Бурное развитие цивилизации привело к значительным изменениям во всех сферах человеческой жизнедеятельности. Геометрически прогрессивно растёт объём информации, необходимый для дальнейшего развития общества, которое происходит в направлении дифференциации. Такое положение вещей с одной стороны облегчает человеческий труд, потому что наш мозг уже зачастую не способен вместить всё то количество информации, которое необходимо для ведения широкой высококвалифицированной трудовой деятельности. С другой стороны, это приводит к резкому расширению различных аспектов индивидуальной человеческой жизни (образа жизни, образования, двигательной активности). Другими словами, на требования, предъявляемые сегодня человеку бурным развитием цивилизации (освоением воздушного пространства, космоса, полярных районов планеты и Мирового океана), человек отвечает фенотипическими индивидуальными реакциями. От одних род их деятельности требует вести довольно активный образ жизни, иметь соответствующую физическую подготовку и подвергаться различным неблагоприятным испытаниям, а от других – совсем наоборот.
Поэтому сегодня стало понятно, что использование адаптации (adaptare, лат. – приспособлять) организма к различным факторам окружающей среды делает возможными свершения, которые вчера были неосуществимы, и позволяет сохранить здоровье в условиях, которые, казалось бы, неизбежно должны привести к болезни и даже смерти. Стало очевидным, что долговременная, постепенно развивающаяся и достаточно надёжная адаптация является необходимой предпосылкой расширения деятельности человека в экстремальных условиях среды, важным фактором повышения резистентности здорового организма и профилактики болезней. Целенаправленное применение долговременной адаптации для укрепления здоровья человека требует не только знания динамики приспособления, его многообразных вариантов, но, прежде всего, раскрытия внутренних механизмов адаптации.
Физиология адаптационных процессов изучает феномен адаптации как совокупность физиологических функций в их взаимосвязи с окружающей средой, а также взаимоотношения отдельных органов и систем в процессе адаптации. Термин адаптация обозначает совокупность физиологических реакций, обеспечивающих приспособление функций и структуры организма или его органа к изменению окружающей среды. Способность живых систем к приспособлению называют адаптивностью.
Процесс адаптации во все времена от периода охотников и собирателей до современного постиндустриального общества играет решающую роль в сохранении человечества и развитии цивилизации. Адаптация к недостатку пищи и воды, холоду и жаре, физическим и интеллектуальным нагрузкам, социальная межличностная адаптация, адаптация к стрессорным ситуациям красной нитью проходит через жизнь каждого человека.
Существует генотипическая и фенотипическая адаптация.
Генотипическая адаптация – это совокупность морфо-физиологических и поведенческих особенностей, детерминированных генотипом, направленных на поддержание гомеостаза и позволяющих организму существовать в данных условиях среды. Генотипическая адаптация стала основой эволюции, потому что её достижения закреплены генетически. Генотип как комплекс видовых наследственных признаков становится исходным пунктом следующего этапа адаптации, приобретаемой в процессе индивидуальной жизни.
Фенотипическую адаптацию можно определить как развивающийся в ходе индивидуальной жизни процесс, в результате которого организм приобретает отсутствовавшую ранее устойчивость к определённому фактору внешней среды и таким образом получает возможность жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью, решать задачи, ранее не разрешимые. Фенотипическая адаптация формируется в процессе взаимодействия особи с окружающей средой и обеспечивается глубокими структурными изменениями организма. Такие приобретённые в процессе жизни изменения развиваются за счёт экспрессии наличных генов. Они наслаиваются на фенотип и формируют реальный облик организма, в котором исходные генетические и приобретённые черты связаны между собой и трудно различимы.
Физиология адаптационных процессов изучает в основном фенотипическую адаптацию, так как этот процесс, специфический для каждого человека, развивается в ходе индивидуальной жизни и повышает резистентность (resistere, лат. – сопротивляться) организмов по отношению к различным неблагоприятным факторам. Специфическая резистентность – это устойчивость организма по отношению к определённому фактору. Неспецифическая резистентность – это устойчивость организма по отношению к различным факторам.
Вопрос о механизме фенотипической адаптации состоит в том, каким образом потенциальные генетически детерминированные возможности организма в ответ на требования среды преобразуются в реальные возможности.
1) срочная адаптация;
2) долговременная адаптация.
Срочный этап адаптационной реакции возникает непосредственно после начала действия раздражителя и, следовательно, может реализоваться на основе готовых, ранее сформировавшихся физиологических механизмов. Срочный этап протекает на пределе физиологических возможностей при полной мобилизации функционального резерва, однако необходимый эффект, диктуемый потребностями организма, может остаться неосуществимым или обеспечиваться далеко не эффективно случайным удачным движением.
Проявлениями срочной адаптации являются бегство животного в ответ на боль, увеличение теплопродукции в ответ на холод, рост лёгочной вентиляции и минутного объёма кровообращения в ответ на недостаток кислорода.
Срочный этап адаптации осуществляется за счёт готовых предсуществовавших механизмов и проявляется хорошо известным в физиологии высшей нервной деятельности периодом генерализованных двигательных реакций, или периодом эмоционального поведения.
