1. RYTMY BIOLOGICZNE(zegary biologiczne)
Życie na Ziemi od chwili swojego powstania podlega wpływom Słońca
Rytmy biologiczne - cykliczna zmienność procesów fizjologicznych u wszystkich organizmów żywych (w tym u człowieka), następująca pod wpływem ruchu obrotowego i obiegowego Ziemi a nawet faz księżyca. Wiele funkcji wewnątrzustrojowych (krążenie krwi, oddychanie, przemiana materii) i parametrów fizjologicznych takich jak: ciepłota ciała, odczuwalność cieplna, tętno, ciśnienie krwi, praca serca, wydzielanie hormonów, skład krwi, poziom wapnia, potasu, magnezu itp.) podlega rytmicznym wahaniom. Człowiek ma wiele zegarów (rytmów) biologicznych od ich prawidłowego działania zależy zdolność do wykonywania pracy fizycznej i umysłowej. Każda żywa komórka posiada swój własny zegar biologiczny nastawiony na rytm zbliżony do dobowego ( 22-26 godzin). „Nadajnikiem czasu” dla żywej komórki jest przede wszystkim cykliczna zmienność natężenia promieniowania słonecznego (następstwo dnia i nocy, długość dnia i nocy ) Bodźce świetlne (promieniowanie widzialne) wywierają silny wpływ na układ wegetatywny działając poprzez wzrok na przysadkę mózgową. Na ukształtowanie się rytmów biologicznych wpływają także liczne czynniki społeczne (sen-praca-odpoczynek-pory posiłków).
Znane są także: 33 - dniowy rytm intelektualny, 28 - dniowy rytm psychiczny, 23 -dniowy rytm owulacyjny.
Chronobiologia: Znaczenie praktyczne dla planowania różnych form działalności człowieka (sport- rekordy ), diagnostyka lekarska.
Cykliczna (roczna) zmienność dopływu promieniowania słonecznego spowodowała wyodrębnienie tzw. biologicznych pór roku. Od połowy lutego do połowy maja - wiosna biologiczna, od połowy maja do połowy sierpnia - lato biologiczne, od połowy sierpnia do połowy listopada - jesień i od połowy listopada do połowy lutego - zima biologiczna. „Przesilenie wiosenne” - (luty-marzec) - okres małej zdolności do regeneracji sił po zimie, minimum siły mięśniowej i wydolności fizycznej, pojawianie się chorób sezonowych takich jak: choroby zakaźne,
Najlepiej poznany jest rytm okołodobowy (ryc. )
Jest to rytm snu i czuwania związany z ruchem obrotowym Ziemi (następstwo dnia i nocy ) i dopływem promieniowania słonecznego.
Dobowa zmienność czynności wegetatywnych przebiega w dwóch fazach: godz. 3-15 - (faza przedpołudniowa), 15- 3 (faza popołudniowa) - W fazie przedpołudniowej następują intensywne procesy chemiczne, gromadzenie energii w organizmie, w fazie popołudniowej zużywanie i rozkładanie różnych substancji wchodzących w skład komórek. Godz. 3 czas zwrotny, - niebezpieczeństwo wystąpienia wylewów, zapaści krążeniowe, krwotoki płucne, zejścia śmiertelne. Typy aktywności człowieka „skowronki”- typy przedpołudniowe (20%), „sowy” - typy popołudniowe (ok. 30%)
Z dobowymi zmianami różnorodnych procesów fizjologicznych można wiązać okołodobową rytmikę aktywności ruchowej i umysłowej człowieka (ryc. ). Największa sprawność umysłowa człowieka przypada na godziny ranne z maksimum około 10, a następnie po południu około 18.
