Адаптация организма к условиям внешней среды и её механизмы. Биологические ритмы организма. Что такое «адаптация» и каковы ее механизмы? Стадии формирования долговременной адаптации
Адаптация есть, несомненно, одно из фундаментальных качеств живой материи. Есть различные классификации адаптации в зависимости от того, какие критерии положены в их основу.
По степени врождённости различают генотипическую и фенотипическую адаптации. Генотипическая адаптация – это совокупность врожденных признаков, которые помогают организму приспособиться к конкретным условиям обитания. Наглядным примером здесь является большинство расовых признаков (чёрная кожа, узкие глаза и т.д.). Фенотипическая адаптация – это совокупность признаков, приобретённых организмом в течение жизни. К фенотипической адаптации относят, например, все изменения организма, связанные с трудовой или спортивной деятельностью.
По продолжительности формирования и проявления адаптационных реакций различают краткосрочную и долгосрочную адаптацию. Так, при физической нагрузке проявлениями краткосрочной адаптации будут являться: увеличение частоты сердечных сокращений, повышение давления крови, учащение дыхание. Многократные физические упражнения приведут к формированию таких долгосрочных адаптационных признаков, как увеличение мышечной массы, укрепление кровеносных сосудов, увеличение мощности сердца.
По характеру проявления адаптационных реакций предлагаю различать несколько видов адаптации: биохимическую, морфологическую, физиологическую, психологическую и социальную.
Биохимическая адаптация подразумевает различные перестройки метаболических процессов, вызванные тем или иным воздействием. Например, в условиях голода, когда в организме возникает недостаток энергетических ресурсов, активизируются процессы расщепления жиров, а в условиях избыточного питания, наоборот, процессы их накопления.
Морфологическая адаптация – проявляется в виде различных структурных изменений на клеточном, тканевом, органном или организменном уровнях. К этому виду можно отнести увеличение толщины рогового слоя кожи при частых механических воздействиях, увеличение мышц при занятиях спортом, потемнение кожи (наличие загара) под влиянием ультрафиолетовых лучей и т.п.
Физиологическая адаптация – это изменение характера функционирования различных систем организма, например тренировка системы терморегуляции под влиянием закаливания или изменение диаметра зрачка глаза при различной освещенности.
Психологическая адаптация осуществляется на уровне психических процессов, таких, как мышление, память, эмоции, речь и т.д. Например, наши эмоции быстро и точно передают окружающим информацию о нашем состоянии и наших намерениях. Это облегчает приспособление к окружающей среде. К механизмам психологической адаптации относят также различные формы поведения. Например, спасаясь от жары, человек находит укрытие, пьёт воду, включает кондиционер.
Социальная адаптация подразумевает участие в адаптационном процессе нескольких организмов, когда приспособление возникает в результате их совместной деятельности. Например, детёнышу не нужно искать тепло, защиту, пищу и т.д. – он получает все это от родителей, то есть в результате социальной адаптации. Более сложные формы социальной адаптации – это знание языка и традиций окружающих, получение профессии и т.п.
В целом процесс адаптации представляет собой сложную многокомпонентную систему, включающую одновременно несколько механизмов. Причём с целью экономизации адаптационных ресурсов организма сначала срабатывают механизмы социальной адаптации, если они малоэффективны (или их нет вообще) – поведенческие реакции и т.д.
Так, для защиты от холода в нашем организме существует множество приспособительных реакций, назначение которых – повышение уровня обмена веществ, приводящее в итоге к разогреванию организма. Это биохимическая адаптация. Но такие изменения даются организму с большим трудом, к тому же они долго формируются. Более «дешёвый» для организма способ– физиологическая адаптация, например сужение кровеносных сосудов кожи, приводящее к уменьшению теплоотдачи. Ещё более простой является поведенческая адаптация – ношение одежды, обогрев у различных источников тепла. Но и эти адаптационные реакции не нужны в тех случаях, когда высокоэффективна адаптация социальная– наличие помещений, отопления в них и т.д. Именно эти механизмы используются нами в первую очередь.
Существуют два типа приспособлений к внешним факторам. Первый заключается в формировании определенной степени устой чивости к данному фактору, способности сохранять функции при изменении силы его действия. Это адаптация по типу толерант ности (выносливость) - пассивный путь адаптации. Второй тип приспособления - активный. С помощью особых специфических адаптивных механизмов организм человека компенсирует измене ния воздействующего фактора таким образом, что внутренняя среда остается относительно постоянной. Происходит адаптация по ре зистентному (сопротивление, противодействие) типу.
Помимо специфики фактора (влияние на те или иные процес сы в организме), зависящей от его физико-химической природы, характер воздействия на организм и реакция на него со стороны организма человека во многом определяются интенсивностью фак тора, его <<дозировкой>>. Количественное влияние условий среды определяется тем, что такие факторы как температура воздуха,
наличие в нем кислорода и других жизненно важных элементов, в той или иной дозе необходимы для нормального функционирова ния организма, тогда как недостаток или избыток того же фактора тормозит жизнедеятельность. Количественное выражение факто ра, соответствующее потребностям организма и обеспечивающее наиболее благоприятные условия для его жизни, рассматривают как оптимальное.
Специфические адаптивные механизмы, свойственные челове ку, дают ему возможность переносить определенный размах от клонений фактора от оптимальных значений без нарушения нор мальных функций организма (рис. 2.1). Диапазон между этими дву мя значениями называется пределами толерантности (выносливо-
Рис. 2.1. Принuипиальная схема вли
| |
факторов окружающей среды на
жизнедеятельность организма:
1 - степень благоприятствования фак торов для организма; 2 - энергозатра ты на адаптацию
Количественное выраЖение фактора
сти), а кривая, характеризующая зависимость переносимости от величины фактора, называется кривой толерантности.
