Адаптация к различному режиму двигательной активности

Адаптация к различному режиму двигательной активности

Повышенная активность. Двигательная активность — основное свойство животных и человека, неотъемлемая часть жизни и развития каждого организма. В течение жизни нередко под влиянием каких-либо 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 новому состоянию (например, тяжелая физическая работа, систематические занятия спортом и т. д.). В этих случаях развивается специфическая адаптация, сводящаяся к перестройке мышечной ткани, точнее ее массы, в соответствии с повышенной функцией.

В основе этого механизма лежит активация синтеза мышечных белков. Увеличение их функции на единицу массы ткани вызывает изменение активности генетического аппарата, что приводит к увеличению числа рибосом и полисом, в которых происходит синтез белков. В конечном итоге клеточные белки растут в объеме и количестве, нарастает масса мышечной ткани, другими словами, возникает гипертрофия. При этом в митохондриях мышечных клеток 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 трудоспособности. В результате объем функции приходит в соответствие с объемом структуры органа, и организм в целом становится адаптированным к нагрузке данной величины. Если человек проводит усиленную тренировку в объеме, значительно превышающем физиологический, то структура мышц подвергается особенно выраженным изменениям. Объем 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 (так, например, может быть при занятиях культуризмом). Такое явление можно считать дезадаптацией.

В целом, хорошо дозируемые мышечные нагрузки способствуют повышению неспецифической резистентности к действию самых раз­личных факторов. Иногда человек и животное бывают вынужде­ны адаптироваться и к пониженной двигательной активности — ги­покинезии.

Пониженная активность. Ограничения двигательной активности живого организма называют гипокинезией (синоним термина «гиподинамия»).

Степени гипокинезии в естественных условиях и в опыте могут быть различными — от небольшого ограничения подвижности до почти полного ее прекращения. Полной гипокинезии можно добиться, лишь используя фармакологические вещества типа миорелаксина (имеются в виду препараты, которые препятствуют распространению импульсов с нервов на мышцы и, таким образом, выключают деятельность скелетной мускулатуры).

Можно говорить о различных видах гипокинезии. К числу таковых относятся: отсутствие необходимости движения; невозможность двигаться в связи со спецификой внешних условий; запрет движений при режиме покоя в связи с заболеванием; невозможность двигаться в связи с заболеванием.

Рекомендуемые материалы

Примером гипокинезии, связанной с отсутствием необходимости в двигательной активности, является режим нашей повседневной жизни. Разумеется, речь идет о людях, занимающихся умственным трудом, ведущим так называемый «сидячий образ жизни». Однако современная высокоразвитая техника, используемая на производстве, приводит к тому, что рабочие и крестьяне в процессе трудовой деятельности прилагают все меньше и меньше физических усилий, так как труд человека постепенно заменяется работой различных машин. Таким образом, научно-техническая революция несет с собой гипокинезию, являющуюся отрицательным моментом для человека как биологической системы.

Аварийная фаза адаптации к гипокинезии отличается первоначальной мобилизацией реакций, компенсирующих недостаток двигательных функций.

В реакцию организма на гипокинезию вовлекается прежде всего нервная система с ее рефлекторными механизмами. Взаимодействуя с гуморальными механизмами, нервная система и организует защитные реакции адаптации на действие гипокинезии.

Исследования показали, что к числу таких защитных реакций относится возбуждение симпатоадреналовой системы, связанное большей частью с эмоциональным напряжением при гипокинезии. Во вторую очередь защитные реакции включают гормоны адаптации.

Симпатоадреналовая система обусловливает временную частичную компенсацию нарушений кровообращения в виде усилений сердечной деятельности, повышения сосудистого тонуса и, следовательно, кровяного давления, усиления дыхания (повышение вентиляции легких). Выделение адреналина и возбуждение симпатической системы способ­ствуют повышению уровня катаболизма в тканях. Однако эти реакции кратковременны и быстро угасают при продолжающейся гипокинезии.

Дальнейшее развитие гипокинезии можно представить себе следующим образом. Неподвижность способствует прежде всего снижению катаболических процессов. Выделение энергии уменьшается, и интенсивность окислительных реакций становится незначительной. Поскольку в крови снижается содержание углекислоты, молочной кислоты и других продуктов метаболизма, в норме стимулирующих дыхание и кровообращение (интенсивность деятельности сердца, скорость кровотока и кровяное давление), то эти показатели также сни­жаются. У людей в состоянии гипокинезии уменьшается вентиляция легких, падает частота сердечных сокращений, ниже становится кровяное давление. Если при этом питание остается таким же, как при активной деятельности, наблюдается положительный баланс, накопление в организме жиров и углеводов. При продолжающейся гипокинезии такое превышение ассимиляции довольно скоро приводит к ожирению.

Характерным изменениям подвергается сердечно-сосудистая система. Постоянная недогрузка сердца в связи с уменьшением «венозного возврата» в правое предсердие служит причиной недорастяжения его кровью, уменьшения минутного объема. Сердечная мышца начинает работать ослабленно. В волокнах сердечной мышцы снижается интенсивность окислительных реакций, и это приводит к изменению по типу атрофии (слово «атрофия» означает отсутствие питания). Уменьшается масса мышц, снижается их энергетический потенциал, и, наконец, возникают деструктивные изменения.

