Біологія. 8 клас. Страшко

§ 54. Фізіологічні механізми та гігієна сну. Біологічні ритми людини

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ТЕРМІНИ: сон, електроенцефалограма, фази сну, сновидіння, безсоння, біологічні ритми: уроджені, набуті, добові, місячні, сезонні; сонячна активність.

Сон — це життєво необхідний функціональний стан мозку та всього організму, що настає періодично й характеризується гальмуванням активної взаємодії організму з навколишнім середовищем і тимчасовим припиненням свідомої психічної діяльності.

Стан сну настає періодично, відповідно до біоритму «сон — активний стан (неспання)». Третину свого життя людина проводить у стані сну. Він дуже необхідний для людини й тварин. Дослідженнями встановлено, що позбавлення тварин сну на декілька діб призводить до їхньої загибелі. А розлади сну в людини спричиняють виснаження нервової системи й зниження працездатності.

Фізіологічні механізми сну. Іван Павлов установив, що сон і умовне гальмування за своєю природою — єдиний процес. Відмінність між ними полягає тільки в тому, що умовне гальмування під час активності охоплює лише окремі групи нейронів, а під час сну воно поширюється на кору півкуль головного мозку та підкіркові відділи (рис. 175).

Учені не виявили в мозку центру сну, але вони зробили висновок, що існує функціональна система, яка забезпечує взаємодію процесів сну й активності. Так, було встановлено значення в регуляції процесів сну й активності ретикулярної формації, гіпоталамуса й таламуса та з’ясовано механізми взаємодії між ними й корою півкуль головного мозку. Стало відомо, що сигнали, які надходять із периферичних частин аналізаторів через ці структури в кору півкуль головного мозку, активізують її й підтримують стан активності. Зменшення інтенсивності цих сигналів, що настає періодично в певний час доби, спричиняє сон. Майже повне усунення цих сигналів, наприклад виключення ретикулярної формації завдяки снодійним препаратам, приводить до настання глибокого сну. Уважають, що значну роль у регуляції активності та сну відіграють нейрохімічні процеси.

Виявлено нейромедіатори, взаємодія між якими забезпечує певний стан організму. Так, активність підтримує нейромедіатор норадреналін, а сон — серотонін.

Фізіологічні зміни під час сну. Уві сні в організмі людини відбуваються такі найсуттєвіші процеси: зниження активності центральної нервової системи, зокрема кори великих півкуль головного мозку, вимкнення свідомості, зниження м’язового тонусу й усіх видів чутливості. Умовні та безумовні рефлекси загальмовуються. Щоб викликати в людини, яка спить, ту чи іншу рефлекторну реакцію, потрібно застосувати значно більшу силу подразнення, аніж у період неспання.

Рис. 175. Стан кори великих півкуль головного мозку та підкіркових структур під час активності (а) і сну (б)

Під час сну зменшується частота серцевих скорочень і надходження крові до тканин та органів (зокрема й до головного мозку), що супроводжується зниженням інтенсивності обміну речовин на 8-10 % та температури тіла на 0,5-1 ° С.

Під час сну в мозку людини відновлюються та синтезуються речовини, потрібні для її життєдіяльності: білки, жири, нейромедіатори тощо. «Хімічна лабораторія» мозку напружено працює саме вночі.

Згідно із сучасними уявленнями, сон для організму людини — не тільки відпочинок, а й праця, спрямована на переробку найрізноманітнішої інформації, накопиченої мозком протягом дня.

Уважають, що нова інформація, яка надійшла до головного мозку протягом дня, уві сні порівнюється з минулими враженнями, що зберігаються в пам’яті, аналізується, а іноді й докорінно переробляється. У сні новоутворені протягом дня нервові зв’язки поєднуються зі зв’язками, уже сформованими раніше. Інформація закріплюється й зберігається в механізмах довготривалої пам’яті. Через це, особливо за наявності домінуючого центру (наприклад, невирішеної наукової проблеми), до людини під час сну можуть «приходити» геніальні рішення. Так, Д. Менделєєву наснилася його періодична система хімічних елементів.

Про те, що робота мозку під час сну не припиняється, можна зробити висновок на підставі біопотенціалів, які відображають його біоелектричну активність. Електричні біопотенціали є результатом підсумовування біоелектричних процесів, що відбуваються в клітинах мозку та свідчать про його активну діяльність.

Електричні явища в живому організмі першим відкрив у 1791 р. італійський анатом і фізіолог Луїджі Гальвані.

Біопотенціали мозку записують у вигляді електроенцефалограм (енцефалум з грецьк. мозок). Завдяки їм було з’ясовано, що мозок людини має різну біоелектричну активність у бадьорому стані, під час засинання та сну, а також виявлено наявність певних фаз сну. Це свідчить про те, що сон є складним і неоднорідним фізіологічним станом (рис. 176).

