Оказывают ли влияние на работоспособность человека биологические ритмы: Биоритмы и работоспособность

1. Андронова М.В. Работоспособность учащихся и ее динамика в процессе учебной и трудовой деятельности. – М.: Просвещение, 1967. – 215 с.
2. Ашофф Ю. Биологические ритмы. – М.: Мир, 1984. – 450 с.
3. Виленский М.Я., Русанов В.П. Оптимизация умственной работоспособности студентов в недельном учебном цикле // «Друг здравия», 1999. – № 6. – С. 48–50.
4. Детари Л., Карцаш В. Биоритмы. – М.: Мир, 1984. – 160 с.
5. Доскин В.А., Лаврентьева Н.Л. Ритмы жизни. – М.: Медицина, 1991. – 176 с.
6. Куприянович Л. И. Биологические ритмы и сон. – М.: Наука, 1976. – 66 с.
7. Харабуга С.Г. Суточный ритм и работоспособность. – М.: Знание, 1976. – 144 с.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ, ИХ ВЛИЯНИЕ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Мурманский арктический государственный университет» в г. Апатиты (филиал МАГУ в г. Апатиты) КАФЕДРА ОБЩИХ ДИСЦИПЛИН КОНТОРОЛЬНАЯ РАБОТА БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ, ИХ ВЛИЯНИЕ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА г. Апатиты 2019 г. Выполнил студент 1 курса Котик Роман Михайлович Специальность 21.05.04 Горное дело Специализация: Обогащение полезных ископаемых заочная форма обучения группа 1СГД-ОПИ(з)АФ Научный руководитель: Ст. пр. Барашев Г.Н. 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………………..3 1. Современный подход к проблеме биологических ритмов в природе…………5 2. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ………………………..9 3. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ РИТМОВ ЧЕЛОВЕКА………………………………………………………………………………………………14 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………………………..17 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………………….19 5 1. Современный подход к проблеме биологических ритмов в природе Одной из важнейших проблем современной биологии является изучение цикличности процессов, протекающем в живом организме. Эта проблема интересует врачей и авиаторов, садоводов и орнитологов, биохимиков и генетиков, биофизиков и иммунологов, физиологов и космонавтов. Идея ритмического течения процессов в природе и человеческой жизнедеятельности имела приверженцев еще в самый ранний период развития естествознания. В IV в. до н. э. гениальный мыслитель древности Аристотель писал: «Продолжительность всех этих явлений, и беременности, и развития, и жизни совершенно естественно измерять периодами. Я называю периодами день и ночь, месяц, год и времена, измеряемые ими; кроме того, лунные периоды… Подобно тому, как море и всякого рода воды стоят, как мы видим, неподвижно или волнуются соответственно движению или покою ветров, а воздух и ветры — соответственно периодам солнца и луны, а также и то, что возникает из них или в них, необходимо должно следовать за этими периодами, ибо в порядке вещей, чтобы периоды менее важные следовали за более важными. Ведь у ветра есть известная жизнь, возникновение и уничтожение. Что касается обращения светил», оно может иметь какие-нибудь другие причины [Харабуга С.Г., 1976]. Итак, одним из условий существования живых систем является свойственная живой материи ритмичность биологических функций. Выработанная всем ходом эволюции временная последовательность взаимодействия различных функциональных систем организма с окружающей средой способствует гармоничному согласованию разных ритмических биологических процессов и обеспечивает нормальную жизнедеятельность целостного организма. Тем самым выявляется важное адаптивное значение биоритмов для жизнедеятельности организма. 6 Биологические ритмы описаны на всех уровнях — начиная от простейших биологических реакций в клетке о кончая сложными поведенческими реакциями. Таким образом, живой организм является совокупностью многочисленных ритмов с разными характеристиками. С понятием «ритма» связано представление о гармонии, организованности явлений и процессов. В переводе с греческого слово «ритм», «ритмос» означает соразмерность, стройность. Ритмическими называются такие явления природы, которые периодически повторяются. Это — движение небесных тел, смена времен года, дня и ночи, периодичность приливов и отливов, чередование максимумов и минимумов солнечной активности. Различные физические явления отличаются периодическим, волнообразным характером. К их числу можно отнести электромагнитные волны, звук и т.д. В жизни примером служит изменение атомного веса элементов, отражающее последовательное чередование химических свойств материи. Основные ритмы в природе, наложившие свой отпечаток на все живое на Земле, возникли под влиянием вращения Земли по отношению к Солнцу, Луне и звездам. Из всех ритмических воздействий, поступающих из Космоса на Землю, наиболее сильным является воздействие ритмически изменяющегося излучения Солнца. На поверхности и в недрах нашего светила непрерывно идут процессы, проявляющиеся в виде солнечных вспышек. Мощные потоки энергии, выбрасываемые при вспышке, достигая Земли, резко меняют состояние магнитного поля и ионосферы, влияют на распространение радиоволн, сказываются на погоде. В результате возникающих на Солнце вспышек изменяется общая солнечная активность, имеющая периоды максимума и минимума. Многочисленные исследования, проведенные отечественными и зарубежными учеными, показали, что во время наибольшей активности 7 Солнца возникает резкое ухудшение состояние больных, страдающих гипертонической болезнью, атеросклерозом и инфарктом миокарда. В этот период времени происходят нарушения функционального состояния ЦНС, возникают спазмы кровеносных сосудов. Французские ученые Г.Сардау и Г.Валло установили, что момент прохождения пятен через центральный меридиан Солнца в 84% случаев совпадает с внезапными смертями, инфарктами, инсультами и другими осложнениями. Советский ученый В.П.Девятов подсчитал, что в первые же дни после появления пятен на Солнце количество автомобильных катастроф возросло примерно в 4 раза по сравнению с периодами, когда пятен было немного. Эти данные согласуются с результатами исследований других ученых, показавших, что в период неспокойного Солнца реакция человека на любой внешний раздражитель значительно замедляется. Излучение Солнца также оказывает влияние на умственную деятельность людей, на творческую активность человека и т.д. и т.п. Жизнь на нашей планете связана с вращением Земли вокруг своей оси, определяющим суточный ритм, и с вращением вокруг Солнца, от которого на Земле зависит смена времен года. Большинством живых организмов сезонный ритм воспринимается как смена времен года. Он определяет рост, развитие и гибель растений. Вращение Земли вокруг своей оси обуславливает ритмичное изменение факторов внешней среды: температуры, освещенности, относительной влажности воздуха, барометрического давления, электрического потенциала атмосферы, космической радиации и гравитации. Все перечисленные факторы внешней среды оказывают влияние на жизненные процессы живых организмов, среди них особое значение имеет чередование света и темноты. От суточного режима зависит обмен веществ в растениях — поглощение углекислоты днем и отдача кислорода ночью. У 10 биоритмов с геофизическими ритмами природы имеет большое приспособительное значение. Многие биологические ритмы поддаются систематизации. По длительности некоторые их них могут совпадать с соответствующими геофизическими циклами. К таким ритмам относятся суточные, сезонные, годовые, лунные, приливно-отливные изменения жизнедеятельности в организмах. Благодаря им наибольшая активность и усиленный обмен веществ в организме совпадают с наиболее благоприятными для этого внешними условиями и временем суток, месяца, года. Функциональные ритмы, обеспечивающие непрерывную жизнедеятельность организма, как правило, имеют короткие циклы — от долей секунды до минут. К их числу относятся, например, циклы нервно- мышечного возбуждения и торможения, а также множество других процессов на уровне молекул, клеток, отдельных органов. Иногда функциональные ритмы сочетаются с суточными ритмами. Так, например, в сердце, кишечнике и других органах животных амплитуда ритмов меняется в течение суток. По степени зависимости от внешних условий биоритмы подразделяются на экзогенные (внешние) и эндогенные (внутренние). Экзогенные ритмы полностью зависят от изменения внешней среды. Это биохимические процессы. Эндогенные ритмы протекают при постоянных оптимальных условиях внешней среды и имеют широкий диапазон частот: от двух тысяч циклов в секунду до одного цикла в год. К эндогенным относятся ритмы сердцебиения, пульса, дыхания, кровяного давления, умственной активности, изменения глубины сна и другое. Существуют ритмы промежуточного характера. К ним можно отнести, например, серию постепенно затухающих мышечных сокращений, возникающих в результате одиночного внешнего раздражения. Отличить эндогенные ритмы от экзогенных можно экспериментальным путем. Для этого проводят опыты при постоянных условиях внешней 11 среды — температуры, освещенности, влажности, атмосферном давлении и т.д. Важно отметить, что основной признак эндогенных ритмов состоит в том, что их периодичность близка к суточной, но несколько от нее отличается. Опыты по выявлению эндогенных ритмов проводились как на растениях, так и на животных (в том числе на человеке). Впервые эндогенные ритмы на растениях наблюдал более 200 лет назад французский астроном де Мэран. Примечательно то, что суточная периодичность движения листьев у растений была открыта не биологом, а астрономом. Изучая вращение Земли, он сделал открытие о приспособлении живых организмов к вращению Земли. Эксперименты по изучению внутренних ритмов человека, впервые проведенные Ашоффом, показали динамику взаимодействия физиологических ритмов организма в суточном цикле. В этом плане интересно проследить, как изменяется интенсивность различных физиологических функций в организме человека в зависимости от времени суток [Бюннинг Э., 1969]. Проблема суточных периодических изменений физиологических функций в организме человека с давних пор привлекает внимание ученых различных специальностей, и прежде всего физиологов, врачей, биологов. Знание динамики изменение физиологических функций организма в определенный момент и применить более целесообразный и эффективный метод лечения при заболевании. Суточный ритм организма человека определяется различными физиологическими функциями (а их, как мы знаем, в настоящее время насчитывается более сотни). Физиологические функции постоянно изменяются на фоне бодрствования и сна, активной деятельности и покоя. Интенсивность их проявления различна в разное время суток. В одно время она максимальна, в другое — имеет минимальное значение. 12 Из всех перечисленных примеров можно сделать вывод: суточным ритмом охвачен весь организм человека, представляющий собой единую систему взаимодействия всех органов, тканей и клеток. Ритмичность физиологических процессов, отражающая единство организма и среды, их взаимодействие проявляется в организме человека в том, что их максимумы и минимумы приурочены к определенным часам суток. А объясняется это тем, что характер проявления физиологических реакций организма в разное время суток различен и в основном зависит от факторов внешней среды. Благодаря приспособлению к ритмически изменяющимся условиям внешней среды в организме человека происходит физиологическая подготовка к активной деятельности даже тогда, когда организм находится в состоянии сна. И, наоборот, организм человека готовится ко сну задолго до засыпания. Исходя из сказанного, возможно, следовало бы самую трудную и ответственную работу выполнять в периоды естественного подъема работоспособности, оставляя для других, менее важных дел, остальное время относительно низкой работоспособности. Но из правил есть исключения. Бывают случаи, когда время наибольшей продуктивности в труде приходится на ночные и вечерние часы. Таких людей принято называть «совами», в отличие от «жаворонков» — людей, имеющих наибольшую работоспособность в утренние и дневные часы. «Жаворонки», как правило, просыпаются рано, чувствуют себя бодрыми и работоспособными в первой половине дня. Вечером же у них появляется сонливость, и они рано ложатся спать. «Совы» засыпают поздно ночью, встают также поздно утром и работоспособны бывают во второй половине дня. В результате экспериментальных исследований немецкий физиолог Р.Хашпп установил, что 1/6 часть людей относятся к людям утреннего типа, 1/3 — вечернего типа, а половина людей легко приспосабливается и к утреннему, и к вечернему режиму труда. Последних называют «голубями». Это преимущественно люди, занятые физическим трудом [Куприянович Л.И., 1976]. 15 изменениям во внешней среде, что важно для сохранения суточного режима. Кроме того, разделение функций между корой и нижележащими участками мозга имеет большое приспособительное значение, позволяющее освободить кору от управления множеством внутренних процессов и создать тем самым условия для приспособления организма к изменениям внешней среды. Гипоталамус имеет непосредственное отношение к управлению суточным ритмом. В нем находятся центры, управляющие температурой тела, работой желез внутренней секреции, а также углеводным, водно- солевым и жировым обменом. Управление суточной периодичностью наиболее четко проявляется в деятельности температурного и водно-солевого центров. Об этом свидетельствуют многочисленные исследования, проведенные на людях. Работа этих центров осуществляется так называемыми субцентрами с помощью различных способов. Так, например, температурный центр через дин из субцентров осуществляет регулирование температуры при помощи физических процессов, изменения интенсивности потоотделения и дыхания; просвет сосудов через другой субцентр — путем химических процессов усиливает обмен веществ при понижении температуры крови. С помощью гипоталамуса в организме человека регулируются ритмы многих процессов, например, ритм содержания эозинофилов и других клеток крови. Гомеостатические часы связаны с работой гипоталамуса. Они управляют нервными центрами гипоталамуса через гипофиз, и в их деятельности наиболее полно представлен принцип обратной связи. Принцип работы соответствующих центров заключается в том, что возбуждение возникает в них в результате недостатка специальных веществ в крови, а торможение — при их избытке. Возбуждение одного из центров гипоталамуса приводит к выработке нейросекрета, который заставляет клетки гипофиз вырабатывать гормоны. Под его влиянием кора 16 надпочечников выделяет вещество, тормозящее деление клеток костного мозга. Периферические часы позволяют длительное время сохранять положение фаз какого-либо физиологического ритма при нарушении нормального чередования света и темноты. Изменение фаз ритма в этом случае будут свидетельствовать о прямом или косвенном влиянии гипоталамуса на периферические часы. В организме человека нет таких физиологических процессов, которые не зависели бы полностью от ЦНС и от общего состояния организма. В работе периферических часов время от времени могут участвовать и центральные часы, которые по нервным путям будут осуществлять регуляцию ритма из гипоталамуса. В этом случае может происходить изменение местоположения центра биологических часов человека. Оно непосредственно связано с системой регуляции, с механизмом работы и природой биологических часов. Тот факт, что в другом часовом поясе ход биологических часов перенастраивается, свидетельствует об их условно-рефлекторной регуляции. 17 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Необходимо так планировать физические нагрузки, чтобы они не превышали определенный уровень и в то же время были стимулом для роста спортивных показателей. В этом случае учитываются 2 основных фактора, взаимодействующие между собой — нагрузка (воздействие) и конкретное функциональное состояние учащегося на данный момент. А, значит, ритм урока физкультуры определяется не только внешними факторами (нагрузкой), но и внутренними биологическими часами. Словом, при определении оптимальной нагрузки на уроке важно учитывать взаимодействие внутренних ритмов (биологических часов) с внешними факторами воздействия. Это следует учитывать учителями физкультуры, тренерам и т.д. и т.п. в организации тренировочного процесса для достижения высоких спортивных результатов. В работе с детьми педагогам необходимо учитывать, что существует прямая зависимость между фактором времени суток и биологическим профилем детей, который оказывает позитивное или негативное влияние на физическую работоспособность. Важно также учитывать и тот факт, что дети с утренним биологическим типом активнее и более работоспособны в утренние часы, поэтому заниматься умственной и физической деятельностью им лучше в первой половине дня, а детям с вечерним биологическим типом — во второй. Исходя из того, что суточные изменения внутренних ритмов, свойственные здоровому человеку, при болезненных состояниях искажаются. И по характеру искажений врачи могут судить о ряде заболеваний на начальной стадии. Можно сделать вывод: изучение биоритмов организма человека позволит научно обосновать применение лекарственных препаратов при лечении больных. Так как человеческий организм подчиняется ритмам, заложенным самой природой, и эти ритмы оказывают влияние на все процессы,

