).

PubMed Google Scholar

130.

Culleton, B. et al. Эффект частого ночного гемодиализа по сравнению с обычным гемодиализом. J. Am. Med. Доц. 298 , 1291–1299 (2007).

CAS Google Scholar

131.

Boggia, J. et al. Прогностическая точность дневного и ночного амбулаторного артериального давления: когортное исследование. Ланцет 370 , 1219–1229 (2007).

PubMed Google Scholar

132.

Свенссон, П., де Фэр, У., Слейт, П., Юсуф, С. и Остергрен, Дж. Сравнительные эффекты рамиприла на артериальное давление в амбулаторных и офисных условиях: субисследование НАДЕЖДА. Гипертония 38 , E28 – E32 (2001).

CAS PubMed Google Scholar

133.

Hermida, R.C. & Ayala, D.E. Хронотерапия ингибитором ангиотензинпревращающего фермента рамиприлом при эссенциальной гипертензии: улучшение контроля артериального давления при дозировании перед сном. Гипертония 54 , 40–46 (2009).

CAS PubMed Google Scholar

134.

Эрмида, Р. К., Аяла, Д. Э., Мохон, А. и Фернандес, Дж. Р. Снижение артериального давления во время сна, определяемое амбулаторным наблюдением, снижает риск сердечно-сосудистых заболеваний. J. Am. Coll. Кардиол. 58 , 1165–1173 (2011).

CAS PubMed Google Scholar

135.

Де Джорджи, А., Маллоцци Менегатти, А., Фаббиан, Ф., Порталуппи, Ф. и Манфредини, Р. Циркадные ритмы и медицинские заболевания: какое значение имеет прием лекарств? Eur. J. Intern. Med. 24 , 698–706 (2013).

PubMed Google Scholar

136.

Манфредини Р., Галлерани М., Салми Р. и Ферсини С. Циркадные ритмы и сердце: значение для хронотерапии сердечно-сосудистых заболеваний. Clin. Pharmacol. Ther. 56 , 244–247 (1994).

CAS PubMed Google Scholar

137.

Zhao, P., Xu, P., Wan, C. & Wang, Z. Вечерний и утренний режим дозирования лекарственной терапии гипертонии. Кокрановская база данных Syst. Ред. 10 , CD004184 (2011).

Google Scholar

138.

Scheer, F. A. J. L. et al. Эндогенная циркадная система человека вызывает наибольшую активацию тромбоцитов в течение биологического утра, независимо от поведения. PLOS ONE 6 , e24549 (2011).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

139.

Bonten, T. N. et al. Зависящие от времени эффекты аспирина на артериальное давление и утреннюю реактивность тромбоцитов: рандомизированное перекрестное исследование. Гипертония 65 , 743–750 (2015).

CAS PubMed Google Scholar

140.

Ватанабе, Ю., Халберг, Ф., Оцука, К. и Корнелиссен, Г. К индивидуальной хронотерапии высокого кровяного давления и циркадных колебаний. Clin. Exp. Гипертензии. 35 , 257–266 (2013).

CAS PubMed Google Scholar

141.

Shinagawa, M. et al. Влияние суточной амплитуды и хронотерапии: актуальность для профилактики и лечения инсульта. Biomed. Фармакотер. 55 , 125–132 (2001).

CAS PubMed Google Scholar

142.

Montaigne, D. et al. Дневные вариации периоперационного повреждения миокарда при кардиохирургии и его профилактика антагонизмом Rev-Erbα: одноцентровое когортное исследование с сопоставлением склонностей и рандомизированное исследование. Ланцет 391 , 59–69 (2017).

PubMed Google Scholar

143.

Мадонна Р. и др. Позиционный документ Рабочей группы Европейского общества кардиологов «Клеточная биология сердца: клеточная терапия для восстановления и регенерации миокарда при ишемической болезни сердца и сердечной недостаточности». Eur. Харт J. 37 , 1789–1798 (2016).

PubMed PubMed Central Google Scholar

144.

Ван Лааке, Л. У., Пассиер, Р., Доэвенданс, П. А. и Маммери, С. Л. Кардиомиоциты, полученные из эмбриональных стволовых клеток человека, и восстановление сердца у грызунов. Circ. Res. 102 , 1008–1010 (2008).

