169517 (Значення наземного середовища в житті людини)

1. Вплив абіотичних факторів на організм людини. Механізми адаптації та акліматизації людського організму

1.1 Характеристика наземного середовища існування людини, його особливість в порівнянні з іншими середовищами

Живі організми нашої планети населяють чотири основні середовища існування: наземно-повітряне, водне, грунт, а також організми інших істот. Наземно-повітряне середовище найрізноманітніше за своїми умовами. Провідна роль серед абіотичних факторів тут належить освітленості, температурі, вологості, газовому складу атмосфери.

Температура навколишнього середовища може на протязі кількох годин змінюватися на 10-20 градусів за Цельсієм, впливаючи на температуру тіла різних організмів. Людина відноситься до гомойотермних організмів, що здатні за рахунок складних механізмів терморегуляції підтримувати сталу температуру свого тіла. Температура довкілля визначає швидкість обміну речовин: низькі температури їх гальмують, але надто високі можуть призвести до порушення структури та денатурації білків. Тому для більшості організмів оптимальні значення температури знаходяться у вузьких межах - +10...30 градусів за Цельсієм, а екстремальні температури є стримуючим фактором в географічному поширенні видів.

Освітленість визначається дією сонячних променів і може суттєво змінюватись як на протязі доби, так і на протязі року. Ці зміни пов’язані з особливостями руху Землі як планети і є ритмічними. В зв’язку з цим у всіх наземних організмів в процесі еволюції з’явилась реакція фотоперіодизму, яка проявляється через зміну інтенсивності фізіологічних процесів, а також поведінки на протязі доби, або року.

Вологість повітря – відображає вміст водяної пари на одиницю об’єму (абсолютна вологість). Вологість повітря визначає потрапляння води через покриви, а також умови втрати води через цей шлях і з поверхні дихальних шляхів. Значні коливання умов забезпечення вологою в різних географічних регіонах викликало в процесі еволюції становлення у тварин і у людини широкого кола спеціальних адаптацій. На вологість повітря впливають також осади, які регулюють режим водойм і ґрунтову вологу. Розподіл опадів дуже нерівномірний по кліматичних зонах, а також по сезонах. Утворення адаптацій до дефіциту вологи є головним напрямком еволюції при засвоєнні різними групами організмів наземного середовища.

Газовий склад повітря – головними складовими нижніх шарів атмосфери є кисень (близько 21%), азот (майже 78%), аргон ( 0,093%).На всі інші гази, серед яких основну долю займає вуглекислий газ, припадає близько 0,03%. Вміст вуглекислого газу в повітрі змінюється в залежності від широти, місцевості, часу доби та пори року, місцевих умов. Локальні концентрації вуглекислого газу в повітрі можуть досягати 0,07%. Кисень потрібен організмам для забезпечення енергією, яка вивільняється у результаті реакцій окислення. Підвищення концентрації вуглекислого газу в атмосфері гальмує ці процеси. Завдяки постійності газового складу атмосферного повітря організми наземного середовища не лімітовані по кількості повітря. Лише в деяких специфічних умовах газообмін може бути обмежений деякою нестачею кисню і зниженням парціального тиску цього газу ( наприклад, в умовах високогір’я)

1.2 Вплив температури на життєві процеси організму людини, механізми терморегуляції

Підтримання сталої температури тіла у людини досягається як і у всіх гомойотермних тварин завдяки активним регуляторним механізмам підтримання теплового гомеостазу внутрішнього середовища тіла. Завдяки цьому біохімічні та фізіологічні процеси завжди протікають в оптимальних температурних умовах.

Фізіологічні механізми, що забезпечують підтримання сталої температури поділяються на дві функціональні групи: механізми хімічної і фізичної терморегуляції. Хімічна терморегуляція регулює теплопродукцію організму за рахунок зміни інтенсивності метаболізму. Теплообмін організму з середовищем збалансовано і зміни температури довкілля понад межі комфортних температур викликають рефлекторне підвищення або пониження рівня обміну речовин. Фізична терморегуляція пов’язана з формуванням захисного теплоізоляційного прошарку жирової клітковини шкіри, а також з судинними реакціями і збільшенням або зменшенням потовиділення. Наприклад, природне схуднення на 1-1,5 кг при підвищенні середньодобових температур в весняно-літній період, і навпаки, збільшення ваги за рахунок більш інтенсивного відкладання жиру при переході до зимового періоду спостерігається в популяціях людей зони помірного клімату.