В опытах на кроликах, подвергавшихся длительное время действию гипокинезии, было установлено, что сердце подопытного кролика уменьшается в объеме на 25 % по сравнению с сердцем кролика из контрольной группы. Аналогичные результаты были получены Н. А. Агаджаняном (1962) у обследуемых после 60-суточного их пребывания в замкнутых камерах малого объема.

Изменения происходят и в сосудистой системе. В условиях гипокинезии, когда выброс крови из сердца снижается и количество циркулирующей крови уменьшается в связи с ее депонированием и застаиванием в капиллярах, тонус сердца постепенно ослабляется. Это снижает кровяное давление, что, в свою очередь, приводит к плохому снабжению тканей кислородом и падению в них интенсивности обменных реакций (порочный круг).

Застои крови в капиллярах и емкостном отделе сосудистого русла — мелких венах — способствуют повышению проницаемости сосудистой стенки для воды и электролитов и выпотеванию их в ткани. В результате возникают отеки различных частей тела. Ослабление работы сердца служит причиной повышения давления в системе полых вен, что, в свою очередь, ведет к застою в печени. Последнее способствует снижению ее обменной, барьерной и других очень важных для состояния организма функций. Кроме того, плохое кровообращение в печени вызывает застой крови в бассейне воротной вены. Отсюда повышение давления в капиллярах кишечной стенки и уменьшение всасывания веществ из кишечника.

Ухудшение условия кровообращения в пищеварительной системе снижают интенсивность сокоотделения, вследствие чего возникают расстройства пищеварения. Уменьшение кровяного давления и объема циркулирующей крови является причиной снижения мочеобразования в почках. В организме при этом повышается содержание остаточного азота, не выводимого с мочой.

Специфические изменения при ограничении движений возникают и в суставах. Эти изменения касаются синовиальных оболочек. Уменьшается количество суставной жидкости, и суставы теряют свою подвижность.

Состояние, характерное для гипокинезии, может быть обратимым или необратимым. В последнем случае оно может закончиться гибелью, чаще всего в связи с присоединившимся патологическим процессом, так как сопротивляемость организма в условиях гипокинезии очень низка. Все вышеизложенное касается абсолютной вынужденной гипокинезии. В отличие от адаптации к измененному газовому составу, низкой температуре и т.п., адаптация к абсолютной гипокинезии не может считаться полноценной. Вместо фазы резистентности идет мед­ленное истощение всех функций. Если гипокинезия не абсолютна, а лишь относительная, устанавливается определенный низкоэнергетиче­ский гомеостазис — фаза резистентности.

Она отличается нестабильностью, резким снижением неспецифи­ческой устойчивости, предрасположением к любым патологическим процессам.

Адаптация к невесомости

Факторами, наиболее неадекватными для организма, являются ус­ловия невесомости (более подробные сведения приводятся в специаль­ной лекции).

Человек рождается, растет и развивается под действием сил земного притяжения. Сила притяжения формирует топографию функций ске­летной мускулатуры, гравитационные рефлексы, координированную мышечную работу. Вегетативное обеспечение мышечной активности также во многом зависимо от силы гравитации. В частности, крово­обращение построено на факторе силы притяжения: она способствует току крови по артериям, препятствует току крови по венам, в связи с чем в организме развиваются механизмы, способствующие венозному кровотоку.

Когда при космическом полете человек попадает в условия неве­сомости, резко нарушается как соматическая деятельность, так и работа внутренних органов. Экстеро- и энтерорецепторы начинают сигнали­зировать о необычном состоянии скелетной мускулатуры и других систем органов, в фазе острой адаптации отмечается высокая степень их дезорганизации.

Дезорганизация функций глубока и имеет тенденцию прогресси­ровать. Она характеризуется изменением регионарного тонуса сосуди­стой системы. В результате в острый период адаптации отмечается прилив крови к голове, целый ряд вестибулярных расстройств, изме­нение обмена веществ обнаруживает себя в снижении уровня энерге­тического обмена. При длительном пребывании в условиях невесомости отмечают нарушение кальциевого обмена, что зависит от недостаточной двигательной активности при недогрузках костной системы конечно­стей, особенно нижних. По-видимому, отрицательный баланс Са²⁺ связан и с эндокринными сдвигами (дезорганизация в соотношениях паратгормона и тиреокальцитонина, нарушения обмена витамина Д). Эти изменения ведут к деструкции костей.

Изменяется не только координация движений, но даже почерк. В экспериментах были обнаружены нарушения в структуре клеток пе­редних рогов серого вещества спинного мозга, выявлено также сни­жение устойчивости физиологических систем к физическим нагрузкам.

Адаптация в этих условиях возможна лишь при кардинальной перестройке управляющих механизмов центральной нервной системы, формировании новых функциональных систем с обязательным исполь­зованием комплекса технических и тренировочных защитных меро­приятий. В такой необычной и неадекватной для организма ситуации необходимо применять различные искусственные способы жизнеобес­печения.