Долговременный этап адаптации возникает постепенно, в результате длительного или многократного воздействия на организм факторов среды, что приводит к формированию структурных изменений (структурный «след» адаптации), которые принципиально увеличивают мощность функциональных систем, ответственных за адаптацию. Это составляет основу перехода от срочной (ненадёжной) адаптации к долговременной (гарантированной) – узловой момент адаптационного процесса, механизмы которого целесообразно рассматривать на основе учения о функциональных системах П.К.Анохина.
Реакция на любое новое и достаточно сильное воздействие среды обеспечивается, во-первых, системой, специфически реагирующей на данный раздражитель, и, во-вторых, стресс-реализующими адренергической и гипофизарно-адреналовой системами, неспецифически реагирующими в ответ на самые различные изменения в среде. Необходимо подчеркнуть, что поступающая в нервные центры на основе обратной связи информация о результате реакции – достигнутом адаптационном эффекте – является главным системообразующим, формирующим функциональную систему фактором.
Однако, наличие готовой функциональной системы или её образование само по себе ещё не означает устойчивой, эффективной адаптации. Для того чтобы сложилась устойчивая, гарантированная в будущем адаптация, необходимы время и некоторое количество повторений, т.е. закрепление нового стереотипа. При этом должен реализоваться определённый процесс, обеспечивающий фиксацию сложившихся адаптационных систем и увеличение их мощности до уровня, диктуемого средой.
Исследования показали, что таким процессом является активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, возникающая в клетках систем, ответственных за адаптацию, и обеспечивающая формирование системного структурного следа. Была также установлена зависимость активности генетического аппарата клетки от средней её функции, показателем которой может быть параметр, определяющий расход АТФ в клетке. Это говорит о возможности обратного развития процесса долговременной адаптации после прекращения действия адаптирующих факторов, что обусловливает деадаптацию.
Изолированные органы и клеточные структуры (ядра, митохондрии, элементы саркоплазматического ретикулума), взятые у адаптированных животных, сами по себе обладают повышенной устойчивостью к аноксии, реоксигенации, токсическим концентрациям катехоламинов, аутолизу при длительном хранении. Это явление обозначено как «феномен адаптационной стабилизации структур» (ФАСС). В молекулярных механизмах ФАСС важную роль играет экспрессия определённых генов. Следствием этого является накопление в клетках особых стресс-белков (молекулярная масса 71-72 кД), которые предотвращают денатурацию белков и, таким образом, защищают клеточные структуры от повреждения.
Адаптационные реакции организма на срочном и долговременном этапах своего формирования протекают при решающем участии нервно-гуморальных механизмов целого организма. В наиболее яркой форме это участие проявляется в виде стресс-реакции, открытой Г.Селье и обозначенной им как «общий адаптационный синдром». Суть этого термина состоит в том, что стресс не просто предшествует адаптации организма к новому фактору или ситуации среды, но играет действенную роль в адаптации за счёт широкого спектра гормонов и медиаторов, а именно формирует функциональную систему, эффективно реагирующую на данный фактор, и структурный след, увеличивающий мощность этой системы.
Вместе с тем известно, что в ситуациях, когда действующий на организм фактор чрезмерно силён, требуемая адаптационная реакция оказывается несостоятельной, а эффективная функциональная система и системный структурный след в ней не формируются. В результате первоначальные нарушения гомеостаза сохраняются, а стимулируемая ими стресс-реакция достигает чрезвычайной интенсивности и длительности и переходит в фазы истощения и декомпенсации. В этой ситуации данная реакция может превращаться из звена адаптации в звено патогенеза (дизадаптацию) с возникновением многочисленных стрессорных заболеваний – от язвенных поражений желудка и тяжелых повреждений сердца до бластоматозного роста.
Дизадаптация – это нарушение адаптивных реакций организма, процесс, обратный адаптации. Она приводит к дисфункции, т.е. невозможности для организма выполнять функции в результате нарушения структур, ответственных за адаптацию.
Таким образом, изучение различных адаптационных процессов является крайне важным и необходимым направлением на пути раскрытия патогенеза различных заболеваний и разработки их профилактики и лечения.
1) активный тип адаптации;
2) пассивный тип адаптации.
Активный тип адаптации осуществляется с помощью специфических адаптивных механизмов, в результате чего человек компенсирует изменения, вызванные стрессорным фактором, и гомеостаз сохраняется. Активная адаптация направлена на активную борьбу со стрессором, например, умение вступить в борьбу за выживание, сознательно управляя процессами жизнедеятельности организма.
Пассивный тип адаптации заключается в формировании определённой степени устойчивости к данному фактору. Эта адаптация протекает по типу толерантности (tolerantia, лат. – терпение) и направлена на примирение со стрессорным фактором, на приспособление к мирному сосуществованию с ним. Примером пассивной адаптации на уровне организма является умение избежать встречи с хищником путём пассивного оборонительного рефлекса замирания.
Специфические адаптивные механизмы, свойственные человеку, дают ему возможность переносить определённые отклонения интенсивности действующего фактора от оптимальных значений без нарушения нормальных функций организма (рис. 58). Зоны интенсивности действующего фактора, отклоняющие организм от оптимального состояния, но не нарушающие его жизнедеятельности, определяются как зоны нормы. Крайние сдвиги интенсивности определяются как зоны пессимума. Интенсивность фактора может отклоняться как в сторону её избытка, так и в сторону недостатка, поэтому по обе стороны от оптимума существуют две зоны нормы и соответственно две зоны пессимума.
