XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Суточные колебания биологических ритмов на примере пульса, температуры, массы, тела
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
I. Введение.
Цель: изучить суточные колебания биологических ритмов на примере пульса, температуры и массы тела у семьи из трех человек
Задачи:
1) Ежедневное измерение пульса, температуры и массы тела в утренние и вечерние часы у членов семьи Павловых на протяжении сентября и октября.
2) Составление графиков колебаний биологических ритмов в утренние и вечерние часы.
3) Проведение анализа полученных результатов по суточным колебаниям биологических ритмов на примерах пульса, температуры и массы тела.
Актуальность: с давних пор было замечено, что в различные периоды времени люди чувствуют себя неодинаково. В некоторые дни у них прилив сил и бодрости, хорошее настроение, они внимательны и работоспособны. В другой же – наоборот, упадок сил, вялость, рассеянность – все валится из рук. Вся причина заключается в биологических ритмах организма человека, его биологических часах. Биологические часы напоминают о времени сна и о наступлении часа обеда, дают о себе знать в момент подъема и сна, работоспособности в различное время суток.
Практическая значимость: известно, что человек обладает хорошо развитым чувством времени – биологическими часами. Причиной суточных колебаний физиологических функций в организме человека являются периодические изменения возбудимости нервной системы, угнетающий или стимулирующий обмен веществ. Зная причины суточных колебаний физиологических функций, человека не пугают пики повышенной или пониженной работоспособности, повышение или понижение давления, температуры, колебание массы тела в течение суток.
Гипотеза: можно сделать предположение, что значение биоритмов на примере пульса, температуры и массы тела будет отличаться между утренними и вечерними измерениями.
II. Обзор литературы.
Физиологическое истолкование биологических ритмов.
Все живые организмы, начиная от простейших одноклеточных и кончая такими высокоорганизованными, как человек, обладают биологическими ритмами, которые проявляются в периодическом изменении жизнедеятельности и, как самые точные часы отмеряют время. С каждым годом ученые находят новые внутренние ритмы. Интенсивность большинства физиологических процессов на протяжении суток имеет тенденцию повышаться в утренние часы и падать в ночное время. Примерно в эти же часы повышается чувствительность органов чувств: человек утром лучше слышит, лучше различает оттенки цветов.
Еще в 1889 году французский ученый Р. Рише дал физиологическое истолкование биологических ритмов. По его мнению. Основной причиной суточных колебаний физиологических функций в организме человека являются периодические изменения возбудимости нервной системы, угнетающей или стимулирующий обмен веществ.
Классификация биологических ритмов.
Многие биологические процессы в природе протекают ритмично, т.е. разные состояния организма чередуются с достаточно четкой периодичностью. Примеры быстрых ритмов – сокращения сердца или дыхательные движения с периодом всего в несколько секунд. У других жизненно важных ритмов, например чередования бодрствования и сна, период составляет около суток. Если биологические ритмы синхронизированы с наступлением приливов и отливов (каждые 12,4 часа) или только одной из этих фаз (каждые 24,8 часа), их называют приливными.
Природа биологических часов.
Считается, что такова природа всех биологических часов: химические реакции в каждой клетке организма протекают ритмично, клетки «подстраиваются» друг под друга, т.е. синхронизируют свою работу, и в результате пульсируют одновременно. Эти синхронизированные действия можно сравнить с периодическими колебаниями часового маятника.
Циркадианные ритмы.
Большой интерес представляют биологические ритмы с периодом около суток. Они так и называются – околосуточными, циркадианными или циркадными – от лат. circa – около и dies – день.
У человека не только сон, но и многие другие функции подчинены суточному ритму. Пример тому – повышение и понижение кровяного давления и выделение калия и натрия почками, колебания времени рефлекса, потливости ладоней и т.д. Особенно заметны изменения температуры тела: ночью она примерно на 1ОС ниже, чем днем. Биологические ритмы у человека формируются постепенно в ходе индивидуального развития. У новорожденного они довольно неустойчивы – период сна, питания и т.д. чередуются бессистемно. Когда человек переезжает в другой часовой пояс, его ритм сна-бодрствования меняется со скоростью два-три часа в сутки, т.е. к разнице в 6 часов он приспосабливается через два-три дня.