Zakłócenia rytmu biologicznego okołodobowego i rocznego (u polarników, speleologów, zmiana stref czasowych, praca w godzinach nocnych). Praca w godzinach nocnych obniża odporność organizmu (zmęczenie - brak snu) i zmniejsza jakość wykonywanej pracy
Przy zmianie stref czasowych mogą wystąpić zaburzenia związane ze zmianą rytmu okołodobowego (senność i łaknienie - pojawia się według poprzedniego rytmu) Adaptacja do nowej strefy czasowej trwa około 5-6 dni, tzw. readatptacja - 2 dni
Regiony bioklimatyczne Polski
Na podstawie analizy częstości pojawiania się silnych bodźców fizycznych (meteorologicznych) takich jak liczba dni gorących, bardzo mroźnych, parnych, z silnym wiatrem, a także rozkładu przestrzennego różnych wskaźników termofizjologicznych, które pozwalają na określenie warunków sprzyjających przegrzaniu, czy przechłodzeniu wykonano mapę regionów bioklimatycznych Polski.
Na obszarze Polski można wyróżnić 6 regionów bioklimatycznych:
I - region nadmorski o bioklimacie silnie bodźcowym, obejmujący wybrzeże BałtykuII - region pojezierny o bioklimacie łagodnie bodźcowym, - III - region północno-wschodni (najchłodniejszy poza górami) o bioklimacie umiarkowanie bodźcowym,IV - region centralny o bioklimacie słabo bodźcowym.V - region południowo-wschodni, najcieplejszy, o zwiększonej bodźcowości termicznejVI - region podgórski i górski (Karpacki i Sudecki) o bioklimacie silnie bodźcowym. Największy obszar kraju obejmuje region IV o bioklimacie słabo bodźcowym, Nie wymagający adaptacji i readaptacji przy zmianie miejsca pobytu. Niewielkie różnice a natężeniu bodźców atmosferycznych obserwuje się między zachodnimi i wschodnimi krańcami kraju objętymi tym typem bioklimatu. Bioklimat łagodnie bodźcowy ( region II) obejmuje przede wszystkim wyżyny pojezierne na północy kraju, tutaj okres najkorzystniejszy dla człowieka trwa od kwietnia do października. Ten region bioklimatyczny (wraz z regionem IV polecany jest głównie ludziom starszym, rekonwalescentom po przebytych ostrych zdarzeniach kardiologicznych (zawały).Region III i V, panuje tu bioklimat umiarkowanie bodźcowy. Obejmuje Suwalszczyznę, Podlasie, a także Polskę południowo-wschodnią, gdzie okresowo mogą występować silne bodźce atmosferyczne spowodowane kontrastami termicznymi (temperatura powietrza) Panujący tu bioklimat jest pobudzający, hartujący a nawet ma cechy lecznicze. Region I i VI charakteryzuje się bioklimatem silnie bodźcowym obejmuje najmniejszy obszar kraju ograniczony do wybrzeża Bałtyku i wyższych partii Karpat i Sudetów. Ten typ bioklimatu charakteryzuje występowanie silnych bodźców radiacyjnych, termiczno-wilgotnościowych mechanicznych i akustycznych. Przebywanie w tym typie klimatu wymaga okresu adaptacji (2-5 dni) uzależnionego od wieku i stanu zdrowia oraz sprawnego układu termoregulacji. Nad morzem szczególnie silną bodźcowością wyróżnia się wybrzeże środkowe. Bodźcowość ta maleje zarówno w kierunku wschodnim jak i zachodnim.
Trzeba tu dodać, że regionalizacja bioklimatu daje obraz „przeciętny” a w Polsce nie ma miejscowości w których bioklimat byłby przez cały rok „silnie bodźcowy” lub „słabo bodźcowy”. Nawet w górach i nad morzem zdarzają okresy w których panuje klimat łagodnie i słabo bodźcowy (np. wrzesień, październik w górach, koniec sierpnia-początek września nad morzem. W każdym regionie bioklimatycznym można wyróżnić jeszcze dwa podtypy : jeden obejmujący swym zasięgiem obszary leśne o korzystnym działaniu na organizm człowieka oraz drugi - występujący na terenach zurbanizowanych
BIOKLIMAT GÓR
We wszystkich regionalizacjach i typologiach bioklimatycznych i na mapach obszary górskie są wydzielane w osobną jednostkę (region VI). Bioklimat gór zaliczany do typu „silnie bodźcowego” o cechach hartujących. Charakteryzuje się on występowaniem licznych odmian tzw. biotopoklimatu uwarunkowanych hipsometrią (wzniesieniem nad poziomem morza), orografią (rzeźbą terenu) ekspozycja dosłoneczną i dowietrzną.