Влияние биоритмов на умственную работоспособность Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

ФИЗИОЛОГИЯ

ВЛИЯНИЕ БИОРИТМОВ НА УМСТВЕННУЮ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ

Алёшина Татьяна Евгеньевна

канд. биол. наук, доц. Калужского государственного университета им. К. Э. Циолковского, 248023, Россия, Калужская область, г. Калуга, ул. Степана Разина, 26

Наумова Александра Александровна

студент 4 курса Калужского государственного университета им. К. Э. Циолковского, 248023, Россия, Калужская область, г. Калуга, ул. Степана Разина, 26

Наумова Татьяна Александровна

студент 4 курса Калужского государственного университета им. К. Э. Циолковского, 248023, Россия, Калужская область, г. Калуга, ул. Степана Разина, 26

E-mail: [email protected]

INFLUENCE OF BIORHYTHMS ON MENTAL CAPACITY

Tatiana Alioshina

candidate of Biological Sciences, Associate Professor of K.E. Tsiolkovsky Kaluga State University,

248023, Russia, Kaluga region, Kaluga, Stepan Razin st, 26

Alexandra Naumova

A 4th year student of K.E. Tsiolkovsky Kaluga State University, 248023, Russia, Kaluga region, Kaluga, Stepan Razin st, 26

Tatiana Naumova

A 4th year student of K.E. Tsiolkovsky Kaluga State University, 248023, Russia, Kaluga region, Kaluga, Stepan Razin st, 26

АННОТАЦИЯ

В статье ставится задача — рассмотреть, как суточные биоритмы влияют на умственную работоспособность учащихся. Был проведен эксперимент в 10-11-х классах по методике Эстберга. Проанализировав физиологическую литературу, авторы статьи доказали, что биоритмы оказывают влияние на работоспособность школьников. Поэтому чтобы добиться хороших результатов в учебе, учащиеся должны знать тип биоритмов, который для них характерен. Этот компонент поможет им добиться успехов при подготовке к занятиям и жить по законам природы.

ABSTRACT

In the article the task to consider how daily biorhythms affect students’ mental performance is set. An experiment is conducted in the 10-11-graders based on Osterberg’s methodology. After analyzing physiological literature, the authors have proved that biorhythms influence the performance of pupils. Therefore, to achieve good results in studies, students should know the type of biorhythms which is typical for them. This component will help them achieve success in the preparation for classes and live by laws of nature.

Ключевые слова: умственная работоспособность; суточный биоритм; тест Эстберга; биологические ритмы; типы; «совы»; «жаворонки»; «голуби».

Keywords: mental capacity; daily biorhythm; Osterberg’s test; biological rhythms; types; «owls»; «larks»; «pigeons».

Библиографическое описание: Алёшина Т.Е., Наумова А. А., Наумова Т. А. Влияние биоритмов на умственную работоспособность // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2016. № 9 (27) . URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/3547

Каждый день человек, просыпаясь, чувствует себя по-разному. В один день он ощущает легкость, свежесть, подъем сил, в другой — разбитость и слабость. Давайте задумаемся, от чего это зависит? Оказывается, от многих факторов, таких как погодные условия, магнитные бури, насколько организм устал накануне. Однако одним из основных факторов является биоритм.

В настоящее время большое внимание уделяется вопросам здоровья, распорядка дня и трудовой деятельности человека. Сейчас, в XXI веке, чтобы быть успешным человеком, нужно много работать над собой, постоянно учиться, чтобы повышать свои знания, уметь общаться с людьми. Ритм жизни сейчас такой быстрый, что дети часто устают, не успевают нормально отдохнуть, выспаться. Все это приводит впоследствии к сбоям в организме. Как и все живые существа, человеческий организм зависит от биоритмов.

Биоритмы — это периодические изменения биологических процессов, которые способны изменяться, адаптируясь к внешним воздействиям, таким как время суток, освещенность помещения и др. Сбои естественных биоритмов приводят к проблемам со здоровьем. Биоритмов существует множество.

Суточный биоритм является одним из основных для человеческого организма. Для него характерна закономерная смена таких функциональных состояний человека, как сон и бодрствование, физическая активность и покой. Также закономерно изменяют свою деятельность все функции организма (дыхание, пищеварение, кровообращение и др.) в соответствии с этими функциональными состояниями [6].

Один из основателей учения о биоритмах Христофор Туфелянд еще в конце XVIII века указал, что в организме человека существуют «внутренние часы», работа которых зависит от вращения земли вокруг своей оси и от смены дня и ночи. Учеными был обнаружен в головном мозге человека «циркад-ный центр», а в нем «часовые часы» биологических ритмов здоровья [7].

Циркадный (циркадианный) ритм представляет собой видоизмененный суточный ритм с периодом 24 часа, который принадлежит к свободно текущим ритмам. В циркадном ритме имеются два подъема работоспособности: с 10 до 12 и с 16 до 18 часов.

Работоспособность определяется как способность человека на протяжении данного времени с определенной эффективностью выполнять максимально возможное количество работы [3]. Работоспособность школьников большей частью зависит от индивидуальных особенностей биологических ритмов. Не для всех людей характерны однотипные колебания [1].

Биоритмология делит всех людей на большие группы в зависимости от того, когда они встают и ложатся спать. Наши пернатые друзья живут по законам природы. По аналогии эти группы называют, как птиц, ведущих сходный образ жизни с людьми. Их

делят на три группы: «жаворонки», «совы» и «голуби».

Для «жаворонков» характерна работоспособность в первой половине дня. Им свойственно рано вставать, быть жизнерадостными, приподнятое настроение сохраняется в утренние и дневные часы. Во второй половине дня у них заметно снижение умственной работоспособности. Смена режима дня у жаворонков резко влияет на их самочувствие. Это наиболее адаптированный тип к существующему режиму обучения, так как их биологический ритм совпадает с социальным ритмом школы.

«Совы» — это люди вечернего типа. Они более флегматичны, относятся ко всему более оптимистично. У них наблюдается высокая работоспособность после обеда или во второй половине дня. Они поздно ложатся спать, утром не успевают выспаться, просыпают и часто опаздывают на занятия. Умственная работоспособность у них снижается в первой половине дня, поэтому находится в наименее благоприятных условиях для учащихся в первую смену.

«Голуби» являются аритмиками. У них нет проблем с режимом дня, так как они легко подстраиваются по социальным часам. Тип активности у них приходится на дневные часы [4; 5].

При изучении биоритмов проводятся исследовательские работы, направленные на изучение их взаимосвязи со сном и бодрствованием. Все это направлено на поиск возможностей управлять биоритмами с целью устранения нарушения сна [6].

Цель нашей работы — выяснить, как суточные биологические ритмы влияют на умственную работоспособность учащихся 10-11-х классов.

Задача данного эксперимента состояла в изучении влияния суточных биоритмов на умственную работоспособность учащихся 10-11-х классов.

Для того чтобы выяснить, действительно ли существуют изменения в организме человека в зависимости от биологического ритма, нами было проведено исследование среди учащихся 10-11-х классов. Для определения хронобиологического типа учащихся был использован тест для определения индивидуального биологического профиля по Эстбергу. Определение хронотипов — «жаворонки», «голуби», «совы».

В эксперименте участвовало 120 учащихся 1011-х классов средней общеобразовательной школы № 5 г. Калуги. Эксперимент проводился в середине учебного года, в течение трех недель, в третьей четверти. Тестирование проводили в четверг, на третьем уроке.

Таблица 1.

Определение хронотипов учащихся

Хронотип 10-е классы 11-е классы

«Жаворонки» 12 14

«Голуби» 32 38

«Совы» 10 15

Рисунок 1. Соотношение хронотипов учащихся

На основе полученных данных нами было установлено, что из 120 учащихся 10-11-х классов 70 человек — «голуби», 26 — «жаворонки», 25 — «совы». С помощью индивидуального биологического профиля мы выяснили, что большинство учащихся являются «голубями», так как основная умственная работоспособность приходится на дневные часы, поэтому у них нет проблем с режимом дня.

Заключение

Биологические ритмы человека тесно взаимодействуют с окружающей средой и реагируют на все циркадные процессы, существующие в организме любого живого существа (длительность светового дня, изменение погодных условий и т. д). Они оказывают влияние на умственную работоспособность «жаворонков», «голубей» и «сов».

В результате проведенного нами эксперимента можно сделать следующий вывод: среди учащихся 10-11-х классов школы № 5 г. Калуги по типу хроно-биологической активности 26 человек относятся к «жаворонкам», их умственная работоспособность преобладает в первой половине дня. «Голуби» составили 70 человек, их умственная работоспособность преобладает в течение всего дня. Среди «сов» 25 человек, их умственная работоспособность выше во второй половине дня.

Для учащихся важно знать, к какому физиологическому типу они относятся, так как, зная свой тип, можно добиться оптимальных результатов в учебе. Если хочешь здоровье свое сохранить, Ты с природой поближе давай подружись. Зная свой хронотип, соблюдай биоритм, Чтоб с законом природы в согласии жить.

Список литературы:

1. Андронова М.В. Работоспособность учащихся и ее динамика в процессе учебной и трудовой деятельности. — М.: Просвещение, 1967. — 215 с.

2. Ашофф Ю. Биологические ритмы. — М.: Мир, 1984. — 450 с.

3. Виленский М.Я., Русанов В .П. Оптимизация умственной работоспособности студентов в недельном учебном цикле // «Друг здравия», 1999. — № 6. — С. 48-50.

4. Детари Л., Карцаш В. Биоритмы. — М.: Мир, 1984. — 160 с.

5. Доскин В.А., Лаврентьева Н.Л. Ритмы жизни. — М.: Медицина, 1991. — 176 с.

6. Куприянович Л. И. Биологические ритмы и сон. — М.: Наука, 1976. — 66 с.

7. Харабуга С.Г. Суточный ритм и работоспособность. — М.: Знание, 1976. — 144 с.

Биологические ритмы в жизни человека

1. Биологические ритмы в жизни человека

2. Цель:

3. Актуальность

4. Хронобиология – наука о биоритмах

10. Рекомендации

11. Рекомендации (продолжение)

Circadian Rhythm and Performance

Знаете ли вы, у какой команды НФЛ больше шансов на победу в понедельник вечером? Скорее всего, это может быть связано с циркадным ритмом.

Что такое циркадный ритм и какое отношение он имеет к футболу?

Циркадный ритм — это наши ежедневные часы — когда мы просыпаемся и когда мы спим, но также включает частоту приема пищи и питья, температуру тела, кровяное давление, выброс определенных гормонов и даже чувствительность к определенным лекарствам.Типичный цикл взрослого человека составляет около 24 часов. Начиная с утра самая низкая температура нашего тела — около 4:30 утра и достигает максимума около 19:00. Мы очень бдительны около 10 часов утра, наша лучшая координация — в полдень около 14:30, после чего следует максимальная реакция в 15:30. И вот самый важный момент: максимальная сила сердечно-сосудистой системы и мышц составляет около 17:00. (1).

Использование циркадного ритма было лучшим предсказателем побед НФЛ в понедельник вечером, чем шансы Лас-Вегаса (2). Одно исследование оценивало 25 сезонов НФЛ, чтобы выяснить, влияет ли часовой пояс на производительность в понедельник вечером.Потому что игровое время обычно было 21:00. Во время этого обзора команда Восточного побережья играла намного позже, чем их пиковые показатели сердечно-сосудистой системы и силы — 17:00, в то время как команды Западного побережья имели преимущество по времени. Даже когда команды Западного побережья выезжали на поле Востока, хозяева поля все равно проигрывали преимуществу циркадных часов.

