БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ

МОУ «Серебряно­Прудская средняя общеобразовательная школа имени маршала В.И. Чуйкова» Биологические ритмы в жизни живых организмов Исследовательская работа                                                 Автор: Чинаров Дмитрий Сергеевич учащий ся 11Б класса                                           Руководитель:  Максимова Елена Константиновна                                                                    учитель биологии 1 п.Серебряные Пруды 2013 Содержание Введение                               3 стр. Глава1. Биологические ритмы                              4 стр.  1. 1.Сезонные и суточные биоритмы  1.2. Из истории открытия циркадных ритмов                     4 стр. 6 стр. 8 стр.           9 стр.           2.1.            9 стр.  1.3. Циркадные циклы человека  Глава 2. Хронотипы человека Характеристика хронотипов. 2.2. Определение хронотипов среди учащихся                                13 стр.  Заключение           14стр. Список литературы и интернет ресурсов                                          15 стр. Приложения                                                                                         16 стр. 2 Введение «Рано ложись и рано вставай  будешь здоровым, богатым и мудрым» (английская пословица) Вопросы, касающиеся здоровья, всегда интересовали меня. Здоровый образ  жизни необходимо вести каждому человек. Полноценный сон, рациональное  питание, двигательная активность, положительные эмоции, гигиена ­ всё это  человек может изменять, корректировать. Некоторые показатели,  доставшиеся ему по наследству, изменить невозможно. Одним из таких  показателей является реакция  организма на определённые биологические  ритмы. Особенно влияют на человека суточные или циркадные ритмы.  Между здоровьем человека и  ритмом жизни  есть прямая и тесная связь. Подсознательно человек выбирает  для работы часы, когда легче работается.  Жить по часам человек начал только приблизительно 400­500 лет назад, а до  этого в них необходимости не было, так как человек подчинялся своим  биологическим ритмам. Цель, которую я ставил перед собой:  изучить проявление биологических  ритмов у живых организмов, циркадных ритмов у человека. При выполнении исследовательской работы я решал следующие задачи:  изучить информацию о различных видах ритмов,  о цикадных ритмах   человека и  хронотипах среди людей; провести опрос среди учеников моей  школы на установление их  хронотипов, попытаться  выяснить, влияет ли   хронотип на успеваемость учеников, пройти тест на определение своего  хронотипа. 3 Глава 1.Биологические ритмы 1.1.Сезонные и суточные биоритмы Задумывались ли  вы над тем, почему люди чувствуют себя бодрее в  определенное время дня, года, почему одни люди до глубокой старости  сохраняют высокую работоспособность и умственную продуктивность, а  другие увядают в молодости? Большое значение при этом играют  биологические ритмы – наши «биологические часы» Биоритмы ­ «внутренние часы, обеспечивающие высокое совершенство и  гармонию жизни в постоянно меняющихся условиях окружающей среды.  Биоритмы делятся на несколько категорий: 1. Внешние ритмы Внешние ритмы имеют географическую природу, связаны с вращением Земли  относительно Солнца и Луны относительно Земли. Множество экологических факторов на нашей планете, в первую очередь  световой режим, температура, давление и влажность воздуха, атмосферное  электромагнитное поле, морские приливы и отливы и др. под влиянием этого  вращения закономерно изменяются. На живые организмы воздействуют и  такие космические ритмы, как периодические изменения солнечной  активности. Для Солнца характерен 11­летний и целый ряд других циклов.  Существенное влияние оказывают на климат нашей планеты изменения  солнечной радиации. Помимо циклического воздействия абиотических  факторов внешними ритмами для любого организма являются и закономерные изменения активности, а также поведение других живых существ. 