<<< Главная

Вперед >>>

<<< Назад

 

 

ГЛАВА 3

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

 

Труд человека, так же как и работа машины, сопряжен с определенными энергетическими затратами. Однако биологическая природа человека, представляющего собой живой организм, в отличие от машин, подчиняется, наряду с физическими законами, еще и целому ряду биологических законов, в частности законам термодинамики биологических систем. В связи с этим для определения законов функционирования систем «человек - машина» рассмотрим основные энергетические процессы, происходящие в живых организмах.

 

3.1. Общие сведения о фотосинтезе и хемосинтезе

 

Для обеспечения жизнедеятельности всем живым организмам требуется энергия.

В настоящее время известно два способа получения энергии живыми организмами:

 

1. Путем фотосинтеза, осуществляемого растениями с помощью молекул хлорофилла, которые преобразуют  лучистую энергию Солнца в химическую энергию.

Тем самым они обеспечивают работу многочисленных фотофизических, фотохимических, биохимических и иных процессов, происходящих в их клетках.

2.  Путем хемосинтеза  - окислений неорганических соединений, осуществляемых некоторыми бактериями, при которых выделяемая энергия так же обеспечивает работу указанных выше процессов.

 

3.1.1. Фотосинтез

 

В области фотосинтеза первые работы были выполнены в XVII веке голландским естествоиспытателем, врачом и теософом-мистиком Ван Гельмонтом, который установил, что почва не является источником материала для построения растущего дерева.

В 1771 г. английский ученый  Джозеф Пристли сделал следующее открытие: он заметил, что зеленые растения на свету продолжают жить в атмосфере СО2 и даже делают его пригодным для дыхания.

В течение последующих лет серьезные работы по фотосинтезу не велись, и возобновились лишь в 1905 году, когда известный английский физиолог растений Фредерик Блэкман установил новые законы, по которым проходят процессы фотосинтеза. Он показал, что фото-синтез начинается уже при слабом освещении, а также то, что скорость фотосинтеза пропорциональна  величине светового потока до определенного значения. Кроме того, Блэкманом была установлена зависимость скорости фотосинтеза от  температуры.

На основании этих экспериментов Блэкман сделал вывод, что происходят два процесса, один из которых в значительной степени зависит от уровня освещения, но не зависит от температуры, а второй зависит от температуры и не зависит от уровня света.

В результате дальнейших исследований, в 1932 году, американскими биохимиками Р. Эмерсоном и В. Арнольдом было установлено, что темновая стадия во много раз длительнее световой.

Ученые пытались объяснить это тем, что во время световой вспышки растение запасает энергию, которая необходима для успешного хода каких-то темновых процессов, видимо, связанных с фиксацией в растении углекислого газа.

Этот последний процесс (в отличие от светового) идет медленно, и, пока он не завершится, бесполезно вводить в растение новые порции световой энергии. Позже, в 1954 году, американский биохимик Даниель Исраэль Арнон открыл процесс фотосинтетического фосфорилирования, при котором растениями синтезируется аденозинтрифосфат (АТФ), содержащий в себе большое количество энергии, которая затем может быть использована в результате его расщепления путем гидролиза. Структура АТФ показана на рис. 3.1.

 

 

Рис. 3.1. Структура АТФ

 

Как видно из рис. 3.1, АТФ состоит из трех фосфатных групп, остатков азотистого основания (аденина) и остатка сахара (рибозы).

При разрыве фосфоангидридных и фосфоэфирной связей выделяется энергия. Фосфатные группы могут быть постадийно отщеплены путем растворения в воде (гидролиза) и образования ортофосфата или неорганического фосфата и аденозиндифосфата АДФ, а после расщепления АДФ и аденозинмонофосфата с выделением энергии на каждой стадии:

 

 

Здесь: Фн - неорганический фосфат; H+ - положительный ион водорода;  - изменение свободной энергии, выделяемой при отрыве концевой фосфатной группы.