Мелатонин

Мелатонин выделяется шишковидной железой, расположенной глубоко в головном мозге. Мелатонин играет важную роль в цикле сна и бодрствования.Его производство запускается темнотой и подавляется светом. Считается, что мелатонин помогает вызвать сонливость за счет снижения внутренней температуры и изменения мозговой активности. Было показано, что добавки мелатонина полезны для уменьшения симптомов смены часовых поясов и других нарушений сна, связанных с циркадным ритмом. Хотя добавки мелатонина обычно безопасны в краткосрочной перспективе, они могут иметь побочные эффекты, такие как тошнота, головная боль, головокружение или сонливость. Они могут повлиять на способность клиента или спортсмена заниматься спортом, поэтому имейте в виду возможность остаточного эффекта добавки (3).

Реактивная задержка и циркадный ритм

Переход на летнее время закончится для большинства из нас в эти выходные 5 ноября ^-го , возвращая нам час, который мы потеряли весной, но также возвращает нас к более естественному графику. (Сколько людей когда-либо жалуются на лишний час сна, который они начинают спать осенью?) На циркадные ритмы могут влиять внешние факторы, включая воздействие света и часовые пояса (4). Спортсменам и клиентам нужно время, чтобы приспособиться к своим текущим или будущим часовым поясам, чтобы синхронизировать свои внутренние часы с временем максимальной производительности.Интересно, что у элитных спортсменов, которые пересекли пять часовых поясов или более во время соревнований, также в два-три раза выше уровень заболеваемости по сравнению с тем, когда они соревновались на своем домашнем газоне (5). Некоторые подходы к борьбе с сменой часовых поясов включают постепенное изменение текущего режима сна на 30-60 минут каждые несколько дней, использование светового короба для регулировки высвобождения мелатонина или добавление мелатонина (6).

Люди следуют внутренним часам, которые влияют на множество физиологических функций, включая цикл сна и бодрствования.Этот цикл, циркадный ритм, также влияет на физическую работоспособность и выработку мелатонина. Когда этот цикл нарушается, как видно из перехода на летнее время, смены часовых поясов или даже сменной работы, это может сказаться на здоровье и производительности.

Знаете ли вы? В этом году Нобелевская премия по физиологии и медицине 2017 года была присуждена совместно Джеффри Холлу, Майклу Росбашу и Майклу У. Янгу за их открытия молекулярных механизмов, контролирующих циркадный ритм.

Каталожные номера:

1. Смоленский М, Ламберг Л. Руководство по телесным часам для улучшения здоровья: как использовать естественные часы своего тела для борьбы с болезнями и достижения максимального здоровья 1 ^st edition. Нью-Йорк: Генри Холт и Ко; 14 июня 2000 г.
2. Смит Роджер С., Гийемино Кристиан, Эфрон Брэдли. Спорт, сон и циркадные ритмы Циркадные ритмы и улучшенные спортивные результаты в Национальной футбольной лиге. февраль 1997 г. Дата доступа 7 октября 2012 г. http: //www.journalsleep.org / Articles / 200507.pdf.
3. Справочная служба Sharecare: Мелатонин http://fitness.sharecare.com/library/common.aspx?id=9293
4. Психология сегодня Циркадные ритмы тела, цикл сна, биоритм — по состоянию на 7 октября 2012 г. http://www.psychologytoday.com/basics/circadian-rhythm.
5. Schwellnus MP, Derman WE, Jordaan E, et al. У элитных спортсменов, путешествующих по странам, которые находятся в разных часовых поясах от их страны, разница в часовых поясах более 5, риск заболевания повышается в 2–3 раза.8 августа 2012 г. По состоянию на 7 октября 2012 г. Br J sports med http://bjsm.bmj.com/content/early/2012/07/27/bjsports-2012-0.abstract.
6. Питерс, Брэндон. Как я могу лечить смену часовых поясов? Узнайте, как изменить свой циркадный ритм. 26 марта 2009 г. По состоянию на 7 октября 2012 г. About.com http://sleepdisorders.about.com/od/sleepdisorderstreatment/a/Treat_Jet_Lag.htm.

10/12

Влияние циркадных ритмов на результативность и усилие у студенческих пловцов

Переменные задачи определяют, какие биологические часы контролируют циркадные ритмы в деятельности человека

Внутренние часы вашего тела и их влияние на ваше общее состояние здоровья

Хотя есть определенные области тела, такие как сердце, которые могут в некоторой степени управлять своими собственными функциями, есть веские доказательства того, что биологические часы играют играет важную роль в контроле многих из этих колебаний (например, уровня сахара в крови) в течение 24 часов.

НАРУШЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ ЧАСОВ ТЕЛА

Некоторые из лучших наших знаний о роли, которую биологические часы играют в нашем здоровье, получены в тех случаях, когда цикл не синхронизирован. Это может происходить по разным причинам, и мы только начинаем разбираться в них более подробно. Иногда мы сами делаем то, что нарушает наш нормальный ритм, например, летим в далекий часовой пояс. Иногда играют роль другие факторы (например, гены или биология).

Jet Lag

Полеты по стране в условиях «красных глаз» — яркий пример того, как мы можем нарушить наши собственные часы, и гораздо более экстремальный пример, чем ритуал «весна вперед / назад» во многих частях США.

При смене часовых поясов мы чувствуем себя дезориентированными, туманными и сонными в неподходящее время дня, потому что после смены часовых поясов наши биологические часы говорят нам, что это один раз, а внешняя среда говорит нам, что это другой. Фактически, смену часовых поясов можно рассматривать как один из видов нарушения циркадного ритма.Его можно лечить, просто позволяя телу приспособиться к новому времени, хотя для внешних сигналов (света) может потребоваться несколько дней, чтобы помочь внутренним часам догнать или вернуться к новому циклу.

Посменная работа

Посменная работа — еще один пример того, как мы можем выйти из цикла, и это тоже может со временем перерасти в нарушение циркадного ритма. Людям, работающим в ночную смену, сложно не только уснуть (сонливость на работе или бессонница в течение дня), но и другие системы в их организме также могут ощущать эти эффекты — и они могут быть хроническими.Не совсем ясно, почему существует эта связь, но могут иметь место увеличение веса или метаболические изменения. Эти явления подчеркивают, как определенное поведение или образ жизни могут влиять на часы тела, но есть и другие факторы, такие как генетика и химия тела.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ И ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ

Взаимодействие часов сложное, и их влияние на различные системы организма сложно, но мы начинаем больше понимать, как работают часы работают и влияют на каждую систему тела, от сердца до настроения.

Поскольку биологические часы на самом деле являются биологической сущностью, с ними могут что-то пойти не так, что может иметь меньше отношения к образу жизни или окружающей среде, а больше связано с механизмами самих часов. Например, связь часов и диабета — это нечто большее, чем просто изменение цикла сна, хотя сон может иметь значение.

Те же гены, которые контролируют рецепторы гормона сна мелатонина, участвуют в высвобождении инсулина, что также может играть роль в риске диабета.Когда гены рецепторов мелатонина имеют мутации, которые нарушают связь между биологическими часами и высвобождением инсулина, люди имеют значительно более высокий риск развития диабета.

Биологические часы и здоровье человека

Как внутренние часы организма влияют на общее состояние здоровья

Что такое биологические часы и циркадные ритмы?

Все живые существа (люди, животные, растения, грибы и микроорганизмы) адаптировали каждый из своих биологических процессов к 24-часовому циклу день-ночь.

Циркадный или циркадный ритм, также известный как «биологические часы», регулирует в каждом живом организме некоторые очень необходимые и важные биологические функции, такие как цикл пробуждения от сна, секреция гормонов, кровяное давление и даже обмен веществ!

Наука о шишковидной железе и гипофизе называется хронология и основана на изучении биологических ритмов.

Биологический или циркадный ритм — это суточный цикл, который следует каждому живому организму и характеризуется ритмичным чередованием уровней химических компонентов и их гомеостаза в организме и адаптацией биологических функций.

Хотя эти ритмы являются исключительно эндогенными, в их регуляцию вовлечено множество биохимических путей, на них напрямую влияет большая адаптивность, которую они проявляют к различным внешним факторам, таким как жара и дневной свет!

Недавние открытия — Нобелевская премия по физиологии
Стоит отметить, что в этом году Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена Джеффри Холлу, Майклу Росбашу и Майклу Янгу, ученым американского происхождения, которые были награждены за свои открытия в области молекулярных механизмов. контроль циркадного ритма.

Эти открытия были награждены, потому что они предоставили необходимые объяснения того, как каждому живому организму удается адаптировать свой биологический ритм таким образом, чтобы он был синхронизирован с вращением Земли.

Это было достигнуто путем выделения гена, который контролирует биологический ритм, тем самым продемонстрировав, как этот ген отвечает за кодирование белка, обнаруживаемого в клетках в течение ночи и разлагающегося в течение дня.

Биологические — циркадные ритмы со временем зависят от моделей поведения и внешних стимулов.
При дальнейшем анализе основные виды деятельности, связанные с биологическими часами и способные поддерживать их регулирование или постепенно игнорировать, следующие:

• Сон регулируется биологическими часами, при этом свет является основным внешним стимулом, который поддерживает их работу.
• Пища — главный стимул для синхронизации циркадных ритмов периферических тканей тела.
• Метаболизм напрямую связан с циркадным ритмом и приемом пищи, поскольку это единственный человек, ответственный за планирование производства энергии, аналогичное деятельности, которую каждый должен выполнять в течение дня.
• Иммунный ответ более эффективен во время бодрствования, когда потребности организма растут.
• Старение не регулирует циркадные ритмы. Это приводит к тому, что пожилые люди испытывают трудности в повседневной деятельности, такой как сон, выработка энергии и т. Д.
• Трансатлантические или межконтинентальные путешествия вызывают физическое и умственное истощение, а также дезориентацию биологических ритмов.
• Клеточный цикл и клеточная дифференцировка, по-видимому, контролируются циркадными ритмами, но пока неизвестно каким образом.

Научные данные
Центр биологических функций человеческого тела расположен в верхнем гипоталамусе головного мозга, называемом гиперхуморическим ядром. В течение многих лет считалось, что это единственные часы, состоящие из нейронов, которые реагируют на ритмичное поведение во сне, бодрствовании и питании.

Эти центральные часы участвуют в управлении основными физиологическими процессами в организме. До недавнего времени было совершенно непонятно, как работают эти центральные часы и как они взаимодействуют с множеством различных физиологических функций клетки.

Недавно было обнаружено, что функции человеческого организма, а также их разновидности не могут быть активированы только центральными часами. Исследователи обнаружили, что каждая клетка, включая микробы, имеет автономные и полностью функциональные часы.

Более конкретно, каждая ткань и каждый орган, по-видимому, имеют уникальные суточные циклы, отвечающие за определенные биологические функции, но также и за уникальные метаболические функции каждого органа.

Таким образом, мы можем быть уверены, что каждая отдельная клетка в организме состоит из основных генетических часов, таких как ядро, и, кроме того, существует широкий спектр различных вспомогательных ритмов с генетическими циклами, отвечающими за синхронизацию метаболизма, а также за его поведение каждой клетки, ткани и органа.

Стоит отметить, что способ, которым все эти автономные и различные круги связаны друг с другом и синхронизируются с центральными часами, которые посылают неврологические сообщения и гормоны в 24-часовой цикл день-ночь, только что обнаружен!

Изменения биологических часов влияют на физиологию человеческого тела

Клетки человека состоят из большого количества генов и функционируют в 24-часовом цикле.Это один из крупнейших наборов генетических сетей, влияющих на важнейшие функции физиологии.

На эти сети в основном влияют:

1. воздействие дневного света и темноты ночи,
2. часов еды и сна.

Каждое изменение биологического ритма влияет на связь между клетками и тканями, что приводит к их постепенному нарушению регуляции.

Генетические и эпигенетические сети определяют определенное время для выполнения определенных функций, которые было бы трудно или невозможно выполнять одновременно.Эти ритмические круги циркадных ритмов оптимизируют производство и использование энергии для любой необходимой деятельности.

На самом деле нарушение этих процессов может приводить к различным метаболическим заболеваниям, таким как сахарный диабет, гиперлипидемия, ожирение, заболевания щитовидной железы и остеопороз.

Например, недавнее исследование показало, что строгая диета и режим голодания могут положительно повлиять на аномальные ритмы и вылечить даже хронические заболевания!

Переменные, которые взаимодействуют с центрами управления биологическими часами, связаны с энергетическим балансом, кормлением и голоданием, а также светом и темнотой.Эти переменные включают температуру, а также физическую активность.

Пожалуй, наиболее исследуемой переменной является особая диета, называемая строго определенной диетой (т.е. прием пищи в одно и то же время каждый день). Это связано с циклами энергетического баланса, которые включают поглощение, накопление молекул и их использование.

Больше нет сомнений в том, что время, в течение которого мы ведем активную жизнь, особенно прием пищи и сон, оказывает значительное влияние на то, заболеем ли мы множественными заболеваниями.

Централизованные часы отправляют ритмические сигналы, которые синхронизируют многие клеточные функции с тканями тела. Однако отдельные клетки имеют свои собственные часы, а также определенные метаболические циклы, а также циклы, связанные с определенными функциями в тканях.