Антропологами виділені регіональні адаптивні типи населення різних регіонів. Люди півночі мають більші розмірі тіла, вагу, ніж південні популяції людей. На півночі більша маса тіла сприяє кращому збереженню тепла, оскільки поверхня тіла сприяє втратам тепла, а об’єм – його збереженню. Таку ж саму роль виконує і прошарок жиру. В умовах півночі він значно товщий, виконує функцію теплоізоляції. В північних районах люди потребують більшу кількість їжі, у них метаболізм проходить інтенсивніше. На півдні в корінних жителів середня вага тіла менше, ніж у людей півночі, підшкірна жирова клітковина незначна, вони мають худорляву постать, довгі кінцівки.

1.3 Водно – сольовий обмін людини в різних кліматичних зонах та особливості пристосування до умов існування в них

В наземних умовах наявність води та відповідна вологість повітря дуже непостійний фактор середовища і суттєво коливається в різних кліматичних та географічних умовах.

Для тропічної зони характерні середньомісячні температури +24...29 градусів за Цельсієм, високий рівень сонячної інсоляції, але головне, повітря, насичене водяними парами (відносна вологість складає 80-90%). В результаті процесів гниття опалого листя в приземних шарах повітря значно зростає вміст вуглекислого газу (від 0,04% до 0,3%), чому люди, що опинились в тропічному лісі нерідко скаржаться на відчуття нестачі кисню. Висока температура в поєднанні з високою вологістю повітря в тропіках ставить організм людини в дуже несприятливі умови теплообміну. Висока вологість зводить до мінімуму можливість позбутися зайвого тепла потовиділенням, оскільки піт не випаровується, а стікає по шкірі. Все це створює умови перегрівання організму при відносно невеликій температурі повітря. В джунглях при фізичних навантаженнях значні втрати солей разом з потом призводять до порушення водно-сольового балансу і дегідратації організму.

Як правило, райони з нестачею вологи пов’язані з високими температурами - райони пустель, напівпустель та прилеглих до них районів. За даними ЮНЕСКО, пустелі складають приблизно п’яту частину площі всіх континентів. Для пустель характерна велика інтенсивність сонячної радіації (температура в затінку досягає +50 градусів за Цельсієм), невелика кількість осадів, сухість повітря. В умовах, коли організм отримує велику кількість тепла, основна фізіологічна задача - підвищення тепловіддачі для збереження гомеостазу, що супроводжується розширенням судин шкіри і відповідно збільшенням потовиділення. Внаслідок збільшення потовиділення відбувається дегідратація, з організму вимиваються не тільки солі, а й водорозчинні вітаміни. В результаті порушується водно – сольовий баланс організму, змінюється осмотичний тиск крові. При цьому компенсація втрат води супроводжується збільшенням добових потреб у воді. Місцеве населення адаптовано до цих умов. Наприклад, в умовах Середньої Азії добові водні потреби у людей складають 2550-1120 мл, а у людей що переїхали в ці кліматичні умови з зони помірного клімату вони сягають 3850- 3930 мл. В умовах пустель змінюється і раціон людей, який містить невелику кількість білків та жирів, і відповідно більше енергетично містких вуглеводів. Для людей, що працюють в умовах аридної зони збільшується добова потреба в вітамінах та мікроелементах.

Адаптивний тип людей з помірних широт характеризується середніми значеннями інтенсивності метаболізму та морфологічними особливостями та займає проміжне значення між людьми півночі та півдня.

1.4 Особливості газообміну в умовах високогір’я

Один з найбільш складних в екологічному відношенні районів існування людини є високогір’я. Деякі міста розміщені на значній висоті над рівнем моря

(Мехіко- 2277м, Адіс-Абеба - 2000м.), багато сільських поселень на Памірі, Гімалаях. В цілому, в умовах високогір’я живуть десятки мільйонів людей різних рас та національностей. В цих умовах людина повинна пристосуватися до понижених температур, зменшеного барометричного тиску, гіпоксії внаслідок зниженого парціального тиску кисню.