Обычно клетки извлекают энергию из АТФ во время клеточного дыхания, отщепляя от его молекулы только одну фосфатную группу.

 На рис. 3.2 приведен пример упрощенного графика циклов синтеза-расщепления АТФ.

 

 

Рис. 3.2. Упрощенный график

синтеза-расщепления АТФ.

U - количество АТФ в клетке;

I – процесс синтеза; П – процесс расщепления.

 

Как видно из графика на рис. 3.2, изображенные на нем процессы синтеза АТФ (кривая I), и расщепления АТФ (кривая II) представляют собой непрерывную последовательность циклов, причем оба процесса протекают по законам, близким  к экспонентам.  

Верхние и нижние границы концентрации биохимических веществ Umax и Umin определяются положительной и отрицательной обратными связями, имеющимися в клетках, о которых будет указано ниже.

Дальнейшие исследования проблем фотосинтеза в основном были направлены на изучение многочисленных узких вопросов в биофизических и биохимических процессах, происходящих в клетках растений. В их числе изучение молекулярных механизмов биологического использования солнечной энергии, практического использования закономерностей соотношений длительностей темных и светлых стадий для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и других целей.

В частности, российским ученым A.А. Красновским были предложены оригинальные модели фотосинтеза, основанные на сопряженном действии изолированных пигментов, неорганических фотокатализаторов и ферментных систем бактериальной клетки.

Кроме того, им были проведены всесторонние исследования эволюции фотосинтеза и путей биологического использования солнечной энергии.

Таким образом, несмотря на большое внимание ученых к проблеме фотосинтеза, она из-за сложности протекающих процессов до конца не изучена, а установлены лишь определенные этапы, из которых два можно считать наиболее существенными:

1. Процесс фотосинтеза происходит в виде двух стадий: световой и темновой;

2. Конечным результатом фотосинтеза является аденозинтрифосфат (АТФ), обеспечивающий хранение и выделение больших количеств энергии.

 

3.1.2. Хемосинтез

 

Хемосинтез (хемолитоавтотрофия) - тип питания, свойственный некоторым бактериям, способным усваивать CO2 как единственный источник углерода за счёт энергии окисления неорганических соединений, был открыт в 1887 году С.Н.Виноградским.

Сущностью этого процесса является то, что необходимая для жизни энергия выделяется в результате различных окислительно-восстановительных реакций.

Это открытие в значительной степени изменило представление ученых об обмене веществ, происходящих  в живых организмах.

Для получения энергии путем окислительно-восстановительных реакций бактериями окисляется водород, окись углерода, восстановленные соединения серы, железо, аммиак, нитриты, сурьма и другие вещества.

Наиболее многочисленной группой хемосинтезирующих организмов являются водородные бактерии, которые для выделения энергии осуществляют реакцию:

 

где (CH2O) — условное обозначение образующихся органических веществ.

 

Биосинтез органических соединений при хемосинтезе осуществляется точно так же, как и при фотосинтезе, конечным результатом которого является АТФ. Другие живые организмы получают АТФ уже из растений, используя их в качестве продуктов питания.

Поэтому основными биохимическими реакциями, происходящими в живых организмах, следует считать те, которые направлены на обеспечение организма необходимой энергией, то есть синтез и расщепление АТФ.

 

3.2. Первый закон термодинамики биологических систем

(«Всеобщий закон биологии» Э.С. Бауэра)

 

Наряду с теоретическими работами физиков над проблемами законов термодинамики, этой же проблемой, но применительно к биологии, в начале 20-го века занимался венгерско-российский ученый, биолог-теоретик Эрвин Симонович Бауэр.

В то время биология как наука еще не была достаточно развита.  Еще не был известен состав клеток и их основные функции, и было общепринятым считать, что жизнь  - это некоторое вещество с особыми свойствами.

В микроскоп живое вещество различных живых организмов  выглядело практически одинаково в виде клеток с желеобразной массой (которая получила название протоплазма).