Адаптация к любому фактору связана с затратой энергии. В зоне оптимума адаптивные механизмы не нужны, и энергия расходуется только на фундаментальные жизненные процессы. В это время организм находится в равновесии со средой. При выходе интенсивности действия фактора за пределы оптимума включаются адаптивные механизмы, требующие тем больше энергозатрат, чем дальше отклоняется действующий фактор от оптимального значения. Характерной чертой сформировавшейся адаптации является экономичность функционирования доминирующей системы, ответственной за адаптацию: результат достигается при минимальной затрате энергии.
Любое однократное воздействие стресс-фактора на организм человека изменяет уровень реакции на этот фактор при его повторном воздействии. При этом в организме формируется «вегетативная память», в основе которой лежит не только образование связей между центрами дистантных анализаторов, но и связи между различными системами организма. Это обеспечивает последующую дозированную ответную реакцию организма.
Поэтому сегодня стало понятно, что использование адаптации (adaptare, лат. – приспособлять) организма к различным факторам окружающей среды делает возможными свершения, которые вчера были неосуществимы, и позволяет сохранить здоровье в условиях, которые, казалось бы, неизбежно должны привести к болезни и даже смерти. Стало очевидным, что долговременная, постепенно развивающаяся и достаточно надёжная адаптация является необходимой предпосылкой расширения деятельности человека в экстремальных условиях среды, важным фактором повышения резистентности здорового организма и профилактики болезней. Целенаправленное применение долговременной адаптации для укрепления здоровья человека требует не только знания динамики приспособления, его многообразных вариантов, но, прежде всего, раскрытия внутренних механизмов адаптации.
Физиология адаптационных процессов изучает феномен адаптации как совокупность физиологических функций в их взаимосвязи с окружающей средой, а также взаимоотношения отдельных органов и систем в процессе адаптации. Термин адаптация обозначает совокупность физиологических реакций, обеспечивающих приспособление функций и структуры организма или его органа к изменению окружающей среды. Способность живых систем к приспособлению называют адаптивностью.
Процесс адаптации во все времена от периода охотников и собирателей до современного постиндустриального общества играет решающую роль в сохранении человечества и развитии цивилизации. Адаптация к недостатку пищи и воды, холоду и жаре, физическим и интеллектуальным нагрузкам, социальная межличностная адаптация, адаптация к стрессорным ситуациям красной нитью проходит через жизнь каждого человека.
Существует генотипическая и фенотипическая адаптация.
Генотипическая адаптация – это совокупность морфо-физиологических и поведенческих особенностей, детерминированных генотипом, направленных на поддержание гомеостаза и позволяющих организму существовать в данных условиях среды. Генотипическая адаптация стала основой эволюции, потому что её достижения закреплены генетически. Генотип как комплекс видовых наследственных признаков становится исходным пунктом следующего этапа адаптации, приобретаемой в процессе индивидуальной жизни.
Фенотипическую адаптацию можно определить как развивающийся в ходе индивидуальной жизни процесс, в результате которого организм приобретает отсутствовавшую ранее устойчивость к определённому фактору внешней среды и таким образом получает возможность жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью, решать задачи, ранее не разрешимые. Фенотипическая адаптация формируется в процессе взаимодействия особи с окружающей средой и обеспечивается глубокими структурными изменениями организма. Такие приобретённые в процессе жизни изменения развиваются за счёт экспрессии наличных генов. Они наслаиваются на фенотип и формируют реальный облик организма, в котором исходные генетические и приобретённые черты связаны между собой и трудно различимы.
Физиология адаптационных процессов изучает в основном фенотипическую адаптацию, так как этот процесс, специфический для каждого человека, развивается в ходе индивидуальной жизни и повышает резистентность (resistere, лат. – сопротивляться) организмов по отношению к различным неблагоприятным факторам. Специфическая резистентность – это устойчивость организма по отношению к определённому фактору. Неспецифическая резистентность – это устойчивость организма по отношению к различным факторам.
Вопрос о механизме фенотипической адаптации состоит в том, каким образом потенциальные генетически детерминированные возможности организма в ответ на требования среды преобразуются в реальные возможности.
Этапы фенотипической адаптации
В развитии большинства адаптационных реакций прослеживаются два этапа: 1) срочная адаптация;
2) долговременная адаптация.
Срочный этап адаптационной реакции возникает непосредственно после начала действия раздражителя и, следовательно, может реализоваться на основе готовых, ранее сформировавшихся физиологических механизмов. Срочный этап протекает на пределе физиологических возможностей при полной мобилизации функционального резерва, однако необходимый эффект, диктуемый потребностями организма, может остаться неосуществимым или обеспечиваться далеко не эффективно случайным удачным движением.
Проявлениями срочной адаптации являются бегство животного в ответ на боль, увеличение теплопродукции в ответ на холод, рост лёгочной вентиляции и минутного объёма кровообращения в ответ на недостаток кислорода.
Срочный этап адаптации осуществляется за счёт готовых предсуществовавших механизмов и проявляется хорошо известным в физиологии высшей нервной деятельности периодом генерализованных двигательных реакций, или периодом эмоционального поведения.