Десинхронизация биологических ритмов.
С распространением дальних воздушных путешествий многие столкнулись с феноменов десинхронизации. Пассажир реактивного самолета, быстро пересекающий несколько часовых поясов, обычно испытывает чувство усталости и дискомфорта, связанное с «переводом» своих биологических часов на местное время. Сходная десинхронизация наблюдается у людей, переходящих из одной рабочей смены в другую. Большинство отрицательных эффектов обусловлено при этом присутствием в организме человека не одних, а многих биологических часов. Обычно это незаметно, поскольку все они «захватываются» одним и тем же суточным ритмом смены дня и ночи. Однако при сдвиге его по фазе скорость перенастройки различных эндогенных часов неодинакова. В результате сон наступает, когда температура тела, скорость выделения почками калия и другие процессы в организме еще соответствуют уровню бодрствования. Такое рассогласование функций в период адаптации к новому режиму ведет к повышенной утомляемости.
Накапливается все больше данных, свидетельствующих о том, что длительные периоды десинхронизации, например при частых перелетах их одного часового пояса в другой, вредны для здоровья, однако насколько велик этот вред, пока не ясно. Когда сдвига по фазе избежать нельзя, десинхронизацию можно свести к минимуму, правильно подобрав скорость наступления сдвига.
Значение биологических ритмов для медицины.
Биологические ритмы имеют очевидное значение для медицины. Хорошо известно, например, что восприимчивость организма к различным вредным воздействиям колеблется в зависимости от времени суток.
Такие наблюдения наводят на мысль, что лечебные процедуры следует согласовывать с ходом биологических часов, и определенные успехи здесь уже достигнуты. Трудность в том, что биологические ритмы человека, особенно больного, пока недостаточно исследованы. Известно, что при многих заболеваниях – от рака до эпилепсии – они нарушаются; яркий тому пример – непредсказуемые колебания температуры тела у больных. Пока биологические ритмы и их изменения как следует не изучены, использовать их на практике, очевидно, нельзя. К этому стоит добавить, что в некоторых случаях десинхронизация биологических ритмов может быть не только симптомом болезни, но и одной из ее причин.
Биоритмы человека – правильный «бизнес план» дня.
Замечали ли вы, что периоды спада и всплеска вашей жизненной активности чередуются как будто по графику? Наверняка замечали: в данный момент вы просто не можете встать с дивана – так устали, хотя и выспались, и ничего особо трудоемкого не делали. А уже через час открывается второе дыхание и вы готовы горы свернуть. Все дело в личном расписании нашего организма, которое меняется в зависимости от времени суток. Такие взлеты и падения действительно наблюдаются каждый день в одно и то же время, если нет каких-либо форс-мажорных обстоятельств (например, болезни или срочной работы, которую пришлось доделывать ночью). Обычно мы пытаемся подбодрить себя при помощи кофе, и из-за этого часто употребляем больше кофеина, чем нужно и можно. Итог – повышенная нервозность и проблемы с сердцем. Но, если не идти наперекор, заставляя себя работать, когда силы на исходе, а сотрудничать с биоритмами, можно значительно улучшить и нервную систему, и общее самочувствие, и даже внешний вид. А вот как выглядит примерный «распорядок дня» нашего организма, ориентируясь на который, вы сможете получить максимальный результат и в работе, и в личных отношениях:
05:00 – в это время, как ни странно (ведь под утро спится особенно сладко и крепко) начинается первый общий подъем активности. Это организм так готовится к постепенному пробуждению и начинает работу всех своих органов
06:00 – сейчас обычно просыпаются не только «жаворонки», но и люди, которых мучают проблемы и тревожные мысли, так как именно в 6 часов утра выброс адреналина увеличивается.