Зоны количественного выражения фактора, отклоняющегося
от оптимума, но не нарушающего жизнедеятельности, определя
ются как зоны нормы. Таких зон две, соответственно отклонению от оптимума в сторону недостатка дозировки фактора и в сторо ну его избытка. Дальнейший сдвиг в сторону недостатка или из бытка фактора может снизить эффективность действия адаптив ных механизмов и даже нарушить жизнедеятельность организма. При крайнем недостатке или избытке фактора, приводящем к патологическим изменениям в организме, выделяют зоны песси мума (причинять вред, терпеть ущерб). Наконец, за пределамИ, этих зон количественное выражение фактора таково, что полное напряжение всех приспособительных систем оказывается мало эффективным. Эти крайние значения приводят к летальному ис ходу, за пределами этих значений жизнь невозможна.
Адаптация к любому фактору связана с затратой энергии. В зоне
оптимума адаптивные механизмы не нужны и энергия расходуется
только на фундаментальные жизненные процессы, организм на
ходится в равновесии со средой. При выходе значения фактора за пределы оптимума включаются адаптивные механизмы, требую щие тем больше энергозатрат, чем дальше значение фактора от клоняется от оптимального. Нарушение энергетического баланса организма, наряду с повреЖдающим действием недостатка или избытка фактора, ограничивает диапазон переносимых человеком
изменений.
Если внешние условия в течение достаточно длительного вре-
мени сохраняются более или менее постоянными, либо изменя ются в пределах определенного диапазона вокруг какого-то сред него значения, то жизнедеятельность организма стабилизируется на уровне, адаптивном по отношению к этому среднему, типич ному состоянию среды. Смена средних условий во времени или пространстве влечет за собой переход на другой уровень стабили зации (сезонные, температурныt! адаптации и др.).
2 ] 1. Срочная, включающая стресс. Под термином «СтресС>> (на пряжение) понимаются неспецифические психофизиологические проявления адаптивной активности при действии любых, значи мыхдля организма факторов. Примерами проявления срочной адап тации являются: пассивное увеличение теплопродукции в ответ на холод, рост легочной вентиляции и минутного объема кровообра щения в ответ на недостаток кислорода. 2. Формирование долговременной адаптации -переходная фаза к устойчивой адаmации. Она характеризуется формированием функ циональных систем, обеспечивающих управление адаптацией к возникшим новым условиям. 3. формированная долговременная адаптация, или фаза устой чивои адаптации, резистентности, когда системы саморегуляции гамеостаза функционируют на новом уровне. Основными условия ми долговременной адаптации являются последовательность и не прерывность воздействия экстремального фактора. По существу, она развивается на основе многократной реализации срочной адап тации и характеризуется тем, что в результате постоянного коли чественного накопления изменений организм приобретает новое качество - из неадаптированного превращается в адаптирован ный. Такова адаптация к недостижимой ранее интенсивной физи ческой работе (тренировка), развитие устойчивости к холоду, теп 4. Истощение, которое может развиться в результате сильного и длительного воздействия экстремальных факторов. При сильном и длительном стрессе такое воздействие может привести к болезни или смерти. Комплекс адаптивных реакций организма человека обеспечи вающий его существование в экстремальных услови х, получил название нормы адашивной реакции. Процесс индивидуальной адап тации обеспечивается формированием изменений в организме, не редко носящих характер предпатологических или даже патологи ческих реакций. Эти изменения, как следствие общего стресса или напряжения отдельных физиологических систем представляют со бой своеобразную <<цену адаптации>>. Например, роцесс адаптации к условиям Крайнего Севера может длиться десятки лет. При этом возможны временные срывы адаптации - повышенная заболевае мость органов дыхания, язвенная и сердечно-сосудистые болезни. Если уровни воздействия факторов окружающей среды выхо дят за пределы адаптационных возможностей организма, и адап тация переходит в четвертую стадию - стадию истощения, вклю чаются дополнительные защитные механизмы. Это механизмы ком пенсации, противодействующие возникновению и прогрессиро ванию патологического процесса, т. е. ответные силы организма на изменения окружающей среды в зависимости от степени этих из менений качественно различны и колеблются от физиологически оптимальных до патологических. Таким образом, если адаптация обеспечивает гомеостаз в усло виях здоровья, то к о м п е н с а ц и я - это борьба организма за гомеостаз в измененных условиях - условиях болезни. Если воз действие факторов среды на организм количественно превышает уровень нормы адаптации организма, то он теряет способность в дальнейшем адаптироваться к среде, так как возможность пере стройки структурных связей системы исчерпана. В естественных условиях обитания организм человека всегда подвержен влиянию сложного комплекса факторов, каждый из которых выражен в разной степени относительно своего оптималь ного значения. В природе сочетание всех факторов в их оптималь ных значениях - явление практически невозможное. Это означа ет, что в естественных условиях организм всегда затрачивает ка кую-то часть энергии на работу адаптивных механизмов. Важно и то, что при комплексном воздействии между отдельными факто рами устанавливаются особые взаимоотношения, при которых действие одного фактора в какой-то степени изменяет (усилива ет, ослабляет и т.п.) характер воздействия другого. Например, тренировка к физическим нагрузкам вызывает устойчивость к гипоксии (кислородному голоданию), и наоборот, тренировка к гипоксии создает устойчивость к большим мышечным нагрузкам. Важен не только качественный критерий фактора, но и режим воздействия этого фактора на организм. Реакция организма значи тельно возрастает, если фактор воздействует не в виде непрерыв ного сигнала, а дискретно, т. е. с определенными интервалами. Этот прерывистый характер воздействия широко используется в прак тике при выработке адаптации к холоду, гипоксии, физическим 2.3. Общие меры повышения устойчивости организма