Долговременный этап адаптации возникает постепенно, в результате длительного или многократного воздействия на организм факторов среды, что приводит к формированию структурных изменений (структурный «след» адаптации), которые принципиально увеличивают мощность функциональных систем, ответственных за адаптацию. Это составляет основу перехода от срочной (ненадёжной) адаптации к долговременной (гарантированной) – узловой момент адаптационного процесса, механизмы которого целесообразно рассматривать на основе учения о функциональных системах П.К.Анохина.
Реакция на любое новое и достаточно сильное воздействие среды обеспечивается, во-первых, системой, специфически реагирующей на данный раздражитель, и, во-вторых, стресс-реализующими адренергической и гипофизарно-адреналовой системами, неспецифически реагирующими в ответ на самые различные изменения в среде. Необходимо подчеркнуть, что поступающая в нервные центры на основе обратной связи информация о результате реакции – достигнутом адаптационном эффекте – является главным системообразующим, формирующим функциональную систему фактором.
Однако, наличие готовой функциональной системы или её образование само по себе ещё не означает устойчивой, эффективной адаптации. Для того чтобы сложилась устойчивая, гарантированная в будущем адаптация, необходимы время и некоторое количество повторений, т.е. закрепление нового стереотипа. При этом должен реализоваться определённый процесс, обеспечивающий фиксацию сложившихся адаптационных систем и увеличение их мощности до уровня, диктуемого средой.
Исследования показали, что таким процессом является активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, возникающая в клетках систем, ответственных за адаптацию, и обеспечивающая формирование системного структурного следа. Была также установлена зависимость активности генетического аппарата клетки от средней её функции, показателем которой может быть параметр, определяющий расход АТФ в клетке. Это говорит о возможности обратного развития процесса долговременной адаптации после прекращения действия адаптирующих факторов, что обусловливает деадаптацию.
Изолированные органы и клеточные структуры (ядра, митохондрии, элементы саркоплазматического ретикулума), взятые у адаптированных животных, сами по себе обладают повышенной устойчивостью к аноксии, реоксигенации, токсическим концентрациям катехоламинов, аутолизу при длительном хранении. Это явление обозначено как «феномен адаптационной стабилизации структур» (ФАСС). В молекулярных механизмах ФАСС важную роль играет экспрессия определённых генов. Следствием этого является накопление в клетках особых стресс-белков (молекулярная масса 71-72 кД), которые предотвращают денатурацию белков и, таким образом, защищают клеточные структуры от повреждения.
Адаптационные реакции организма на срочном и долговременном этапах своего формирования протекают при решающем участии нервно-гуморальных механизмов целого организма. В наиболее яркой форме это участие проявляется в виде стресс-реакции, открытой Г.Селье и обозначенной им как «общий адаптационный синдром». Суть этого термина состоит в том, что стресс не просто предшествует адаптации организма к новому фактору или ситуации среды, но играет действенную роль в адаптации за счёт широкого спектра гормонов и медиаторов, а именно формирует функциональную систему, эффективно реагирующую на данный фактор, и структурный след, увеличивающий мощность этой системы.
Вместе с тем известно, что в ситуациях, когда действующий на организм фактор чрезмерно силён, требуемая адаптационная реакция оказывается несостоятельной, а эффективная функциональная система и системный структурный след в ней не формируются. В результате первоначальные нарушения гомеостаза сохраняются, а стимулируемая ими стресс-реакция достигает чрезвычайной интенсивности и длительности и переходит в фазы истощения и декомпенсации. В этой ситуации данная реакция может превращаться из звена адаптации в звено патогенеза (дизадаптацию) с возникновением многочисленных стрессорных заболеваний – от язвенных поражений желудка и тяжелых повреждений сердца до бластоматозного роста.
Дизадаптация – это нарушение адаптивных реакций организма, процесс, обратный адаптации. Она приводит к дисфункции, т.е. невозможности для организма выполнять функции в результате нарушения структур, ответственных за адаптацию.
Таким образом, изучение различных адаптационных процессов является крайне важным и необходимым направлением на пути раскрытия патогенеза различных заболеваний и разработки их профилактики и лечения.
Общие принципы адаптации
Существует два типа приспособления к внешним факторам: 1) активный тип адаптации;
2) пассивный тип адаптации.
Активный тип адаптации осуществляется с помощью специфических адаптивных механизмов, в результате чего человек компенсирует изменения, вызванные стрессорным фактором, и гомеостаз сохраняется. Активная адаптация направлена на активную борьбу со стрессором, например, умение вступить в борьбу за выживание, сознательно управляя процессами жизнедеятельности организма.
Пассивный тип адаптации заключается в формировании определённой степени устойчивости к данному фактору. Эта адаптация протекает по типу толерантности (tolerantia, лат. – терпение) и направлена на примирение со стрессорным фактором, на приспособление к мирному сосуществованию с ним. Примером пассивной адаптации на уровне организма является умение избежать встречи с хищником путём пассивного оборонительного рефлекса замирания.
Специфические адаптивные механизмы, свойственные человеку, дают ему возможность переносить определённые отклонения интенсивности действующего фактора от оптимальных значений без нарушения нормальных функций организма (рис. 58). Зоны интенсивности действующего фактора, отклоняющие организм от оптимального состояния, но не нарушающие его жизнедеятельности, определяются как зоны нормы. Крайние сдвиги интенсивности определяются как зоны пессимума. Интенсивность фактора может отклоняться как в сторону её избытка, так и в сторону недостатка, поэтому по обе стороны от оптимума существуют две зоны нормы и соответственно две зоны пессимума.