Возникает вопрос: возможна ли истинная адаптация к невесомости, при которой происходит перестройка системы регулирования, адекват­ная существованию на Земле? Этот вопрос еще требует своего решения. Ученые получают новые факты.

 Адаптация к гипоксии

Недостаток кислорода — один из часто встречающихся факторов внешней среды. В самом деле, гипоксия сопровождает очень многие физиологические и патологические процессы: подъем в горы и дыхание разреженным воздухом — классические примеры гипоксии; при ин­тенсивных физических нагрузках возникает недостаток кислорода, так как мышцы поглощают кислород интенсивнее, чем он приносится кровью; анемия из-за кровопотери или любой другой причины также вызывает гипоксию тканей; почти все болезни сердца и дыхания, как правило, сопровождаются развитием гипоксии.

Таким образом, можно констатировать, что гипоксия — универ­сальный действующий фактор, и в организме на протяжении многих веков эволюции выработались эффективные приспособительные меха­низмы к данному экстремальному воздействию.

Охарактеризуем кратко гипоксические состояния. Наиболее изве­стна классификация гипоксии Дж. Баркрофта, Ван Слайка и Питерса; она включает 4 больших класса.

1. Гипоксическая гипоксия (снижено содержание кисло­рода в атмосферном воздухе, а значит, в альвеолах и артериальной крови).

2. Анемическая гипоксия (недостаток эритроцитов или ге­моглобина как основного переносчика кислорода).

3. Застойная, или циркуляторная, гипоксия (воз­никает вследствие нарушений кровообращения из-за сердечной недо­статочности) .

4. Гистотоксическая гипоксия (в результате действия ядов (цианиды) блокированы ферменты дыхательной цепи в тканях, в частности конечное звено в переносе кислорода — цитохром окси- даза).

Помимо этих классов, различают острую и хроническую гипоксию.

Острая гипоксия возникает при резком уменьшении доступа кис­лорода в организм: помещении исследуемого в барокамеру, откуда выкачивается воздух, отравлении окисью углерода, остром нарушении кровообращения или дыхания.

Хроническая гипоксия возникает после длительного пребывания в горах или в любых других условиях недостаточного снабжения кис­лородом.

Как же организмы реагирует на гипоксическое воздействие? Для простоты возьмем в качестве модели гипоксии подъем в горы. При этом в качестве ответных мер на недостаток кислорода организм усилит работу тех органов и систем, которые осуществляют транспорт кислорода к клеткам: интенсивнее станет кровообращение и дыхание, увеличится кислородная емкость крови вследствие роста концентра­ции эритроцитов и гемоглобина, изменится диссоциация оксигемо- глобина, повысится активность ферментов дыхательной цепи, изме­нится центральная регуляция вегетативных функций — более эконо­мично используется кислород, происходит модификация поведения (ограничение двигательной активности, избегание воздействия высо­ких температур).

Мы видим, что ответные реакции на дефицит кислорода охватывают многие важнейшие физиологические системы организма. Остановимся более подробно на характеристике этих реакций.

Первой компенсаторной реакцией на гипоксию является увеличение частоты сердечных сокращений, несколько увеличивается ударный объем сердца и минутный объем крови. Эта реакция направлена на ликвидацию недостатка кислорода в тканях. Так, если организм че­ловека потребляет в покое 300 мл кислорода в минуту, а его содержание во вдыхаемом воздухе (а следовательно, и в крови) уменьшилось на 1/3, достаточно увеличить на 30 % минутный объем крови, чтобы к тканям было доставлено то же количество кислорода. Раскрытие дополнительных капилляров в тканях реализует увеличение кровотока, так как при этом увеличивается скорость диффузии кислорода.

Увеличение интенсивности дыхания при гипоксии незначительное, и только при выраженных степенях кислородного голодания (парциаль­ное давление кислорода во вдыхаемом воздух — менее 80 мм рт. ст.) возникает углубление и учащение дыхания (одышка). Объясняется это тем, что усиление дыхания в гипоксической атмосфере сопровождается гипокапнией, которая сдерживает увеличение легочной вентиляции, и только через определенное время (1—2 недели) пребывания в условиях гипоксии происходит существенное увеличение легочной вентиляции из-за повышения чувствительности дыхания к углекислому газу.

При гипоксии в первые 3—5 дней (острый период) возрастает количество эритроцитов и концентрация гемоглобина в крови за счет опорожнения кровяных депо и сгущения крови, а далее за счет интен­сификации кроветворения. (Выяснено, что уменьшение атмосферного давления на 100 мм рт. ст. вызывает нарастание содержания гемогло­бина в крови на 10 %.) Изменяются также кислородтранспортные свойства гемоглобина, увеличивается сдвиг кривой диссоциации окси-гемоглобина вправо, что способствует более полной отдаче кислорода тканям. В клетках возрастает количество митохондрий, увеличивается содержание ферментов дыхательной цепи, а это позволяет интенсифи­цировать процессы использования энергии в клетке. И наконец, проис­ходит перестройка в центральной регуляции дыхания и кровообраще­ния. Наиболее демонстративно это проявляется в изменении чувстви­тельности дыхания к углекислому газу: при адаптации к гипоксии чувствительность повышается. Это позволяет увеличить легочную вен­тиляцию, а значит, поднять содержание кислорода в крови и, что не менее важно, ослабить интенсивность работы сердечно-сосудистой сис­темы и тем самым повысить резервные возможности организма.