Каким-то образом все это согласовано на уровне мозга, органов тела и отдельных клеток.

Возможно, мы уже знаем, что клетки знают, насколько они должны быть большими, каково их положение и каковы их функции в сети.В чем мы пока не можем быть уверены на 100%, так это в том, как они общаются друг с другом. Это процесс, который кажется чрезвычайно сложным.

Сводка суточных часов метаболизма человека

Рано утром

1) Производство мелатонина прекращается

2) повышение артериального давления

3) движение кишечника стимулируется

4) повышает тестостерон

После полудня

1) там более быстрое время реакции

2) улучшение сердечно-сосудистой системы

3) больше мышечной силы

Ночь

1) повышение артериального давления

2) повышение температуры тела

Ночь

1) подавление дефекации,

2) Секреция мелатонина, регулирующая цикл сна, вызывая сонливость

Влияние циркадного ритма на метаболические процессы и регуляцию энергетического баланса — FullText — Annals of Nutrition and Metabolism 2019, Vol.74, № 4

Абстрактные

Предпосылки: Система циркадного времени или циркадные часы играет решающую роль во многих биологических процессах, таких как цикл сна и бодрствования, секреция гормонов, здоровье сердечно-сосудистой системы, гомеостаз глюкозы и регулирование температуры тела. Энергетический баланс также является одним из важнейших краеугольных камней метаболических процессов, тогда как энергетический дисбаланс связан со многими заболеваниями (т.е., ожирение, диабет, сердечно-сосудистые заболевания). Циркадные часы являются основным регулятором метаболизма, и этот анализ дает обзор двунаправленного влияния циркадного ритма на метаболические процессы и энергетический баланс. Резюме: Система суточного времени или циркадные часы играет решающую роль во многих биологических процессах, но увеличение активности, которая работает круглосуточно и без выходных, и обычное использование телевидения, Интернета и мобильных телефонов почти 24 часа в сутки приводит к тому, что постепенное уменьшение адекватного времени сна.Согласно недавним исследованиям, долгосрочные нарушения циркадного ритма связаны со многими патологическими состояниями, такими как преждевременная смертность, ожирение, нарушение толерантности к глюкозе, диабет, психические расстройства, тревога, депрессия и прогрессирование рака, тогда как краткосрочные нарушения связаны с ухудшением самочувствия. , утомляемость и потеря концентрации. В этом обзоре были изучены циркадные ритмы метаболических процессов и их влияние на энергетический баланс. Ключевые сообщения: Циркадный ритм имеет двунаправленное взаимодействие почти со всеми метаболическими процессами.Таким образом, понимание основной причины, влияющей на циркадные часы, и создание рекомендаций по лечению с использованием циркадного ритма может повысить эффективность лечения заболевания. Хронофармакология, хроническое питание и хроноупражнения — это новые подходы к лечению метаболического баланса.

© 2019 S. Karger AG, Базель

Введение

Термин «циркадный» образован от двух латинских слов: circa (приблизительно) и dies (день), обозначающих приблизительно «один день» [1].Циркадный ритм также называется биологическими / циркадными часами [2] и относится к поведенческим, физиологическим и молекулярным изменениям с продолжительностью цикла около 24 часов [3]. Циркадные часы можно разделить на 2 части: центральные часы, расположенные в супрахиазматическом ядре (SCN) гипоталамуса, которое принимает световые сигналы, и периферические часы, находящиеся в различных тканях по всему телу. Периферические часы играют неотъемлемую и уникальную роль в каждой из своих тканей, управляя циркадной экспрессией определенных генов, участвующих в различных физиологических функциях [4].

Основным стимулом для SCN является свет [5]. Однако у слепых людей есть циркадные циклы (например, циклы сна и бодрствования), и этот цикл длится более 24 часов. Это открытие привело к идее, что другие стимулы, помимо света, могут действовать как стимул для биологических часов человека [6]. Обзорное исследование показало, что температура, гормоны, питательные вещества, распределение питательных веществ, некоторые питательные вещества (отдельно; например, глюкоза, аминокислоты, этанол и ретиноевая кислота), состояние кормления / голодания, состояние сна-бодрствования, физическая активность являются эффективными стимулами для циркадный цикл в различных периферических путях [5].Интересно, что сообщалось, что наблюдались различия во влиянии циркадного ритма у мужчин по сравнению с женщинами [7].

В основном цикл сна и бодрствования регулирует циркадный ритм. Однако в современном мире рост активности, которая осуществляется круглосуточно и без выходных, и обычное использование телевидения, Интернета и мобильных телефонов почти круглосуточно, приводит к постепенному сокращению необходимого времени для сна [8]. Эпидемиологическое исследование показало, что продолжительность ночного сна уменьшилась на 18 минут за последние 30 лет [9].Ухудшение цикла сна-бодрствования, особенно у здоровых людей, может быть основной причиной многих заболеваний, таких как преждевременная смертность, ожирение, нарушение толерантности к глюкозе, диабет, психические расстройства, тревога, депрессия и прогрессирование рака, усталость и потеря. концентрации [10, 11]. Другое эпидемиологическое исследование показало, что работа не менее 3 ночей в месяц в течение 15 и более лет может увеличить риск рака прямой кишки у женщин [12]. У крыс нарушение циркадных обмороков ускоряет развитие диабета, вызывая функцию и потерю массы бета-клеток [13].В экспериментальном исследовании нарушение циркадного ритма приводило к поражению сердечно-сосудистой системы и почек у хомяков [14]. В исследовании, проведенном с пациентами с шизофренией, участники имели тяжелые циркадные расстройства сна и бодрствования, хотя их настроение, психический статус и психотические эпизоды были стабильными [15]. В этом обзоре изучалась роль циркадного ритма в метаболических процессах и двунаправленное влияние циркадного ритма на энергетический баланс. В соответствии с этой целью были проанализированы исследования, опубликованные с 2000 по 2018 год.Кроме того, были добавлены 3 важные статьи, опубликованные в 1984, 1993 и 1996 годах. В основном для сканирования научных статей использовались базы данных Google Academic (библиографическая база данных), PubMed, Scopus, Web of Science и Science Direct. Кроме того, были просканированы ресурсы Центральной библиотеки Университета Гази. Такие термины, как «циркадные часы или циркадный ритм» или «биологические часы» и «гормоны или метаболизм, или энергетический баланс, или расход энергии, или термогенез, метаболический гомеостаз или метаболическая регуляция, или гены часов, или состав диеты, режим питания или время приема пищи или физический активность, упражнения или спорт » были использованы в качестве ключевых слов.В результате сканирования было найдено 4 456 статей. После проверки заголовков и аннотаций были исключены повторяющиеся статьи и статьи, опубликованные не на английском языке. Окончательное количество статей составило 82, которые были бесплатными и доступными в виде полных текстов. Кроме того, главы книги также использовались для изучения предмета.

Циркадная синхронизация в метаболическом гомеостазе

Многие исследования объясняют взаимосвязь между физиологией человека, некоторыми заболеваниями и циркадным ритмом [12-15].Метаболический гомеостаз — важный компонент, регулирующий энергетический обмен, особенно в жировой ткани. Жировая ткань является центральным метаболическим органом, который регулирует энергетический гомеостаз всего тела. Белая жировая ткань функционирует как ключевой резервуар энергии для других органов, тогда как коричневая жировая ткань накапливает липиды для индуцированного холодом адаптивного термогенеза. Жировая ткань секретирует различные гормоны, цитокины и метаболиты (называемые адипокинами), которые контролируют системный энергетический баланс, регулируя сигналы аппетита от центральной нервной системы, а также метаболическую активность в периферических тканях [16].Например, лептин имеет специфические рецепторы в гипоталамусе и высвобождается из основных адипоцитов. Этот гормон играет регулирующую роль в энергетическом обмене, увеличивая активацию симпатической нервной системы и увеличивая термогенез за счет увеличения гормонов щитовидной железы. В термогенезе белок UCP (разобщающий) подавляет синтез АТФ в митохондриях, позволяя потреблять энергию в виде тепла. Лептин увеличивает уровень гормонов щитовидной железы и активацию симпатической центральной нервной системы, что приводит к большему образованию UCP и, следовательно, большему потреблению энергии [17].Высвобождение гормона лептина происходит в циркадном цикле, а пик уровня лептина в сыворотке приходится на ночь [18]. Таким образом, нарушение циркадного баланса может косвенно влиять на секрецию лептина, термогенез и энергетический гомеостаз.

Напротив, некоторые гормоны, выделяемые гипоталамусом, проявляют большую активность ночью. Самый яркий пример этого — «гормон роста». Уровень гормона роста достигает пика между 2:00 и 4:00 утра.Поэтому необходимо уделять особое внимание режиму сна детей [19].

Кортизол — стероидный гормон, секретируемый надпочечниками. Он регулирует многие метаболические процессы, такие как гликогенолиз, липолиз и протеолиз [20]. Количество и частота секреции кортизола регулируются циркадным ритмом. Концентрация кортизола в кровообращении достигает пика перед пробуждением утром. Кортизол постепенно снижается в течение дня.Наименьшего уровня он достигает во время сна после полуночи [21]. Кортизол — это главный гормон, регулирующий метаболические процессы в организме. Он увеличивает использование кортизола, глюкозы, свободных жирных кислот и аминокислот из эндогенных запасов топлива. Следовательно, высокий уровень кортизола действует как катаболический гормон, который снижает мышечную массу и мышечную массу, а также увеличивает потребление энергии [22]. Кроме того, толерантность к глюкозе и секреция инсулина меняются в течение дня. При естественном ходе метаболизма чувствительность к инсулину и секреция инсулина снижаются ночью (особенно между 3:00 и 5:00 a.м) по сравнению с утренними часами. Этот метаболический процесс, феномен рассвета, подчеркивает влияние контроля циркадных ритмов на метаболизм глюкозы [23]. В естественных физиологических процессах организма гормоны, действующие как антагонисты инсулина (особенно гормон роста), проявляют гиперинсулинемическую активность из-за снижения секреции инсулина между 3:00 и 5:00 утра, так что уровень сахара в крови возвращается к норме. Этому противодействует дополнительная физиологическая секреция инсулина у людей, не страдающих диабетом или инсулинозависимых.И наоборот, когда высвобождение инсулина нарушено, действие гормона роста, высвобождаемого в течение ночи, особенно у пациентов с диабетом, не может быть уменьшено. Это приводит к патологическому циркадному ритму, который может привести к утренней гипергликемии независимо от режима питания [24].

Мелатонин — важный гормон в циркадной синхронизации. Этот гормон участвует во многих биологических и физиологических регуляторах организма. Это эффективный гормон биоритма человека (циркадного ритма).Основная роль этого гормона — поддерживать биологические часы и регулировать ритм тела [25]. Синтез и высвобождение мелатонина стимулируются в темноте, ночью, тогда как днем ​​он подавляется светом [1]. Особенно между 23:00. в 5:00 секреция мелатонина достигает пика, и его концентрация в крови увеличивается в 3–10 раз [25]. Однако воздействие света в ночное время вызывает снижение уровня мелатонина в плазме [1].

На метаболизм липидов также влияют циркадные колебания.Исследования показывают, что многие белки, связанные с метаболизмом липидов (например, ApoB, ApoA1 и ApoA4), белок кишечного микросомального транспорта триглицеридов и белок, связывающий кишечные жирные кислоты, демонстрируют изменения в течение дня [26–28]. Кроме того, исследования на мышах показывают, что абсорбция холестерина и липидов в темной фазе выше, чем в светлой фазе [28]. Некоторые продукты липидного обмена также демонстрируют циркадный ритм. Например, циркулирующие неэтерифицированные жирные кислоты у людей выше ночью из-за повышенной липолитической активности [29].Кроме того, эпизоды инфаркта миокарда и астма связаны с циркадным циклом метаболизма. Эти приступы достигают пика ночью или рано утром [30, 31]. В ранние утренние часы сердечно-сосудистая система улучшается в ответ на активацию активности симпатических нервов, а в вечерние часы — артериальное давление и пик пульса. Сердечные приступы, особенно рано утром или вечером, могут быть вызваны этим суточным ритмом сердечно-сосудистой системы.Суточный ритм гормонов и некоторые метаболические процессы показаны на рисунке 1.

Рис. 1.

Суточный ритм гормонов и некоторых метаболических процессов. Высвобождение гормона лептина происходит в циркадном цикле, и пик уровня лептина в сыворотке крови приходится на ночь. Уровень гормона роста достигает пика между 02:00 и 04:00 утра.Концентрация кортизола в циркуляции достигает пика прямо перед пробуждением утром. Снижение секреции инсулина ночью (особенно с 03:00 до 05:00 a.м.). Синтез и высвобождение мелатонина стимулируются ночью в темноте, а днем ​​он подавляется светом. Поглощение липидов в темной фазе выше, чем в светлой фазе. Пик инфаркта миокарда ночью или рано утром.

Метаболическая регуляция циркадных ритмов

У млекопитающих циркадные ритмы контролируются главным образом SCN, которые называются главными часами. Супрахиазматические ядра состоят из множества одноклеточных циркадных осцилляторов, расположенных в передней области гипоталамуса мозга и производящих согласованные циркадные сигналы при синхронизации [32].SCN активируется через нервный пучок, называемый «ретиногипоталамический тракт». Таким образом, SCN регулирует биологические часы у живых существ и способствует физиологическим процессам, стимулируя другие области мозга [2].