PubMed Google Scholar

145.

Woldt, E. et al. Rev-erb-α модулирует окислительную способность скелетных мышц, регулируя митохондриальный биогенез и аутофагию. Нат. Med. 19 , 1039–1046 (2013).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

146.

Чен, З., Ю, С. Х. и Такахаши, Дж. С. Модификаторы малых молекул циркадных часов. Cell. Мол. Life Sci. 70 , 2985–2998 (2013).

CAS PubMed Google Scholar

147.

Истман, К. И., Сух, К., Томака, В. А. и Кроули, С. Дж. Сдвиги фазы циркадного ритма и эндогенный свободный циркадный период различаются у афроамериканцев и европейцев американцев. Sci. Отчет 5 , 8381 (2015).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

148.

Chen, X. et al. Расовые / этнические различия в нарушениях сна: мультиэтническое исследование атеросклероза (MESA). Сон 38 , 877–888 (2015).

PubMed PubMed Central Google Scholar

149.

Santhi, N.и другие. Половые различия в суточной регуляции сна и познания в бодрствовании у людей. Proc. Natl Acad. Sci. США 113 , E2730 – E2739 (2016).

CAS PubMed Google Scholar

150.

Jarczok, M. N. et al. Сердечный ритм «н» блюз: половые различия в циркадных вариациях блуждающей активности варьируются в зависимости от депрессивных симптомов у преимущественно здоровых сотрудников. Хронобиол. Int. 35 , 896–909 (2018).

CAS PubMed Google Scholar

151.

Худ, С. и Амир, С. Часы старения: циркадные ритмы и более поздняя жизнь. J. Clin. Вкладывать деньги. 127 , 437–446 (2017).

PubMed PubMed Central Google Scholar

152.

López, F. et al. Существуют ли этнические различия в суточных колебаниях в начале острого инфаркта миокарда? Сравнение 3 этнических групп в Бирмингеме, Великобритания и Аликанте. Испания . Внутр. J. Cardiol. 100 , 151–154 (2005).

PubMed Google Scholar

153.

Donat, M. et al. Связь продолжительности сна и ожирения среди чернокожих и белых взрослых в США. Clin. Прак . https://doi.org/10.2217/cpr.13.47 (2013).

Артикул Google Scholar

154.

Ямасаки, Ф., Шварц, Дж. Э., Гербер, Л.М., Уоррен, К. и Пикеринг, Т. Г. Влияние сменной работы и расы / этнической принадлежности на суточный ритм артериального давления и катехоламинов. Гипертония 32 , 417–423 (1998).

CAS PubMed Google Scholar

155.

Manfredini, R. et al. Пол и циркадная периодичность сердечно-сосудистых заболеваний: достаточно ли женщины представлены в хронобиологических исследованиях? Сердечная недостаточность. Clin. 13 , 719–738 (2017).

PubMed Google Scholar

156.

Berry, J. D. et al. Пожизненные риски сердечно-сосудистых заболеваний. N. Engl. J. Med. 366 , 321–329 (2012).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

157.

Форман, Д. Э., Читтадини, А., Азхар, Г., Дуглас, П. С. и Вей, Дж. Ю. Морфология и функция сердца у стареющих крыс: гендерные различия. J. Am. Coll. Кардиол. 30 , 1872–1877 (1997).

CAS PubMed Google Scholar

158.

Alibhai, F. J. et al. Самки мышей Clock ^{Δ19 / Δ19} защищены от развития возрастной кардиомиопатии. Cardiovasc. Res. 114 , 259–271 (2018).

CAS PubMed Google Scholar

159.

Halberg, F.и другие. Диагностика аномалий вариабельности сосудов, а не только МЕСОР-гипертонии. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 305 , h379 – h394 (2013).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

160.

Смоленский, М. Х., Хермида, Р. К., Аяла, Д. Э., Тисео, Р. и Порталуппи, Ф. Эффекты препаратов для снижения артериального давления, зависящие от времени приема: основа хронотерапии гипертонии. Blood Press. Монит. 15 , 173–180 (2010).