O specyficznych cechach klimatu górskiego decyduje kilka czynników:
spadek temperatury z wysokością, (0,5-0,6 °C/100 m)
spadek ciśnienia atmosferycznego (1 hPa/8m), a przede wszystkim spadek ciśnienia cząsteczkowego tlenu,
wzrost natężenia promieniowania słonecznego na skutek zmniejszenia zachmurzenia w najwyższych partiach gór oraz dużej przeźroczystości atmosfery na skutek ubytku pary wodnej i pyłów. Promieniowanie słoneczne (w tym ultrafioletowe) padające na człowieka jest odbijane od wapiennych skał oraz od pokrywy śnieżnej a tzw. albedo sięga 80%. („ślepota śnieżna”). Natężenie promieniowania UV wzrasta z wysokością nad poziomem morza średnio o 6-8% na każe 1000 m wysokości. Promieniowanie słoneczne pochłonięte przez ciało człowieka osiąga największe wartości w marcu.
Występowanie systemu lokalnych wiatrów (dolinne-górskie na skutek różnicy w nagrzaniu dna dolin i zboczy).
Bardzo dobre warunki sanitarne - powietrze pozbawione zanieczyszczeń
- Cechy niekorzystne: występowanie wiatrów typu fenowego- jest to wiatr halny w Tatrach, fen w Sudetach, wiatry ryterskie i rymanowskie w Beskidzie Niskim. Zmienność pogody z dnia na dzień a nawet z godziny na godzinę (niebezpieczeństwo wypadków, lawiny, wyładowania atmosferyczne w czasie burz), suchość powietrza (odwodnienie).
Konieczność adaptacji dla ludzi zdrowych 2-3 dni.
W tym typie klimatu dobrze się czują ludzie młodzi, oraz osoby, których system termoregulacyjny jest sprawny. Niewskazany jest przy niedomogach układu krążenia (zasłabnięcia) i małej sprawności układu termoregulacyjnego (ludzie starsi, dzieci). Przy niewydolności układu krążenia pobyt w górach powyżej 800 m npm jest niewskazany (powikłania w chorobie wieńcowej).
Wzrost natężenia promieniowania słonecznego i spadek temperatury wraz z wysokością należy uznać za czynnik hartujący, usprawniający a nawet leczniczy . Także spadek ciśnienia z wysokością jest silnym bodźcem, z którym organizm człowieka zdrowego radzi sobie dość dobrze, a wewnętrzne ciśnienie krwi zachowuje się u ludzi zdrowych odwrotnie do ciśnienia barometrycznego.
Lecz u osób cierpiących na choroby układu krążenia (nadciśnienie) spadek ciśnienia wraz z wysokością może być przyczyną komplikacji zdrowotnych gdyż, u osób chorych - wzrost lub spadek ciśnienia krwi odbywa się równolegle do zmian ciśnienia atmosferycznego. Komplikacje zdrowotne jakie mogą się pojawić w górach zwane są często tzw. „choroba górską” Nudności i bóle głowy mogą pojawić się już nawet na wysokości 1-2 tys. m.