Супрахиазматический синапс ядер непосредственно с вентральной и дорсальной субвентрикулярной областями, клеточными телами, расположенными в вентральной и дорсальной субвентрикулярной областях, и дорсомедиальным гипоталамусом. Несмотря на то, что эти области взаимодействуют друг с другом, нейроны, расположенные в дорсальной наджелудочковой области, более эффективны в регуляции термогенеза, тогда как вентральная наджелудочковая область в основном играет роль в регуляции циклов сна-бодрствования и активности.Кроме того, паравентрикулярный гипоталамус отвечает за высвобождение кортикостероидов, тогда как боковой гипоталамус отвечает за питание и бдительность [33].

Хотя SCN функционирует как основные биологические часы метаболизма, исследования, проведенные в 2000-х годах, показали, что автономные циркадные осцилляторы, присутствующие в периферических органах и тканях, таких как печень, кишечник, сердце и сетчатка, вносят вклад в метаболические процессы через клеточные гены часов в этих органах / тканях [32, 34, 35].Супрахиазматические ядра играют важную роль в регуляции метаболизма глюкозы. Чувствительность к инсулину и поглощение глюкозы нарушены у крыс с повреждениями в их SCN [36]. Ухудшение циркадных часов может привести к нарушению секреции инсулина и гипоинсулинемии [29]. Связанные с циркадным ритмом белки CLOCK и BMAL1 участвуют в производстве и высвобождении инсулина, связываясь с регулирующими циркадный ритм дистальными областями β-клеток поджелудочной железы [37]. И диабет 1-го и 2-го типа имеет недостаточность или отсутствие инсулина из-за повреждения β-клеток.Следовательно, не следует упускать из виду роль циркадного ритма в этиологии диабета с точки зрения повреждения β-клеток [38]. Гены часов и задачи, регулирующие циркадные ритмы у млекопитающих, сведены в Таблицу 1 [2].

Таблица 1.

Гены циркадного ритма и их роли [2]

У млекопитающих гомеостаз циркадных часов обеспечивается механизмами обратной связи (отрицательная) и прямой (положительная), влияющими на транскрипцию, трансляцию и посттрансляционный события [5, 29].Паттерн транскрипционной обратной связи опосредуется белками Cry1, Cry2, Per1 и Per2. Белки CLOCK и BMAL1 связываются с областью E-промотора генов Per и Cry и индуцируют их экспрессию. На более поздней стадии Per и Cry гетеродимеризуются и перемещаются из цитоплазмы в ядро, чтобы ингибировать CLOCK / BMAL1-индуцированную экспрессию генов [37, 39]. Этот механизм отрицательной обратной связи важен для эффективной работы циркадной системы.

Циркадный ритм и энергетический гомеостаз

Энергетический метаболизм регулируется многими гормонами, ферментами и транспортными системами, а циркадный ритм эффективно модулирует их экспрессию, секрецию и / или активацию [40].Метаболические пути, обеспечивающие энергетический гомеостаз, координируются метаболитами, которые предлагают изменения и активно подготавливают молекулярную среду, а также системы острой передачи сигналов, которые мгновенно реагируют на изменения циркадных часов [41].

Рецепторы гормонов, взаимодействия между генами и внутриклеточные реакции окисления / восстановления регулируют энергетический обмен на клеточном уровне. Эти пути имеют важное взаимодействие с часами биологического метаболизма.Циркадные часы могут влиять на функцию рецепторов гормонов (рецептор, активируемый пролифератором пероксисом [PPAR] α, PPARγ и REV-ERBα) и некоторых генов на клеточном уровне (сиртруин) [41, 42].

Рецепторы ядерных гормонов (PPARα, PPARγ, REV-ERBα, RORα, HNF4α, TRα и NURR1) и лиганды, присутствующие в метаболических тканях, действуют как сенсоры, объединяющие циркадные и метаболические пути [41]. Например, PPAR являются связующим звеном между циркадными часами и энергетическим метаболизмом. PPARγ локализуется в жировой ткани и активирует факторы транскрипции, которые увеличивают липогенез и накопление липидов.PPARα из ядерных рецепторов гормонов запускает кетогенез и окисление жирных кислот печени в ответ на голодание. PPARδ является наиболее распространенным рецептором ядерных клеток в организме и способен коррелировать ежедневные изменения температуры тела с циркадными часами [43].

Ритмическая экспрессия и активация метаболических путей в основном связаны с координацией часовых генов (BMAL1, Per2, Per1, Per3, Cry1 и Cry2) в печени и жировой ткани. Существует связь между белком BMAL1, липогенными путями и механизмами клеточных часов.REV-ERBα (репрессор транскрипции BMAL1) и RORα (положительный регулятор BMAL1) являются рецепторами ядерных гормонов, регулирующими липогенез. Более того, оба они модулируются CLOCK: BMAL1. PPARα играет роль в метаболизме липидов и липопротеинов. PPARα напрямую связывается с промоторной областью белка BMAL1, который регулирует экспрессию PPARα через гетеродимер CLOCK: BMAL1 [44].

Еще одним фактором, влияющим на функцию циркадного ритма, являются гены сиртуинов (SIRT). Гены семейства SIRT представляют собой NAD + -зависимые ферменты деацетилазы класса III, которые влияют на многие клеточные функции, включая метаболизм человека, старение, рак и клеточное старение.Существует 7 вариантов семейства SIRT (SIRT 1–7). Регуляция экспрессии генов — самый важный механизм, на который влияет семейство SIRT. SIRT1, SIRT6 и SIRT7 преимущественно локализуются в ядре клетки, SIRT2 — в цитоплазме, а SIRT3, SIRT4 и SIRT5 — в митохондриях. SIRT1 играет важную роль в регуляции метаболических процессов, таких как чувствительность к инсулину, метаболизм липидов и глюконеогенез, а также продолжительность жизни человека [45]. SIRT1 модулирует активность CLOCK: BMAL1 и участвует в циркадном цикле.Гены SIRT 3-5 регулируют внутриклеточные пути, такие как окисление жирных кислот, кетогенез, цикл мочевины и окислительное фосфорилирование [33].

Внутриклеточное окислительно-восстановительное (окислительно-восстановительное) состояние — важный фактор, регулирующий гены часов в периферических тканях. Белки CLOCK могут эффективно связываться только в присутствии восстановленных последовательностей NADH и NADPH, BMAL1 и E-box. Напротив, формы никотинамидадениндинуклеотидоксидазы (NAD + и NADP +) ингибируют связывание комплекса CLOCK: BMAL1 с ДНК [32].Таким образом, окислительно-восстановительный статус NAD / NADH клетки может приводить к изменениям циркадной фазы, влияя на транскрипционную активность генов BMAL1: CLOCK [46].

Внутриклеточные уровни НАД +, а также повышенные уровни АМФ (аденозинмонофосфата) являются индикаторами низкой энергии. Когда внутриклеточные уровни АТФ снижаются, AMPK (AMP-активирующая протеинкиназа) функционирует как пищевой сенсор и активирует внутриклеточные пути снабжения энергией. Таким образом, соотношение АМФ / АТФ также может быть связующим звеном между циркадным ритмом и энергетическим метаболизмом [47].

Влияние циркадного ритма на энергетический баланс

Энергия, производимая и сохраняемая в процессе метаболизма, используется для поддержания метаболической активности, такой как основной уровень метаболизма, физическая активность и тепловой эффект пищевых продуктов [48].

Фрэнсис Дж. Бенедикт впервые описал циркадные изменения энергетического метаболизма в 1915 году [49]. Кроме того, Haugen et al. [50] обнаружили, что скорость метаболизма в покое в полдень была на 6% выше, чем в утренние часы. Одним из наиболее важных факторов, влияющих на скорость основного обмена, является режим сна.Сон и циркадный ритм являются основными компонентами регуляции энергетического обмена [48, 51]. Есть 2 фазы сна: быстрое движение глаз (REM) и не-REM [52]. Активность симпатической нервной системы и сновидения усиливаются в период REM. Температура тела, частота сердечных сокращений, частота дыхания и артериальное давление повышаются во время фазы быстрого сна. Нарушения в периоде быстрого сна увеличиваются из-за активности симпатической нервной системы [53]. Из-за повышения температуры тела и расхода энергии в головном мозге (потребление энергии мозгом в этот период составляет примерно 25%), скорость метаболизма во время сна достигает наивысшей точки в фазе быстрого сна [54].Следовательно, ухудшение цикла сна из-за позднего сна, смены часовых поясов, сменной работы и т. Д. Может привести к снижению основной скорости метаболизма из-за изменения времени фазы быстрого сна.

Помимо основной скорости метаболизма / метаболизма в покое, физическая активность является важным компонентом общих затрат энергии [55]. Однако исследования подчеркивают различные метаболические эффекты типа, продолжительности и продолжительности упражнений. Например, обзорное исследование подчеркивает, что максимальная производительность при краткосрочных анаэробных упражнениях достигается ближе к вечеру, обычно в полдень [56], что также соответствует максимальной температуре тела [56, 57].Температура тела рассматривается как «основная переменная» циркадного ритма и используется как маркер циркадного ритма [58]. Разница в температуре тела между утренними и вечерними часами составляет 0,9 ° C [59]. Температура тела влияет на мышечную активность [60]. Эта разница между утренними и вечерними часами может повлиять на выполнение упражнений и, косвенно, на скорость основного обмена.

Время приема пищи влияет на физическую работоспособность. Упражнения до и после еды по-разному влияют на окисление жирных кислот и метаболизм аппетита [61–63].Однако до сих пор неясно, когда (тренировка до еды / после еды) является наиболее эффективным временем для похудения. Подход к снижению массы тела и облегчению сжигания жира заключается в выполнении постпрандиальных аэробных упражнений после ночного голодания [64]. Упражнения во время голодания вызывают использование отложений гликогена для увеличения окисления жиров и снижает инсулин в плазме за счет увеличения уровней адреналина и норадреналина в плазме, вызывая липолиз. Напротив, некоторые исследования были посвящены положительному влиянию постпрандиальных упражнений на контроль массы тела по сравнению с упражнениями во время голодания из-за их положительного влияния на аппетит и метаболизм в покое [65].Исследование показало, что 36-минутные умеренные упражнения на беговой дорожке значительно увеличили скорость метаболизма в состоянии покоя через 40 минут после завтрака в средиземноморском стиле в первые 24 часа [66]. Во многих исследованиях общее потребление энергии, режимы питания, физические характеристики, продолжительность и тяжесть упражнений различаются, что приводит к различной интерпретации результатов.

Еще одна составляющая общих затрат энергии — тепловое воздействие питательных веществ. На тепловой эффект пищевых продуктов влияет макроэлементный состав рациона.Липиды обладают наименьшим (0–3%), а белки — наибольшим (20–30%) термогенным эффектом [67]. Кроме того, время приема пищи является важным фактором, влияющим на тепловой эффект продуктов. Термогенез, вызванный диетой, выше в утренние часы по сравнению с вечерними и ночными часами [68]. Аналогичным образом в исследовании Morris et al. [69], тепловой эффект от еды утром был на 44% выше, чем вечером. Снижение теплового эффекта пищи с утра до вечера может быть в первую очередь связано с влиянием эндокринной циркадной системы на физиологию желудочно-кишечного тракта.Периодичность кишечника в утренние часы более эффективна, чем в вечерние. Два исследования на здоровых взрослых показали, что скорость опорожнения желудка утром (8.00) была выше, чем вечером (20.00–11.00) [70]. Кроме того, нарушения циркадного ритма, такие как посменная работа и нарушение биоритмов, вызывают расстройства желудочно-кишечной системы, такие как боли в животе, вздутие живота, диарея или запор. Эти наблюдения показывают функциональную корреляцию между суточными ритмами и физиологией желудочно-кишечного тракта.Hoogerwerf et al. [71] показали, что экспрессия белков PER2 и BMAL1 была связана с циркадным ритмом в области миентерального сплетения, который играет важную роль в координации эпителиальных клеток толстой кишки и моторики толстой кишки.

Влияние приема пищи и физической активности на циркадные ритмы

Здесь подчеркивается влияние циркадного ритма на компоненты расхода энергии и его роль в энергетическом балансе. Однако некоторые исследования показали, что некоторые факторы окружающей среды (т.е., пища, состав пищи, время кормления и упражнения) могут быть эффективны для периферических часов, которые существуют в нескольких частях тела, таких как печень, поджелудочная железа или сердце [72–75]. Периферийные часы играют неотъемлемую и уникальную роль в каждой из своих тканей, управляя циркадной экспрессией определенных генов, участвующих в различных физиологических функциях. Существование всех этих часов, работающих вместе и синхронизируемых центральными часами, со многими гормонами и физиологическими или экологическими переменными, изменяющимися в течение дня, делает это двунаправленное взаимодействие в циркадной системе довольно сложным [4].

Питание — один из внешних синхронизаторов наших периферийных часов. Основная роль циркадных часов — вовлекать организм в сигналы окружающей среды; это позволяет организмам прогнозировать наличие пищи. Ограничение доступа к пище определенным временем дня оказывает глубокое влияние на поведение и физиологию организмов [72]. Damiola et al. [76] показали, что временное ограничение питания в условиях свет-темнота или темнота-темнота может изменить фазу экспрессии циркадных генов в типах периферических клеток на срок до 12 часов, не затрагивая при этом фазу экспрессии циклических генов в SCN.