PubMed Google Scholar

161.

Racca, C. et al. Утреннее потребление аспирина связано с субоптимальным ингибированием тромбоцитов, как измерено с помощью сывороточного тромбоксана B ₂ , в ранние утренние часы, склонные к инфаркту. Тромбоциты https://doi.org/10.1080/09537104.2018.1528347 (2018).

Артикул PubMed Google Scholar

162.

Смоленский, М. Х. и др. Суточное и круглосуточное моделирование болезней человека: острые и хронические, общие и необычные заболевания. Sleep Med. Ред. 21 , 12–22 (2015).

PubMed Google Scholar

163.

Bruguerolle, B. & Labrecque, G. Ритмический паттерн боли и их хронотерапия. Adv. Препарат Делив. Ред. 59 , 883–895 (2007).

CAS PubMed Google Scholar

164.

Леви, Ф., Алтинок, А., Клермбо, Дж. И Голдбетер, А. Влияние циркадных часов на ритмическую доставку лекарств от рака. Phil. Пер. R. Soc. А 366 , 3575–3598 (2008).

PubMed Google Scholar

165.

de Mairan, J.-J. Ботаническое наблюдение [французский]. Hist. Акад. R. Sci. 1729 , 35 (1729).

Google Scholar

166.

Konopka, R.J. и Benzer, S. Clock, мутанты Drosophila melanogaster . Proc. Natl Acad. Sci. США 68 , 2112–2116 (1971).

CAS PubMed Google Scholar

167.

Sehgal, A. et al. Ритмическая экспрессия вне времени : основа для стимулирования циркадных циклов в периоде ауторегуляции гена. Наука 270 , 808–810 (1995).

CAS PubMed Google Scholar

168.

Price, J. L. et al. double-time — это новый часовой ген Drosophila , который регулирует накопление белка PERIOD. Cell 94 , 83–95 (1998).

CAS PubMed Google Scholar

169.

Stujanna, E. N. et al. Агонист Rev-erb улучшает неблагоприятное ремоделирование сердца и выживаемость при инфаркте миокарда за счет противовоспалительного механизма. PLOS ONE 12 , e0189330 (2017).

PubMed PubMed Central Google Scholar

170.

Ван Бик, М. Х. К. Т. и др. Прогностический эффект жалоб на физическое здоровье с новыми сердечными событиями и смертностью у пациентов с инфарктом миокарда. Психосоматика 58 , 121–131 (2017).

PubMed Google Scholar

171.

Anea, C. B. et al. Заболевания сосудов у мышей с дисфункциональными циркадными часами. Тираж 119 , 1510–1517 (2009).

PubMed PubMed Central Google Scholar

172.

Wang, Q., Maillard, M., Schibler, U., Burnier, M. & Gachon, F. Гипертрофия сердца, низкое кровяное давление и низкие уровни альдостерона у мышей, лишенных трех циркадных PAR bZip факторы транскрипции DBP, HLF и TEF. Am. J. Physiol. Regul. Интегр. Комп. Physiol. 299 , R1013 – R1019 (2010).

CAS PubMed Google Scholar

173.

Durgan, D. J. et al. Доказательства того, что циркадные часы кардиомиоцитов модулируют реакцию сердца на гипертрофические стимулы у мышей. Хронобиол. Int. 28 , 187–203 (2011).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

174.

Schroder, E. A. et al. Молекулярные часы кардиомиоцитов, регуляция Scn5a и восприимчивость к аритмии. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 304 , C954 – C965 (2013).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

175.

Xie, Z. et al. BMAL1 гладких мышц участвует в регуляции циркадных ритмов артериального давления. J. Clin. Вкладывать деньги. 125 , 324–336 (2015).

PubMed Google Scholar

Сознание и биологические ритмы | Введение в психологию

Цели обучения

• Опишите сознание
• Объясните, как циркадные ритмы участвуют в регулировании цикла сна и бодрствования и как циркадные циклы могут быть нарушены

Сознание описывает нашу осведомленность о внутренних и внешних стимулах.Осведомленность о внутренних стимулах включает ощущение боли, голода, жажды, сонливости и осознание своих мыслей и эмоций. Осведомленность о внешних раздражителях включает в себя видение солнечного света, ощущение тепла в комнате и слышание голоса друга.