Місцеві популяції людей мають завдяки адаптації організму: підвищений вміст гемоглобіну, вміст еритроцитів в крові збільшується до 8 млн. в 1 мл крові. Для горців характерні добрий розвиток дихальної системи, збільшення життєвої ємності легень, підсилення легеневої вентиляції. Адаптація до гіпоксії здійснюється і на молекулярному рівні: підвищена активність окисних ферментів, гемоглобін швидше зв’язується з киснем і легше віддає його тканинам, в м’язах збільшений вміст міоглобіну. В популяціях киргизів – жителів Паміру спостерігається пригнічення активності щитоподібної залози. Така помірна гіпофункція має пристосувальне значення, оскільки гальмує основний обмін, більш економно витрачаючи кисень. Існує думка, що добір в місцевих популяціях відбувався на стадії пренатального розвитку, коли ембріон найбільш чутливий до нестачі кисню. У європейців, що недавно живуть в гірських умовах Перу відмічається велика кількість мертво новонароджених в порівнянні з аборигенами. Це свідчить про те, що в умовах високогір’я має місце не просто акліматизація, а генетична адаптація.

1.5 Освітленість та біологічні ритми

Багато природних явищ в неживій природі мають певну періодичність, яка пов’язана з космічним походженням Землі. Ритмічність дії факторів зовнішнього середовища, що підпорядкована суровій періодичності стала фізіологічно і спадково обумовлена для багатьох організмів, в тому числі і для людини. Реакції організмів на періодичні зміни навколишнього середовища отримали назву біоритмів. Багато біоритмів піддається систематизації. За ступенем залежності від зовнішніх умов вони поділяються на екзогенні та ендогенні. За сучасними уявленнями в основі біоритмів лежить внутрішня генетична програма, на яку впливає складний комплекс зовнішніх факторів. Освітленість являє собою первинно-періодичний фактор і зумовлює спадково закріплені стереотипи активності на протязі доби. Циклічні зміни загальної активності на протязі доби пов’язані з відповідними ритмами фізіологічних процесів. Генетично закріплені ендогенні цикли фізіологічних процесів з періодом, близьким до 24 год. називаються циркадіанними (циркадними). Характер активності фізіологічних реакцій організму людини в різний час доби різний і залежить в основному від факторів зовнішнього середовища. Так, більшість людей на протязі доби мають два піки активності(підвищеної працездатності): перший спостерігається ранком з 8 до 12 години, другий ввечері - між 17-19 годинами. Найслабкіша активність спостерігається в 2-5годин ранку і в 13-15 годин. З врахуванням фізіологічних ритмів нашого організму побудована також тривалість навчальних занять в школах та інших навчальних закладах.

Хронобіологами виділені серед людей три типи за переважанням періоду активності : ранковий (15%), проміжний ( 50%), нічний ( 35%). Темп життя сучасної людини призводить до швидкої зміни тимчасового середовища: трансконтинентальні перельоти із зміною часових поясів, штучна освітленість міст з порушенням добового ритму. Такі зміни можуть викликати стан десинхрозу. Типовий десинхроз спостерігається у окремих професійних груп (льотчики, космонавти, учасники полярних експедицій) і викликає поступове накопичення фізіологічних порушень з розвитком захворювань. Румунські вчені проаналізували біоритмологічний аспект в житті довгожителів планети і прийшли до висновку про безпосередній зв’язок підтримання циркадних ритмів з довголіттям. Довгожителі ніколи не працювали за гнучким графіком роботи, в нічні зміни, не перелітали на літаках в інші часові пояси, підтримували сталий добовий режим активності.

Біологічні ритми людини відображають не тільки добові природні ритми, але можуть мати і більш довгу тривалість. Рух Землі навколо Сонця призводить до річних біоритмів, що пов’язані з сезонними змінами, а, відповідно, із змінами усіх фізико-хімічних параметрів наземно-повітряного середовища. Зміна тривалості світового дня викликає у багатьох людей відчуття осіньо-зимової депресії, пригнічення емоційного стану. Доведено, що пік інфаркту міокарду спостерігається в період з пізньої осені до зими, а мінімум – в серпні-вересні. Сезонні зміни проявляються також у підвищенні в організмі людини інтенсивності метаболізму навесні, і в зниженні його взимку; в збільшенні вмісту гемоглобіну крові і в зміні збудливості дихального центру в весняно - літній період року. В якості прикладу сезонних впливів можна привести зміну кількості еритроцитів, частоту серцевих скорочень, швидкість осідання еритроцитів в залежності від пори року. Місяць, обертаючись навколо Землі викликає зміни в гравітаційному полі планети, спричиняючи припливно-відпливні процеси. Цей вплив відчувають і рідинні середовища організму людини. Доведено, що Місяць створює двогодинні ритми діяльності 12 органів людини.