Таким образом, в результате действия всех звеньев нейрогумораль- ной системы происходят структурно-функциональные перестройки в организме, в результате которых формируются адаптивные реакции к данному экстремальному воздействию.

Специфика адаптации к психогенным факторам

Возрастающий информационный поток, производственные процес­сы, требующие повышенного умственного напряжения, усиление пси­хической нагрузки, характерное в настоящее время для работников любой отрасли промышленности и науки, осложнения в человеческих отношениях зачастую приводят к психическому стрессу. Следователь­но, среди многочисленных факторов, требующих адаптации организма, на первый план изучения выдвигаются факторы, вызывающие психи­ческие напряжения.

Состояние психологического напряжения вызывает особые реакции в сфере высшей нервной деятельности, сопровождающиеся вегетатив­ными компонентами.

Адаптация к воздействию психогенных факторов протекает нео­динаково у лиц с разным типом высшей нервной деятельности (хо­лериков, сангвиников, флегматиков, меланхоликов). У крайних типов (холериков, меланхоликов) такая адаптация не является стойкой, рано или поздно факторы, воздействующие на психику, приводят к срыву высшей нервной деятельности и развитию неврозов. Неврозы характеризуются дезорганизацией как психических, так и вегетатив­ных функций.

Психическая адаптация в широком смысле изучается и социологами. Управление ею в наш век не менее актуально, чем управление ме­ханизмами физиологической адаптации.

Адаптация к дефициту информации

Изменения, наблюдаемые при гиподинамии, имеют общие прин­ципы с изменениями, которые являются результатом дефицита ин­формации.

Рис. 12. Классификация факторов адаптации, по Н. А. Агаджаняну, 1981.

Человек в ходе эволюции развивался благодаря информации. Полу­чение информации тесно связано с различными видами функциональ­ной активности: двигательной, умственной, эмоциональной и др.

Полная изоляция человека от каких бы то ни было раздражений быстро приводит к нарушению режима сна, появлению зрительных и слуховых галлюцинаций и к другим психическим расстройствам, ко­торые могут стать необратимыми.

Таким образом, ограничение движения и информации — факторы, нарушающие условия развития организма, приводящие к деградации соответствующих функций.

Адаптация по отношению к этим факторам не носит компенсатор­ного характера. В ней не проявляются типичные черты активного приспособления, преобладают лишь реакции, связанные со снижением функций и приводящие в конечном итоге к патологии.

Особенности адаптации человека

К особенностям адаптации человека относится сочетание развития физиологических адаптивных свойств организма с искусственными способами, преобразующими среду в его интересах (рис. 12).

Не всегда, однако, искусственные мероприятия абсолютно позитив­ны. Так, например, в наш век санитарно-гигиенические мероприятия становятся столь эффективными, что встреча организма с патогенным микробом перестает быть повседневным явлением, и он не вырабаты­вает иммунитет, как в прежние времена.

Другим примером подобного рода может служить искусственная им­мунизация. Получение вакцин и сывороток человеком извне приводит к детренированности его собственных иммунологических механизмов.

Создание температурного комфорта в помещениях, одежда, защи­щающая от холода и перегревания, снижают возможности естественной терморегуляции.

Эти примеры позволяют говорить о том, что достижения науки и техники, помогая человеку преодолевать сложные, требующие при­способления ситуации, в то же время ослабляют защитные силы и адаптационные механизмы организма. Их необходимо по возможности тренировать.

Управление адаптацией

Управлять адаптацией, способствовать повышению выносливости своего организма — эту цель должны ставить перед собой люди. Одно из необходимых условий для этого — своевременное и рациональное питание. Недостаточность или избыточность питания, нарушение со­отношений питательных веществ в рационе сказываются на деятель­ности организма, снижают его сопротивляемость, а следовательно, и способность к адаптации.

Режим смены сна и бодрствования, отдыха и труда — также необ­ходимое условие нормального функционирования организма.

Особую роль играют физическая тренировка и закаливание.

Физическая тренировка. Наиболее эффективным средством повышения сопротивляемости организма болезням и неблагоприятным влияниям среды являются регулярные физические упражнения. Чело­век, занимающийся спортом на научной основе (без злоупотребления, переутомления, при гармоническом включении в повышенную актив­ность всех систем организма), приобретает высокую степень вынос­ливости.

Двигательная активность оказывает влияние на многие системы жизнедеятельности. Она распространяется на сбалансированность ме­таболизма; активизирует вегетативные системы: кровообращение, ды­хание.

Одним из важнейших свойств физической активности является установление в центральной нервной системе сложнейших координа­ционных соотношений. Организация движений требует формирования специальных функциональных систем, формирования афферентного синтеза и акцептора действия (П. К. Анохин) и реализации двига­тельного акта в плане совпадения с акцептором действия.