Основная задача, которую поставил перед собой Э.Бауэр – определить основные термодинамические свойства живых веществ, за которые он принимал молекулы белков в особом, неравновесном состоянии.

Несмотря на целый ряд ошибочных предположений, принципиальным научным достижением Э.Бауэра в этой работе является неопровержимое доказательство того, что живые организмы могут находиться только в устойчивом неравновесном термодинамическом состоянии. Э.Бауэром был сформулирован «Всеобщий закон биологии» в следующей редакции:

 

«Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянную работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях».

 

По существу этот закон является Первым законом термодинамики биологических систем.

Э. Бауэром также был сформулирован  «Принцип устойчивого неравновесия живых систем»:

 

«Для живых систем характерно именно то, что они за счет своей свободной энергии производят работу против ожидаемого равновесия». 

 

Позже теория Э.Бауэра была полностью подтверждена работами И.Пригожина, Г.Хакена и  Р.Тома.

Как утверждал И.Пригожин: «…и биосфера в целом, и ее различные компоненты, живые или неживые, существуют в сильно неравновесных условиях». В этом смысле жизнь, заведомо укладывающаяся в рамки естественного порядка, предстает перед нами как высшее проявление происходящих в природе процессов самоорганизации».

 

3.3. Биологические ритмы как способ существования

живой материи

 

3.3.1. Историческая справка

 

О существовании  биологических ритмов людям известно с древних времен. Уже в «Ветхом Завете» даны точные указания о правильном образе жизни, питании,  чередовании фаз активности и отдыха и ряд других рекомендаций. Об этом писали многие выдающиеся ученые древности: Гиппократ, Авиценна и другие.

Основателем хронобиологии – науки о биоритмах, принято считать немецкого врача Христофора Вильяма Гуфелянда.

В 1797 году он привлек внимание коллег на универсальность ритмических процессов в биологии: каждый день жизнь повторяется в определенных ритмах, а суточный цикл, связанный с вращением Земли вокруг своей оси регулирует жизнедеятельность всего живого, включая  организм человека.

Первые серьезные научные исследования в этой области начали проводиться учеными разных стран лишь в начале 20-го века, в том числе российскими учеными И.П.Павловым, В.В.Вернадским, А.Л.Чижевским и другими.      

К концу 20-го века факт ритмичности биологических процессов живых организмов стал считаться одним из фундаментальных свойств живой материи и сущностью организации жизни.

Однако природа  биоритмов до последнего времени была неясна.

Как бывает в таких случаях, исследования биоритмов представляли собой процесс накопления информации, выявления свойств и закономерностей методами статистики, рассматривались вопросы практического использования.

В результате в науке о биоритмах возникло два научных направления: хронобиология и хрономедицина.

Одной из основных работ в этой области можно считать разработанную Ф. Хальбергом в 1964 году классификацию биологических ритмов.

В соответствии с этой классификацией все биоритмы подразделяются следующим образом:

-    ультрадианные ритмы с периодом меньше 20 часов;

-    циркадианные - с периодом 24 ± 4 часов;

-    инфрадианные - с периодом больше 28 часов.

Среди последних следует выделять:

-   циркасемисептанные ритмы с периодом примерно 3 ± 0,5 сут;

-    циркасептанные ритмы с периодом 7 ± 3 сут.;

-    циркадисептанные - с периодом 14 ± 3 сут.;

-    циркавигинтанные - с периодом 21 ± 3 сут.;

-    циркатригинтанные - с периодом 30 ± 5 сут.;

-    цирканнуальные - с периодом 1 год ± 2 месяца

Ниже будет показано, что количество биоритмов на самом деле значительно больше.

Каждая клетка, каждый орган, каждая система и целостный организм имеют множество различных биоритмов, связанных с самыми разнообразными циклами обмена веществ, объединенных общим термином - метаболизм.

По поводу природы биоритмов был высказан целый ряд гипотез, производились многочисленные попытки определить их новые закономерности. Вот некоторые из них.