З усіх геофізичних ритмів на людину найсильніше діють періодичні зміни активності Сонця, які впливають на магнітне поле Землі, іоносферу, погоду. Доведено, що під час сонячної активності різко погіршується стан хворих з серцево-судинними захворюваннями. Сонце суттєво впливає на магнітне поле Землі з періодичністю тижня. Виявляється, що такі періодичні зміни викликають зміни рН-середовища організму, емоційного стану, самовідчуття людини.

Таким чином всі біоритми людини можна поділити на фізіологічні та екологічні. Фізіологічні, як правило, мають періоди від долі секунди до кількох хвилин. Екологічні ритми співпадають з геофізичними ритмами і завчасно адаптують організм до періодичних змін умов існування.

1.6 Загальні принципи адаптації. Особливості адаптації людини

Людина при взаємодії з навколишнім середовищем реагує на нього індивідуально за допомогою фізіологічних реакцій. Система саморегуляції внутрішнього середовища забезпечує швидку реакцію організму людини, підвищуючи його стійкість. Саморегуляція здійснюється за допомогою нервової системи і біохімічних процесів і є детекторною системою, що ловить різкі зміни у навколишньому середовищі і подає сигнал про небезпеку. У силу загальних соматичних властивостей фізіологічного пристосування організм може адаптуватись або акліматизуватись, виробити імунітет до найрізноманітніших зовнішніх факторів. Усі люди здатні проявляти необхідну пластичність реакцій у відповідь на зміни зовнішніх умов. Це комплекс механізмів, які виробились у процесі еволюційного розвитку живих організмів і дозволяють їм існувати у природі, пристосовуючись до зміни умов навколишнього середовища. Адаптація допомагає підтримувати гомеостаз і тоді, коли параметри деяких факторів довкілля виходять за межі оптимальних. Адаптація залежить від сили дії факторів навколишнього середовища і від індивідуальної реактивності організму. Критерієм ступеня адаптації є збереження гомеостазу незалежно від тривалості дії фактора, до якого сформувалась адаптація.

У людини, як і у всіх ссавців в процесах адаптації важливу роль відіграють нервові механізми, гіпоталамо - гіпофізарна і симпатико-адреналінова системи. Під час фізіологічної адаптації спостерігається сукупність реакцій, що сприяють пристосуванню організму до змін навколишнього середовища і направлених на збереження гомеостазу. Внаслідок цього підвищується стійкість організму к низьким або високим температурам, зміні тиску, фізичним навантаженням та інше. При дії значних за силою та тривалістю подразників в організмі виникає комплекс неспецифічних реакцій - так званий загальний адаптаційний синдром

(див. вчення Г. Сельє про стрес). Оскільки абіотичні фактори середовища впливають на організм людини на рівні обміну речовин, то відповідно у людини в процесі еволюції виникли активні шляхи адаптації. При цьому адаптивні механізми підтримують гомеостаз внутрішнього середовища. Але одночасно, людина за рахунок діяльності в процесі соціальної еволюції змогла адаптуватись до значних коливань абіотичних факторів за рахунок створення одягу, житла, забезпечення себе харчовими запасами при несприятливих умовах. Врешті решт це зумовило географічне поширення людини як виду на всіх континентах Землі, за виключенням окремих екстремальних в кліматичному плані регіонах. Тому особливістю адаптації людини є як успадковані механізми фізіологічної адаптації, так і застосування штучних механізмів захисту та пристосуваннь до дії факторів зовнішнього середовища, які відсутні у тварин. Особливості одягу, житла, харчування, поведінки різних популяцій людей відображають специфіку існування в тих, чи інших умовах і є довготривалим результатом соціальної адаптації до них.