Niedobór tlenu wraz ze wzrostem wysokości pojawia się na skutek mniejszego ciśnienia cząsteczkowego. Jest on wyrównywany przez układ krwiotwórczy (szpik kostny), poprzez zwiększenie ilości hemoglobiny we krwi - substancji wiążącej tlen. W celu wyrównania tego niedoboru trzeba głębiej oddychać, chodzi bowiem o to, aby przy zmniejszającej się ilości tlenu zdobyć go dla organizmu jak najwięcej. Ten mechanizm przystosowawczy działa bez zarzutu do wysokości około 3000 m i jest wystarczająco efektywny. Tak więc spadek ciśnienia cząsteczkowego tlenu jest czynnikiem stymulującym układ krwiotwórczy i hartującym. Ludzie żyjący nawet na wysokościach >4 tys m są do tego genetycznie przystosowani, co przejawia się nawet w budowie ciała (szeroka klatka piersiowa, większa pojemność płuc), maja także większą ilość hemoglobiny we krwi.
BIOLOGICZNY WPŁYW WIATRU HALNEGO
Warunkiem wystąpienia wiatru halnego (fenowego) jest różnica ciśnienia atmosferycznego pomiędzy obszarami leżącymi na południe i północ łańcucha Karpat (ryc)
Wiatr typu fenowego to silny bodziec dla organizmu człowieka, szczególnie dla jego systemu nerwowego. Pod wpływem wiatru typu fenowego, następuje gwałtowana zmiana wartości kilku elementów meteorologicznych (temperatury, wilgotności powietrza, prędkości wiatru- dochodzi nawet 50m/s, powodując zniszczenia w lasach, topnienie pokrywy śnieżnej). W czasie wiatru halnego obserwuje się wzrost zawartości jonów dodatnich w powietrzu. Niekorzystne warunki meteorologiczne towarzyszące temu wiatrowi mogą bowiem wpływać z jednej strony na nasilenie agresywności z drugiej zaś na pogłębienie stanów depresyjnych, a nawet powodować kryzysy emocjonalne kończące się próbą samobójstwa. Wiatr typu fenowego wywołuje także uczucie niepokoju lub nawet stany lękowe, zmęczenie, znużenie i zdekoncentrowanie, zaburzenia snu i rytmu serca. Zdarzają się tez silne migreny. W czasie występowania tego typu wiatru dochodzi częściej niż zwykle do udarów mózgu i wypadków. Oprócz negatywnych reakcji zdarzają się także stany euforyczne i chęć działania w wyniku reakcji organizmu na stres jakim jest wiatr halny. Ten zespół reakcji fizjologicznych zwany jest czasem w literaturze "chorobą fenową"..
Badania nad zachowaniem psychicznie chorych, które prowadzono w Zakopanem wykazały, że w 50% przypadków pogorszenie ich samopoczucia ma miejsce w dniu wystąpienia wiatru halnego, w 16% w dniu poprzedzającym, a około 10% chorych odczuwa je nawet dwa dni po wystąpieniu tego zjawiska, przy czym około 60% pogorszeń stanu zdrowia tych chorych przypada w okresie od listopada do kwietnia, a wiec w okresie roku. Uwzględnienie wpływu wiatru halnego na samopoczucie zarówno ludzi chorych jak i zdrowych jest tym ważniejsze, że zjawisko to występuje w Tatrach z częstością około 100 dni w roku, a zasięg jego oddziaływania obejmuje znaczny obszar kraju od masywów górskich na południu po południowo zachodnią i środkową Polskę, a więc sięga daleko poza Podhale. W tym przypadku wiatr halny przyczynia się do przewietrzenia Kotliny Nowotarskiej.
Negatywny wpływ tego typu wiatrów jest czasem uwzględniany jako okoliczność łagodząca przy wymierzaniu wyroków za drobne wykroczenia (w Szwajcarii), w basenie Morza Środziemnego (sirocco, hamsin)
W literaturze biometeorologicznej znaleźć można doniesienia o negatywnym wpływie np. wiatru „Chinook”(„pożeracz śniegu”), wiejącego u stóp Gór Skalistych. Nawy lokalne wiatrów fenowych: w Kalifornii (Santa Ana, Santa Maria), w Grecji (Megas), w Andach (Zonda).