Время кормления оказывает значительное влияние на репертуар, фазу и амплитуду экспрессии ритмических генов. В исследовании было показано, что и временной характер потребления пищи, и циркадные часы влияют на транскрипцию печеночных генов у мышей дикого типа [73].

Состав рациона — еще один важный фактор, влияющий на циркадные часы. Kohsaka et al. [74] показали, что диета с высоким содержанием жиров у мышей приводила к изменениям периода ритма двигательной активности и изменениям в экспрессии и цикличности генов канонических циркадных часов, ядерных рецепторов, которые регулируют факторы транскрипции часов, и участвующих в них генов, контролируемых часами. в использовании топлива в гипоталамусе, печени и жировой ткани.

Одним из примечательных нефотических сигналов для регулирования периферийных часов являются упражнения. Предполагается, что физическая активность или упражнения вызывают некоторые физиологические изменения, такие как изменения температуры тела и гормонального статуса, которые, как известно, влияют на периферические часы через активацию симпатической нервной системы и высвобождение глюкокортикоидов [75]. Повышение температуры тела может действовать как сигнал для циркадного водителя ритма у млекопитающих [77]. Кроме того, упражнения способствуют выработке и высвобождению мелатонина.Благоприятный эффект 4-недельного лечения мелатонином для модуляции циркадных компонентов цикла сна и бодрствования обычно приводит к улучшению качества сна [78].

Напротив, молекулярные циркадные часы в периферических тканях могут реагировать на время выполнения упражнений, предполагая, что физическая активность обеспечивает важную временную информацию для синхронизации циркадных часов по всему телу. Хотя точная продолжительность и интенсивность упражнений, необходимых для изменения циркадной ритмики, не были определены, одно исследование на мышах показало, что упражнения на выносливость низкой интенсивности, поддерживаемые курсом по 2 часа в день в течение 4 недель, были достаточными, чтобы задействовать циркадные часы и изменить циркадную ритмичность [79].

Обычно, когда периферийные часы десинхронизируются с центральными часами, это приводит к сбою хронометража [80]. Это физиологическое изменение связано с различными заболеваниями, такими как рак, сердечно-сосудистые заболевания, депрессия, ожирение и метаболический синдром [72]. Например, при лечении ожирения основным подходом к диетическому лечению является ограничение потребления энергии [81]. Как правило, факторы, которые напрямую влияют на биологические ритмы, такие как время приема пищи и время сна, обычно не исследуются при планировании диеты.Циркадные часы играют важную роль в энергетическом гомеостазе и метаболических процессах. Следовательно, оценка факторов (посменная работа, нерегулярный сон, бессонница и т. Д.), Которые могут привести к нарушениям циркадного ритма у лиц с метаболическими заболеваниями, такими как ожирение, и планирование тренировок и времени приема пищи в соответствии с нормальными биологическими ритмами ( например, утренний выбор белковой пищи для увеличения термогенеза) может повысить эффективность лечения.

В последние годы для поддержания метаболического здоровья были разработаны методы лечения в зависимости от циркадного ритма, диетические вмешательства и упражнения, которые получили название «хронофармакология», «хроническое питание» и «хроноупражнения» соответственно.Хронофармакология изучает правильное время введения доз лекарственного средства для повышения эффективности, абсорбции и / или эффективности лекарственного средства [65]. Например, фермент HMG-COA, ограничивающий уровень холестерина, демонстрирует циркадный ритм у людей. Этот фермент достигает пика ночью, поэтому рекомендуется принимать на ночь препараты, снижающие уровень холестерина, такие как статины, чтобы максимизировать их эффективность [19]. Хроническое питание — это подход к определению оптимального усвоения питательных веществ для поддержания здоровья и регулирования циркадного ритма [82].Например, кофеин, нобилетин (флавоноид, содержащийся в цитрусовых) и ресвератрол в пищевых продуктах могут вызывать изменения циркадного ритма на молекулярном или поведенческом уровнях [83]. Chronoexercise в первую очередь исследует влияние продолжительности упражнений на поддержание здоровья и спортивные результаты, быстрые изменения в системе внутренних часов или повторное регулирование циркадных часов [84].

В результате циркадный ритм имеет двунаправленное взаимодействие почти со всеми метаболическими процессами и является основным фактором, влияющим на цикл сна и бодрствования.Следовательно, изучение и использование режима сна, информации о качестве и составление руководств по лечению с использованием циркадного ритма может повысить эффективность лечения заболевания. По этой причине могут быть разработаны новые подходы, перспективы и стратегии лечения метаболического баланса.

Благодарности

Нет.

Заявление об этике

Эта статья не содержит исследований с участием людей или животных, проведенных кем-либо из авторов.

Заявление о раскрытии информации

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Источник финансирования

Нет.

Вклад авторов

Ю.С. провели обзор литературы и N.A.T. организовал и подготовил рукопись. Все авторы читали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Список литературы