Управлять адаптацией, сnособствовать повышению выносли вости своего организма - эту цель должны ставить перед собой люди. Самое главное условие для по;::держания устойчивого гамео стаза организма, а следовательно, и механизма адаптационных про- цессов, - гармонизация жизнедеятельности человека со средой его обитания. Одно из необходимых условий для этого- своевре менное и рациональное питание. Недостаточность или избыточ ность питания и нарушение соотношений питательных веществ в рационе питания сказываются на деятельности организма, снижа ют его сопротивляемость и, следовательно, способности к адапта ции. Благоприятные условия труда и отдыха, в том числе режим сна и бодрствования, отдыха и труда - также необходимое усло вие нормального функционирования организма. Особую роль играет физическая активность. Она формирует не рвные механизмы управления, активизирует взаимодействие орга низма с внешней средой, способствует развитию организма в це лом. Движение -обязательный компонент работы всех анализато ров, оно необходимо для получения информации, развития пси хики. Особенности двигательной деятельности делают ее средством повышения тренированности обмена веществ, достаточно эконо мичной траты энергии в покое, способности организма наиболее совершенно утилизировать кислород, усиления функционирова ния ферментативных систем. Резистентность как результат физи ческой активности обусловлена также повышением координации и более тонкой регуляцией в деятельности систем кровообраще ния, дыхания и т. д. Все эти механизмы в значительной мере явля ются неспецифическими. Благодаря их наличию облегчается ста новление адаптационных реакций по отношению к широкому спек тру факторов. Жизнь современного человека весьма мобильна, и в обычных условиях его организм непрерывно адаптируется к целому комп лексу природно-климатических и социально- производственных факторов (рис. 2.2). <<Цена адаптации» зависит от дозы воздейству ющего фактора и индивидуальных особенностей организма. Доза воздействия и переносимость зависят от наследственных - гене тических - особенностей организма, продолжительности и силы (интенсивности) воздействия фактора. Стресс из звена адаптации может при чрезмерно сильных воздействиях среды трансформиро ваться в развитие разнообразных заболеваний. Разработка и применение методов и средств повышения неспе цифической и специфической устойчивости организма, его адап тационных возможностей, а также разработка методов и средств, повышающих компенсаторные возможности организма к действию чрезмерных, выходящих за пределы адаптационных возможностей, уровней и концентраций повреждающих факторов среды, приве дет к улучшению жизнедеятельности организма. Контрольные вопросы
1. Объясните, что такое гомеостаз? 2. Адаптация - благо или вред? 3. Расскажите о периодах развития адаптации. 4. Какую роль играет физическая активность в повышении выносливо сти организма? Контроль за уровнем здоровья и заболеваемостью Управление здоровьем и трудовыми ресурсами Контроль Факторы среды: Управление за средой природно-климатические, производственные факторами среды Рис. 2.2. Адаптация к условиям окружающей среды и управление здоро вьем человека НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ГИГИЕНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (СРЕДЫ ОБИТАНИЯ)
Похожая информация. Адаптационные изменения в сердечно-сосудистой системе. Сердце, адаптированное к физической нагрузке, обладает высокой сократительной способностью. Но оно сохраняет высокую способность к расслаблению в диастоле при высокой частоте сокращений, что обусловлено улучшением процессов регуляции обмена в миокарде и соответствующим увеличением его массы (гипертрофией сердца). Гипертрофия -- нормальный морфологический феномен усиленной сократительной деятельности (гиперфункции) сердца. Если плотность капиллярного русла на единицу массы сердца при этом повышается или сохраняется на уровне, свойственном нормальному миокарду, гипертрофия происходит в обычных физиологических рамках. Сердечная мышца не испытывает недостатка в кислороде при напряженной работе. Более того, функциональная нагрузка на единицу сердечной массы падает. Следовательно, и тяжелая физическая нагрузка будет переноситься сердцем с меньшим функциональным напряжением. Истощение источников энергии при напряженных нагрузках стимулирует синтез белковых структур клеточных элементов: как сократительных, так и энергетических (митохондриальных). Если истощение источников энергии превышает физиологические нормы, может наступить перенапряжение, срыв адаптации. В нормально развитом сердце на 1мм3 мышечной массы в покое раскрыты 2300 капилляров. При мышечной работе раскрываются дополнительно около 2000 капилляров. Долговременная адаптация обеспечивается усилением биосинтетических процессов в сердечной мышце и увеличением ее массы. При периодических физических нагрузках адаптация сердца растягивается во времени, периоды отдыха от нагрузок приводят к сбалансированному увеличению структурных элементов сердца. Масса сердца увеличивается в пределах 20-40%. Капиллярная сеть растет пропорционально увеличивающейся массе. Тренированное, умеренно гипертрофированное сердце в условиях относительного физиологического покоя имеет пониженный обмен, умеренную брадикардию, сниженный минутный объем. Оно работает на 15-20% экономичнее, чем нетренированное. При систематической мышечной работе в сердечной мышце тренированного сердца снижается скорость гликолитических процессов: энергетические продукты расходуются более экономно. Морфологические перестройки сердца проявляются в увеличении как мышечной массы, так и клеточных энергетических машин -- митохондрий. Увеличивается также масса мембранных систем. Иначе говоря, чувствительность сердца к симпатическим влияниям, усиливающим его функции, при мышечной работе повышается. Одновременно совершенствуются и механизмы экономизации: в покое и при малоинтенсивной нагрузке сердце работает с низкимиэнергозатратами и наиболее рациональным соотношением фаз сокращения. Если сократительная масса сердца увеличивается на 20-40%, то функциональная нагрузка на единицу массы уменьшается на соответствующую величину. Это один из наиболее надежных и эффективных механизмов сохранения потенциальных ресурсов сердца. Увеличение ЧСС и сократительной способности сердца - естественные адаптивные реакции на нагрузку. Не случайно ЧСС сохраняет свою значимость как показатель адаптации сердца при использовании любых, самых современных функциональных проб с физической нагрузкой. Мышечная работа требует повышенного притока кислорода и субстратов к мышцам. Это обеспечивается увеличенным объемом кровотока через работающие мышцы. Поэтому увеличение минутного объема кровотока при работе - один из наиболее надежных механизмов срочной адаптации к динамической нагрузке. В нетренированном сердце взрослого человека резервы повышения ударного объема крови исчерпываются уже при ЧСС 120-130 уд /мин. Дальнейший рост минутного объема происходит только за счет ЧСС. По мере роста тренированности расширяется диапазон ЧСС, в пределах которого ударный объем крови продолжает увеличиваться. У высокотренированных спортсменов и детей он продолжает нарастать и при ЧСС 150-160 уд /мин. В самой сердечной мышце срочные адаптацтонные изменения проявляются в мобилизации энергетических ресурсов. Первичными субстратами окисления в сердечной мышце служат жирные кислоты, глюкоза, в меньшей степени - аминокислоты. Энергия их окисления аккумулируется митохондриями в виде АТФ, а затем транспортируется к сократительным элементам сердца. При повышении ударного объема крови сокращения сердца учащаются. Происходит это вследствие более эффективного использования энергии АТФ. Повышение сократительной способности сердца сочетается с совершенствованием восстановительных процессов во