Мы регулярно переживаем разные состояния сознания и разные уровни осознания. Мы могли бы даже описать сознание как континуум, который варьируется от полного осознания до глубокого сна. Сон — это состояние, характеризующееся относительно низким уровнем физической активности и сниженным сенсорным восприятием, которое отличается от периодов отдыха, которые происходят во время бодрствования.Бодрствование характеризуется высоким уровнем сенсорной осведомленности, мысли и поведения. Помимо бодрствования или сна, люди испытывают множество других состояний сознания. К ним относятся мечтания, интоксикация и потеря сознания из-за анестезии. Мы также можем испытывать бессознательное состояние при наркозе в медицинских целях. Часто мы не полностью осознаем то, что нас окружает, даже когда мы полностью бодрствуем. Например, вы когда-нибудь мечтали, когда ехали домой с работы или учебы, не задумываясь о самой поездке? Вы были способны выполнять все сложные задачи, связанные с управлением автомобилем, даже если вы не знали об этом.Многие из этих процессов, как и большая часть психологического поведения, уходят корнями в нашу биологию.

Биологические ритмы

Биологические ритмы — внутренние ритмы биологической активности. Менструальный цикл женщины является примером биологического ритма — повторяющейся циклической модели телесных изменений. Один полный менструальный цикл занимает около 28 дней (лунный месяц), но многие биологические циклы намного короче. Биологические ритмы, такие как менструальный цикл, называются инфрадианными ритмами, потому что они длятся дольше 24 часов, а другие, которые длятся менее 24 часов, называются ультрадианными ритмами.Изменения температуры тела и активности, которые циклически колеблются в течение 24-часового периода (рис. 1), являются примерами циркадного ритма. Циркадный ритм — это биологический ритм, который имеет место в течение примерно 24 часов. Бдительность связана с более высокой температурой тела, а сонливость — с более низкой температурой тела.

Рисунок 1 . На этом графике показано циркадное изменение температуры тела за 28 часов в группе из восьми молодых людей. Температура тела повышается в течение дня бодрствования, достигая пика во второй половине дня, и падает во время сна, а самая низкая точка приходится на очень ранние утренние часы.

Наш цикл сна и бодрствования, который связан с естественным циклом света и темноты в окружающей среде, является, пожалуй, наиболее очевидным примером циркадного ритма, но у нас также есть ежедневные колебания частоты сердечных сокращений, артериального давления, уровня сахара в крови и температуры тела. Некоторые циркадные ритмы играют роль в изменениях нашего состояния сознания.

Исследования показывают, что люди (а также другие животные и растения) имеют биологические часы или врожденное устройство отсчета времени, состоящее из определенных молекул (белков), которые взаимодействуют в клетках по всему телу.Биологические часы можно найти почти во всех тканях и органах. Исследователи идентифицировали похожие гены у людей, плодовых мушек, мышей, грибов и некоторых других организмов, ответственных за создание компонентов часов. В головном мозге гипоталамус, расположенный над гипофизом, является главным центром гомеостаза. Гомеостаз — это стремление поддерживать баланс или оптимальный уровень в биологической системе. У людей часовой механизм мозга расположен в области гипоталамуса, известной как супрахиазматическое ядро ​​ (SCN) .SCN состоит примерно из 20 000 нервных клеток. Аксоны светочувствительных нейронов сетчатки предоставляют информацию в SCN в зависимости от количества присутствующего света, позволяя этим внутренним часам синхронизироваться с внешним миром (Klein, Moore, & Reppert, 1991; Welsh, Takahashi, & Kay , 2010) (рисунок 2).

Рисунок 2 . Супрахиазматическое ядро ​​(SCN) служит часовым механизмом мозга. Часы настраиваются на световую информацию, полученную через проекции сетчатки глаза.