2. Внутренние, физиологические, ритмы 4 Внутренние, физиологические, ритмы возникли исторически. Ни один  физиологический процесс в организме не осуществляется непрерывно.  Обнаружена ритмичность в процессах синтеза ДНК и РНК в клетках, в  синтезе белков, в работе ферментов, деятельности митохондрий. Деление  клеток, сокращение мышц, работа желез внутренней секреции, биение сердца,  дыхание, возбудимость нервной системы, т. е. работа всех клеток, органов и  тканей организма подчиняется определенному ритму. Каждая система имеет  свой собственный период. Действиями факторов внешней среды изменить  этот период можно лишь в узких пределах, а для некоторых процессов  практически невозможно. Данную ритмику называют эндогенной. 3. Суточные ритмы.  Дважды в сутки, на рассвете и на закате, активность животных и растений на  нашей планете меняется так сильно, что приводит нередко к практически  полной, образно выражаясь, смене «действующих лиц». Это так называемый  суточный ритм, обусловленный периодическим изменением освещенности из­ за вращения Земли вокруг своей оси. В зеленых растениях фотосинтез идет  только в светлое (дневное) время суток. У растений нередко открывание и  закрывание цветков, поднятие и опускание листьев, максимальная  интенсивность дыхания, скорость роста колеоптиля и др. приурочены к  определенному времени суток. 4. Приливно­отливные ритмы.  Влияние Луны прежде всего сказывается на жизни водных организмов морей и океанов нашей планеты, связано с приливами, которые обязаны своим  существованием совместному притяжению Луны и Солнца. Движение Луны  вокруг Земли приводит к тому, что существует не только суточная ритмика  приливов, но и месячная. Максимальной высоты приливы достигают примерно 5 раз в 14 дней, когда Солнце и Луна находятся на одной прямой с Землей и  оказывают максимальное воздействие на воды океанов. Сильнее всего  ритмика приливов сказывается на организмах, обитающих в прибрежных  водах. Чередование приливов и отливов для живых организмов здесь важнее,  чем смена дня и ночи, обусловленная вращением Земли и наклонным  положением земной оси. Этой сложной ритмике приливов и отливов  подчинена жизнь организмов, обитающих в первую очередь в прибрежной  зоне. 5. Сезонные ритмы. Сезонная периодичность относится к числу наиболее общих явлений в живой  природе. Непрекращающаяся смена времени года, обусловленная вращением  Земли вокруг Солнца, всегда восхищает и поражает человека. Весной все  живое пробуждается от глубокого сна, по мере того как тают снега и ярче  светит солнце. Лопаются почки и распускается молодая листва, молодые  зверята выползают из нор, в воздухе снуют насекомые и вернувшиеся с юга  птицы. Смена времен года наиболее заметно протекает в зонах умеренного  климата и северных широтах, где контрастность метеорологических условий  разных сезонов года весьма значительна.[5] 1.2.Из истории открытия циркадных ритмов  Греческий врач Герофил из Александрии ещё за 300 лет до н.э. обнаружил,  что пульс у здорового человека меняется в течение дня, но эти знания были  интересны лишь ученым да врачам. Подсознательно человек выбирал для работы часы, когда легче работалось.  Только приблизительно 400­500 лет назад человек начал жить по часам, а до  этого в них необходимости не было. 6 Впервые об изменении положения листьев в течение дня у тамаринда,  упоминает описывавший походы Александра Македонского Андростен. В новое время в 1729 году французский астроном де Мейрен сообщил о  ежедневных движениях листьев у мимозы стыдливой. Эти движения  повторялись с определенной периодичностью даже если растения помещались в темноту, где отсутствовали такие внешние стимулы как свет, что позволило  предположить эндогенное происхождение биологических ритмов, к которым  были приурочены движения листьев растения. Де Мейрен предположил, что  эти ритмы могут иметь что­то общее с чередованием сна и бодрствования у  человека. Декандоль в 1832 году определил, что период, с которыми растения мимозы  совершают данные листовые движения, короче длины суток и составляет  примерно 22­23 часа. В 1880 году Чарльз Дарвин и его сын Фрэнсис сделали предположение о  наследственной природе циркадных ритмов. [4] Предположение о наследственной природе циркадных ритмов было  подтверждено окончательно опытами, во время которых скрещивались  растения фасоли, периоды циркадных ритмов которых различались. У  гибридов длина периода отличалась от длины периода у обоих родителей.  