Двигательная активность формирует нервные механизмы управле­ния, активизирует взаимодействие организма с внешней средой, спо­собствует развитию организма в целом. Движение входит обязательным компонентом в работу всех анализаторов, оно необходимо для полу­чения информации, развития психики.

Перечисленные особенности двигательной деятельности делают ее средством повышения неспецифической резистентности: тренирован­ности обмена веществ, достаточно экономичной траты энергии в покое, способности организма наиболее совершенно утилизировать кислород, эффективности функционирования ферментативных систем.

Резистентность как результат физической тренированности обус­ловлена также повышением координации и более тонкой регуляцией в деятельности систем кровообращения, дыхания, крови и т. д. Все эти механизмы в значительной мере являются неспецифическими. Благодаря их наличию облегчается становление адаптационных реак­ций по отношению к широкому спектру факторов.

Закаливание. Существует целый ряд мероприятий, направлен­ных на повышение сопротивляемости человеческого организма, объе­диненных понятием «закаливание».

Классическим примером закаливания является постоянная трени­ровка холодом, водные процедуры, зарядка под открытым небом в любую погоду. Физиологический смысл закаливания сводится к трени­ровке адаптации — «блокированию» раздражителя. Терморецепторы, постоянно подвергаясь действию низкой температуры, настолько пони­жают свою возбудимость по отношению к холоду, что, например, для человека, купающегося зимой в проруби, в дальнейшем не страшен ни сквозняк, ни пребывание под дождем. Резистентность к действию низкой температуры, выработанная в процессе закаливания, зависит также от сведения к минимуму сосудистых реакций, сбалансированно­сти теплопродукции и теплоотдачи и т. д. Особенно эффективно зака­ливание чередованием действия низких и высоких температур. Однако исследования специалистов показывают, что именно низкие темпера­туры являются ведущими в повышении сопротивляемости организма.

Воздействие гипоксии. Одно из средств повышения тренирован­ности человека и укрепления его здоровья — использование гипоксии. Достаточно вспомнить долгожителей — горцев, чтобы оценить поло­жительное действие гипоксического фактора на организм. В послед­ние годы вопросам влияния гипоксической тренировки было посвя­щено немало научных исследований (Н. А. Агаджанян, 3. И. Барбашева и др.).

Выявлено, что дозированное использование гипоксии, в частно­сти в виде тренировочного пребывания человека на высоте около 2—2,5 тыс. метров (в сочетании с умеренной физической нагрузкой, когда речь идет о спортсменах), повышает неспецифическую рези­стентность организма. Гипоксический фактор способствует повышенной отдаче кислорода тканям, высокой утилизации его в окислительных процессах, активизации ферментативных тканевых реакций, эконо­мичному использованию резервов сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Разумеется, что, как и во всех случаях воздействия на организм сильных раздражителей или значительно измененных условий, при гипоксии активизируется гипофизоадреналовая система, обеспечиваю­щая общую устойчивость организма.

Таким образом, сложнейший процесс адаптации в определенной мере управляем. Разработанные учеными способы закаливания орга­низма служат улучшению его адаптивных возможностей. При этом надо учитывать, что адаптация к любому неадекватному фактору сопряжена с тратой не только энергии, но и структурных — генетически детерминированных — ресурсов организма. В каждом конкретном слу­чае научно-обоснованное определение стратегии и тактики, а также количества и качества («дозы») адаптации является столь же ответ­ственным мероприятием, как и определение дозы сильнодействующего фармакологического препарата.

Жизнь современного человека весьма мобильна, и в обычных ес­тественных условиях его организм непрерывно адаптируется к цело­му комплексу природно-климатических и социально-производствен­ных факторов (рис. 13). «Цена адаптации» зависит от дозы воздейст­вующего фактора и индивидуальных особенностей организма. Доза воздействия и переносимость зависят от наследственных — генетиче­ских — особенностей организма, продолжительности и силы (интен­сивности) воздействия факторов.

Стресс-реакция из звена адаптации может при чрезмерно сильных воздействиях среды трансформироваться в звено патогенеза и инду­цировать развитие болезней — от язвенных до тяжелых сердечно-со­судистых и имунных.

Одна из главенствующих задач экологической физиологии и ме­дицины состоит в глубоком изучении механизмов адаптации с целью использования защитных эффектов для лечения и профилактики бо­лезней, а также изыскания адекватных методов воспроизведения за­щитных эффектов адаптации с помощью фармакологических средств и природных адаптогенов.

Рис. 13. Адаптация и управление здоровьем человека.

АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМА К РАЗЛИЧНЫМ УСЛОВИЯМ

ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Выше говорилось о неспецифической резистентности организма, возникающей в ответ на действие весьма различных факторов внешней среды. Однако, наряду с неспецифически­ми приспособительными реакциями в ответ на действие конкретных условий возникают также и определенные специфические реакции, о которых речь пойдет ниже.