KLIMAT NADMORSKI
Zaliczany jest do klimatu silnie bodźcowego. O silnej bodźcowości tego typu klimatu decyduje przede wszystkim silny wiatr, często o charakterze bryzy morskiej (duże wartości ochładzania biologicznego), stosunkowo duże natężenie promieniowania słonecznego (okres na przełomie wiosny i lata).
Klimat nadmorski kształtowany jest przez masy wód Morza Bałtyckiego (morze chłodne, temperatura wody morskiej 15°C to początek sezonu kapieliskowego) , Woda morska w odróżnieniu od lądu wolniej się nagrzewa i wolniej traci ciepło (duża pojemność cieplna wody). Powoduje to, że temperatura powietrza w okresie lata i wiosny jest niższa niż w głębi lądu a wyższa jesienią i zimą ze względu ocieplający wpływ Bałtyku.
Specyficzną właściwością klimatu wybrzeża nadmorskiego jest występowanie w powietrzu aerozolu morskiego. Składa się on z kryształków soli morskiej i jodu. Powstaje w wyniku rozbryzgiwania fal morskich. Średnia zawartość chlorku sodu na plaży waha się znacznie i wynosi 1,1 do 45 ug/m3
Optymalne warunki do inhalacji naturalnego aerozolu morskiego występują w okresach wiatru od morza i podczas mgły. Ilość tej substancji w powietrzu zmniejsza się wraz z odległością od brzegu morza . I tak w odległości około 150 m. stanowi on 60% wartości obserwowanych na brzegu morza.
Aerozol morski ma właściwości lecznicze - wdychany osiada na śluzówkach górnych dróg oddechowych a cząsteczki soli mniejsze niż 1um docierają do pęcherzyków płucnych, a z nich docierają do krwioobiegu. Cząsteczki te wpływają na złagodzenie stanów zapalnych w oskrzelach, zmniejsza się też ich wrażliwość oskrzeli na alergeny. Pod wpływem aerozolu morskiego wzrasta pojemność płuc. (ważne dla dzieci). Aerozol osiadający na skórze łagodzi stany zapalne i alergiczne. W aerozolu morskim znajduje się też jod, który oddziałuje na tarczycę. Najwięcej jest go w powietrzu morskim podczas pogody słonecznej z maksimum występowania w godzinach południowych.
Cechą charakterystyczną klimatu wybrzeża ale również innych dużych zbiorników wodnych - jezior jest występowanie wiatrów o typie bryzy, są to wiatry o okresie dobowym wywołane różnym nagrzewaniem się lądu i powierzchni wody w ciągu dnia i nocy (ryc). Bryza morska dzienna wieje znad chłodniejszego morza na nagrzany ląd. Bryza morska nocna - przeciwnie znad szybko wychładzającego się lądu nad cieplejsze morze. Zjawisko bryzy morskiej znane jest od dawna i wykorzystywane przez rybaków, którzy wypływają na połów z bryzą nocną (lądową) a wracają z bryzą dzienną wiejącą od morza. Cyrkulacja bryzowa rozwija się szczególnie intensywnie na wybrzeżach mórz strefy podzwrotnikowej. W naszych szerokościach geograficznych wyraźne bryzy występują tylko latem przy pogodzie słonecznej i bez silnego wiatru.
Cecha charakterystyczną klimatu nadmorskiego jest duże zróżnicowanie przestrzenne i kontrastowość warunków odczuwalnych na niewielkim odcinku brzeg morski - plaża wydmy, (zalesione) obniżenia i zagłębienia międzywydmowe odczuwalnośc cieplna zmienia się od „bardzo zimno” do „gorąco” (ryc. )
Wydmy porośnięte lasem mają klimat odczuwalny łagodniejszy niż plaża, gdyż prędkość wiatru jest tu mniejsza a powietrze nasycone jest olejkami eterycznymi
Bioklimat uzdrowisk
Podstawą terapii uzdrowiskowej jest stosowanie naturalnych czynników leczniczych do których zalicza się: wody lecznicze, borowinę (balneoterapia), bodźce atmosferyczne (klimatoterapia), walory krajobrazu.