Эндогенная природа циркадных ритмов была окончательно подтверждена в  1984 году во время опытов с грибами вида Нейроспора густая,  проведенными в космосе. Эти опыты показали независимость околосуточных  ритмов от геофизических сигналов, связанных с вращением Земли вокруг  своей оси. 1.1.  Циркадные ритмы человека. 7 Циркадные (циркадианные) ритмы— циклические колебания интенсивности  различных биологических процессов, связанные со сменой дня и ночи.  Несмотря на связь с внешними стимулами, циркадные ритмы имеют  эндогенное происхождение, представляя, таким образом, «внутренние часы»  организма. Циркадные ритмы присутствуют у таких организмов как  цианобактерии, водоросли, грибы, растения, животные. Период циркадных  ритмов обычно близок к 24 часам. Суточный ритм температуры – Температура тела меняется на 0.6 – 1 С,  зависит от активности и влияет на продолжительность сна  Если засыпание совпадает с минимальной температурой тела, то сон  составляет 8 ч. Если засыпание при высокой температуре тела то 14 ч. Пищеварительная система активна в дневное время. Концентрация гормонов, например, гормона роста возрастает в ночные часы. Снижение уровня адреналина вечером – условие спокойного сна. В таблице представлены некоторые физиологические показатели и время их  максимальных значений: Частота сердечных сокращений Растяжимость легких Частота дыхания Уровень давления Концентрация гемоглобина Количество эритроцитов в крови Количество лейкоцитов в крови Концентрация инсулина      15­16 ч 9­13 ч 13­16 ч 15­18 ч 11 – 13 ч 11­12 ч 21­23 ч 12 ч  Также циркадные ритмы используются для определения наиболее  благоприятного времени приема лекарств.  В течение суток наблюдается  разная чувствительность организма к лекарственным средствам и дозам, а  8 также постоянно происходят значительные колебания интенсивности  всасывания, распределения и вывода лекарств из организма.[3] Если употреблять лекарство в фазу наибольшей активности конкретного  органа или системы организма и учитывать время повышенной  чувствительности тканей к принимаемым веществам, то можно: ­ усилить лечебный эффект препарата; ­ уменьшить терапевтическую дозу лекарства; ­ снизить частоту и силу побочных эффектов.[2] Глава 2.  Хронотипы человека 2.1. Характеристика хронотипов. Под влиянием биологических ритмов формируются  определённые хронотипы человека. Все люди делятся на 3 основных  хронотипа:  ­ «Жаворонки» (25­30%) – повышена работоспособность в утренние часы. ­ «Голуби» (40­50%) – активны в разное время суток. ­ «Совы» (25­30%) – повышена работоспособность в вечернее и ночное время. В детстве большинство людей «голуби», склонность к остальным двум типам  определяется позднее, в зависимости от образа жизни и предрасположенности организма.  Считается что «жаворонков» больше среди рабочих и служащих.  «Жаворонки» отличаются аналитическим складом ума, за что отвечает левое  полушарие. Они часто становятся физиками и математиками.  Среди «сов» много представителей творческих профессий. У них, как  правило, образное мышление  ­ это люди с ведущим правым полушарием   мозга. 9 Особенности хронотипа необходимо учитывать при установлении  индивидуального режима труда, отдыха, приема пищи.  