АДАПТАЦИЯ К ДЕЙСТВИЮ НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

Условия, при которых организм должен адаптироваться к холоду, могут быть различны­ми и не сводятся только к пребыванию в регионе с холодным климатом. Один из возмож­ных вариантов таких условий — работа в холодных цехах или холодильниках. При этом холод действует не круглосуточно., а чередуясь с нормальным для данного человека темпе­ратурным режимом. Фазы адаптации в таких случаях обычно выражены стерто. Первые дни в ответ на низкую температуру теплопродукция нарастает неэкономично, избыточно, теачоотдача еще недостаточно ограничена. После установления фазы стойкой адаптации процессы теплопродукции становятся интенсивнее, а теплоотдачи — снижаются н, в конеч­ном итоге, балансируются таким образом, чтобы наиболее совершенно поддерживать ста­бильную температуру тела в новых условиях. Следует отметить, что к активной адаптации

в этом случае присоединяются механизмы, обеспечивающие.адаптацию рецепторов к холо­ду, то есть повышение порога раздражения этих рецепторов. Такой механизм блокирова­ния действия холода снижает потребность в активных адаптационных реакциях.

По-иному протекает адаптация к жизни в северных широтах. Здесь воздействия на орга­низм всегда комплексные: попав в условия Севера, человек подвергается действию не толь­ко низкой температуры, но и измененного режима освещенности и уровня радиации. В на­стоящее время, когда необходимость освоения Крайнего Севера становится все более на­стоятельной, механизмы адаптации к Северу, т. е. акклиматизация досконально изучаются.

Установлено, что первая острая адаптация при попадании на Север знаменуется несба­лансированным сочетанием теплрпродукции и теплоотдачи. Под влиянием относительно быстро устанавливающихся регудяторных механизмов развиваются стойкие изменения теп­лопродукции, являющиеся приспособительными для выживания в новых условиях. Показа­но, что после «аварийной» стадии достигается стойкая адаптация благодаря изменениям, в частности, в ферментативных антиоксидантных системах. Речь идет рб усилении лшшдно- го обмена, что выгодно организму для интенсификации энергетических процессов. У лю­дей, живущих на Севере, повышено содержание в крови жирных кислот, в то время как уровень сахара в крови снижен. За счет усиления «глубинного» кровотока при сужении периферических сосудов жирные кислоты более активно вымываются из жировой ткани. Митохондрии в клетках людей, адаптированных к жизни на Севере, также включают в себя жирные кислоты. Это приводит к изменению характера окислительных реакций, к разобще­нию фосфорилирования и свободного окисления. Из этих двух процессов доминирующим становится свободное окисление. В тканях жителей Севера относительно много свободных радикалов. ,

Становлению специфических изменений тканевых процессов, характерных для адапта­ции, способствуют нервные и гуморальные механизмы. В частности, хорошо изучены в усло­виях холода проявления повышенной активности щитовидной железы (тироксин обеспечива­ет рост теплопродукции) и надпочечников (катехоламины дают катаболический эффект). Эти гормоны, кроме того, стимулируют липолитические реакции. Считают, что в условиях Севе­ра АКТЕ и гормоны надпочечников вырабатываются особенно-активно, обусловливая моби­лизацию механизмов адаптации и повышая чувствительность тканей к тироксину.

Становление адаптации и ее волнообразное протекание сопряжены с такими симптомами, как лабильность психических и эмоциональных реакций, быстрая утомляемость, одышка и другие гипоксические явления. В целом, эти симптомы соответствуют синдрому «полярного напряжения». Считают, что не последнюю роль в развитии этого состояния играют космиче­ские излучения. У некоторых лиц при нерегулярной, нагрузке в условиях Севера защитные механизмы и адаптивная перестройка организма могут давать срыв — дезадаптацию. При этом проявляется целый ряд патологических явлений, называемых «полярной болезнью».

АДАПТАЦИЯ К ДЕЙСТВИЮ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

Высокая температура может действовать на организм человека в искусственных и есте­ственных условиях. В первом случае речь идет о работе, связанной с высокой температу­рой помещения, что также чередуется с пребыванием в условиях комфортной температу­ры. Первая фаза адаптации в этом примере связана с отсутствием баланса'между теплопро­дукцией и основным механизмом теплоотдачи — потоотделением. По мере того как работа в горячем цехе становится перманентной, приспособление, т. е. адаптация идет за счет сни­жения теплопродукции, формирования стойкого перераспределения кровенаполнения со­судов, так что с поверхности тела отдача тепла облегчается. Потоотделение из избыточного — в аварийную фазу — превращается в адекватное высокой температуре. Потеря воды и солей с потом компенсируется питьем подсоленой воды. Пребывание в условиях комфорт­ной температуры помогает восстановительным процессам и облегчает адаптацию к услови­ям высокой температуры.

Процесс адаптации при перемещении в южные широты имеет больше специфики. При постоянном действии высокой температуры (в зависимости от влажности) главные измене­ния в организме — дегидратация и потеря солей, в частности ЫаС1. Соответственно про­цесс адаптации идет в направлении повышения выработки АДГ и альдостерона. В результа­те устанавливается экономичное выделение этих гормонов, позволяющее снизить потерю воды и ИаС1 и в то же время сохранить механизм потоотделения как основу для повышен­ной отдачи тепла. В этих условиях активно функционирует гипоталамический центр термо­регуляции, которому принадлежит роль в управлении теплопродукцией и теплоотдачей.

