108864 (765314), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рис.5. Идеализированные типовые колебания функциональных сдвигов организма человека
| 1 – суточные колебания функционального сдвига; 2 – недельное среднедействующее колебание функционального сдвига; 3 – среднедействующее значение функционального сдвига |
Как видно из рис.5, колебания функциональных сдвигов организма человека зависят как от периодических суточных, так и от недельных нагрузок.
С точки эрения биологии эти процессы представляют собой результат когерентных непрерывных биохимических реакций последовательностей метаболических циклов, содержащих чередующиеся процессы анаболизма – синтеза веществ, и катаболизма – расщепления веществ. В результате этих реакций все параметры внутренней среды живых систем находятся в состоянии непрерывных колебаний относительно соответствующих средних значений.
С точки зрения физики эти процессы представляют собой когерентные непрерывные термодинамические колебания, содержащие чередующиеся фазы соответственно выделения и затрат энергии.
Во время фазы затрат энергии энергетические процессы в клетках в основном ориентированы на синтез АТФ. Во время фазы выделения энергии происходит расщепление АТФ путем гидролиза.
На рис.6 представлены графики:
а) чередования синтеза и расщепления АТФ;
б) чередования затрат и выделения энергии.
Рис.6.
| 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 – среднедействующее значение потребляемой энергии при синтезе АТФ; Wв – среднедействующее значение выделяемой энергии при расщеплении АТФ; Wср – среднедействующее результирующее значение выделяемой энергии; |
Как видно из рис.6, в результате последовательных циклов биохимических реакций синтеза и расщепления АТФ, при которых происходят термодинамические колебания, выделяется энергия Wср>0.
Значение энергии Wср определяется реакцией организма на внутренние воздействия и воздействия внешней среды путем ферментативной регуляции процессов синтеза и расщепления АТФ.
Таким образом, эти термодинамические колебания потребления и выделения энергии и являются механизмом обеспечения устойчивого неравновесного термодинамического состояния.
Величина устойчивости неравновесного термодинамического состояния определяется параметрами механизмов регуляции ферментативных реакций и биологическими свойствами организма.
Датчиками, определяющими скорость и характер метаболических процессов, в живых организмах являются аллостерические модуляторы и гормоны, непрерывно контролирующие термодинамическое состояние организма.
Устойчивость неравновесного термодинамического состояния биологических систем обеспечивается следующим образом:
при минимальном значении неравновесного термодинамического состояния клеток, органов и целостного организма, например температуры, датчики включают режим расщепления АТФ, в результате чего энергетика организма (его температура) начинает возрастать, достигая некоторого максимального значения;
при максимальном значении неравновесного термодинамического состояния клеток, органов и целостного организма (температуре) датчики включают режим синтеза АТФ, при котором энергетика организма (температура) начинает уменьшаться.
Отсюда видно, что неравновесное термодинамическое состояния организма всегда непрерывно колеблется в определенных пределах, обеспечивая тем самым устойчивость этого состояния.
В этом также нетрудно убедиться на примере частично управляемой физиологической функции организма – дыхании, при котором в одной фазе – вдохе - обеспечивается снабжение организма кислородом, в при другой фазе – выдохе – удаляется углекислый газ. Процессы вдоха и выдоха непрерывно регулируются. В спокойном состоянии глубина дыхания незначительная, а его частота – низкая. Однако при интенсивной работе значительно возрастает как глубина дыхания, так и его частота. Отсюда видно, что в зависимости от нагрузки эта физиологическая функция, совместно с другими, оперативно изменяет свои параметры для сохранения устойчивого неравновесного термодинамического состояния организма при изменившихся условиях.
Из этого следует, что кроме “Всеобщего закона биологии” Э. Бауэра биологические системы подчиняются также закону Доброборского, излагаемому в следующей редакции:
Закон Доброборского
| Устойчивость неравновесного термодинамического состояния биологических систем обеспечивается непрерывным чередованием фаз потребления и выделения энергии посредством управляемых реакций синтеза и расщепления АТФ |
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 с 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. |
Эти колебания и являются биоритмами.
Таким образом, живые организмы с помощью биоритмов обеспечивают устойчивость своего неравновесного термодинамического состояния. Отсюда можно считать, что биоритмы являются способом существования всех живых организмов.
3. Собственная и принудительная частота биоритмов
В живых организмах жизнедеятельность каждой клетки, каждого органа, каждой системы и целостного организма характеризуются соответствующими комплексами биологических ритмов, параметры которых 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, циклы биохимических реакций, связанных с перевариванием пищи, происходят, например, от 3 до 5 раз в сутки, в зависимости о режима питания и т.д.
Поскольку каждый живой организм по-своему уникален, 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 соответстующие 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 равным 24 часам. Это условие определяется периодом вращения Земли вокруг своей оси.
Вторым основным условием является то, что человек живет в обществе, в связи с чем должен подчиняться его правилам, в частности режиму дня, времени работы и отдыха, времени приема пищи и т.д.
Поэтому в большинстве случаев параметры биоритмов его организма являются принудительными.
Каким же образом в организме человека происходит согласование собственных и принудительных биоритмов?
Здесь необходимо обратить внимание на то, что все процессы, происходящие в организме человека в условиях собственного биоритма, являются абсолютно необходимыми для его жизнедеятельности, так как иначе происходит накопление значений невосстанавливающихся функциональных сдвигов, что может привести к потере работоспособности, заболеваниям и гибели.