Рассмотрим подробнее все 3 типа хронотипа: «Жаворонки» – подъём с рассветом, а уже в 6–7 утра высокая активность;  наиболее продуктивная работоспособность до полудня (6­часовой цикл  активности), в 21–22 часа — глубокий и быстро наступающий сон. Пик минимальной активности (сонливость) – обеденное время и к концу дня. Два пика интеллектуальной активности: с 8–9 часов утра и до 12–13 часов дня и второй — более короткий приходится на послеобеденное время — с 16 до  18 часов вечера. Физическая активность (период энергетического подъёма) «жаворонков»,  носит также двухфазный характер: утром с 6 до 12 часов и вечером с 16 до 19 часов. «Жаворонко­голуби» – это смешанный тип, позволяющий его представителям  при необходимости подстраиваться под утренний ритм жаворонков, что  удлиняет в целом рабочий день.  Однако такой ритм имеет свои временные  спады активности. Обычно, это период после 16 часов в летнее время и 17­18  – вечернее. Лучший способ адаптации для данного типа – это короткий получасовой /  часовой сон, который позволяет не только восстановиться, но и плавно  перейти к вечерне­ночному голубе­совьему или совьему режиму труда в  случае необходимости, без истощения нервной системы и адаптационных  резервов организма. «Голуби» — люди дневного типа. Их циркадный ритм наиболее приспособлен  к обычной смене дня и ночи. Период  наилучшей умственной и физической  активности у них отмечается с 10 до 18 часов. 10 Голуби встают чуть позже жаворонков, весь день достаточно активно  трудятся, и отходят ко сну около 23 часов. Они лучше адаптированы к смене света и темноты. Но даже у голубей при  переездах на большие расстояния, со сменой часовых поясов и ночной работе, наблюдается сбой /смещение собственных биологических часов. Например,  при 3­часовой разнице во времени у них возникает бессонница ночью,  сонливость и усталость днем, а также снижение работоспособности. Перемещение / путешествие на запад может удлинять биоритмы «голубей», а  при перелете на восток — укорачивать. Если разница во времени более 4 часов, то выработка нового стереотипа сна и  бодрствования произойдет у «голубей» только через 7—14 дней, а уровень  стероидных гормонов нормализуется через 2—3 месяца. Перемещение на восток «голуби» переносят легче, чем на запад. «Совы» — для голубей и тем более жаворонков – сони ещё те. С утра их и  танком не разбудишь, могут легко проспать до полудня. До обеда это  достаточно вялые и медлительные люди, но зато вечером энергия бьет из них  настоящим фонтаном, давая фору остальным хронотипам. У совы, в отличие от других хронотипов, наблюдается отставание фазы сна. У них отмечается период колебаний циркадных ритмов больше, чем 24 часа, или так называемый синдром отставленной фазы сна. Продолжительные эксперименты установили, что лица вечернего типа легче  приспосабливаются к работе в ночную смену и трехсменному труду. Совы также лучше контролируют ритм сон­бодрствование по сравнению с  другими людьми. Они предпочитают ложиться спать позже 23—24 часов, но зато им куда  тяжелее вставать в ранние, утренние часы. Многим совам импонирует их  ночная жизнь. 11 У большинства сов есть три пика интеллектуальной активности. Первый пик  (дневной) наблюдается с 13.00 до 14.00, второй (вечерний) — с 18.00 до 20.00  часов и, наконец, третий (ночной) — с 23.00 до 01.00. При этом наиболее  полноценным является вечерний период. Физическая активность сов имеет несколько другой характер. Она постепенно нарастает, начиная с 14.00, достигает своего пика к 19.00, после чего  снижается к 21.00.  «Голубе­совы» в отличие от сов, не «ночные жители», но вполне могут  сохранять трудовую активность допоздна (1­3 ночи), да и с утренним  подъёмом у них всё гораздо проще. Правда, при таком режиме, им необходим  непродолжительный дневной сон.