В тканях при участии гистамина и серотонина облегчается отдача воды из коллоидного промежуточного вещества, растет лимфоток, в связи с чем увеличивается объем циркули­рующей крови. Эти изменения создают предпосылки для притока большего количества крови к поверхности кожи, что способствует потоотделению. У людей при адаптации к гипертер­мии отмечается повышенное содержание азота в крови и низкий уровень кровяного давле­ния. В случаях дезадаптации человеку в условиях высокой температуры угрожает перегре­вание — повышение кровенаполнения сосудов мозга, потеря сознания и другие патологи­ческие явления.

АДАПТАЦИЯ К РАЗЛИЧНЫМ РЕЖИМАМ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ

Повышенная активность. Двигательная активность — основное свойство животных и человека, неотъемлемая часть жизни и развития каждого организма. В течение жизни не­редко влиянием каких-либо 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 новому состоянию (напри­мер, тяжелая физическая работа, систематические занятая спортом и т. д.). В этих случаях раз­вивается специфическая адаптация, сводящаяся к перестройке структуры мышечной ткани, точ­нее, ее массы в соответствии с повышенной функцией.

В основе этого механизма лежит активация, синтеза мышечных белков. Ф. 3. Меерсон описал закономерность в соотношении функции органа и генетического аппарата составля­ющих его клеток. 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, клеточные белки растут в объеме и количестве, нарастает масса мышечной тка­ни, другими словами, возникает гипертрофия. При этом в митохондриях мышечных клеток увеличивается использование пирувата, что предотвращает повышение содержания лакта- та в крови и обеспечивает мобилизацию и использование жирных кислот, а это, в свою очередь, приводит к повышению трудоспособности. В результате объем функции приходит в соответствие с объемом структуры органа и организм в целом становится адаптирован­ным к нагрузке данной величины. Если человек проводит усиленную тренировку в объеме, значительно превышающем физиологический, то структура мышц подвергается особенно выраженным изменениям. Объем 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 (так, например, мо­жет быть при занятиях культуризмом). Такое явление можно считать дезадаптацией.

В целом, хорошо дозируемые нагрузки способствуют повышению неспецифической ре­зистентности к действию самых различных факторов. Наряду с повышенной двигательной активностью человек и животное бывают вынуждены адаптироваться и к пониженной дви­гательной активности, т. е. к гипокинезии.

Пониженная активность. Ограничения двигательной активности живого организма называют гипокинезией (синоним термина «гиподинамия».

Степени гипокинезии в естественных условиях и в опыте могут быть различными, начи­ная от небольшого ограничения подвижности до почти полного ее прекращения. Полной гипокинезии можно добиться, используя лишь фармакологические вещества типа миоре- лаксина (имеются в виду препараты, которые препятствуют распространению импульсов с нервов на мышцы и, таким образом, выключают деятельность скелетной мускулатуры).

Можно говорить о различных видах гипокинезии. К числу таковых относятся: отсутст­вие необходимости движения, невозможность двигаться в связи со спецификой внешних условий, запрет движений при режиме покоя в связи с заболеванием, невозможность дви­гаться в связи с заболеванием.

Примером гипокинезии, связанной с отсутствием необходимости в,двигательной актив­ности, является режим нашей повседневной жизни. Разумеется, речь идет о людях, занима­ющихся умственным трудом, ведущих так называемый «сидячий образ жизни». Однако со­временная высокоразвитая техника, используемая на производстве, приводит к тому, что человек в процессе трудовой деятельности прилагает все меньше и меньше физических уси­лий, так как его труд постепенно заменяется работой различных машин. Таким образом, научно-техническая революция несет с собой гипокинезию, являющуюся отрицательным моментом для человека как биологической системы.

Аварийная фаза адаптации к гипокинезии отличается первоначальной мобилизацией реакций, компенсирующих недостаток двигательных функций. В реакцию организма на ги­покинезию вовлекается прежде всего нервная система с ее рефлекторными механизмами. Взаимодействуя с гуморальными механизмами, нервная система и организует защитные реакции адаптации на действие гипокинезии.

Исследования показали, что к числу таких защитных реакций относится возбуждение симпато-адреналовой системы, связанное большей частью с эмоциональным напряжением при гипокинезии. Во вторую очередь защитные реакции включают гормоны адаптации.

Симпато-адреналовая система обусловливает временную частичную компенсацию на­рушений кровообращения в виде усиления сердечной деятельности, повышения сосудисто­го тонуса и, следовательно, кровяного давления, усиления дыхания (повышение вентиля­ции легких). Выделение адреналина и возбуждение симпатической системы способствуют повышению уровня катаболизма в тканях. Однако эти реакции кратковременны и быстро угасают при продолжающейся гипокинезии.