время диастолы. Адаптационные изменения системы внешнего дыхания. Мышечная работа вызывает многократное (в 15-20 раз) увеличение объема легочной вентиляции. У спортсменов, тренирующихся преимущественно на выносливость, минутный объем легочной вентиляции достигает 130-150 л/мин и более. У нетренированных людей увеличение легочной вентиляции при работе. Является результатом учащения дыхания. У спортсменов при высокой частоте дыхания растет и глубина дыхания. Это наиболее рациональный способ срочной адаптации дыхательного аппарата к нагрузке. Достижение предельных величин легочной вентиляции, что свойственно высококвалифицированным спортсменам, является результатом высокой согласованности актов с сокращением дыхательных мышц, а также с движениями в пространстве и во времени: расстройство координации в работе дыхательных мышц нарушает ритм дыхания и приводит к ухудшению легочной вентиляции. Решающая роль в нарастании объема легочной вентиляции в начале работы принадлежит нейрогенным механизмам. Импульсация от сокращающихся скелетных мышц, а также нисходящие нервные импульсы из двигательных зон коры полушарий большого мозга стимулируют дыхательный центр. Гуморальные факторы регуляции включаются позже, при продолжающейся работе и достижении адекватных ей величин легочной вентиляции. Регуляторная роль СО2 проявляется в поддержании необходимой частоты дыхания и установлении необходимого соответствия легочной вентиляции величине физической нагрузки. Систематическая мышечная деятельность сопровождается увеличением силы дыхательной мускулатуры. Отчетливо растет мощность дыхательных движений. Адаптационные изменения системы крови: Первичной ответной реакцией системы крови на физическую нагрузку являются изменения в составе форменных элементов крови. Наиболее отчетливы сдвиги в так называемой белой крови -- лейкоцитах. Миогенный лейкоцитоз характеризуется преимущественным увеличением зернистых лейкоцитов в общем кровотоке. Одновременно происходит разрушение части лейкоцитов: при напряженной физической нагрузке резко уменьшается число эозинофилов. Структурный материал, образующийся при их распаде, идет на пластические нужды, на восстановление и биосинтез клеточных структур. Физическая нагрузка, связанная с эмоциональными напряжениями, вызывает более значительные сдвиги в составе крови. Увеличение числа эритроцитов в крови - надежный инструмент повышения устойчивости к мышечной гипоксии. Нормальная лейкоцитарная формула после физических нагрузок восстанавливается, как правило, в течение суток. Система так называемой красной крови восстанавливается медленнее: через 24 часа отдыха сохраняются и увеличенное число эритроцитов, и незрелые их формы -ретикулоциты, У спортсменов 16-18 лет после напряженной мышечной работы появляются также и незрелые формы тромбоцитов. В результате мышечной деятельности активизируется система свертывания крови. Это одно из проявлений срочной адаптации организма к воздействию физических нагрузок. В процессе активной двигательной деятельности возможны травмы с последующим кровотечением. Программируя «с опережением» такую ситуацию, организм повышает защитную функцию системы свертывания крови. Это своеобразная адаптация впрок, на случай повреждений при мышечной работе. Восстановление системы свертывания крови происходит в течение 24-36 часов после нагрузки. Роль гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в процессе адаптации. Структурные изменения на клеточном и органном уровнях при физических нагрузках начинаются с мобилизации эндокринной функции, и в первую очередь -- гормональной системы гипоталамус--гипофиз--надпочечники. Схематически это выглядит следующим образом. Гипоталамус преобразует нервный сигнал реальной или предстоящей физической нагрузки в эфферентный, управляющий, гормональный сигнал. В гипоталамусе освобождаются гормоны, активирующие гормональную функцию гипофиза. Ведущую роль в выработке адаптивных реакций среди этих гормонов играет кортиколиберин. Под его влиянием освобождается адренокортикотропный гормон гипофиза (АКТГ), который вызывает мобилизацию надпочечников. Гормоны надпочечников повышают устойчивость организма к физическим напряжениям. В обычных условиях жизнедеятельности организма уровень АКТГ в крови служит и регулятором его секреции гипофизом. При увеличении содержания АКТГ в крови его секреция автоматически затормаживается. Но при напряженной физической нагрузке система автоматической регуляции изменяется. Интересы организма в период адаптации требуют интенсивной функции надпочечников, которая стимулируется повышением концентрации АКТГ в крови. Адаптация к физической нагрузке сопровождается и структурными изменениями в тканях надпочечников. Эти изменения приводят к усилению синтеза кортикоидных гормонов. Глюкокортикоидный ряд гормонов активирует ферменты, ускоряющие образование пировиноградной кислоты и использование ее в качестве энергетического материала в окислительном цикле. Одновременно стимулируются и процессы ресинтеза гликогена в печени. Глюкокортикоиды повышают и энергетические процессы в клетке, освобождают биологически активные вещества, которые стимулируют. Термин «адаптация»
означает приспособление. Это фундаментальное свойство живого организма, обеспечивающее его непрерывное приспособление к изменяющимся условиям окружающей среды. Наиболее ярко значение адаптации проявляется при повреждении организма. В отличие от здорового, поврежденный организм 1) вынужден приспосабливаться к новым для него условиям существования, т.к. обычные условия среды становятся для него неадекватными и он не может их избежать. 2) в ответ на повреждение включаются такие приспособительные механизмы как воспаление, лихорадка, тромбоз и т.д. Являясь по сути патологическими процессоми, они в отсутствие врачебных мероприятий являются единственным естественным процессом, который может предотвратить гибель организма. У здорового человека условия для включения этих приспособительных процессов отсутствуют. 3) в процессе адаптации к повреждению могут измениться и основные параметры гомеостаза с выработкой других новых констант, иногда не совместимых с жизнью здорового человека, как например, при хронических болезнях. (Пример: острая и хроническая гипоксия). Это приспособление формируется на основе гено- и фенотипической адаптации, а для человека и социальной. При генотипической адаптации требуется возникновение новой генетической информации за счет мутаций или рекомбинаций генов. Она, т.е. генотипическая адаптация, стала основой эволюции, потому что ее достижения закреплены генетически и передаются по наследству. Именно в результате адаптации к изменяющимся условиям среды на основе наследственности, мутаций и естественного отбора возникло современное многообразие животных и растений. Поэтому организм и среда —это единое целое