В 1959 году Юрген Ашофф, директор Института  физиологии поведения имени Макса Планка в Андексе (Германия) обнаружил закономерность, которая была названа "Правилом Ашоффа" (Под этим названием оно вошло в хронобиологию и историю науки).

Правило гласит: "У ночных животных активный период (бодрствование) более продолжителен при постоянном освещении, в то время как у дневных животных бодрствование более продолжительно при постоянной темноте". И действительно, как впоследствии установил Ю. Ашофф, при длительной изоляции человека или животных в темноте цикл "бодрствование - сон" удлиняется за счет увеличения продолжительности фазы бодрствования. Из правила Ашоффа предполагается следствие, что именно свет определяет циркадные колебания организма. Шведский исследователь Фольсгрен в опытах на кроликах обнаружил суточный ритм гликогена и желчеобразования.

Советские ученые Е.Е.Введенский, А.И.Ухтомский, а так же  И.П.Павлов и В.В.Парина осуществили попытку теоретически обосновать механизмы возникновения ритмических процессов в нервной системе и показали, что ее (т.е. нервной системы) ритм определяет прежде всего ритм возбуждения и торможения.

Известные  российские  ученые Ф.И.Комаров  и  С.И.Рапопорт  в своей книге «Хронобиология и хрономедицина» дают следующее определение биоритмов: «Ритм представляет собой характеристику периодической временной структуры. Ритмичность характеризует как определенный порядок временной последовательности, так и длительность отрезков времени, поскольку содержит чередование фаз различной продолжительности».

Таким образом, до последнего времени природа и основные физиологические свойства биологических ритмов были не выяснены, хотя было понятно, что они имеют  в процессах жизнедеятельности живых организмов очень большое значение. Природу биоритмов и  их основные свойства удалось установить только в результате термодинамического анализа процессов, происходящих в биологических системах.

 

3.3.2. Природа биоритмов. Второй закон термодинамики биологических систем

 

Возвращаясь к работам Э.С.Бауэра, рассмотренным выше, отметим, что, теоретически предположив наличие структур, обеспечивающих термодинамическое неравновесие, Э.С.Бауэр не установил, каким образом живые организмы постоянно поддерживают это не-равновесное термодинамическое состояние.

 

Неравновесие   означает,  утверждал   Э.Бауэр,  что   все  структуры живых клеток на молекулярном уровне заранее заряжены "лишней", избыточной по сравнению с такой же неживой молекулой энергией, что выражается в неравенстве потенциалов в созданном химическом или электрическом градиенте, тогда как в неживой замкнутой системе любые градиенты распределяются в соответствие с правилом энтропии равномерно. Эту "лишнюю" энергию, существующую в живых клетках на любом уровне, Бауэр называет «структурной энергией» и понимает как деформацию, неравновесие в строении живой молекулы.

Для определения того, каким образом живыми системами обеспечивается состояние устойчивого неравновесия, проведем анализ термодинамических процессов, происходящих в живых организмах.

Выше было указано, что получение свободной энергии из продуктов питания путем синтеза и расщепления АТФ для обеспечения своей жизнедеятельности живые организмы осуществляют с помощью биохимических реакций метаболизма, представляющих собой циклы обмена веществ. Эти реакции представляют собой сложные комплексы разнообразных биохимических реакций расщепления и синтеза веществ различными метаболическими путями.

Поскольку обмен веществ происходит циклами, то в клетках в соответствии с этими циклами непрерывно и периодически изменяются концентраций веществ, участвующих в многочисленных биохимических реакциях.

На рис. 3.3 в качестве примера представлен график внутриклеточных колебаний концентрации кальция.

 

Рис. 3.3. График внутриклеточных колебаний кальция.

 

На рис.3.4 приведен пример схемы регуляции ферментативных реакций.