Адаптация к любому фактору связана с затратой энергии. В зоне оптимума адаптивные механизмы не нужны, и энергия расходуется только на фундаментальные жизненные процессы. В это время организм находится в равновесии со средой. При выходе интенсивности действия фактора за пределы оптимума включаются адаптивные механизмы, требующие тем больше энергозатрат, чем дальше отклоняется действующий фактор от оптимального значения. Характерной чертой сформировавшейся адаптации является экономичность функционирования доминирующей системы, ответственной за адаптацию: результат достигается при минимальной затрате энергии.
Любое однократное воздействие стресс-фактора на организм человека изменяет уровень реакции на этот фактор при его повторном воздействии. При этом в организме формируется «вегетативная память», в основе которой лежит не только образование связей между центрами дистантных анализаторов, но и связи между различными системами организма. Это обеспечивает последующую дозированную ответную реакцию организма.
Рис.58. Зависимость жизнедеятельности организма от интенсивности стрессора:
1 – энергозатраты; 2 – оптимальность жизнедеятельности.
Цена адаптации
Любые негативные последствия адаптации составляют «структурную цену адаптации». Это предпатологические или патологические изменения в организме, обусловленные его затратами для повышения устойчивости к действию стресс-фактора. Само явление цены адаптации определяется тем, что в процессе приспособления ресурсы организма затрачиваются целенаправленно на синтез нуклеиновых кислот и белков и формирование системного структурного следа, в то время как параллельно протекает процесс распада белка и разрушения структур и тем самым происходит истощение энергетических и пластических запасов организма. На стадии срочной адаптации независимо от стрессора в организме происходит резкое увеличение траты гормонов и нейромедиаторов стресса, что выражается отрицательным азотистым балансом, уменьшением массы тела, деструкцией митохондрий, лабилизацией лизосом, очаговыми микронекрозами в органах адаптивной функциональной системы. Эта совокупность сдвигов не ограничивается простым расходом энергии, а сопровождается разрушением и последующей реконструкцией структур, что составляет суть самого понятия «цена адаптации» и вместе с этим главную предпосылку превращения адаптации в болезнь. На этапе срочной адаптации это превращении становится особенно вероятным при имеющейся неполноценности какого-либо звена системы, ответственной за адаптацию. Например, при действии гипоксии на нетренированный организм возникнет горная болезнь, при чрезмерной физической нагрузке нетренированного организма может возникнуть острая недостаточность сердца и т.п.
При переходе срочной адаптации в долговременную дополнительное увеличение мощности доминирующей системы адаптации (синтез дополнительных популяций молекул РНК, белка; гипертрофия или гиперплазия клеток соответствующих органов и т.д.) выражает собой определённую структурную цену адаптации. При этом уменьшается выраженность стресс-реакции и организм успешно приспосабливается к данным условиям. Однако, если стресс-фактор чрезвычайно силён, то приспособительная реакция оказывается неосуществимой: функциональная система, ответственная за эту адаптацию, не формируется, а системный структурный след отсутствует. В этой ситуации стресс-реакция превращается из звена адаптации в звено патогенеза стрессорных заболеваний (язвенная болезнь, артериальная гипертензия, иммунодефициты, аритмии сердца и т.д.). Эти заболевания также представляют собой выражение структурной цены адаптации.
На стадии сформировавшейся долговременной адаптации, когда имеется системный структурный след в доминантной адаптивной функциональной системе организма и отсутствует стресс-реакция, снижается функция и структурный резерв других систем, подавленных доминантой. Такое доминирование одних и «разоружение» других систем организма составляет основу успешной узко специализированной адаптации к определённому фактору и вместе с тем становится предпосылкой болезней одностороннего развития, которые представляют собой выражение структурной цены адаптации.
Истощение организма при чрезмерно напряжённой адаптации приводит к тому, что большая нагрузка на доминирующие системы сопровождается чрезмерной гипертрофией клеток этой системы, а затем угнетением синтеза РНК и белка, нарушением обновления структур, их изнашиванием с развитием органного и системного склероза, что является структурной ценой данной адаптации.
Прямые и перекрёстные эффекты адаптации
В процессе адаптации к определённому фактору среды возникают прямые и перекрёстные эффекты. Прямой эффект адаптации связан с развитием адаптивных изменений в определённой доминирующей системе, ответственной за адаптацию к конкретному фактору внешней среды. Например, при действии на организм гипоксии возникает выраженная мобилизация внешнего дыхания и функции сердца. По мере развития адаптации происходит увеличение дыхательной поверхности лёгких, количество крови в лёгочных капиллярах, кислородной ёмкости крови и т.п. Эти сдвиги приводят к тому, что необходимое количество кислорода поступает в кровь и доставляется к тканям в условиях к гипоксии при незначительном увеличении внешнего дыхания и сократительной функции сердца.