. Для организма, существующего в адекватных условиях среды необходимость адаптации отсутствует, поскольку он к этим условиям уже адаптирован его генетической программой (генотипическая адаптация) или созданием специальных условий, исключающих необходимость адаптации. Во-вторых, в процессе индивидуальной жизни человек подвергается различным возмущающим неадекватным воздействиям, которые могут нарушить нормальную жизнедеятельность организма и саму генетическую программу индивида. Чтобы ограничить рамки жизнедеятельности адекватных условий от процессов жизнедеятельности в неадекватных необходимо уточнить, что следует понимать под адекватными условиями среды. Тогда неадекватными являются условия среды не соответствующие в данный момент гено-фенотипическим свойствам организма. Следует подчеркнуть —именно в данный момент его существования, т.к. например, в зависимости от возраста люди по разному переносят действие тепла и холода (новорожденный и старик). Т.е. при оценке адекватности или неадекватности условий необходимо учитывать и такое свойство организма как реактивность. Следует также оговориться, что неадекватность есть понятие относительное и может быть применимо только к конкретному инидивидууму, в определенных случаях к популяции или виду. Например, у человека отсутствует ген (или снижена его функция) ответственный за синтез продукта, необходимого для обеспечения жизнедеятельности организма. Это может привести к нарушению гомеостаза и развитию наследственной болезни. Но если этот продукт в достаточном количестве поступает из внешней среды заболевания не возникает. Т.е. в первом случае условия среды будут неадекватными для данного индивидуума, а во втором адекватными. (Пример с заменимыми и незаменимыми аминокислотами, при отсутствии фермента, участвующего в синтезе аминокислоты, она становится незаменимой). Этот пример приведен для того, чтобы подчеркнуть, что неадекватные условия могут возникнуть не только при появлении нового фактора в окружающей среде (к новому организм не адаптирован) или в результате чрезмерного усиления уже имеющихся, но и в результате отсутствия фактора, необходимого для осуществления процессов жизнедеятельности. (Другой пример: снижение концентрации О 2). В этих определениях наряду с врожденными свойствами, определяемых генотипом фигурирует и термин приобретенные, т.е. фенотипические свойства организма. Хорошо известно, что в процессе жизни, под влиянием различного вида тренировок организм может приобрести отсутствующую ранее устойчивость к определенному фактору или факторам внешней среды, т.е. ранее неадекватный фактор становится для данного организма адекватным. Это новое свойство организма является проявлением фенотипической индивидуальной адаптации, которую можно определить как развивающийся в ходе индивидуальной жизни процесс, в результате которого организм приобретает отсутствующую ранее устойчивость к определенному фактору внешней среды. Это повышение устойчивости приобретается в процессе взаимодействия особи с окружающей средой и генотип становится исходным пунктом ее формирования. Сказанное можно подтвердить результатами экспериментальных исследований. Так показано, что однократное 6‑часовое плавание нетренированных животных вызывает повреждение мышечных клеток сердца, а именно: набухание митохондрий, разрушение их крист, отек саркоплазмы, местами разрушение сарколеммальной мембраны и набухание сегментов СПР. У животных, которых в течение 3— месяцев тренировали плаванием, в последующем такая же по интенсивности 6‑часовая нагрузка плаванием уже не вызывала повреждений в клетках миокарда. Введение животным 3‑ей группы нетоксичных доз актиномицина —антибиотика, который прикрепляясь к гуаниловым нуклеотидам ДНК делает невозможной транскрипцию, т.е. лишает возможности генетический аппарат отреагировать на эти воздействия, исключало и возможность формирования повышенной устойчивости к физической нагрузке. Таким образом, в отличие от генотипической адаптации фенотипическая адаптация предусматривает не заранее сформированную наследственную адаптивную реакцию, а возможность ее формирования под влиянием среды. Это свойство не передается по наследству. Общим как для генотипической, так и фенотипической адаптации является приобретение организмом нового качества. Это новое качество проявляется прежде всего в том, что организм не может быть поврежден тем фактором, к которому приобретена адаптация, т.е. адаптационные реакции по существу своему являются реакциями, предупреждающими повреждение организма, они составляют основу естественной профилактики заболеваний, поэтому изучение этих процессов весьма актуально для медицины. Многовековой опыт клинической медицины не может дать представления о действительных возможностях этих реакций, поскольку он основан почти исключительно на изучении болезней человека, т.е. тех случаев, когда защитные силы организма оказались в той или иной мере несостоятельными и «показали»себя с отрицательной стороны. Иначе говоря, мы хорошо знаем, сколько раз мы болели и совсем не представляем, как часто создавалось опасное для жизни стечение обстоятельств, когда мы могли заболеть, но этого не случилось. При повреждении организма, т.е. при болезни возникает стойкое нарушение гомеостаза, следствием чего является изменение отношений больного с внешней средой. В результате ранее адекватные факторы этой среды становятся неадекватными для поврежденного организма. Например, при поражении сердечной мышцы способность организма к физической нагрузке резко снижается и обычная физическая нагрузка становится чрезмерной неадекватной. В процессе развития болезни организм вынужден приспосабливаться к новым для него условиям существования путем изменения уровня функционирования отдельных систем и соответствующего напряжения регуляторных механизмов. Таким образом, жизнедеятельность как больного, так и здорового организма в неадекватных условиях среды требует включения дополнительных приспособительных механизмов, т.е. адаптацию. Эти механизмы могут быть направлены: 1. На поддержание основных констант организма, определяющих постоянство его внутренней среды (газов. сост. крови, КЩР, электролит. состава и т.д.). 2. На сохранение гомеостаза в результате включения приспособительных механизмов, направленных на устранение или ограничение действия повреждающих факторов. Эти реакции могут носить местный или общий характер. (Избегание контакта, воспаление или лихорадка). 3. На изменение гомеостаза, приводящие к повышеннию устойчивости организма, к повреждению или на сохранение оптимальных форм взаимодействия организма и среды при его повреждении. (Пример: выработка эритроцитов в условиях высокогорья, приобретенный иммунитет после перенесенной болезни, гипертрофия органа в ответ на повреждение). Таким образом, адаптация —это процесс поддержания функционального состояния гомеостатических систем и организма в целом, обеспечивающий его сохранение и жизнедеятельность в конкретных неадекватных условиях среды. Этапы адаптации. В развитии адаптационных реакций, как правило, прослеживается два этапа: этап срочной, но несовершенной адаптации и последующий этап устойчивой и более совершенной долговременной адаптации. Срочный этап адаптации.