07:00 – все, съеденное за завтраком, максимально усваивается, так как с 7 часов утра начинается период наибольшей активности желудка. Поэтому позаботьтесь о том, чтобы завтрак был как можно полезнее. Также уделите внимание своей внешности: кремы и другие питательные косметические средства особенно усиливают свое воздействие и эффект от их применение в это время будет максимально положительный.
09:00 – небольшой спад активности, и, если вы сейчас находитесь в офисе, займитесь выполнением более простых заданий, не требующих пристального внимания, что поможет вам «разогреться» перед напряженным рабочим днем.
10:00 – время, наиболее благоприятное для выполнения умственной и физической работы. В следующие 2 часа все органы включаются в активную работу, поэтому не зря многие организации именно в 10 утра желают видеть своих сотрудников в конторах.
12:00 – и вновь пришла усталость, поэтому неплохо бы выпить чашку чая, так как в чае тоже содержится кофеин, но его в 4 раза меньше, чем в кофе, что абсолютно безопасно для «сердечников».
13:00 – по традиции обеденное время и не зря. В это время организм вырабатывает большое всего желудочного сока и ему нужна пища, богатая белками.
14:00 – это время наибольшей работоспособности человека, когда лучше всего проявляется и его физическая активность, и умственная деятельность дает хорошие результаты. Также сейчас активно протекают процессы пищеварения и очищения всего организма.
15:00 – все ровно и спокойно. Наибольшая активность мочевого пузыря приходится на период с 15 до 17 часов. В это время способствует избавлению от ненужного из организма, поэтому, если вы сидите на диете или, желая оздоровиться, выводите из организма шлаки, лучше всего пить специальные соки и настои именно сейчас.
16:00 – новый подъем физической активности, но спад умственной. Самое время пойти на прогулку или сделать небольшую зарядку, чтобы отдохнуть от работы, расслабиться и собраться с мыслями, ведь у вас наверняка есть еще дела на сегодня.
17:00 – наиболее активный период для работы почек. Они перерабатывают всю жидкость, поступающую в организм, отделяя нужные и ненужные вещества, и выводят из него последние.
18:00 – повышается кровяное давление организма, а это значит, что люди становятся более нервозными и могут легко идти на конфликт по таким поводам, на которые в другое время и не обратили бы внимания. Зная об этом, берегите своих близких, которые находятся рядом и сдерживайте себя!
19:00 – немного повышается физическая активность. Также в это время нас переполняют переживания, и мы находимся во власти мыслей о совершенном за день. Организм переходит в фазу восстановления, и для физических упражнений сейчас самое время.
20:00 – активно начинает свою работу мозг. У вас еще осталась кое-какая работа на завтра? Лучше приступить к ее выполнению именно сейчас, а не засиживаться за полночь.
21:00 – организм начинает настраиваться на отдых и потихоньку засыпать.
23:00 – идеальное время для того, чтобы пойти спать, ведь не зря сном красоты называют сон до полуночи. Если же вы продолжаете бодрствовать, то не удивляйтесь, что вскоре вас потянет на кухню перекусить, и, если пойти на поводу у своего аппетита (который повышается обычно с 23:00 до 02:00 часов), можно не только набрать лишние килограммы, но и нарушить обмен веществ в организме.
24:00 – в это время клетки обновляются особенно быстро, поэтому вам лучше уже спать – утром сами увидите в зеркале положительный результат от хорошего здорового сна. В организме же в этот период происходит процесс восстановления разрушенных за день структур и наступает период полного покоя
Китайский график жизни «ШИЧЭНЬ»
В Китае сутки делятся на 12 временных отрезков «ШИЧЭНЬ» (по 2 часа каждый), чтобы быть здоровым – нужно соблюдать правильный график жизни.
1) Часы «ЦЗЫ-ШИ» (23:00-01:00)
Активен меридиан желчного пузыря. Если вы привыкли поздно ложиться спать, то желчь выделяется плохо и густеет. В 23:00 нужно спать – ведь в это время организм начинает восстанавливаться.