Перекрёстный эффект адаптации связан с формированием системного структурного следа, который, как правило, содержит «избыточные» компоненты. Эти компоненты влияют на резистентность организма не только к тому фактору, к которому шла адаптация, но и к другим. Если при этом резистентность к другим факторам возрастает, то речь идёт о положительной перекрёстной адаптации, а если резистентность снижается, то мы имеем дело с отрицательной перекрёстной адаптацией.
Так, например, при адаптации к физической нагрузке, или гипобарической гипоксии помимо повышения эффективности транспорта кислорода наблюдается увеличение мощности регуляторной системы опиоидных пептидов, что повышает устойчивость организма к стрессорным нагрузкам. Одновременно развивается частичная атрофия супраоптического ядра гипоталамуса, где образуется антидиуретический гормон, и клубочковой зоны коры надпочечников, где образуется альдостерон. Это приводит к облегчению выделения из организма воды и соли, а поэтому возрастает устойчивость к факторам артериальной гипертензии. Адаптация к теплу повышает устойчивость к гипоксии и мышечной работе. Дегидратация организма повышает устойчивость к гипоксии. Всё это – примеры положительной перекрёстной адаптации, которая составляет основу адаптационной профилактики различных заболеваний. Примерами отрицательной перекрёстной адаптации являются снижение устойчивости к гипоксии, мышечной нагрузке, теплу и химическим факторам при адаптации к холоду; снижение устойчивости к холоду и снижение резистентности к инфекционным заболеваниям при адаптации к чрезмерной мышечной нагрузке и гипоксии и т.д. Таким образом, отрицательная перекрёстная адаптация является выражением цены адаптации и тем самым указывает на важное значение выбора режима и дозирования факторов среды для их использования в адаптационной медицине.
Адаптация к гипоксической гипоксии
Адаптация к гипоксической гипоксии – это физиологический процесс приспособления организма человека к существованию в условиях пониженного парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Адаптация организма к недостатку кислорода на начальном этапе проходит существенно иначе, чем адаптация к другим факторам среды. Отличие состоит в том, что гипоксия первично не действует на экстерорецепторы, и незаметно вторгается во внутреннюю среду, приводя к гипоксемии и нарушая гомеостаз. Под влиянием гипоксемии возникает увеличение функции систем, специфически ответственных за транспорт кислорода из окружающей среды в организм и его распределение внутри организма; развивается активация стресс-реакции, проявляющейся в мобилизации аппарата кровообращения и внешнего дыхания и в резко выраженном катаболическом эффекте. Следует различать адаптацию к гипобарической гипоксии (в условиях медицинских барокамер) и акклиматизацию (в условиях гор), так как в горах, помимо пониженного парциального давления кислорода в воздухе, на организм оказывают влияние температурный режим, высокая ультрафиолетовая радиация и др.
Различают:
1) низкогорье: 200-1400 м над уровнем моря (у приезжих в эти районы физиологические параметры в покое и при деятельности не отличаются от показателей у людей, проживающих в условиях равнины);
2) среднегорье: 1400-2500 м над уровнем моря (у приезжих в эти районы в покое и при умеренных физических нагрузках физиологические параметры существенно не отличаются от нормы, у большинства улучшается общее самочувствие, но отдельные лица около недели испытывают дискомфорт – тахикардию, повышение артериального давления, беспокойный сон и одышку при нагрузке);
3) обжитое высокогорье: 2500-4500 м над уровнем моря (у приезжих в эти районы отмечается снижение работоспособности и напряжение механизмов регуляции вегетативных функций; для адаптации к этим условиям требуются недели и даже месяцы);
4) снежное нежилое высокогорье: 4500 м и выше над уровнем моря (у приезжих в эти районы наблюдается резкое напряжение всех физиологических функций, особенно газотранспортной системы, значительное снижение работоспособности; пребывание на таких высотах отрицательно влияет на здоровье).
Большое значение в адаптации к гипоксии имеют длительность и сила воздействия последней, что вынуждает различать две полярных модели приспособления:
I) адаптация к кратковременному воздействию острой, значительной гипоксии, несовместимой с длительной жизнью (острая сублетальная гипоксия);
II) адаптация к длительной менее выраженной гипоксии:
1) адаптация к непрерывному воздействию высотной гипоксии (акклиматизация);
2) адаптация к прерывистой гипоксии (в лабораторных условиях и в клинике).
Понятно, что любая из вышеперечисленных разновидностей имеет свои специфические особенности, проявляющиеся на разных уровнях организации организма.
Острая гипоксия.
Острая гипоксия, в первую очередь отражается на деятельности центральной нервной системы, органов дыхания и кровообращения. Например, при подъёме неадаптированного человека на высоту 5000 м происходит мобилизация существующей функциональной системы, специфически ответственной за устранение гипоксемии в организме. Эта система включает в себя регуляторно связанные воедино органы кровообращения и внешнего дыхания, которые мобилизуются при возбуждении хеморецепторов аортально-каротидной зоны в ответ на гипоксемию. Однако развивающихся гиперфункции сердца и гипервентиляции лёгких оказывается недостаточно для устранения гипоксемии в этих условиях. Поэтому в течение короткого промежутка времени человек теряет способность критически оценивать ситуацию (эйфория, депрессия, истерические реакции и т.п.), осознавать опасность. При этом снижается умственная и физическая работоспособность, к чему присоединяется быстрая утомляемость, апатия, головокружение и сильная головная боль. Если острая гипоксия длится недолго (минуты), то эти изменения обратимы. При более продолжительном воздействии острой гипоксии возникают необратимые поражения мозга, вплоть до летального исхода. Наиболее грозными осложнениями глубокой кислородной недостаточности являются отёк мозга и лёгких.