Срочный этап адаптационной реакции возникает непосредственно после начала действия неадекватного фактора (раздражителя) и реализуется лишь на основе готовых, т.е. уже имеющихся физиологических механизмов. Проявлениями срочной адаптации является увеличение теплопродукции в ответ на холод, увеличение теплоотдачи в ответ на тепло, рост легочной вентиляции и минутного объема кровообращения в ответ на гипоксию и т.д. Важнейшая черта этого этапа адаптации состоит в том, что деятельность организма протекает, как правило, на пределе его функциональных возможностей —при полной мобилизации функционального резерва и далеко не всегда обеспечивает необходимый адаптационный эффект. Следует иметь ввиду, что максимальное напряжение приспособительных реакций определенных физиологических систем само по себе может приводить к серьезным нарушениям в других системах. Например, при шоке и резком падении АД возникает выраженное возбуждение симпатико-адреналовой системы и значительное повышение катехоламинов в крови. Это приводит к резкому сужению периферических сосудов, открытию артерио-венозных анастомозов, расширению сосудов мозга и сердца. Возникает т.н. феномен централизации кровообращения, что обеспечивает преимущественное снабжение кровью мозга и сердца, т.е. имеет срочное приспособительное значение, но включение этой реакции сопровождается резким ограничением кровотока в других органах и в частности, в почках, в результате может вызвать острую почечную недостаточность. Т.о., срочная адаптация либо обеспечивает быстрый выход из контакта с фактором среды, либо, оказавшись несостоятельной, может усугубить повреждение организма в результате расточительной траты энергетических резервов. Пример: продолжительность умирания и успех реанимационных мероприятий очень часто находятся в обратной зависимости, т.е. чем длительнее этот период, чем активнее больной борется со смертью, тем короче период клинической смерти, тем меньше шансов на успех реанимации (можно привести пример с кардиоплегией). Долговременный этап адаптации.
Долговременный этап адаптации возникает в результате длительного или многократного действия на организм неадекватных факторов среды, т.е. он развивается на основе многократной реализации срочной адаптации и характеризуется тем, что в итоге организм приобретает новое качество —из неадаптированного превращается в адаптированный. Стадии формирования долговременной адаптации
В процессе формирования долговременной адаптации выделяют три стадии: Первая стадия —становление компенсации или стадия перехода срочной адаптации в долговременную. В основе формирования этой стадии лежит триада: 1) нарушение функции, обусловленное изменением гомеостаза в поврежденном организме; 2) активация систем, специфически ответственных за ликвидацию возникшего функционального дефекта; 3) выраженная активация адренергической и гипофизирно-адреналовой систем, неспецифически включающихся п ри любом повреждении организма, т.е. синдром стресса. В результате метаболических изменений в клетках соответствующих органов, при потенцирующем участии стрессорных гормонов (адреналина, норадреналина и др.) возникает увеличение синтеза нуклеиновых кислот и белков, образующих ключевые структуры клетки (например, митохондриальных белков, сократительных и т.д.). Это проявляется гипертрофией или гиперплазией клеток этих органов и в конечном итоге приводит к увеличению мощности систем, ответственных за адаптацию. Более подробно о роли стресса в процессах адаптации и его роли в патологии вы можете прочитать в методпособии «Общая часть»(стр. 27—). Вторая стадия —стадия сформировавшейся долговременной адаптации. В эту стадию структура органа приходит в соответствие с его функцией, что приводит к устранению нарушений гомеостаза и в результате исчезает ставшая излишней реакция стресса. Эта стадия может длиться годами, поддерживая оптимальную в данных условиях жизнедеятельность организма. Из практики спортивной и авиационной медицины хорошо известно, что лица с такими диагнозами как начальные формы атеросклероза, компенсированные пороки сердца, язвенная болезнь и т.д. не только активно участвовали в напряженной работе, но и добивались нередко выдающихся успехов. Т.е. эти лица, несмотря на наличие у них заболеваний, находились в состоянии удовлетворительной адаптации к условиям среды. Был установлен очень важный факт —наличие неперекрестного защитного эффекта долговременной адаптации, т.е. когда адаптация к действию определенного фактора повышает резистентность, т.е. устойчивость организма к повреждающему действию совсем других факторов. Например, адаптация к физическим нагрузкам повышает резистентность к гипоксии, тормозит развитие атеросклероза, гипертонической болезни сердца, диабета, повышает устойчивость к радиационному повреждению. Этот эффект может проявиться и на фоне уже имеющегося заболевания. Так, в нашей лаборатории установлен выраженный лечебный эффект физических нагрузок на развитие острой фазы адъювантного артрита у крыс. В основе явления перекрестной адаптации, как показали работы Ф.З. Меерсона лежит активация так называемых стресс-лимитирующих систем и феномен адаптационной стабилизации структур (ФАСС). Установлено, что в молекулярных механизмах ФАСС важную роль играет экспрессия определенных генов и как следствие —накопление в клетках специальных, т.