Lecznictwo uzdrowiskowe w Polsce ma długoletnią tradycję, sięgającą XI wieku. Wtedy już były znane źródła mineralne w Cieplicach Śląskich i Lądku. Ale rozwój uzdrowisk nastąpił dopiero w XVIII-XIX wraz z rozwojem medycyny, geologii i chemii.(Historia uzdrowisk patrz: „Bioklimat uzdrowisk polskich i możliwości jego wykorzystania w lecznictwie” autorzy: T. Kozłowska-Szczęsna i inni 2002).
Polska, z uwagi na swą budowę geologiczną (utwory trzeciorzędowe), jest zasobna w wody lecznicze, występują one przeważnie w rejonie Karpat i Sudetów, a także na Niżu Polskim. Są to na ogół solanki, szczawy, wody siarczkowe, radoczynne, termalne.
Obecnie status uzdrowiska posiadają 43 miejscowości w Polsce, które mają odpowiednie zasoby i walory środowiska przyrodniczego. Oprócz najstarszych takich jak: Cieplice, Lądek Szczawno, Jedlina, Duszniki, Kudowa, Swoszowice, Krynica, Iwonicz, status uzdrowiska otrzymały w ostatnich latach :Gołdap, Supraśl, Krasnobród, z uwagi na cenne złoża torfów leczniczych (borowiny).
Warunki bioklimatyczne uzdrowisk polskich są bardzo zróżnicowane i zależne nie tylko od regionu w którym się znajdują ale od warunków lokalnych: rzeźby terenu, szaty roślinnej i wysokości nad poziomem morza. Dotyczy to przede wszystkim uzdrowisk leżących w Karpatach i Sudetach.
Większość uzdrowisk (ryc. ) leży w regionach bioklimatycznych o klimacie silnie bodźcowym tzn. VI, (22) i I (5) W tym typie klimatu dobrze czują się kuracjusze zaadaptowani do klimatu górskiego bądź nadmorskiego. Okres aklimatyzacji trwa tu co najmniej 3 dni. Dobrze czują się też dzieci i ludzie młodzi o sprawnym układzie termoregulacyjnym. Nad morzem okres najkorzystniejszy dla klimatoterapii trwa od czerwca do września. W uzdrowiskach górskich i podgórskich klimatoterapia może trwać cały rok, z tym, że wrzesień i październiku są godne polecenia ze względu na małą zmienność pogody
Uzdrowiska nizinne położone w regionie bioklimatycznym IV (6) o klimacie słabo bodźcowym przeznaczone są dla ludzi starszych, często po przebytych tzw, ostrych zdarzeniach kardiologicznych (Konstancin, Ciechocinek, Inowrocław). Tutaj okres aklimatyzacjji jest bardzo krótki i trwa 1-3 dni. Okres najkorzystniejszy dla klimatoterapii to miesiące kwiecień - październik
Uzdrowiska położone w regionach: północno-wschodnim (III) i południowo-wschodnim (V) charakteryzują się warunkami umiarkowanie bodźcowymi ze względu na niską temperaturę powietrza w zimie (III) i wysoką w lecie (V). Okres najkorzystniejszy dla klimatoterapii to miesiące od maja do września.
Trzeba dodać, że każda zmiana klimatu związana ze zmianą miejsca pobytu stanowi dla człowieka chorego bodziec i może działać zarówno pobudzająco jak i stresująco. Okres przystosowania (aklimatyzacji) do nowych warunków zależy od kontrastowości klimatu miejsca zamieszkania i klimatu uzdrowiska.