2) Часы «ЧОУ-ШИ» (01:00-3:00)
В это время активизируется работа меридиана печени. Происходит выведение токсинов и шлаков, а также регуляция и обновление крови. В это время нужно спать. Лучший способ для укрепления печени – качественный полноценный сон.
3) Часы «ИНЬ-ШИ» (03:00-05:00)
Активен меридиан легких. В это время энергия и кровь переходят от состояния спокойствия к движению. Энергия начинает распространяться по всему телу. В это время все органы человеческого организма должны отдыхать.
4) Часы «МАО-ШИ» (05:00-07:00)
Активизируется работа меридиана толстой кишки. Встав с кровати, нужно обязательно выпить стакан теплой воды. Это особенно актуально для тех, кто страдает частыми запорами. Теплая вода, выпитая натощак, помогает увлажнить кишечный тракт, стимулирует испражнение и выведение токсинов.
5) Часы «ЧЭНЬ-ШИ» (07:00-09:00)
Активно работает меридиан желудка. Это время считается идеальным для завтрака, потому что активизируется работа селезенки и желудка. Благодаря чему пища переваривается очень легко.
6) Часы «СЫ-ШИ» (09:00-11:00)
Активен меридиан селезенки. После завтрака селезенка усваивает пищу, поступающую из желудка, и мышцы, получив питательные вещества, становятся активнее. Кроме того, в это время активно работает головной мозг. Это лучшее время для учебы и работы.
7) Часы «У-ШИ» (11:00-13:00)
Активен меридиан сердца. Это лучшее время, чтобы устроить себе небольшой обеденный отдых. Это поможет восполнить энергию и повысить эффективность работы во второй половине дня.
8) Часы «ВЭЙ-ШИ» (13:00-15:00)
Активно работает меридиан тонкой кишки. Питательные вещества попадают в тонкую кишку, где обрабатываются ферментами и расщепляются. Поэтому в эти часы рекомендуется пить больше воды, чтобы разжижать кровь и защитить кровеносные сосуды.
9) Часы «ШЭНЬ-ШИ» (15:00-17:00)
Активен меридиан мочевого пузыря. Мочевой пузырь является главным органом для выведения шлаков и токсинов. Вот почему в это время нужно больше пить воды. В это время человек полон сил и энергии. Это создает хорошие условия для занятий любыми видами физической активности.
10) Часы «Ю-ШИ» (17:00-19:00)
В это время активен меридиан почек. Это пиковый период выведения шлаков и токсинов из организма. Поэтому следует увеличить количество питья, чтобы ускорить появление мочи и стимулировать выведение из организма ненужных и вредных веществ.
11) Часы «СЮЙ-ШИ» (19:00-21:00)
Активен меридиан перикарда. После легкого ужина можно выйти на прогулку. До 21:00 полезно выпить стакан воды или некрепкий чай. В это время следует массировать меридиан перикарда. Массаж меридиана перикарда способствует усилению функций сердца.
12) Часы «ХАЙ-ШИ» (21:00-23:00)
Активен меридиан трех обогревателей. В эти часы надо успокоится и обеспечить себе хороший отдых. Если нарушать этот естественный закон, то можно навредить здоровью. Чтобы иметь качественный сон в часы «ЦЗЫ-ШИ», необходимо заснуть до наступления 23:00.
Хронотипы человека.
Индивидуальные особенности суточных биоритмов называют хронотипом человека. Мы знаем о трёх хронотипах: совы, жаворонки и голуби. А учёные выделяют целых семь хронотипов, но для удобства они объединены в эти три группы.
Ранний хронотип — жаворонки — предпочитают ранний подъём. Легко просыпаются, наиболее активны и работоспособны по утрам, но быстро утомляются к вечеру, сонливость наступает уже в 20–22. Плохо адаптируются к изменению распорядка дня.
Средний хронотип — голуби — пробуждаются рано, клевать носом начинают с 22 до 24. Пики активности у них наблюдаются с 10 до 12 и с 16 до 18, а в обеденное время работоспособность падает.
Поздний хронотип — совы — ложатся спать после 24 часов. Наиболее активны в вечернее и ночное время, с утра у них плохая работоспособность.