Таким образом, при острой гипоксии имеет место срочный этап адаптации, который не успевает перерасти в долговременный этап адаптации из-за чрезмерности действующего фактора. Поэтому в результате этой адаптации системный структурный след не формируется, существующая функциональная система не эффективна и, следовательно, резистентность организма не увеличивается. Процесс срочной адаптации приводит к истощению функциональных резервов организма и быстрой декомпенсации его функций, что может закончиться летальным исходом. При этом функциональное состояние центральной нервной системы лимитирует устойчивость организма к острой гипоксии, а сдвиги в газотранспортной системе определяют эффективность приспособления к кислородному голоданию.
Адаптация к длительной гипоксии.
При длительном пребывании людей в условиях гипоксии, когда интенсивность гипоксического воздействия и её продолжительность для данного человека являются относительно хорошо переносимыми, срочная адаптация к гипоксии сменяется долговременной.
Срочный этап адаптации к гипоксии заключается в мобилизации функциональной системы, специфически ответственной за доставку кислорода к органам и генерализованного возбуждения ряда функций организма, прежде всего, функций высших отделов головного мозга, что проявляется нарушениями интеллектуальной и двигательной активности.
Затем дефицит богатых энергией фосфорных соединений в клетках систем, осуществляющих увеличенную функцию и подвергающихся действию гипоксемии, вызывает активацию синтеза нуклеиновых кислот и белков. Активация биосинтеза охватывает в процессе адаптации к гипоксии необычайно широкий круг органов и систем и приводит к формированию обширного системного структурного следа, обладающего разветвлённой архитектурой.
В сложной структуре компенсаторно-приспособительных процессов, развивающихся в организме человека на гипоксическое воздействие, выделяют 4 уровня координированных между собой механизмов:
1) механизмы, мобилизация которых может обеспечить достаточное поступление кислорода в организм, несмотря на его дефицит в окружающей среде (гипервентиляция, гиперфункция миокарда, увеличение кислородной ёмкости крови и др.);
2) механизмы, обеспечивающие достаточное поступление кислорода к мозгу, сердцу и другим жизненно важным органам, несмотря на гипоксемию (уменьшение расстояния диффузии для кислорода между капиллярной стенкой и мембранами клеток за счёт образования новых капилляров и повышения проницаемости клеточных мембран);
3) увеличение способности клеток утилизировать кислород и образовывать АТФ, несмотря на его дефицит (повышение сродства цитохромоксидазы, новообразование митохондрий, увеличение сопряжения окисления с фосфорилированием);
4) увеличение анаэробного ресинтеза АТФ за счёт активации гликолиза.
Разветвлённый структурный след, в той или иной мере охватывающий все органы и ткани, является причиной того, что адаптация к гипоксии сопровождается повышением резистентности организма ко многим другим факторам, т.е. обладает выраженным перекрёстным эффектом. Стадия устойчивой адаптации к гипоксии, возникшая в результате длительного пребывания в условиях умеренной высоты или сформировавшаяся в результате периодического действия гипоксии в условиях барокамеры, может быть использована в целях профилактики и лечения различных заболеваний. Так, адаптация к гипоксии оказывает положительное влияние на функцию и метаболизм сердца при экспериментальных пороках, инфаркте миокарда, эмоциональном стрессе, а также уменьшает количество экспериментальных язв в желудке. Ступенчатая продолжительная адаптация организма к условиям высокогорья после начальной непродолжительной реакции напряжения приводит к длительной активации факторов защиты и к общему повышению резистентности организма.
Адаптация к физической нагрузке
Физическая нагрузка – это самый естественный и древний фактор, воздействующий на человека, который обусловлен самой природой земной гравитации. Поэтому мышечная активность во все времена была важным звеном приспособления человека к окружающему миру. Но двигательная активность как атрибут жизнедеятельности не означает, что все люди могут выполнять длительную и интенсивную мышечную работу. Способность (тренированность) к такой работе приобретается в результате систематических воздействий физической нагрузки.
В течение жизни под влиянием различных требований внешней среды уровень двигательной активности изменяется в сторону его повышения или понижения.
Если человек изменяет образ жизни так, что его двигательная активность по необходимости становится высокой, то его организм должен приспосабливаться к этому состоянию. В случаях постоянной регулярной физической активности развивается специфическая адаптация, характеризующаяся перестройкой структуры мышечной ткани в соответствии с выполняемой повышенной функцией.
В основе этого механизма лежит активация синтеза нуклеиновых кислот и белков в мышечной ткани. Увеличение функции на единицу массы ткани вызывает изменение активности генетического аппарата: повышается количество информационной РНК, что приводит к увеличению числа рибосом и полисом, в которых происходит синтез белков. В конечном итоге, количество клеточных белков увеличивается и нарастает масса мышечной ткани, другими словами, возникает мышечная гипертрофия. При этом в митохондриях миоцитов увеличивается использование пирувата, что предотвращает повышение содержания лактата в крови и обеспечивает мобилизацию и использование жирных кислот, а это, в свою очередь, приводит к повышению работоспособности. В результате объём функции приходит в соответствие с объёмом структуры органа и организм становится адаптированным, или тренированным, к определённой физической нагрузке.