Фази сну. Фаза повільного сну — глибокий без сновидінь сон, що становить 75-80 % від усієї його тривалості. У цей час уповільнюється серцева діяльність, інтенсивність обміну речовин і процесів газообміну, зменшується температура тіла, розслаблюються скелетні м’язи, майже зникають усі види чутливості (дотикова, больова, слухова тощо). Мислення припиняється (рис. 177).

Ця фаза сну має чотири стадії, що відрізняються за електроенцефалографічними фізіологічними показниками зростання глибини сну: від стадії дрімання до найглибшого сну.

Швидкий сон становить 20-25 % від усього сну. Під час цієї фази, порівняно з фазою повільного сну, трохи посилюється серцева діяльність і дихання, менш розслабленими стають скелетні м’язи, дещо збільшується чутливість, прискорюється обмін речовин і підвищується температура тіла. Однак зростає й гальмування певних ділянок кори головного мозку, тому людину важче розбудити. Вона починає бачити сни. Очні яблука при цьому швидко рухаються, наче людина переглядає кінофільм (рис. 178).

Рис. 176. Електроенцефалограма: а) в активному стані; б) у стані засинання; в) у стані повільного сну; г) у стані швидкого сну

Рис. 177. Повільний сон

Рис. 178. Швидкий сон

Повільна та швидка фази сну змінюють одна одну декілька разів з проміжками 80-120 хв; за ніч спостерігається 4-6 таких циклів. Зазвичай із такими ж проміжками виникають сновидіння (рис. 179).

Сновидіння — образні уявлення, нерідко дуже яскраві, фантастичні, емоційно забарвлені, виникають під час швидкого сну через те, що різні ділянки кори головного мозку гальмуються неоднаково. Деякі з них — перезбуджені (пригадаймо домінуючі центри кори головного мозку) — можуть майже не гальмуватися й підкоряти собі всі інші мозкові центри. Під час сновидінь можуть активізуватися сліди довготривалої пам’яті, пов’язані навіть із випадковими враженнями далекого минулого. Саме тому вві сні людина може розв’язати складне завдання або пригадати місцезнаходження потрібної речі, про що давно забула.

Характер снів залежить від ступеня емоційності людини, а також від того, яке мислення — образне чи абстрактне — у неї переважає.

Через гальмування певних зон кори головного мозку інші зони можуть стати чутливішими, аніж удень. Наприклад, людині, яка ніби добре себе почувала, уночі може наснитися сон про якусь хворобу. Це явище спричиняють слабкі імпульси від хворого органа, які вдень заглушені безліччю сильніших. Під час сну вони вільно, без перешкод потрапляють до певних центрів головного мозку. На такі сни необхідно звертати увагу.

Сновидіння бувають компактними в часі: за лічені секунди людині може наснитися значний проміжок життя з безліччю яскравих подій.

Безсоння і гігієна сну. Поки людина здорова, сон у неї настає вчасно, легко та природно. Однак якщо часто порушувати розпорядок дня — пізно лягати спати, працювати вночі або якщо нервова система перезбуджена денними емоційними хвилюваннями, різними шкідливими звичками чи за деяких захворювань (атеросклероз судин головного мозку, гіпертонічна хвороба), — може виникнути безсоння. Воно також є супутником гіподинамії.

Рис. 179. Фази сну людини протягом ночі

Безсоння — це порушення нічного сну: утруднене засинання, надто раннє пробудження, часті прокидання серед ночі чи повне зникнення нічного сну. Воно виснажує людину. Через сонливість удень вона не може повноцінно навчатися або працювати, бо порушується увага, пам’ять, зменшуються навіть фізичні сили. У такому стані людина психічно надто вразлива, постійно роздратована, незадоволена собою, людьми чи обставинами життя. Усе це веде до розвитку неврозу.

Скільки годин має спати людина. Новонароджена дитина спить до 21 год на добу, у 6-12 місяців — 14 год, від року до чотирьох — 12, від 4 до 10 років — 10 год. Школярам, починаючи з 4 класу, треба спати 8-9 год, дорослій людині — не менше 7-8 год на добу.

Щоб мати здоровий, міцний сон, необхідно дотримуватися таких правил: лягати спати в один і той самий час, аби утворився умовний рефлекс; легка вечеря має бути не пізніше як за дві години до сну; потрібно уникати активної, збуджувальної діяльності за одну-дві години до сну; не пити на ніч кави чи міцного чаю; перед сном корисні прогулянки на свіжому повітрі, тепла ванна (37 °С) протягом 8-10 хв. Кімнату, де ви спите, треба добре провітрювати. Дуже корисно спати з відчиненою кватиркою.

У разі порушення сну можна пити відвари глоду, валеріани, кропиви собачої, меліси. Якщо ці засоби не допомагають, треба звернутися до лікаря.