Жаворонкам и голубям живётся проще в современном городском ритме. Совам по утрам трудно быть концентрированными, вникать в новый материал и быстро реагировать на изменения. В то же время этому хронотипу проще работать с объёмными домашними заданиями: к вечеру их работоспособность достигает пика, тогда как жаворонки и голуби уже начинают спать на ходу.
Однако, по словам учёных, ярко выраженный хронотип имеется всего у 20% людей. Остальные находятся как бы на стыке и при необходимости могут скорректировать свои биологические часы в нужную сторону.
Кроме того, многие люди, особенно школьники и студенты, ошибочно причисляют себя к совам. Зачастую отсутствие бодрости по утрам связано с недостаточным количеством сна, а вечерняя бодрость и бессонница до полуночи — с активным использованием ноутбуков и телефонов вечером. Яркий экран и постоянный поток информации мешают мозгу настроиться на плавный отход ко сну.
III. Материалы и методы исследования.
-Исследовательская работа проводилась в сентябре-декабре 2022 года.
-Материалами для исследования послужили данные измерения температуры, пульса и массы тела в утренние и вечерние часы на протяжении двух месяцев – сентября, октября 2022 года у членов семьи Павловых: отца, матери и сына.
-При выполнении работы использовались методы: измерения, ежедневная регистрация данных измерения: пульс, температура, масса тела. Составление графиков биологических ритмов. Использовались методы сравнения, анализа. Сравнение полученных результатов, суточных колебаний пульса, температуры, мыссы тела с научными данными этих биоритмов.
IV. Результаты работы и их обсуждение.
В течение сентября и октября 2022 года члены семьи Павловых: отец, мать и сын измеряли пульс, температуру и массу тела в утренние и вечерние часы. Ежедневные результаты записывались в дневник исследователя. Результаты суточных колебаний биологических ритмов на примере пульса, температуры и массы тела были занесены в 2 таблицы: за сентябрь и октябрь
Графики за сентябрь 2022г.
По суточным колебаниям пульса, температуры и массы тела за сентябрь для каждого члена семьи были составлены графики.
Результаты суточных колебаний биоритмов за сентябрь месяц.
1) Отец
-Суточные колебания пульса составили от 0.1-0.4, значений больше в утренние часы, чем в вечерние
-Температура тела в утренние и вечерние часы отличаются на 0.1-0.3оС (больше вечером). В 11 дней из 26 температура остается постоянной, т.е. колебаний температуры не наблюдалось
- Масса тела – наблюдается 100% колебание значений массы тела в большую сторону в вечерние часы от 0.1-0.5кг по сравнению с утром.
2) Мама
-Суточные колебания пульса соствили 0.1-0.5, значений больше в вечерние часы
-Температура тела в утренние и вечерние часы отличаются на 0.1-0.4оС (значения больше вчером)
-Масса тела – наблюдается 100% колебание значений массы тела в большую сторону в вечерние часы от 0.2 до 1.3кг по сравнению с утром.
3) Сын
-Суточные колебания пульса составляют от 0.2-0.9, значений больше в вечерние часы, чем в утренние
-Температура в утренние и вечерние часы отличаются на 0.1-0.6оС в большую сторону в вечерние часы.
-Масса тела – наблюдается 100% колебание значений массы тела в большую сторону в вечерние часы от 0.1-0.7кг по сравнению с утренними часами.
Графики за октябрь 2022г.
По суточным колебаниям пульса, температуры и массы тела за октябрь для каждого члена семьи были составлены графики.
Результаты суточных колебаний биоритмов за октябрь месяц у членов.
1) Отец
-В течение 13 дней суточные колебания пульса составили в 0.1-0.6, значений меньше в утренние часы, чем в вечерние; в остальные дни месяца колебания пульса также составили от 0.1-0.6, но значения больше в утренние часы, чем в вечерние.