н. «стресс-белков», которые предотвращают денатурацию белков (поэтому их еще называют —белки теплового шока) и таким образом защищают клеточные структуры от повреждения. Третья стадия —стадия декомпенсации и снижения адаптационных возможностей организма не является обязательной и характеризуется развитием атрофических и дистрофических изменений в клетках системы, ответственной за адаптацию. Переходу в эту стадию может способствовать снижение энергетических и пластических ресурсов организма. Наименее благоприятная в этом плане ситуация складывается в поврежденном организме. Так при наличии порока сердце вынуждено постоянно работать в режиме повышенной функциональной нагрузки, что приводит к его гипертрофии. Если порок прогрессирует, то дальнейшее увеличение нагрузки на миокард сопровождается атрофией кардиомиоцитов с развитием кардиосклероза. В итоге снижение функционально-активных структур приводит к развитию порочного круга: чем менее полноценна функциональная система, ответственная за адаптацию, тем больше нагрузка на нее, тем быстрее она изнашивается. Переходу в эту стадию может способствовать и возникновение новой болезни или резкое изменение условий внешней среды, когда организм переключается на борьбу с ней или на адаптацию к новым условиям среды за счет активации других систем ранее не задействованных. В то же время функция этих новых систем может оказаться недостаточной, что будет способствовать затяжному течению болезни. Дело в том, что в процессе адаптации увеличение функциональной активности одной системы приводит к снижению функциональных и структурных резервов в других органах, не участвующих в процессах адаптации. Так, например, в эксперименте установлено, что при тренировке к физической нагрузке у молодых, растущих животных вместо обычной гипертрофии мышечных клеток сердца происходит их деление —гиперплазия и общее кол-во кардиомиоцитов увеличивается на 30%, т.е. структурный резерв органа возрастает. Одновременно наблюдаются противоположные изменения в почках, надпочечниках и печени. Так, кол-во нефронов в почках уменьшилось на 25%, а кол-во клеток в надпочечниках и печени на 20—%. Очевидно, что структурный резерв этих органов снижается. Хорошо известен и то факт, что при тяжелой болезни процесс физического развития ребенка приостанавливается. Следовательно и развитие болезни сопровождается односторонней тратой структурных резервов, направляемых на борьбу с ней и снижается пластическое обеспечение других тканей. Уменьшение структурного резерва органов снижает адаптационные возможности организма, что приводит к ограничению срока полноценной жизни человека и способствует росту хронических болезней. Отсюда простой практический вывод: чем раньше диагностирована болезнь и устранена, тем ниже цена адаптации, тем более полноценной будет жизнь человека в дальнейшем. Известно также, что успешная адаптация к определенным факторам внешней среды снижает устойчивость (резистентность) к повреждающему действию других факторов. Например: гипертрофированный миокард менее устойчив к действию гипоксии, у гетерозиготного носителя S‑формы гемоглобина при дефиците О 2 в окружающей среде возникает гемолиз эритроцитов. С другой стороны включение приспособительных механизмов препятствует появлению клинических симптомов болезни. Человек может жить и считать себя здоровым, несмотря на наличие болезни (иногда очень тяжелой), т.к. до появления ее первых признаков никто, в том числе и сам больной, об этом даже не подозревает (Дж.Пристли: «Быть здоровым и чувствовать себя здоровым —это далеко не одно и тоже). В таких ситуациях включение приспособительных механизмов, резко обедняя и «затушевывая»клиническую картину болезни, встает главным препятствием на пути ранней диагностики болезней —основного принципа, на котором строится система современной клинической медицины. На вопрос: «Есть ли выход из этого противоречия?»Можно ответить положительно: «Им является профилактика, предупреждающая само зарождение болезни.» Еще 400— лет назад средняя длительность жизни человека не превышала 30 лет. В начале ХХ столетия средняя продолжительность жизни не достигала 50 лет, тогда как начиная со второй половины нашего века этот показатель в развитых странах превысил 70‑летний рубеж. Очевидно, что столь быстрое увеличение продолжительности жизни не могло быть связано с изменением биологических свойств организма, т.е. с его генотипической адаптацией. Контролирование эпидемий, прогресс в лечении большинства инфекционных болезней и улучшение питания сыграли решающую роль в этих сдвигах. В отличие от животного, человек не только приспосабливается в среде, но и преобразует ее, создавая искусственную среду обитания. Люди, как существа социальные, изобрели множество приспособлений для жизни в неадекватных условиях среды и получили возможность жить в условиях ранее не совместимых с жизнью. (В космосе, в глубинах океана, в безвоздушном пространстве и т.д.). С другой стороны, в процессе адаптации к условиям научно-технического прогресса возникли особые, свойственные только человеку болезни, почти не встречающиеся в естественных условиях у других млекопитающих (инфаркт миокарда, гипертоническая болезнь, язвенная болезнь, бронхиальная астма, лучевая болезнь и большая группа профессиональных болезней). Социальная адаптация.