Це треба пам’ятати! Не порушуйте режим сну. Дотримуйтеся правил гігієни сну.

Фізіологічні основи існування біологічних ритмів людини. Упродовж мільйонів років на всі живі організми Землі діє «зовнішній годинник»: за рік Земля обертається навколо Сонця, 28 днів Місяць обертається навколо Землі, 24 години Земля обертається навколо своєї осі. Ці процеси приводять до періодичної зміни освітлення, температури та вологості довкілля, зміни потоків сонячних променів, напруження електромагнітних полів тощо.

Щоб вижити, живому організму треба було пристосувати свої функції до природних ритмів (рис. 180). Так упродовж еволюції виникла та спадково закріпилася доцільна пристосувальна реакція всього живого — біологічні, або фізіологічні, ритми — періодичні ритмічні коливання всіх процесів життєдіяльності. Їхня роль полягає в синхронізації (від грецьк. префікса син-, що означає — узгодженість, і хронос — час) внутрішніх фізіологічних процесів і періодичних змін довкілля.

Рис. 180. Організм людини підпорядковується зовнішнім природним ритмам

Наприклад, у середніх широтах багато тварин узимку перебувають у стані сплячки, що допомагає їм легше пережити несприятливий період. Розбуджений узимку ведмідь здебільшого не доживає до весни.

Людина часто порушує споконвічний стан природи. Помічено, що масова загибель черепах біля морських берегів Австралії була пов’язана з яскравим освітленням уночі приморських вулиць. Вона припинилася, коли екологи добилися вимкнення нічних ліхтарів у цих районах.

Види біологічних ритмів. Існує велика кількість різних біологічних ритмів. Серед них є — набуті та вроджені.

Набуті біологічні ритми пов’язані із соціальною сутністю людей, зокрема з навчальною або трудовою діяльністю, і ґрунтуються на умовних рефлексах. Таким, наприклад, є щотижневий (7-денний) ритм. Помічено, що людина продуктивніше працює в середині тижня, аніж на його початку або в кінці. Переконливих даних про існування вроджених 7-денних ритмів учені не отримали. Найімовірніше, це звичка, що сформувалася в людства ще з давніх часів.

Уроджені біологічні ритми для людини є основними, бо вони закріплені в спадкових механізмах.

Добовий ритм — ритм із періодом 20-28 год — найважливіший для адаптації людини й найстаріший з точки зору еволюції. Він є наче «диригентом» усіх інших фізіологічних ритмів.

Усі фізіологічні показники людини (понад 300) підпорядковані добовому ритму. Дуже важливим, на думку вчених, є періодичне надходження в кров певних гормонів (особливо адреналіну), поділ клітин крові переважно у вранішні години, активність ниркових клубочків між 3-ю год ночі та 6-ю год ранку, збільшення біоелектричної активності мозку між 8-13-ю год дня та 16-18-ю год вечора.

Найбільші відмінності у фізіологічних показниках спостерігаються в денні та нічні години. Особливо це стосується всіх видів обміну речовин та енергії. Температура тіла — наочний приклад цього. Так, уночі людина має найнижчий рівень обміну речовин і найнижчу температуру тіла, яка підвищується до ранку й досягає максимуму в другій половині дня. Уважають, що це регулює гіпоталамус.

Обмінний і температурний ритми повторюють усі інші фізіологічні системи організму: удень зростає частота серцевих скорочень, частішає дихання, підвищується артеріальний тиск (рис. 181).

Щодня до моменту пробудження, начебто передбачаючи зростання активності організму, активізується симпатична нервова система (учені вважають, що вона «прокидається» ще до пробудження людини), і в крові зростає рівень адреналіну. Так заздалегідь формуються адаптаційні реакції для здійснення денної активної праці: частішають серцеві скорочення й дихання, трохи підвищується артеріальний тиск.

До вечора концентрація адреналіну в крові зменшується й активність усіх фізіологічних систем організму знижується. Зменшення концентрації адреналіну у вечірні години — обов’язкова умова сну. Якщо вона не знижується, виникають безсоння й тривога.

Рис. 181. Високочастотні біологічні ритми людини

Це треба пам’ятати! Алкоголь значно порушує добовий ритм. Учені з’ясували, що після вживання 300 мл горілки звичайний ритм повністю відновлюється лише на третю добу.

Значення добового ритму для режиму праці та відпочинку. Високої працездатності та хорошого самопочуття можна досягнути тільки за умови, коли ритм життя (режим) людини збігається з властивим її організму ритмом фізіологічних функцій. Тому кожна людина повинна вміти розумно організовувати режим праці та відпочинку, суворо дотримуватися сталого розпорядку дня, лягати спати та прокидатися в один і той самий час. Так само, в одні й ті ж години, треба вживати їжу.