-Температура тела в течение 20 дней октября месяца оставалась постоянной, т.е. колебаний температуры не наблюдалось. В остальные дни месяца колебания температуры между утренними и вечерними значениями составили от 0.1-0.4оС
-Масса тела – как и в сентябре, в октябре месяце наблюдается 100% колебание значений массы тела в большую сторону в вечерние часы от 0.2-0.6кг по сравнению с утром
2) Мама
-Колебание пульса в течение 18 дней составили от 0.1-0.8, значений в большую сторону вечером; в остальные дни – от 0.1-0.8 значений пульса в большую сторону утром
-В течение 14 дней колебание температуры составили от 0.1-0.7оС значений в большую сторону утром; в вечерние часы колебания в большую сторону составили от 0.1-0.4оС в остальные дни месяца
-Масса тела – наблюдается 100% колебание значений массы тела в большую сторону в вечерние часы от 0.2-0.7кг, по сравнению с утром
3) Сын
-Суточные колебания пульса составили от 0.1-0.7 значений больше в вечерние часы, чем в утренние
-Температурные колебания значений в утренние и вечерние часы составляют от 0.1-0.7оС в большую сторону утром
-Масса тела – наблюдается 100% колебаний значений массы тела в большую сторону в вечерние часы от 0.2-0.7кг по сравнению с утренними часами
V. Выводы по работе.
По результатам исследования можно сделать следующие выводы:
1) У всех членов семьи Павловых наблюдаются суточные колебания значений пульса, температуры и массы тела.
2) Колебания значений пульса за исследуемый период:
-у отца: в сентябре колебания пульса составили от 0.1-0.4 значений больше утренние часы; в октябре – от 0.1-0.6 значений меньше в утренние часы, чем вечером
-у мамы: в сентябре суточные колебания пульса составили от 0.1-0.5 значений больше в вечерние часы; в октябре – от 0.1 до 0.8 значений также больше в вечерние часы, чем утром
-у сына: в сентябре суточные колебания пульса составили от 0.2-0.9 значений больше в вечернее время; в октябре – от 0.1-0.7 значений больше также в вечернее время, чем утром
3) Суточные колебания температуры:
-у отца: в сентябре колебание значений составили от 0.1-0.3оС в утренние и вечерние часы; в октябре – значение температуры в течение 20 дней оставалось постоянным, незначительные колебания значений составили от 0.1-0.4оС
-у мамы: в сентябре значение колебаний составляли от 0.1-0.4оС в большую сторону вечером; в октябре – от 0.1-0.7оС значений в большую сторону утром
-у сына: в сентябре колебание значений от 0.1-0.6оС в большую сторону вечером; в октябре – колебания значений составляли от 0.1-0.7оС в большую сторону утром
4) Суточные колебания массы тела у всех членов семьи за сентябрь и октябрь месяца составляют увеличение массы тела в вечернее время:
-отец: в сентябре – от 0.1-0.5кг
в октябре – от 0.2-0.6кг
-мама: в сентябре – от 0.2-1.3кг
в октябре – от 0.2-0.7кг
-сын: в сентябре – от 0.1-0.7кг
в октябре – от 0.2-0.7кг
по сравнению с утренними часами.
5) Выдвинутая гипотеза, что значение биоритмов на примере пульса, температуры и массы тела будет отличаться между утренними и вечерними измерениями – подтвердилась.
VI. Библиография.
Анастасова Л.П. и др.
Человек и окружающая среда: Учеб. Для дифференцир. Обучения: 9 кл./Л.П.Анастасова, Д.П.Гольнева, Л.С.Короткова – М.: Просвещение, 1997, - 320 с.
Реймерс Н.Ф.
Краткий словарь биологических терминов: КН. для учителя. 2-е изд. – М.: Просвещение, 1995. – 368с.
Белоконева О. Триллионы беззвучных часов // Наука и жизнь, № 5, 2009.
Сесиль Невиль
Мой блокнот. Идеальный тайминг
Фрэнк Рамбаускас
Совы умнее жаворонков. Почему «магии утра» не существует и как совам преуспеть в мире, в котором правят ранние пташки
Тайны здоровья и нездоровья нашей жизни
Автор: Сергей Харлов