 

Рис. 3.4. Пример схемы регуляции ферментативных реакций

Цифры, заключенные в кружки, указывают вероятные участки действия гормонов. 1 - изменение проницаемости мембраны; 2 - переход фермента из неактивной формы в активную; 3 - изменение скорости трансляции мРНК на рибосомальном уровне; 4 – индукция образования новой мРНК; 5 - репрессия образования мРНК.

 

Как видно из рис. 3.4, регуляция скорости протекания ферментативных реакций происходит посредством их активации (ускорения) и ингибирования (замедления) путем соответствующих положительных и отрицательных гормональных обратных связей.

Эти реакции происходят поочередно в зависимости от состояния внешней среды, которое в свою очередь вызывает те или иные гормональные реакции. Графики чередований синтеза и расщепления АТФ и соответствующих им чередований затрат и выделения энергии представлены на рис. 3.5.

 

Рис.3.5. Графики чередований синтеза и расщепления АТФ.

 

Как видно из рис. 3.5, в результате последовательных чередований циклов биохимических реакций синтеза и расщепления АТФ соответственно протекают и термодинамические процессы затрат и выделения энергии, причем количество выделяемой энергии больше потребляемой.

Среднее значение разницы между выделяемой и потребляемой энергией равно  Wср>0. 

На рис. 3.5 изображены:

а) График чередования фаз синтеза и расщепления веществ;

б) График чередования фаз потребления и выделения энергии;

I – фаза потребления энергии;

II -  фаза выделения энергии.

Wп – энергия потребления;

Wв – энергия выделения;

Wср среднедействующее значение выделяемой энергии.

Величина энергии Wср всегда больше нуля и непосредственно зависит от реакции клетки на воздействия внутренней и внешней среды в виде ферментативной регуляции процессов синтеза и расщепления АТФ. Датчиками, определяющими скорость и характер метаболических процессов в клетках, являются аллостерические модуляторы и гормоны, непрерывно контролирующие их термодинамическое состояние. Устойчивость неравновесного термодинамического состояния клеток обеспечивается следующим образом. При минимальном значении неравновесного термодинамического состояния клетки датчики включают режим расщепления АТФ, в результате чего их энергетика начинает возрастать, достигая некоторого максимального значения; при максимальном значении неравновесного термодинамического состояния клетки датчики включают режим синтеза АТФ, при котором энергетика организма начинает уменьшаться.

Таким образом, устойчивость неравновесного термодинамического    состояния    клеток    заключается    в    том,   что   величина   их неравновесного термодинамического состояния всегда непрерывно колеблется в пределах, определяемых  аллостерическими модуляторами и гормонами.

Рассмотрим термодинамические процессы на уровне органов, систем и организма в целом на примере организма человека.

Поскольку каждая клетка представляет собой полноценный микроорганизм, находящийся в устойчивом неравновесном термодинамическом состоянии, образуемые этими клетками органы, системы и целостные организмы также находятся в устойчивом неравновесном термодинамическом состоянии.

Причем, так как все биохимические процессы в этих клетках взаимосвязаны, то функционирование органов, систем и целостных организмов обеспечивается путем соответствующих совокупных синхронных интегральных колебаний неравновесного термодинамического состояния клеток.    

Это находит свое выражение в периодических колебаниях физиологических параметров (функциональных сдвигов) органов, систем и целостного организма. Наглядным примером здесь может служить последовательность сокращений и расслаблений сердечной мышцы: при сокращении сердечной мышцы у входящих в нее клеток происходят синхронные процессы расщепления АТФ, а при расслаблении – процессы синтеза АТФ.

Здесь необходимо отметить, что при последовательных циклах сокращения и расслабления сердечной мышцы в этих процессах статистически достоверно одновременно, интегрировано и синхронно происходят соответствующие биохимические реакции у огромного количества клеток, каждая из которых  в составе сердечной мышцы выполняет свою роль. При этом частота сердечных сокращений определяется термодинамическим состоянием всего организма и может колебаться в зависимости от испытываемой организмом нагрузки в достаточно больших пределах. Аналогично происходят соответствующие колебательные процессы в системе дыхания, центральной нервной системе и других. 