Если человек проводит усиленную тренировку в объёме, значительно превышающем его физиологический уровень, то структура мышц подвергается особенно выраженным изменениям. Объём мышечных волокон возрастает в такой степени, что кровоснабжение не справляется с задачей столь высокого обеспечения мышц. Это приводит к обратному результату – энергетика мышечных сокращений ослабевает и развивается дизадаптация.
Тренированный организм имеет следующие преимущества:
1) он может выполнять мышечную работу такой продолжительности или интенсивности, которая не под силу нетренированному организму;
2) он отличается более экономным функционированием физиологических систем в покое и при умеренных (непредельных) нагрузках, а при максимальных нагрузках достигает такого высокого уровня функционирования систем, который недостижим для нетренированного организма;
3) он обладает повышенной резистентностью к различным повреждающим воздействиям и неблагоприятным факторам.
Адаптация к различным воздействиям информации
Человек развивался в ходе эволюции благодаря интенсивному обращению информации. Получение информации связано с различными видами функциональной активности человека (двигательной и умственной деятельностью, эмоциями и др.). Полная изоляция человека от каких бы то ни было раздражений быстро приводит к нарушению режима сна, появлению зрительных и слуховых галлюцинаций и другим психическим расстройствам, которые могут стать необратимыми. Длительные ограничения поступления информации приводят к обратному развитию (деградации) существующих функций. Адаптация к отсутствию информации не носит укрепляющего характера, в ней не проявляются типичные черты активного приспособления, а преобладают лишь реакции, связанные со снижением функций и приводящие в конечном итоге к патологии.
С другой стороны, в условиях современного общества возрастает влияние информационных перегрузок, что требует от человека повышенного умственного и психического напряжения. Поэтому в условиях информационных технологий адаптация к информационным перегрузкам постепенно выходит на первый план. Зачастую информационные перегрузки являются причиной отрицательных эмоций и различных психологических реакций, имеющих защитный адаптивный характер. Нередко они сопровождаются вегетативными компонентами, такими как повышение артериального давления, головные боли, расстройства желудочно-кишечного тракта и т.д.
Адаптация к воздействию информации различается у лиц с различными типами высшей нервной деятельности. У крайних типов (холерики, меланхолики) такая адаптация является неустойчивой, что рано или поздно приводит к срыву психической деятельности и развитию неврозов, которые характеризуются дезорганизацией как психических, так и вегетативных функций.
Некоторые методы, повышающие общую резистентность организма
Закаливание. Закаливание – это система процедур, основанная на адаптации организма к неблагопрнятньым метеорологическим факторам и приводящая к повышенной устойчивости организма к различным неблагоприятным факторам окружающей среды. Для закаливания используется действие естественных факторов (воздуха, воды, солнца).
Сущность закаливания заключается в том, что за счёт постепенного искусственного воздействия метеофакторов терморегуляционные механизмы повышают свои возможности в поддержании температуры тела на постоянном уровне при различных воздействиях на человека. Закаливание позволяет нивелировать эмоциональный температурный стресс, каким является переохлаждение. Закаливание расширяет возможности адаптации организма к низким температурам или, наоборот, к высоким. Итак, закаливание – это умелое использование адаптационных механизмов организма.
Принципы закаливания:
1) систематичность;
2) постепенность;
3) последовательность;
4) учёт индивидуальных возможностей и состояния здоровья;
5) комплексность использования закаливающих процедур.
При закаливании воздухом на организм действует комплекс факторов: температура, влажность, подвижность. В результате закаливания тренируется «подвижность» сосудистых реакций.
Закаливание водой – это наиболее эффективное средство закаливания. При этом термический, механический и физико-химические факторы действуют в комплексе. Теплоёмкость воды очень большая, а теплопроводность в 28 раз выше, чем у воздуха. При закаливании водой главный фактор – это температура воды.
Водные процедуры лучше делать утром. Различают общие и местные процедуры. Местные – обтирание отдельных участков, ванны для рук, полоскание горла. Общие – обливание, душ, купание. Купание – одно из самых мощных, воздействий. Длительность купания определяется температурой воды. В первые дни – продолжительность купания не более 4-5 минут, затем доводится до 15-20 минут, а для закалённых – 25-30 минут.
Бани.
Бани – это гигиеническая процедура, принимаемая как с целью тренировки терморегулирующих механизмов (закаливания), так и с лечебной целью.
Вдыхание горячего воздуха значительно усиливает кровоснабжение слизистых верхних дыхательных путей и расслабляет гладкие мышцы бронхов, снижает эластическое сопротивление лёгочной ткани, что в целом улучшает процесс внешнего дыхания. Улучшается способность гемоглобина отдавать кислород тканям. Бани положительно влияют ка тонус автономной нервной системы: наблюдается «игра» тонуса – периодически повышается тонус то симпатической системы, то парасимпатической. Под влиянием адаптации к повышенной температуре в клетках различных органов синтезируются специфические белки – белки «теплового шока», которые стабилизируют клеточные мембраны, повышают их устойчивость к действию неблагоприятных факторов.
Last modified: Friday, 3 January 2020, 10:34 AM