Проблемы с циркадными ритмами

Как правило, и у большинства людей циркадные циклы соответствуют внешнему миру. Например, большинство людей спят ночью и бодрствуют днем. Одним из важных регуляторов циклов сна и бодрствования является гормон мелатонин . Шишковидная железа , эндокринная структура, расположенная внутри мозга, которая выделяет мелатонин, как полагают, участвует в регуляции различных биологических ритмов и иммунной системы во время сна (Hardeland, Pandi-Perumal, & Cardinali, 2006).Высвобождение мелатонина стимулируется темнотой и подавляется светом. Люди полагаются на zeitgebers или внешние сигналы, такие как свет, атмосферные условия, температура и социальные взаимодействия, чтобы установить соответствующие биологические часы.

Существуют индивидуальные различия в отношении нашего цикла сна и бодрствования. Например, некоторые люди скажут, что они утренники, а другие сочтут себя полуночниками. Эти индивидуальные различия в циркадных моделях активности известны как хронотип человека. Индивидуальный хронотип человека может указывать на то, что человек имеет большую склонность засыпать раньше и раньше вставать (утренний жаворонок) или поздно ложиться спать и спать (сова). Утренние жаворонки и совы различаются по регуляции сна (Taillard, Philip, Coste, Sagaspe, & Bioulac, 2003). Регуляция сна относится к управлению мозгом переключением между сном и бодрствованием, а также координированию этого цикла с внешним миром.

Ссылка на обучение

Посмотрите это короткое видео, в котором описываются циркадные ритмы и их влияние на сон.

Вы можете просмотреть стенограмму «Перепрограммирования наших циркадных ритмов для современного мира» здесь (открывается в новом окне).

Подумай над

Мы наблюдаем сдвиги в наших циркадных часах осенью и весной каждого года с изменениями времени, связанными с переходом на летнее время. Вам легче приспособиться к прыжку вперед или назад и почему, как вы думаете, это так?

Глоссарий

биологические часы: врожденное устройство отсчета времени, управляемое супрахиазматическим ядром

биологический ритм: внутренний цикл биологической активности

хронотип: индивидуальные различия в циркадных моделях активности, указывающие на склонность ко сну в определенное время

циркадный ритм: биологический ритм, который происходит примерно в течение 24 часов

сознание: осознание внутренних и внешних раздражителей

гомеостаз: тенденция к поддержанию баланса или оптимального уровня в биологической системе

мелатонин: гормон, секретируемый эндокринной железой, который служит важным регулятором цикла сна-бодрствования

метаанализ: исследование, объединяющее результаты нескольких связанных исследований

шишковидная железа: эндокринная структура, расположенная внутри мозга, которая выделяет мелатонин

сон: состояние, характеризующееся относительно низким уровнем физической активности и сниженной сенсорной осведомленностью, которое отличается от периодов отдыха, которые происходят во время бодрствования

регуляция сна: контроль мозга над переключением между сном и бодрствованием, а также координация этого цикла с внешним миром
супрахиазматическое ядро ​​(SCN): область гипоталамуса, в которой расположены биологические часы организма

бодрствование: характеризуется высоким уровнем сенсорной осведомленности, мышления и поведения

Внесите свой вклад!

У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

О циркадных ритмах — Центр биологии сна и циркадных ритмов (CSCB)

Ежедневные или циркадные ритмы являются фундаментальным компонентом биологических организмов, включая человека. Эти ритмы генерируются в теле. Циркадные ритмы помогают координировать время выполнения наших внутренних функций организма, включая сон, а также наше взаимодействие с внешним миром. В то время как класс биологических ритмов, который представляет собой основное внимание Центра биологии сна и циркадных ритмов, — это ритм с периодом около 24 часов (т.е., циркадный), внимание также уделяется биологическим процессам синхронизации, которые повторяются каждые несколько часов (т. е. ультрадианные ритмы) или ежегодно (т. е. сезонные ритмы).

Относительно новая область исследований биологических ритмов достигла состояния зрелости, когда в ближайшее десятилетие можно ожидать огромных успехов как на фундаментальном, так и на клиническом уровнях. Только недавно медицинское сообщество, а также широкая общественность осознали важность циркадных ритмов для здоровья, безопасности, производительности и производительности человека.В настоящее время признано, что физические и психические отклонения связаны с работой в ночное время, в которой задействовано более 20% рабочей силы в промышленно развитых странах, и быстрым перемещением по часовым поясам (т. Е. «Сменой часовых поясов»).