1. Акынджи Э., Орхан ФО.Sirkadiyen ritim uyku bozuklukları. Псикиятр Гунджел Якласимлар. 2016; 8 (2): 178–89.
2. Özbayer C, Değirmenci İ. Sirkadiyen saat, hücre döngüsü ve kanser. Дикле Тип Дергиси; 2011. с. 38.
3. Гумз М.Л., редактор.Циркадные часы: роль в здоровье и болезнях. Springer; 2016 г.
4. Ричардс Дж., Гумз МЛ. Успехи в понимании периферических циркадных часов. FASEB J. 2012 сентябрь; 26 (9): 3602–13.
5. Güldür T, Otlu HG.Циркадный ритм у млекопитающих: время есть и время спать. Biol Rhythm Res. 2017; 48 (2): 243–61.
6. Аллен Р.П. В рецензируемой статье: увлечение мелатонином свободных циркадных ритмов у слепых людей. Sleep Med. Март 2001 г., 2 (2): 167–8.
7. Санти Н., Лазар А.С., МакКейб П.Дж., Ло Дж.К., Грёгер Дж. А., Дейк Д.Дж.Половые различия в суточной регуляции сна и познания в бодрствовании у людей. Труды Национальной академии наук. 2016: 201521637.
8. Ферри Дж. Э., Кумари М., Сало П., Сингх-Ману А., Кивимяки М. Эпидемиология сна — быстро развивающаяся область. Издательство Оксфордского университета; 2011 г.
9. Кронхольм Э., Партонен Т., Лаатикайнен Т., Пелтонен М., Хярма М., Хублин С. и др. Тенденции изменения продолжительности сна и симптомов, связанных с бессонницей, в Финляндии с 1972 по 2005 год: сравнительный обзор и повторный анализ выборок финского населения. J Sleep Res. Март 2008 г., 17 (1): 54–62.
10. Чжу Л., Зи ПК. Расстройства циркадного ритма сна. Neurol Clin. 2012 ноябрь; 30 (4): 1167–91.
11. Авраам Ф.Обзор функциональных причин бесплодия у коров. JFIV Reprod Med Genet. 2017; 5 (2): 203.
12. Schernhammer ES, Laden F, Speizer FE, Willett WC, Hunter DJ, Kawachi I, et al. Работа в ночную смену и риск колоректального рака в исследовании состояния здоровья медсестер. J Natl Cancer Inst.2003 июн; 95 (11): 825–8.
13. Гейл Дж. Э., Кокс Х. И., Цянь Дж., Блок Г. Д., Колвелл К. С., Матвеенко А. В.. Нарушение циркадных ритмов ускоряет развитие диабета из-за потери и дисфункции бета-клеток поджелудочной железы. J Biol Rhythms. 2011 Октябрь; 26 (5): 423–33.
14. Мартино Т.А., Аудит Г.Ю., Герценберг А.М., Тата Н., Колетар М.М., Кабир Г.М. и др.Дезорганизация циркадного ритма вызывает у хомяков серьезные сердечно-сосудистые и почечные заболевания. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2008 Май; 294 (5): R1675–83.
15. Бакли П. Сон и нарушение циркадного ритма при шизофрении. Ежегодник психиатрии и прикладного психического здоровья; 2013.С. 411–2.
16. Чхве СС, Ху Джи, Хван Ай Джей, Ким Джи, Ким Джи Би. Ремоделирование жировой ткани: его роль в энергетическом обмене и метаболических нарушениях. Фронт-эндокринол (Лозанна). 2016 Апрель; 7:30.
17. On M, Dalğin D, Cenesiz M, Cenesiz S.Лептин ве адипонектинин enerji ve egzersiz ilişkisi. 2017 г.
18. Цуджино Н., Сакураи Т. [Циркадный ритм лептина, орексина и грелина]. Нихон Риншо. 2012 июль; 70 (7): 1121–5.
19. Сато Т, Ида Т, Кодзима М.Роль биологических ритмов в выполнении физических нагрузок. J Phys Fit Sports Med. 2017; 6 (3): 125–34.
20. МакГиннис Г.Р., Молодой ME. Циркадная регуляция метаболического гомеостаза: причины и последствия. Nat Sci Sleep. 2016 Май; 8: 163–80.
21. İbrahim Erdemir ET.Kortizol Sirkadiyen Ritmini Etkileyen Bazı Fiziksel ве Fizyolojik Parametrelerin Karşılaştırılması. Balıkesir Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi. 2008; 11: 1–10.
22. Christiansen JJ, Djurhuus CB, Gravholt CH, Iversen P, Christiansen JS, Schmitz O, et al. Влияние кортизола на метаболизм углеводов, липидов и белков: исследования острого синдрома отмены кортизола при надпочечниковой недостаточности.J Clin Endocrinol Metab. 2007 сентябрь; 92 (9): 3553–9.
23. Bolli GB, De Feo P, De Cosmo S, Perriello G, Ventura MM, Calcinaro F и др. Демонстрация феномена рассвета на нормальных людях-добровольцах. Диабет. 1984 декабрь; 33 (12): 1150–3.
24. Рыбицка М., Крысяк Р., Окопень Б.Феномен рассвета и эффект Сомоджи — два явления утренней гипергликемии. Эндокринол Pol. 2011. 62 (3): 276–84.
25. Özçelik F, Erdem M, Bolu A, Gülsün M. Melatonin: genel özellikleri ve psikiyatrik bozukluklardaki rolü. Псикиятр Гунджел Якласимлар. 2013; 5 (2).
26. Pan X, Zhang Y, Wang L, Hussain MM.Суточная регуляция MTP и триглицеридов плазмы с помощью CLOCK опосредуется SHP. Cell Metab. 2010 август; 12 (2): 174–86.
27. Пан X, Хуссейн MM. Суточная регуляция микросомальных белков-переносчиков триглицеридов и уровней липидов в плазме. J Biol Chem. 2007 август; 282 (34): 24707–19.
28. Пан X, Хуссейн MM.Часы важны для питания и суточной регуляции абсорбции макроэлементов у мышей. J Lipid Res. 2009 Сен; 50 (9): 1800–13.
29. Бейли С.М., Удох США, Янг МЭ. Циркадная регуляция обмена веществ. J Endocrinol. 2014 Август; 222 (2): R75–96.
30. Стивенсон Р.Циркадные ритмы и нарушения дыхания во сне. Sleep Med. 2007 сентябрь; 8 (6): 681–7.
31. Muller JE, Stone PH, Turi ZG, Rutherford JD, Cheisler CA, Parker C, et al. Циркадные вариации частоты возникновения острого инфаркта миокарда. N Engl J Med. 1985 ноя; 313 (21): 1315–22.
32. Фрой О. Метаболизм и циркадные ритмы — значение для ожирения. Endocr Rev., февраль 2010 г .; 31 (1): 1–24.
33. Крамер А., Мерроу М., редакторы.Циркадные часы. Springer; 2013.
34. Браун С.А., Аззи А. Периферийные циркадные осцилляторы у млекопитающих; Циркадные часы. Springer; 2013. С. 45–66.
35. Дэвидсон А.Дж., Лондон Б., Блок Г.Д., Менакер М.Сердечно-сосудистые ткани содержат независимые циркадные часы. Clin Exp Hypertens. 2005, февраль-апрель; 27 (2-3): 307–11.
36. la Fleur SE, Kalsbeek A, Wortel J, Fekkes ML, Buijs RM. Суточный ритм толерантности к глюкозе: роль супрахиазматического ядра. Диабет. 2001 июн; 50 (6): 1237–43.
37. Харада Н., Инагаки Н. Роль часовых генов в секреции инсулина. J. Исследование диабета. 2016 ноябрь; 7 (6): 822–3.
38. Mıcılı S, Özoul C.Диябетте Кёк Хюкрелер. Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi Dergisi. 2007; 21: 109–17.
39. Sözlü S, anlier N. Sirkadiyen Ritim, Sağlık ve Beslenme İlişkisi. Turkiye Klinikleri Journal of Health Sciences. 2017; 2: 100–9.
40. Кесслер К, Пивоварова О, Пфайффер АФ.[Циркадные часы и энергетический обмен: значение для здоровья]. Dtsch Med Wochenschr. 2014 Апрель; 139 (14): 684–6.
41. Санкар Г., Бруннер М. Циркадные часы и энергетический метаболизм. Cell Mol Life Sci. Июль 2014 г .; 71 (14): 2667–80.
42. Масри С.Сиртуин-зависимый контроль часов: новые достижения в метаболизме, старении и раке. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2015 ноя; 18 (6): 521–7.
43. Ян Х, Даунс М., Ю РТ, Буккаут А.Л., Хе В., Страуме М. и др. Экспрессия ядерных рецепторов связывает циркадные часы с метаболизмом. Клетка. 2006 август; 126 (4): 801–10.
44. Фрой О., Мискин Р. Взаимосвязь кормления, циркадных ритмов и старения. Prog Neurobiol. 2007 июнь; 82 (3): 142–50.
45. Байрам А., Мехри И.Sirtuin Genleri ve İşlevleri. Firat Tip Derg. 2013; 18: 136–40.
46. Раттер Дж., Рейк М., Ву Л.С., Макнайт С.Л. Регулирование часов и связывания ДНК NPAS2 окислительно-восстановительным состоянием кофакторов NAD. Наука. Июль 2001 г., 293 (5529): 510–4.
47. Ум Дж. Х., Ян С., Ямадзаки С., Кан Х., Виоллет Б., Форец М. и др.Активация 5′-AMP-активированной киназы лекарственным средством от диабета метформином вызывает зависимую от казеинкиназы ипсилон (CKIepsilon) деградацию часового белка mPer2. J Biol Chem. Июль 2007 г., 282 (29): 20794–8.
48. Кумар Джа П., Шалле Э, Калсбек А. Циркадные ритмы метаболизма глюкозы и липидов у ночных и дневных млекопитающих.Mol Cell Endocrinol. 2015 декабрь; 418 (Pt 1): 74–88.
49. Бенедикт Ф.Г. Факторы, влияющие на основной обмен. Proc Natl Acad Sci USA. 1915 Февраль; 1 (2): 105–9.
50. Haugen HA, Melanson EL, Tran ZV, Kearney JT, Hill JO.Вариабельность измеренной скорости метаболизма в состоянии покоя. Am J Clin Nutr. 2003 декабрь; 78 (6): 1141–5.
51. Лапоски А.Д., Басс Дж., Кохсака А., Турек Ф.В. Сон и циркадные ритмы: ключевые компоненты регуляции энергетического обмена. FEBS Lett. Январь 2008 г., 582 (1): 142–51.
52. Алгин Д.И., Акдаг Г., Эрдинч О.О.Калители уйку ве уйку бозуклуклари. Османгази медицинский журнал. 2016; 38.
53. Шахин Л., Ашиоглу М., Ташкин Э. Уйку ве уйкунун дюзенленмеси. Sağlık Bilimleri Dergisi. 2013; 22: 93–8.
54. Boscolo RA, Esteves AM, de Santana MG, Viana VAR, Grassmann V, Tufik S, de Mello MT.Есть ли связь между составом тела, основной скоростью метаболизма и сном у пожилых пациентов с синдромом обструктивного апноэ во сне и без него? Наука о сне. 2013. 6 (4): 129–134.
55. Knutson KL, Spiegel K, Penev P, Van Cauter E. Метаболические последствия лишения сна.Sleep Med Rev.2007 июн; 11 (3): 163–78.
56. Chtourou H, Souissi N. Эффект тренировки в определенное время суток: обзор. J Strength Cond Res. 2012 Июль; 26 (7): 1984–2005.
57. Суиси Н., Готье А., Сесбое Б., Лару Дж., Давенн Д.Циркадные ритмы в двух типах упражнений для ног анаэробного цикла: сила-скорость и 30-секундный тест Вингейта. Int J Sports Med. 2004 Янв; 25 (1): 14–9.
58. Kinişler A. Anaerobik Performansta sirkadiyen değişimlerin incelenmesi. Spor Bilimleri Dergisi. 2005. 16: 174–84.
59. Кройчи К.Как регулируется циркадный ритм основной температуры тела? Clin Auton Res. 2002 июн; 12 (3): 147–149.
60. Райт К.П. младший, Халл Дж. Т., Чейслер, Калифорния. Взаимосвязь между бдительностью, работоспособностью и температурой тела у людей. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2002 декабрь; 283 (6): R1370–7.
61. Беннард П., Дусе Э. Острые эффекты времени выполнения упражнений и гликемического индекса завтрака на окисление жиров, вызванное физической нагрузкой. Appl Physiol Nutr Metab. 2006 Октябрь; 31 (5): 502–11.
62. Катсанос К.С., Моффатт Р.Дж.Острые эффекты упражнений перед едой по сравнению с упражнениями после еды на постпрандиальную гипертриглицеридемию. Clin J Sport Med. 2004, январь; 14 (1): 33–9.
63. Фарах Н.М., Гилл Дж. М.. Влияние упражнений до или после приема пищи на баланс жиров и постпрандиальный метаболизм у мужчин с избыточным весом. Br J Nutr.2013 июн; 109 (12): 2297–307.
64. Канг Дж., Рейнс Э., Розенберг Дж., Ратамесс Н., Наклерио Ф., Файгенбаум А. Метаболические реакции во время постпрандиальных упражнений. Res Sports Med. 2013. 21 (3): 240–52.
65. Шибата С., Тахара Ю.Циркадный ритм и упражнения. J Phys Fit Sports Med. 2014; 3 (1): 65–72.
66. Паоли А., Марколин Дж., Зонин Ф., Нери М., Сивьери А., Пачелли QF. Упражнения натощак или кормление для ускорения похудания? Влияние приема пищи на соотношение дыхательных путей и избыточное потребление кислорода после тренировки после тренировки на выносливость.Int J Sport Nutr Exerc Exerc Metab. 2011 Февраль; 21 (1): 48–54.
67. Таппи Л. Термический эффект питания и деятельность симпатической нервной системы человека. Reprod Nutr Dev. 1996. 36 (4): 391–7.
68. Romon M, Edme JL, Boulenguez C, Lescroart JL, Frimat P.Циркадные вариации термогенеза, вызванного диетой. Am J Clin Nutr. 1993, апрель; 57 (4): 476–80.
69. Моррис С.Дж., Гарсия Д.И., Майерс С., Ян Дж., Триенекенс Н., Шеер Ф.А. Циркадная система человека играет доминирующую роль в возникновении утренних и вечерних различий в термогенезе, вызванном диетой.Ожирение (Серебряная весна). 2015 Октябрь; 23 (10): 2053–8.
70. Grammaticos PC, Doumas A, Koliakos G. Половина утреннего и ночного опорожнения желудка различалась более чем на 220% у двух молодых здоровых взрослых людей. Ад J Nucl Med. 2015, январь-апрель; 18 (1): 60–2.
71. Hoogerwerf WA.Роль часовых генов в моторике желудочно-кишечного тракта. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2010 сентябрь; 299 (3): G549–55.
72. Гараулет М., Гомес-Абеллан П. Время приема пищи и ожирение: новая ассоциация. Physiol Behav. 2014 июль; 134: 44–50.
73. Фоллмерс К., Гилл С., Ди Таккио Л., Пуливарти С.Р., Ле HD, Панда С.Время кормления и внутренние ритмы привода циркадных часов в экспрессии генов печени. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2009, 15 декабря; 106 (50): 21453–8.
74. Kohsaka A, Laposky AD, Ramsey KM, Estrada C, Joshu C., Kobayashi Y, et al. Диета с высоким содержанием жиров нарушает поведенческие и молекулярные циркадные ритмы у мышей.Cell Metab. 2007 ноябрь; 6 (5): 414–21.
75. Тахара Ю., Аояма С., Шибата С. Циркадные часы млекопитающих и их увлечение стрессом и физическими упражнениями. J Physiol Sci. 2017 Янв; 67 (1): 1–10.
76. Дамиола Ф., Ле Минь Н., Прейтнер Н., Корнманн Б., Флери-Олела Ф., Шиблер У.Ограниченное питание отделяет циркадные осцилляторы в периферических тканях от центрального водителя ритма в супрахиазматическом ядре. Genes Dev. 2000 декабрь; 14 (23): 2950–61.
77. Brown SA, Zumbrunn G, Fleury-Olela F, Preitner N, Schibler U. Ритмы температуры тела млекопитающих могут поддерживать периферические циркадные часы.Curr Biol. 2002 Сен; 12 (18): 1574–83.
78. Леонардо-Мендонса Р.К., Мартинес-Николас А., де Тереза ​​Гальван С., Оканья-Вильхельми Дж., Русанова И., Герра-Эрнандес Е. и др. Преимущества четырехнедельного лечения мелатонином на циркадные ритмы у спортсменов, тренирующихся с отягощениями. Chronobiol Int.2015; 32 (8): 1125–34.
79. Wolff G, Esser KA. Запланированная фаза упражнений сдвигает циркадные часы в скелетных мышцах. Медико-спортивные упражнения. 2012 сентябрь; 44 (9): 1663–70.
80. Гараулет М., Ордовас Я. М., Мадрид, Я.Хронобиология, этиология и патофизиология ожирения. Int J Obes. 2010 декабрь; 34 (12): 1667–83.
81. Фрой О. Циркадные ритмы и ожирение у млекопитающих. ISRN Obes. 2012 18 ноября; 2012: 437198.
82. Тахара Ю., Шибата С.Хронобиология и питание. Неврология. 2013 декабрь; 253: 78–88.
83. Ойке Х. Модуляция суточных часов питательными веществами и пищевыми факторами. Biosci Biotechnol Biochem. 2017 Май; 81 (5): 863–70.
84. Накао Р.Циркадные часы скелетных мышц: текущие исследования. Хронофизиология и терапия. 2017; 7: 47–57.

Автор Контакты

Nilüfer Acar Tek

Факультет медицинских наук, Департамент питания и диетологии

Университет Гази, район Эмниет, улица Муаммера Яшара Бостанджи

Номер 16, TR – 06560 Анкара (Турция)

Электронная почта acarnil @ hotmail.com

Подробности статьи / публикации

Предварительный просмотр первой страницы

Поступила: 26 июня 2018 г.
Дата принятия: 30 марта 2019 г.
Опубликована онлайн: 23 апреля 2019 г.
Дата выпуска: июнь 2019 г.

Количество страниц для печати: 9
Количество рисунков: 1
Количество столов: 1

ISSN: 0250-6807 (печатный)
eISSN: 1421-9697 (онлайн)

Для дополнительной информации: https: // www.karger.com/ANM

Авторские права / Дозировка препарата / Заявление об ограничении ответственности

Авторские права: Все права защищены. Никакая часть данной публикации не может быть переведена на другие языки, воспроизведена или использована в любой форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотокопирование, запись, микрокопирование, или с помощью какой-либо системы хранения и поиска информации, без письменного разрешения издателя. .
Дозировка лекарственного средства: авторы и издатель приложили все усилия для обеспечения того, чтобы выбор и дозировка лекарств, указанные в этом тексте, соответствовали текущим рекомендациям и практике на момент публикации.Тем не менее, ввиду продолжающихся исследований, изменений в правительственных постановлениях и постоянного потока информации, касающейся лекарственной терапии и реакций на них, читателю рекомендуется проверять листок-вкладыш для каждого препарата на предмет любых изменений показаний и дозировки, а также дополнительных предупреждений. и меры предосторожности. Это особенно важно, когда рекомендованным агентом является новый и / или редко применяемый препарат.
Отказ от ответственности: утверждения, мнения и данные, содержащиеся в этой публикации, принадлежат исключительно отдельным авторам и соавторам, а не издателям и редакторам.Появление в публикации рекламы и / или ссылок на продукты не является гарантией, одобрением или одобрением рекламируемых продуктов или услуг или их эффективности, качества или безопасности. Издатель и редактор (-ы) не несут ответственности за любой ущерб, нанесенный людям или имуществу в результате любых идей, методов, инструкций или продуктов, упомянутых в контенте или рекламе.

Сменная работа: справляемся с биологическими часами | Медицина труда

Аннотация

Внутренние циркадные часы приспосабливаются медленно, если вообще адаптируются к быстрым переходам между различными графиками смены.Это приводит к рассогласованию (десинхронии) ритмических физиологических систем, таких как сон, бдительность, работоспособность, метаболизм и гормоны мелатонин и кортизол, с навязанным графиком работы и отдыха. Последствия включают недосыпание и плохую работоспособность. Варианты часового гена могут влиять на толерантность к депривации сна. Посменная работа связана с повышенным риском серьезных заболеваний (сердечных заболеваний и рака), и это также, по крайней мере частично, может быть связано с частой циркадной десинхронизацией.Считается, что аномальный метаболизм является фактором, способствующим повышенному риску сердечных заболеваний. Недавно появились данные о повышенном риске некоторых видов рака с предполагаемой причинной ролью света в ночное время, подавления мелатонина и циркадной десинхронии. Существуют различные стратегии преодоления циркадной десинхронии и ускорения циркадной перестройки (при желании). Наиболее важным фактором в управлении циркадной системой является воздействие и / или избегание яркого света в определенное время «биологической ночи».

Введение

Было опубликовано много обзоров, касающихся субъективного восприятия, состояния здоровья, производительности и психосоциальных аспектов сменной работы [1–11]. Нет сомнений в том, что посменная работа связана с рядом проблем со здоровьем, например с плохим сном, желудочно-кишечными расстройствами, аномальными метаболическими реакциями и повышенным риском несчастных случаев. Начинает цениться более долгосрочный риск серьезных заболеваний, таких как болезни сердца и рак. В этом обзоре основное внимание будет уделено посменной работе в связи с биологическими ритмами, поскольку нарушенные ритмы, по-видимому, лежат в основе многих краткосрочных и долгосрочных проблем со здоровьем сменных рабочих [12–14].Для этого дается введение в предмет.

Поиск литературы

Поиск литературы по ключевым словам «посменная работа» и «циркадный ритм» дал 1034 ссылки в PubMed. Поскольку гормон эпифиза мелатонин в настоящее время используется в качестве основного выходного маркера внутренних часов (а также его действия как хронобиотика), поиск был ограничен ((сменная работа) и (циркадный ритм) и (мелатонин)). Было предоставлено 189 ссылок, которые вместе с личной коллекцией автора легли в основу обзора.