Потрібно враховувати й те, що майже для всіх людей найвища працездатність настає між 8-13-ю та 16-18-ю год. Уночі працездатність знижується, особливо в інтервалі від 1-ї до 3-ї год. Робота в цей час є несприятливою для організму.

Індивідуальні особливості добового ритму та їхнє значення. Не всім притаманні подані вище добові коливання працездатності. Одні люди — їх називають жайворонками — мають високу працездатність протягом першої половини дня. Зазвичай уранці краще працювали письменники Л. Толстой, А. Чехов, Е. Хемінгуей. Голуби — ними є більшість людей, які працездатні в зазначені вище денні години. Сови — засинають пізно, уранці важко прокидаються, найпрацездатніші вони протягом другої половини дня або пізно ввечері чи навіть уночі. Так, часто вночі працювали Д. Менделєєв та О. де Бальзак.

Індивідуальні особливості добових ритмів по можливості треба враховувати в режимі праці та відпочинку, щоб ефективніше навчатися й працювати.

Місячні ритми найчастіше пов’язані з коливаннями гормональної активності. Найтиповішим серед них є менструальний цикл у жінок. У чоловіків помічені коливання росту бороди та вусів, статевої активності. Упродовж місяця дещо коливається маса тіла й працездатність.

Сезонна ритмічність. Восени лікарі спостерігають більшу схильність людей до стресових реакцій, хвороб серцево-судинної, травної та дихальної систем, а в грудні-січні — найменшу кількість нервових і психічних хвороб. Весняні місяці спричиняють підвищення життєдіяльності, приплив сил, поліпшення самопочуття та гарний, оптимістичний настрій.

Вплив сонячної активності на організм людини. Приблизно 200 років тому вчені встановили, що через кожні 11,2 року спостерігається збільшення (приблизно в 10 разів) сонячної активності з підвищенням інтенсивності ультрафіолетового випромінювання. На Землі це проявляється магнітними бурями, різкими змінами атмосферного тиску, температури та вологості повітря, які супроводжуються зливами, грозами, посухами; зростає ймовірність землетрусів і повеней. Можуть поширюватися епідемії інфекційних і загострення хронічних хвороб.

Найгірше почувають себе в період підвищеної сонячної активності літні люди, хворі на серцево-судинні хвороби, особливо такі, як гіпертонічна й ішемічна, а також діти. Учені реєструють збільшення випадків різних порушень нервової, ендокринної, серцево-судинної, дихальної та психічної діяльності, масові сильні емоційні реакції людей. Виникають дискомфорт, порушення сну, втрачається апетит, підвищується температура.

Думаємо, розуміємо, відповідаємо. 1. Дайте визначення поняття «сон». Поясніть, чому сон є життєво необхідним станом організму. 2. З’ясуйте фізіологічні механізми сну. 3. Доведіть, що робота мозку під час сну не припиняється, а за деякими показниками — навіть активізується. 4. Поясніть фізіологічні механізми сновидінь і доведіть, що в снах немає нічого «таємничого». 5. Що таке безсоння? Визначте його причини та наслідки. Назвіть правила, дотримання яких дає змогу людині мати здоровий сон. 6. З’ясуйте фізіологічні основи біологічних ритмів людини. 7. Визначте, чому добовий ритм найважливіший для організму людини. З якими фізіологічними процесами він пов’язаний? 8. Обґрунтуйте, яке значення має добовий ритм для розпорядку дня кожної людини. 9. Поясніть індивідуальні особливості добового ритму в різних людей. Обґрунтуйте, чи може сучасна людина суворо дотримуватися своїх індивідуальних особливостей добового ритму. 10. Визначте вплив сонячної активності на організм людини.

Самостійна робота з підручником. 1. Розгляньте рис. 180 і поясніть, як організм людини підпорядковується зовнішнім природним ритмам. 2. Поясніть, чому набуті фізіологічні ритми пов’язані із соціальною сутністю людини. Наведіть приклади (щодо робочого тижня, канікул, святкових і вихідних днів).

Запитання для допитливих. Чому люди позіхають? Поясніть фізіологічний механізм позіхання.

Домашнє завдання. 1. Складіть пам’ятку-пораду запобігання безсонню. 2. Визначте, хто ви — жайворонок, голуб чи сова. Порівняйте висновок із своїм режимом дня. Обміркуйте, як, не порушуючи дисципліни в школі, поліпшити свій режим дня й разом із цим — свою працездатність і самопочуття.

Це цікаво знати. Сон, що розвивається в людини і тварин під дією гальмівних умовних подразників, І. Павлов називав активним, протиставляючи йому пасивний сон, що виникає у випадку припинення або різкого обмеження притоку сигналів від органів чуттів до кори великих півкуль головного мозку.