Фармацевтическая промышленность в настоящее время исследует важность циркадных ритмов для определения времени доставки лекарств и заинтересована в разработке лекарств, которые могут влиять на циркадные часы человека, а также сельскохозяйственных растений и животных. Многочисленные проблемы со здоровьем, включая некоторые формы депрессии, а также многие нарушения сна, неврологические, сердечно-сосудистые и эндокринные расстройства, в последнее время были связаны с дисфункцией циркадного ритма.

Кроме того, по мере того, как пожилые люди продолжают составлять более высокий процент населения в Соединенных Штатах, а также в остальном мире, у пожилых людей, страдающих различными нарушениями сна, психического и физического состояния, наблюдается все больше и больше циркадных отклонений. расстройства (в том числе слабоумие). Прогресс в нашем понимании циркадных ритмов будет иметь широкие экономические последствия, поскольку можно ожидать, что информация из фундаментальных исследовательских программ по циркадным ритмам будет легко передана в медицинский, деловой и сельскохозяйственный секторы.Существует растущая потребность во многих отраслях, в которых работники работают круглосуточно (например, в транспорте, коммунальном хозяйстве, общественной безопасности, тяжелой промышленности и во многих сферах услуг), в получении рекомендаций и информации о графиках работы из авторитетных с научной точки зрения источников. Теперь возможно использование циркадных принципов для управления сезонами размножения многих видов растений и животных, что могло бы повысить продуктивность сельского хозяйства.

Растущее понимание различных и многочисленных способов, которыми лучшее понимание циркадных ритмов может повлиять на здоровье человека, является причиной недавнего отчета NIMH для U.С. Конгресс по «Десятилетию мозга» нацелил изучение циркадных ритмов как одну из основных областей, в которых фундаментальные исследования в области нейробиологии могут быть переданы клиническому сообществу на благо человечества. Действительно, в последние годы многие из Национальных институтов здоровья провели семинары по циркадным ритмам и здоровью. Северо-Западный университет может играть ведущую роль в этой развивающейся области биомедицины, и решение о создании Центра сна и циркадной биологии в Северо-Западном университете было принято для того, чтобы активизировать деятельность исследователей, проводящих исследования сна и биологических ритмов. внутри университета.

Чтобы получить доступ к последним научным публикациям исследователей CSCB, щелкните здесь.

Каждая научная область имеет свою специфическую терминологию; научная область биологических ритмов и сна — не исключение. Чтобы получить доступ к глоссарию, в котором определены некоторые термины, с которыми читатели могут столкнуться, читая о данной области, щелкните здесь.

Определение циркадного ритма и примеры

Циркадный ритм
n., Sɜːˈkeɪdɪən ˈɹɪ.ð (ə) m
Биологический ритм, основанный на 24-часовом цикле биологических процессов

Определение циркадного ритма

Циркадный ритм является эндогенно-управляемый биологический ритм с периодом около 24 часов.

Обзор

Биологический ритм относится к синхронизированному циклическому паттерну , демонстрируемому организмом в ответ на определенный стимул. Помимо циркадных ритмов, другие формы биологических ритмов включают суточные ритмы, ультрадианные ритмы и инфрадианные ритмы. (Ссылка 1) Короче говоря, суточных ритмов представляют собой форму циркадного ритма; он синхронизирован с циклом день / ночь. Ультрадианные ритмы — это биологические ритмы с циклическим периодом, который на короче, чем 24 часа. Инфрадианные ритмы , напротив, представляют собой биологические ритмы с периодом более , чем 24 часа.