Анализируя любые физиологических процессы, нетрудно убедиться, что отнюдь не все клетки, вовлеченные в эти процессы, ведут себя как солдатики, четко выполняя предписанную им роль.

В живых организмах, являющихся открытыми  термодинамическими  системами,  непрерывно  происходят  различные   необратимые процессы, поэтому условия существования и жизнедеятельности каждой клетки непрерывно меняются и соответственно меняются (перераспределяются) их роли в интегральных процессах, происходящих в органах и системах.

Однако статистически, в результате действия большого количества клеток, они в конечном итоге производят те действия, для которых предназначены, в данном случае последовательные сокращения и расслабления сердечной мышцы в необходимом ритме.

В организме человека на воздействие любых нагрузок реагируют все органы и системы.

Из них наиболее четко и оперативно реагирует сердечно-сосудистая система, так как остановка ее работы даже на несколько минут может привести к гибели организма.

Несколько свободнее, но в достаточно жестких пределах работает система органов дыхания, периодические процессы которой человек может в незначительной степени сознательно регулировать.

В еще более свободном режиме колебаний работают некоторые центры головного мозга, система пищеварения и другие.

Человек может позволить себе в определенных пределах нарушать ритм сна и бодрствования, ритмы потребления пищи и некоторые другие. Однако допустимая величина всех этих нарушений в значительной степени зависит от общего состояния организма и от условий окружающей среды.

Поскольку органы и системы выполняют самые различные функции, то периоды колебаний параметров этих органов и систем, а также закономерности изменений этих колебаний могут быть самыми разными.

При восприятии импульсов света или звука периоды колебаний составляют доли секунд.

При некоторых видах труда периоды вызванных ими колебаний (в сочетании с другими колебаниями)  могут составлять сутки, недели и даже месяцы.

При этом, независимо ни от чего, все виды физиологических колебаний представляют собой непрерывные последовательности циклов, соответствующие энергетическим колебаниям потребления и выделения энергии. Отсюда следует, что принцип обеспечения устойчивости неравновесного термодинамического состояния живых организмов (биологических   систем)    как   на    уровне   клеток,   так   и  на  уровне органов, систем и целостных организмов заключается в непрерывных чередованиях потребления и выделения энергии посредством управляемых на соответствующих уровнях циклов синтеза и расщепления АТФ. На основании изложенного сформулируем Второй закон термодинамики биологических систем:

 

Устойчивость  неравновесного   термодинамического состояния биологических систем обеспечивается непрерывным  чередованием  фаз  потребления  и  выделения энергии посред-ством  управляемых реакций синтеза и расщепления АТФ соответственно

 

Из этого закона вытекают следующие следствия:

 

1. В живых организмах ни один процесс не может происходить непрерывно, а должен чередоваться с противоположно направленным: вдох с выдохом, работа с отдыхом, бодрствование со сном,  синтез веществ с их расщеплением и т.д.

 

2. Состояние живого организма никогда не бывает статическим, а все его физиологические и энергетические параметры всегда находятся в состоянии непрерывных колебаний относительно средних значений, как по частоте, так и по амплитуде

 

Отсюда следует, что описанные выше физиологические колебания живых организмов, уже многие тысячи лет наблюдаемые человечеством, и являются биоритмами. Таким образом, природой биоритмов живых организмов являются непрерывные чередования фаз потребления и выделения энергии посредством  управляемых реакций синтеза и расщепления АТФ, направленные на обеспечение устойчивого неравновесного термодинамического состояния биологических систем. Причем циклические колебания энергии света, связанные с вращением Земли, принудительно вызывают соответствующие энергетические колебания в биохимических реакциях клеток растений, стимулируя тем самым их жизнедеятельность. Таким образом, есть основания полагать, что происхождение жизни на Земле непосредственно связано с  чередованием света и тьмы.