Определяющей функцией человека в обществе является его соцально-трудовая деятельность. Для конкретного человека возможность к ней реализуется в процессе обучения и трудовой специализации. Приспособление организма человека к выполнению определенных видов трудовой деятельности и составляет содержание его социальной адаптации. Возникновение болезни существенно ограничивает возможности к социальной адаптации, поэтому профилактика заболеваний является не только медицинской проблемой, но и общегосударственной. То есть основной целью государственной политики должно являться сохранение и поддержание здоровья. Здоровье —это не только отсутствие какой-либо патологии. но и возможность организма успешно адаптироваться к изменяющимся условиям среды, в том числе социальным. Существование человека вне общества является для него экстремальным условием. Только социально-адаптированный человек может выжить вне общества (например, Робинзон). Ребенок, если он жил вне общества людей, например, в стае волков, утрачивает способность к социальной адаптации. Рассказ Киплинга о Маугли —это только красивая легенда. В 1947 году в Индии, в стае волков, были обнаружены две девочки —Амала (2года) и Камала (7лет). После возвращения к людям они так и на смогли осуществлять даже такие элиментарные навыки, как прямохождение и использование рук для приема пищи. Доказано, что потолок творческих и интеллектуальных возможностей человека задается в возрасте 15— лет, а на 70—% он закладывается в первые два года. Дальше подростка можно поместить в самый лучший пансион, приставить лучших учителей и все равно его творческий потенциал останется прежним. Интерес к изучению механизмов адаптации постоянно возрастает. Это связано: 1. С развитием научно-технического прогресса, освоением человеком новых видов трудовой деятельности, к которым он оказался неподготовленным программой своего биологического развития (примеры: работа в условиях невесомости, радиации, гравитационных перегрузок и т.д.). 2. С расширением ареала жизнедеятельности (пример: освоение аридных зон). 3. С ухудшением экологической обстановки окружающей среды. 4. С успехами медицины, которые привели к выживанию среди людей таких индивидуумов, которые никогда бы не выжили вне искусственной среды, созданной цивилизацией и научно-техническим прогрессом. В заключение хотелось бы подчеркнуть, что повреждение и приспособление —это два начала, которые и определяют особенности жизнедеятельности больного, т.е. поврежденного организма, приводящие к изменению биологической и снижению социальной адаптации. Адаптация начинает развиваться на фоне генерализованной ориентировочной реакции, активации неспецифического, а также специфического ответа на причинный фактор. В последующем формируются временные и функциональные системы, обеспечивающие организму либо «уход» от действующего чрезвычайного агента, либо преодоление патогенных его эффектов, либо оптимальный уровень жизнедеятельности, несмотря на продолжающееся влияние этого агента, т.е. собственно адаптацию. Аварийная фаза адаптации (тревоги)
заключается в мобилизации компенсаторных, защитных и приспособительных механизмов. Это проявляется триадой закономерных изменений - активации, гиперфункции, мобилизации. - Активация «исследовательской» поведенческой деятельности индивида
, направленная на получение максимума информа- ции о чрезвычайном факторе и возможных последствиях его действия. - Гиперфункция многих систем организма
, но преимущественно тех, которые непосредственно (специфически) обеспечивают приспособление к данному фактору. Эти системы (физиологические и функциональные) называют доминирующими. - Мобилизация органов и физиологических систем
(сердечнососудистой, дыхательной, крови, системы иммунобиологического надзора, метаболизма и др.), которые реагируют на воздействие любого чрезвычайного для данного организма фактора. В основе развития аварийной фазы адаптации
лежит несколько взаимосвязанных механизмов, запуск которых осуществляется в результате активации под действием чрезвычайного фактора вегетативной нервной (симпатического отдела) и эндокринной систем и как следствие - значительного увеличения в крови и других жидкостях организма так называемых стрессорных, активирующих функцию и катаболические процессы гормонов и нейромедиаторов - адреналина, норадреналина, глюкагона, глюко- и минералокортикоидов, тиреоидных гормонов. Биологический смысл реакций, развивающихся в аварийную фазу адаптации (несмотря на их неспецифичность, несовершенство, высокую энергетическую и субстратную «стоимость»), заключается в создании условий, необходимых для того, чтобы организм «продержался» до этапа формирования его устойчивой адаптации (резистентности) к действию экстремального фактора. Переходная фаза адаптации
характеризуется уменьшением возбудимости ЦНС, формированием функциональных систем, обеспечивающих управление адаптацией к новым условиям. Снижается интенсивность гормональных сдвигов, постепенно выключается ряд систем и органов, первоначально вовлечённых в реакцию. В ходе этой фазы приспособительные реакции организма постепенно переключаются на более глубокий - тканевый - уровень. Гормональный фон видоизменяется, усиливают своё действие гормоны коры надпочечников - «гормоны адаптации». Стадия устойчивой, или долговременной адаптации организма
к действию чрезвычайного фактора реализуется следующим образом. Происходят: Формирование состояния специфической устойчивости организма как к конкретному агенту, вызвавшему адаптацию, так нередко и к другим факторам - перекрестная адаптация; Увеличение мощности и надёжности функций органов и доминирующих физиологических систем, обеспечивающих адапта- цию к определённому фактору. В таких системах наблюдается увеличение числа и/или массы структурных элементов (т.е. гипертрофия и гиперплазия), желёз внутренней секреции, эффекторных тканей и органов. Комплекс таких изменений обозначают как структурный след процесса адаптации. Устраняются признаки стрессорной реакции, формируется эффективное приспособление организма к чрезвычайному фактору, вызвавшему процесс адаптации. В результате формируется надёжная и устойчивая адаптация организма к меняющимся социально-биологическим условиям среды. Реализуются процессы как активировавшиеся ранее, так и включающиеся дополнительно. К числу последних относятся реакции, обеспечивающие преимущественное энергетическое и пластическое обеспечение клеток доминирующих систем. Это сочетается с лимитированием снабжения кислородом и субстратами метаболизма других систем организма и осуществляется за счёт реакций двух категорий: Перераспределения кровотока - увеличения его в тканях и органах доминирующих систем за счёт снижения в других; Активации генетического аппарата длительно гиперфункционирующих клеток и последующей гипертрофии и гиперплазии субклеточных структурных элементов при одновременном торможении экспрессии генов в клетках недоминирующих систем и органов (например, пищеварения, мышечной системы, почек и др.). Дизадаптация.
В большинстве случаев процесс адаптации завершается формированием долговременной устойчивости организма к действующему на него чрезвычайному фактору. И в то же время фаза стойкой адаптации связана с постоянным напряжением управляющих и исполнительных структур, что может привести к их истощению. Истощение управляющих механизмов, с одной стороны, и клеточных механизмов, связанных с повышенными энергетическими затратами, с другой стороны, приводит к дезадаптации. Незавершённая адаптация
возникает при истощении функциональных резервов организма и включает централизацию управления и повышение реактивности механизмов вегетативной регуляции. Состояние незавершённой адаптации свойственно не только значительной части лиц, проживающих в экстремальных климатогеографических условиях, экспедиционно-вахтовым рабочим, но и части населения мегаполисов средней климатической полосы, экологическая обстановка в которых неблагополучна.
Г. Селье, подошедший к проблеме адаптации с новых пози ций, назвал факторы, воздействие которых приводит к адапта ции, стресс-факторами. Другое их название- экстремальные фак торы, т. е. необычные факторы окружающей среды, оказывающие неблагаприятное влияние на общее состояние, самочувствие, здо ровье и работоспособность человека. Причем это могут оказывать не только отдельные воздействия на организм, но и измененные условия существования в целом (например, переезд человека с юга на Крайний Север). Он же установил четыре стадии фазового
Срочная и долговременная адаптация.