Значение биологических ритмов для здоровья

Биологические ритмы служат для согласования наших физиологических функций с окружающей средой. Мы ведем дневной образ жизни, поэтому обычно спим ночью и активны днем. Время выполнения функций с выраженными ритмами, таких как сон, сонливость, метаболизм, бдительность и работоспособность, в нормальных условиях таково, что они оптимальны в наиболее подходящую фазу дня (рис. 1). Резкие отклонения от «нормального» режима работы и сна могут привести к проблемам, например, дневной сон обычно короче и хуже, чем ночью [6,15].Бдительность и работоспособность достигают своего низшего уровня ночью во время пика склонности ко сну и утомляемости [13,16,17], а также вблизи нижней точки внутренней температуры тела и пика секреции мелатонина. Проблемы со здоровьем и повышенный риск серьезных заболеваний у рабочих, работающих долгое время посменно, в основном объясняются тем, что они работают не по фазе с внутренними биологическими часами. Вероятно, что многие представления о пагубных последствиях сбоя в работе часов или ненормального времени основаны на наблюдениях за сменными рабочими.

Рисунок 1.

Схематические примеры циркадных ритмов от Раджаратнам и Арендт, Lancet 2001 [13], с разрешения.

Рис. 1.

Схематические примеры циркадных ритмов от Раджаратнам и Арендт, Lancet 2001 [13], с разрешения.

Характеристика циркадных ритмов

Основные свойства

Все ритмично, если не доказано иное [18].Биологические ритмы различной периодичности распространены повсеместно. Отображаемая частота варьируется от долей секунды (например, срабатывание нейронов) до лет (например, колебания популяции). На сегодняшний день больше всего доступно информации о суточных ритмах [18,19]. Они либо навязываются извне, либо создаются внутри компании, либо чаще являются комбинацией этих двух факторов. Внутренне генерируемые ритмы с периодом примерно 24 часа известны как циркадные, от латинского «около дня», «около суток»).Циркадные ритмы служат для временного программирования ежедневной последовательности метаболических и поведенческих изменений. По определению, они сохраняются в отсутствие временных сигналов, таких как чередование света и темноты, и координируются внутренними биологическими часами (кардиостимулятором, осциллятором), расположенными в супрахиазматических ядрах (SCN) гипоталамуса головного мозга [20]. В основе генерации циркадных ритмов лежит отрицательная обратная связь экспрессии часовых генов [21,22].

Лица, содержащиеся в среде, свободной от времени (или, по крайней мере, с очень слабыми временными ориентирами), проявляют свою собственную эндогенную периодичность, называемую «автономной».Период автономной работы варьируется индивидуально и является унаследованной характеристикой. В среднем эндогенный период человека (или тау-период) составляет около 24,2–3 ч, хотя это зависит от предыдущего опыта временных сигналов [18,23]. Синхронизация или перевод суточных часов на 24 часа зависит от подходящих временных сигналов, также известных как «цейтгеберы». В циркадной литературе синхронизация означает, что ритмы отображают 24-часовой период, но не обязательно находятся в правильной фазе, например, аномально задерживаются или опережают.Увлечение означает, что ритмы синхронизированы с соответствующей фазой. При включении в 24-часовой день короткий эндогенный тау ассоциируется с утренним дневным предпочтением (жаворонки), а длинный тау — с вечерним предпочтением (совы) [18].

Циркадная реакция на временные сигналы

Поскольку период циркадных часов не равен 24 часам, его необходимо регулярно сбрасывать (сдвиг по фазе), чтобы поддерживать период 24 часа. Самым важным временным сигналом для поддержания 24-часового периода является световой и темный цикл, частично действующий через новую систему фоторецепторов сетчатки и новый фотопигмент меланопсин (циркадная фоторецепция) [24].Недавние данные показывают, что короткие волны света (460–480 нм, синий) обладают наиболее мощными эффектами сброса [25]. Слепые люди без сознательного или бессознательного восприятия света часто демонстрируют свободные ритмы, подчеркивая важность света. Время сна также оказывает влияние вместе с незначительными «нефотическими» цейтгеберами, такими как упражнения, социальные сигналы, время на часах и прием пищи. Специфические манипуляции со временем приема пищи у животных влияют на так называемый осциллятор, увлекаемый пищей, который не зависит от SCN [26].Содержание пищи у людей также может иметь незначительное влияние.

Циркадный ответ (изменение времени или фазового сдвига) на воздействие света, а также на другие временные ориентиры, зависит от силы и времени действия стимула. Это можно описать кривой «фазовой характеристики» (рис. 2) [27,28]. Центральные часы медленно и со значительной индивидуальной изменчивостью адаптируются к быстрому изменению рабочего времени или часового пояса. После смены часового пояса средняя скорость часто приближается к 1 часу адаптивного сдвига в день.После резкого изменения рабочего времени это изменение очень непостоянно, как будет обсуждаться позже [29–31]. В процессе адаптации эндогенные ритмы не совпадают по фазе с внешней средой (внешняя десинхронизация). Они также могут не совпадать по фазе друг с другом, т.е. предполагать временное ненормальное фазовое соотношение (внутренняя десинхронизация). Это состояние часто называют «циркадной десинхронией». Сигналы времени или zeitgebers важны для контроля циркадной реакции на такие изменения.В общем, легче отложить часы, чем опередить их, учитывая, что у большинства людей период> 24 часов. В течение периода десинхронизации, например, одной ночи ночной смены в последовательности дней, рабочие пытаются спать во время максимальной бдительности и работать в низшей точке бдительности и производительности. Если происходит адаптация часов к новому графику работы, проблемы рассинхронизации разрешаются [32–35].

Рисунок 2.

Циркадный ответ («кривая фазового отклика», сдвиг мелатонинового ритма, опережения положительные, задержки отрицательные) на световой импульс длительностью 1–2 часа, примерно 300 люкс, 500 нм, в разное время ночи. .DLMO = появление мелатонина в тусклом свете, в среднем около 2100 часов, то есть через 8 часов после DLMO = 0500 часов. От Пола и др. [28], с разрешения.

Рисунок 2.

Циркадный ответ («кривая фазового отклика», сдвиг мелатонинового ритма, опережения положительные, задержки отрицательные) на световой импульс длительностью 1–2 часа, примерно 300 люкс, 500 нм, в разное время ночь. DLMO = появление мелатонина в тусклом свете, в среднем около 2100 часов, то есть через 8 часов после DLMO = 0500 часов. От Пола и др. [28], с разрешения.

Генетическая основа циркадных ритмов

Многие из генов, связанных с генерацией циркадных ритмов у млекопитающих и других видов, в настоящее время идентифицированы, например ЧАСЫ, PER1, PER2, PER3, TIM, CRY1, CRY2, BMAL1, REV-ERBALPHA . Механизм подобен у всех исследованных видов, и существует значительная гомология, например, между Drosophila и млекопитающими. Колебание часовых генов также происходит в периферических структурах, и в целом считается, что они координируются посредством активности SCN.Тем не менее, можно изменить время некоторых периферических колебаний (например, в печени с помощью кормления по времени) независимо от SCN [36]. Изучение полиморфизмов генов часов человека в отношении профессионального здоровья и заболеваний находится в зачаточном состоянии. Были идентифицированы некоторые полиморфизмы и возникают ассоциации с фенотипическими характеристиками, такими как дневное предпочтение (жаворонки – совы), внутренний период, уязвимость к болезням и реакция на лишение сна [37–39].

Циркадные часы влияют на гормоны, поведение, когнитивные функции, метаболизм, пролиферацию клеток, апоптоз и реакцию на генотоксический стресс [22].Появились новые убедительные доказательства важности контроля циркадных ритмов для здоровья, поскольку нарушение экспрессии генов циркадных часов может привести к увеличению заболеваемости или прогрессированию рака (у животных) [22,40].

Примеры ритмов, относящихся к болезни человека

Некоторые примеры человеческих ритмов в болезненных процессах включают ночную астму, повышение артериального давления ранним утром, смертность от сердечно-сосудистых заболеваний и инсульта, нарушение менструального цикла, аномальный ритм кортизола при синдроме Кушинга, нарушения сна, например, синдром задержки фазы сна, продвинутые стадии Синдром фазы сна, циклы бодрствования во сне, отличные от 24 часов (особенно у слепых), некоторые психические расстройства.Многие аспекты биохимии человека показывают ритмичность, даже креатинин в моче. Таким образом, диагностические тесты должны знать об этих ритмах. Измерение заданной ритмической переменной у человека, который только что пересек несколько часовых поясов или отработал серию ночных смен, может дать ложноотрицательные или ложноположительные результаты. Более того, многие лекарства имеют ритмичные вариации как по фармакокинетике, так и по эффективности (хронофармакология).

Ритм мелатонина

Гормон тьмы

Мелатонин ( N -ацетил-5-метокситриптамин) в индольном гормоне, основная физиологическая функция которого — обеспечивать гуморальный временной сигнал для организации сезонных и циркадных ритмов [41].Шишковидная железа секретирует мелатонин с выраженным циркадным ритмом, достигая пика ночью — его называют «гормоном темноты», и продолжительность его секреции напрямую зависит от продолжительности ночи. У животных, сезонная физиология которых зависит от продолжительности дня и времени, продолжительность секреции мелатонина сигнализирует о продолжительности ночи. У людей его циркулирующие концентрации высоки от ~ 2100 до 07:00 часов с большими индивидуальными вариациями. Этот период можно использовать для определения «биологической ночи».Пик секреции наступает примерно через 0400 ч, что тесно связано с нижним пределом внутренней температуры тела, бдительности и работоспособности (рис. 1). В определенных обстоятельствах у людей также могут наблюдаться изменения продолжительности секреции [41].

Мелатонин как хронобиотик

Мелатонин — это не только так называемая «стрелка часов», он обладает способностью вызывать сонливость или засыпание, изменять циркадные фазы и вовлекать свободные ритмы при введении в подходящих дозах и в нужное время [42].Есть несколько кривых фазовой реакции на мелатонин с небольшими различиями, которые можно использовать для прогнозирования выбранного времени, чтобы ускорить циркадный фазовый сдвиг. Это важно в контексте сменной работы, учитывая, что был предпринят ряд попыток лечить сменных рабочих мелатонином с разными результатами.

Подавление мелатонина светом

Свет достаточной интенсивности и спектрального состава подавляет выработку мелатонина в ночное время [41,43].Подавление обнаруживается при 30–50 люксах и максимум при 1000–2000 люксах. Естественный дневной свет может достигать> 100 000 люкс. Это подавление связано с быстрым повышением активности и внутренней температуры тела, хотя причинно-следственные связи не ясны. Это важно в контексте сменной работы, поскольку было выдвинуто предположение, что снижение уровня мелатонина вредно для здоровья [44]. Работник ночной смены, циркадные часы которого находятся в дневном режиме или не адаптированы, будет выделять мелатонин в рабочее время.Точно так же рабочий, который приспособил свои часы к ночной смене, будет выделять мелатонин в течение дня, а при возвращении к дневной смене или в дни отдыха будет выделять мелатонин в часы естественного дневного света. Фактическое индивидуальное освещение во время работы в ночную смену измерялось редко, примеры индивидуального освещения на нефтяных вышках в Северном море показаны в [45]. В целом, уровень подавления, о котором сообщалось во время полевых исследований в ночную смену, невелик, ∼20% [46,47].

Мелатонин указывает время биологических часов

Считается, что сдвиги во времени действия мелатонина представляют собой изменения во времени центральных часов.Измерение мелатонина в плазме, слюне или его метаболита в моче 6-сульфатоксимелатонина [43] обеспечивает наилучшее периферическое измерение центральных часов (рис. 3). Другие маркерные ритмы, такие как внутренняя температура тела и кортизол, в большей степени подвержены так называемой маскировке, когда внутреннее или внешнее влияние искажает ритм. Например, упражнения и еда сильно влияют на внутреннюю температуру, а стресс изменяет ритм кортизола. Наиболее надежные результаты относительно циркадного статуса при сменной работе были получены при измерении мелатонина, и этот обзор будет сосредоточен на информации, полученной из мелатонина.

Рисунок 3.

Характеристики мелатонинового ритма, используемые для определения времени внутренних часов. Из [43] с разрешения.

Рисунок 3.

Характеристики ритма мелатонина, используемые для определения времени внутренних часов. Из [43] с разрешения.

Циркадная десинхронизация при сменной работе

Связь с рабочим временем

Существует множество разновидностей сменной работы, и юридического определения, похоже, не существует, за исключением «работы в нерабочее время».Для целей данного обзора предположим, что он работает в течение «средней» биологической ночи, то есть 2100–0700 часов. Также для целей этого обзора сделано предположение, основанное на контролируемых лабораторных экспериментах, что, когда вы засыпаете в период максимальной секреции мелатонина (и, таким образом, теоретически, нижнего уровня бдительности, работоспособности и внутренней температуры тела), он оптимизирован. Если в условиях ночной смены пик секреции мелатонина переносится на дневной сон, предполагается, что произошла адаптация к ночной смене.

Наиболее важными в количественном отношении условиями сменной работы, по крайней мере, в Великобритании, являются нерегулярные ночные смены (иногда ночью, а иногда и дни) и меняющиеся графики (информация из Управления национальной статистики) (вставка 1).