В качестве примеров можно привести график изменений функциональных сдвигов, приведенный выше на рис.2.4, где присходит накопление остаточных функциональных сдвигов и их восстановление за дни отдыха, либо широко известные случаи потери работоспособности в результате длительного отсутствия сна, сильного физического или умственного переутомления и другие.
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 определяет для себя вид трудовой деятельноси, 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 очень индивидуальны.
4. О проблеме биологических часов
В 1729 году де Мэран, ученый секретарь Парижской Королевской Академии наук, сообщил о замечательном наблюдении: он заметил, что листья фасоли движутся независимо от времени суток и освещенности.
В 1758 году Дюмель повторил опыты де Мэрана, поместив растения в глубокую пещеру - во мрак, где температура была неизменна и днем и ночью. Движения листьев продолжались, однако постепенно, через много дней, эти движения затухали, но от очень короткой вспышки света движения возобновлялись, причем так, как будто все время часы шли, только листья-стрелки не двигались.
Это свойство живой природы изменять свою околосуточную активность жизнедеятельности ученые назвали биологические часы.
С тех пор исследованием природы биологических часов занимались и занимаются многие известные ученые: Фриш, Бюннинг, Питендрич, Хастингс, Халберг и другие.
По современным представлениям в каждой клетке животных и растений имеются некие гены, определяющие околосуточную (циркадную) периодичность жизнедеятельности. Внутриклеточные "часы" обладают свойством подстраивают свой ход к периодам смены дня и ночи - светлого и темного времени суток и мало зависят от изменений температуры. Причем в центральной нервной системе животных находятся "главные" часы, управляющие часами других клеток. Однако до сих пор эти часы так и не обнаружены.
Анализируя проблему биологических часов с точки зрения неравновесной термодинамики, получим следующее.
Поскольку живые организмы для обеспечения своей жизнедеятельности всегда должны находиться в устойчивом неравновесном термодинамическом состоянии, любые изменения параметров внешней среды немедленно вызывают определенные изменения в протекании в них биологических процессов.
Однако работа механизма биологических часов, по представлениям приверженцев этой гипотезы, не должна зависеть от воздействия параметров внешней среды, что полностью противоречит законам неравновесной термодинамики для биологических систем.
Таким образом, можно считать доказанным, что гипотеза существования биологических часов по своей сути ошибочна.
Список литературы
1. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. М. Медицина, 1975.
2. Бауэр Э.С. Теоретическая биология. Росток. 2002.
3. Биологические ритмы. Под ред. Ю. Ашоффа. М.: Мир, 1984
4. Биологические часы. Пер. с англ. под ред. С.Э. Шноля. М.: Мир, 1964.
5. Биохимия. Под ред. Северина Е.С. М. ГЭОТАП-МЕД. 2003.
6. Большая медицинская энциклопедия. Издание 3. М. 1977.
7 . БутковскаяЗ.М., Доброборский Б.С., Кадыскина Е.Н. К вопросу применения нового эргономического показателя “Эргоемкость” при гигиенической оценке и сертификации ручного инструмента. Гигиена труда и промышленная экология. 1998. №11, С.12-15.
8. Бюннинг Э. Ритмы физиологических процессов (Физиологические часы). Пер.с нем. под ред. И.И. Гунара. М.: ИЛ, 1961.
9. Гаркави Л.Х.,. Квакина Е.Б, Уколова М.А.. Адаптационные реакции и резистентность организма. Ростов-на-Дону: Ростовский ун-т. 1977.
10. Гигиена труда водителей городского общественного транспорта. Под редакцией проф. В.Ретнева. Л. 1984.
11. Глыбин Л.Я. Когда ложиться спать. Владивосток: Дальневост. кн. изд-во. 1987.
12. Горбачев В.В. Концепции современного естествознания. В 2 ч. Учебное пособие. М. Издательство МГУП. 2000.
13. Доброборский Б.С. Конец легенды о биоритмах. Личность и культура. 2005. №6. С. 24-28.
14. Доброборский Б.С. Способ объективной количественной оценки региональной экологической обстановки. Региональная экология. №1-2. 2005. С.28-34
15. Доброборский Б.С., Кадыскина Е.Н. Способ оценки величины воздействия на организм человека различных нагрузок. Патент RU № 2159576. Бюллетень “Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки”. 27.11.2000. №33, С.123.
16. Доброборский Б.С., Кадыскина Е.Н. Эргономическая оценка транспортных средств по показателю “Эргоемкость”. Материалы третьей международной конференции “Организация и безопасность движения в крупных городах”. С-Пб, 1998. С. 61-63.
17. Доброборский Б.С., Кадыскина Е.Н. К вопросу измерения биологических затрат человека при эргономической оценке промышленного оборудования и промышленных товаров народного потребления. Тезисы докладов научной конференции <Проблемы санитарно-эпидемиологического благополучия населения Северо-Западного и других регионов Российской федерации. С-Пб., 1997. С. 53-54.
18. Ерофеева Г.В. Курс концепции современного естествознания. Ч.1. Томск. 1999.
19. Лолаев Т.П. Время как функция биологической системы. Философские исследования. № 3. 2000.
20. Мартынов А.С. Артюхов В.В. Виноградов В.Г. Устойчивость природной среды (экосистем) в России. 1998 (C).
21. Меерсон Ф.З. Адаптация, стресс и профилактика. Наука. М. 1981
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