 

3.3.3. Собственная и принудительная частота биоритмов

 

Как следует из предыдущих материалов, в живых организмах жизнедеятельность каждой клетки, каждого органа, каждой системы и целостного организма характеризуются соответствующими комплексами биологических ритмов. Причем параметры этих ритмов находятся в тесной взаимосвязи и определяются  как внутренними свойствами соответствующих элементов организма, так и их ролью в составе того или иного органа или системы, а также средой обитания. 

Например, частота сердечных сокращений у человека в спокойном состоянии составляет 58 –75 уд/мин., а при большой нагрузке может доходить до 160 и более, в то время как циклы биохимических реакций, связанных с перевариванием пищи, происходят, например, от 3 до 5 раз  в  сутки,  в  зависимости  от  режима  питания, а режим бодрствования может длиться от  16 до 48 и более часов.

А поскольку каждый живой организм по-своему уникален, то для него будет характерен соответствующий только ему оптимальный образ жизни: время сна и бодрствования, режим и состав питания, соответствующая окружающая среда, необходимые физические нагрузки и многое другое.  В связи с этим для такого живого организма будут характерны и соответствующие только ему биологические ритмы физиологических параметров.

Однако в реальной жизни такой режим невозможен, так как он не может существовать в отрыве от условий окружающей его обстановки.

Каковы же условия  этой обстановки?

Одним из основных условий является период цикла сон-бодрствование, равный 24 часам. Это условие определяется периодом вращения Земли вокруг своей оси. Другим основным условием является то, что человек живет в обществе, в связи с чем он должен подчиняться его правилам, в частности режиму дня, времени работы и отдыха, времени приема пищи и т.д.

Поэтому в большинстве случаев определенные параметры биоритмов для каждого организма являются принудительными. 

На рис. 3.6 представлен пример идеализированных типовых колебаний функциональных сдвигов организма человека, являющихся обобщением биоритмов таких физиологических параметров, как температура тела, артериальное систолическое и диастолическое давление, реакции на свет и звук, частота сердечных сокращений.

 

Рис. 3.6. Идеализированные типовые колебания функциональных сдвигов организма человека

1

– суточные колебания

2

– недельное среднедействующее колебание

3

– среднедействующее значение

 

Как видно из рис. 3.6, обобщенные периодические колебания функциональных сдвигов организма человека носят как суточный, так и недельный характер. 

Каким же образом в организме человека происходит согласование собственных и принудительных параметров биоритмов?

Здесь необходимо обратить внимание на то, что все процессы, происходящие в организме человека в условиях собственных биоритмов, являются абсолютно необходимыми для его жизнедеятельности, так как иначе будет происходить накопление значений невосстанавливающихся функциональных сдвигов. А это может привести к потере работоспособности, заболеваниям и в конечном итоге к гибели.

Как видно из графика на рис. 3.6, при принудительной интенсивной работе в течение рабочей недели у человека происходят накопления остаточных функциональных сдвигов, которые успевают полностью восстановиться только за дни отдыха. В случае отсутствия необходимых условий для отдыха значительные функциональные сдвиги приведут организм к заболеваниям.

Поэтому принудительные периоды биоритмов организации биохимических процессов циклов сна и бодрствования, режима труда и отдыха, режима питания и других циклов корректируются организмом таким образом, чтобы все необходимые для его жизнедеятельности функции  укладывались в эти принудительные рамки.

В частности, человек должен определять для себя вид трудовой деятельности, время и продолжительность сна, вид отдыха, ассортимент продуктов питания, занятия спортом и многое другое. 

Кроме того, указанная коррекция в значительной степени происходит также за счет способности организма к фенотипической адаптации. Как показывают многочисленные исследования в области хронобиологии и хрономедицины, свойства живых организмов, и в частности человека, к коррекции собственных биоритмов всегда очень индивидуальны.

 

<<< Главная

Вперед >>>

<<< Назад

 

 

Сайт управляется системой uCoz