Характеристики циркадного ритма

Биологические ритмы могут быть эндогенными, (контролируются внутренними биологическими часами) или экзогенными, (включают внешний сигнал, т. Е. Zeitgeber). Циркадные ритмы , эндогенные, («встроенные»). В создании 24-часового ритмического паттерна задействованы различные биологические механизмы. Термин циркадный происходит от латинского термина около , означает «примерно» или «приблизительно» и diem означает «день».Ритмический паттерн считается циркадным , когда присутствуют следующие особенности: (1) эндогенный свободный (приблизительно) 24-часовой период, (2) ритм, который является увлекаемым, т. Е. Способным к сбросу фазы по сигналам окружающей среды и синхронизации с 24-часовой день и (3) с температурной компенсацией. (Ссылка 2)

Циркадные часы управляют этой формой биологического ритма. У человека и других млекопитающих циркадные часы расположены в супрахиазматических ядрах (SCN) гипоталамуса.(Ссылка 1) Существенное или продолжительное нарушение этих часов может отрицательно сказаться на самочувствии человека и повседневной деятельности. Аномальный циркадный ритм у людей обозначается как расстройство циркадного ритма . Примером является расстройство сна с циркадным ритмом , при котором цикл сна-бодрствования прерывается. Это может быть связано со старением, генетическими факторами, заболеваниями или внешними факторами. (Ссылка 3, 4)

Примеры циркадных ритмов

• Цикл сон-бодрствование — связан с ритмами день-ночь в производстве мелатонина.У людей SCN секретирует мелатонин, гормон шишковидной железы, который вызывает сон ночью в зависимости от света и темноты. (Ссылка 4)
• Суточные ритмы температуры тела — У людей температура тела соответствует модели: она относительно высокая днем ​​и затем низкая ночью.
• Когнитивные способности — Некоторые животные (дневные) более внимательны и обладают высокой познавательной способностью в дневное время. Обратное происходит в ночное время. Ночью они бдительнее, чем днем.
• Nyctinasty — растениям кажется, что ночью они «спят», а утром «просыпаются». Растения поникли, как будто принимают «положение сна » . Примером могут служить бобовые растения. Складывают листья на ночь.

См. Также

Ссылки

1. Hedge, A. (2013). http://ergo.human.cornell.edu/studentdownloads/DEA3250pdfs/biorhythms.pdf
2. Джонсон, К. (2004). Хронобиология: биологическое хронометраж. Сандерленд, Массачусетс, США: Sinauer Associates, Inc.С. 67–105.
3. Нарушения циркадного ритма | Национальный институт сердца, легких и крови (NHLBI). (2019, 25 сентября). Nih.Gov. https://www.nhlbi.nih.gov/health-topics/circadian-rhythm-disorders‌
4. Morgenthaler, T., Kolla, & Auger. (2012). Расстройства циркадного ритма сна. Хронофизиология и терапия, 19. https://doi.org/10.2147/cpt.s21937

© BiologyOnline. Контент предоставлен и модерируется редакторами BiologyOnline.

9.2: Биологические ритмы — Социальные науки LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Без заголовков

Биологические ритмы — внутренние ритмы биологической активности.Менструальный цикл женщины является примером биологического ритма — повторяющейся циклической модели телесных изменений. Один полный менструальный цикл занимает около 28 дней (лунный месяц), но многие биологические циклы намного короче. Например, температура тела циклически колеблется в течение 24 часов (Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Бдительность связана с более высокой температурой тела, а сонливость — с более низкой температурой тела.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): циркадное изменение температуры тела за 28 часов в группе из восьми молодых людей.Температура тела повышается в течение дня бодрствования, достигая пика во второй половине дня, и падает во время сна, а самая низкая точка приходится на очень ранние утренние часы. [«Рисунок 4.2» / OpenStax под лицензией CC BY 4.0. Данные Waterhouse et al. (2012).]

Этот образец колебаний температуры, который повторяется каждый день, является одним из примеров циркадного ритма. Циркадный ритм — это биологический ритм, который имеет место в течение примерно 24 часов. Наш цикл сна и бодрствования, связанный с естественным циклом света и темноты в окружающей среде, является, пожалуй, наиболее очевидным примером циркадного ритма, но у нас также есть ежедневные колебания частоты сердечных сокращений, артериального давления, уровня сахара в крови и температуры тела.Некоторые циркадные ритмы играют роль в изменениях нашего состояния сознания.

Если у нас есть биологические ритмы, то есть ли какие-то биологические часы? В головном мозге гипоталамус, расположенный над гипофизом, является главным центром гомеостаза.