[2] 2.2. Определение хронотипов среди учащихся Использовав опросник Хорна­Остберга   (Приложение 1) я провел опрос  среди учащихся 6 – 8 классов нашей школы на определение хронотипа: 6 7 ХРОНОТИП классы классы 8 классы Общий результат Количество отличников «Жаворонки» «Голуби» 6 9 4 человек (33%) человек ( 60%) 11 6 человек (61%) человек (40%) 1 0 человека (10%) 34 человека (83%) 3 19 человек (26%) 51 человек (69%) 4 «Совы» человек человек человека человека (6%) (0%) (7%) (5%) 2 5 1 Из 74 опрошенных учеников – 51 человек «голуби» ( 69% от общего числа  опрошенных), 12 19 человек «жаворонки» (26% опрошенных) и всего 4 человека «совы» (5%  опрошенных). Данный опрос подтверждает правильность того что большинство людей в  детстве голуби (Приложение 2). Также мной было проведено исследование об успеваемости учеников с  разными хронотипами. Особых колебаний по успеваемости между  хронотипами нет, но было замечено, что совам труднее переносить первые  уроки, но легче последние. Жаворонки же наоборот быстро усваивают  материал на первых уроках, но последние даются уже не так легко. Голуби же легко приспосабливаются к разным графикам дня, что позволяет им быть  активными в течении всего учебного времени. Я также проходил опрос на определение хронотипа, результат показал, что я  сова, и я полностью с этим согласен, подъем с утра дается мне тяжело, в  выходные я могу проспать и до 13:00. Отходить ко сну я обычно начинаю  после полуночи, в период 21 – 22 я не чувствую никакой усталости и  дискомфорта. 13 Заключение В ходе  исследовательской работы я изучил литературу, связанную с  биологическими ритмами и  хронотипами, провел опрос среди учеников своей школы, прошел тест на определение своего хронотипа и сделал сообщение  перед учащимися своего класса по результатам исследования.   Принадлежность учащихся к тому или иному хронотипу на успеваемость не  влияет. Среди «сов», «жаворонков» и «голубей» есть учащиеся  и с высоким   и средним, и низким  качеством знаний.  Конечно же, особенности хронотипа необходимо учитывать при установлении индивидуального отдыха, приема пищи, режима труда и при подготовке  домашних заданий. Изучив различные источники информации я увидел связь между биоритмами  и эволюцией живых организмов.  Ведь жизнь на Земле развивалась в условиях  регулярной смены дня и ночи и чередования времен года из­за вращения  14 планеты вокруг своей оси и вокруг Солнца. А ритм внешней среды создает  периодичность, то есть повторяемость условий в жизни большинства видов  живых организмов, в том числе и у человека. Приспособленность к  периодическим изменениям внешней среды выражается  у человека и  у  других живых существ в непосредственной реакции на изменяющиеся  факторы среды и в наследственно закрепленных внутренних ритмах. Список литературы и интернет ресурсов 1.Алексеев Д.Э. Хронобиология, биологические ритмы и хронотипы. М.:        Наше тело тикает, 2010 2.http://www.neboleem.net 3.http://www.medn.ru 4.http://ru.wikipedia.org 5. http://biofile.ru/chel/14739.html 6. Алехина Н. Д.Физиология растений. М.: Издательский центр «Академия»  2005 15 Приложения Приложение 1 Опросник Хорна­Остберга   (сокращенная): 1. Трудно ли Вам вставать рано утром: а) да, почти всегда (3) б) иногда (2) в) редко (1) г) крайне редко (0) 2. Если бы у Вас была бы возможность выбора, в какое время Вы бы ложились  спать вечером? 16 а) после часа ночи (3) б) с 23 до 1 ч (2) в) с 22 до 23 ч (1) г) до 22 ч (0) 3. Какой завтрак Вы предпочитаете в течение первого часа после  пробуждения? а) плотный (0) б) менее плотный (1) в) можно ограничиться вареным яйцом (2) г) достаточно чашки чая или кофе (3) 4. Если вспомнить Ваши последние размолвки на работе и дома, когда они  преимущественно происходят? а) в первой половине дня (1) б) во второй половине дня (0) 5. От чего Вам легче отказаться: а) от утреннего чая или кофе (2) б) от вечернего чая (0) 6. Как точно Вы отсчитываете время в 1 минуту? а) меньше минуты (0) б) больше минуты (2) 17 7. Как легко Вы можете изменить привычки, связанные с едой во время  отпуска, поездок? а) очень легко (0) б) легко (1) в) трудно (2) г) не меняете (3) 8. Если рано утром предстоят важные дела, на сколько раньше Вы ложитесь  спать? а) более чем на 2 часа (3) б) на час­два (2) в) меньше чем на час (1) г) как обычно (0) Подсчитываются баллы по всем вопросам. Сумма от 0 до 7 позволяет считать испытуемого "жаворонком"; от 8 до 13 – "голубем"; от 14 до 20 – "совой".[4] Приложение 2 Результаты опроса  18 19 20