Дальнейшее развитие гипокинезии можно представить себе следующим образом. Непо­движность прежде всего способствует снижению катаболических процессов. Выделение энергии уменьшается, и интенсивность окислительных реакций становится незначитель­ной. Поскольку в крови снижается содержание углекислоты, молочной кислоты и других продуктов метаболизма, в норме стимулирующих дыхание и кровообращение (интенсив­ность деятельности сердца, скорость кровотока и кровяное давление), то эти показатели также снижаются. У людей в состоянии гипокинезии уменьшается вентиляция легких, час­тота сердечных сокращений, ниже становится кровяное давление. Если при этом питание остается таким же, как при активной деятельности, наблюдается положительный баланс, кумуляция в организме жиров и углеводов. При продолжающейся гипокинезии такое повы­шение ассимиляции довольно скоро приводит к ожирению. Характерным изменениям под­вергается сердечно-сосудистая система. Постоянная недогрузка сердца в связи с уменьше­нием «венозного возврата» в правое предсердие служит причиной недорастяжения его кро­вью, уменьшения минутного объема. Сердечная мышца начинает работать ослабленно. В во­локнах сердечной мышцы снижается интенсивность окислительных реакций, и это приводит к изменению по типу атрофии (слово «атрофия» означает отсутствие питания). Уменьшается масса мышц, снижается их энергетический потенциал и, наконец, возникают деструктивные измене­ния. В опытах на кроликах, подвергавшихся длительное время действию гипокинезии, уста­новлено, что сердце уменьшается в объеме на 25% по сравнению с сердцем контрольных кроликов.

Изменения происходят и в сосудистой системе. В условиях гипокинезии, когда выброс крови из сердца снижается и количество циркулирующей крови уменьшается в связи с ее депонированием и застаиванием в капиллярах, тонус сосудов постепенно ослабляется. Это снижает кровяное давление, что, в свою очередь, приводит к плохому снабжению тканей кислородом и падению в них интенсивности обменных реакций (порочный круг).

Застой крови в капиллярах и емкостном отделе сосудистого русла (мелких венах) спо­собствует повышению проницаемости сосудистой стенки для воды и электролитов и вы- потеванию их в ткани. В результате возникают отеки различных частей тела. Ослабление работы сердца служит причиной повышения давления в системе полых вен, что, в свою очередь, ведет к застою в печени. Последнее способствует снижению ее обменной, барь­ерной и других очень важных для состояния организма функций. Кроме того, плохое кро­вообращение в печени вызывает застой крови в бассейне воротной вены. Отсюда — по­вышение давления в капиллярах кишечной стенки и уменьшение всасывания веществ из кишечника.

Ухудшенные условия кровообращения в пищеварительной системе снижают интенсив­ность сокоотделения, вследствие чего возникают расстройства пищеварения. Уменьшение крозяного давления и объема циркулирующей крови является причиной снижения мочеоб- разования в почках. В организме при этом повышается содержание остаточного азота, не выводимого с мочой.

Специфические изменения возникают и в суставах при ограничении движений и подвиж­ности. Эти изменения касаются синовиальных оболочек. Уменьшается количество сустав­ной жидкости и суставы теряют свою подвижность.

Состояние, характерное для гипокинезии, может быть обратимым или необратимым. В по­следнем случае оно может закончиться гибелью, чаще всего в связи с присоединившимся пато­логическим процессом, так как сопротивляемость организма в условиях гипокинезии очень низка. Все вышеизложенное касается абсолютной вынужденной гипокинезии. В отличие от примеров адаптации к измененному газовому составу, низкой температуре и другим, адап­тация к абсолютной гипокинезии не может считаться полноценной. Вместо фазы резис­тентности идет медленное истощение всех функций. Если гипокинезия не абсолютная, а лишь относительная, устанавливается определенный низкоэнергетический гомеостазис — фаза резистентности. Она отличается нестабильностью, резким снижением неспецифичес­кой устойчивости, предрасположением к любым патологическим процессам.

АДАПТАЦИЯ К НЕВЕСОМОСТИ

Из факторов, наиболее неадекватных для организма, являются условия невесомости.

Человек рождается, растет и развивается в естественных условиях только под действи­ем сил земного притяжения. Сила притяжения формирует топографию функций скелетной мускулатуры и гравитационные рефлексы. Вся координированная мышечная работа фор­мируется в условиях сил земного притяжения. Вегетативное обеспечение мышечной актив­ности также во многом зависимо от силы гравитации. В частности, кровообращение пост­роено на факторе силы притяжения. Сила притяжения способствует току крови по артери­ям, но препятствует току крови по венам, в связи с чем в организме развиваются механиз­мы, способствующие венозному кровотоку.

Когда при космическом полете человек попадает в условия невесомости, это резко нару­шает как соматическую деятельность, так и работу внутренних органов. Экстеро- и интеро- рецепторы начинают сигнализировать о необычном состоянии скелетной мускулатуры и всех внутренних органов. Под влиянием такой необычной имаульсации в фазу острой адап­тации отмечается высокая степень дезорганизации двигательной деятельности и работы внутренних органов.

Дезорганизация функций глубока и имеет тенденцию прогрессировать. Она характери­зуется изменением регионального тонуса сосудистой системы. В результате, в острый пе- рнод адаптации отмечается прилив крови к голове, целый ряд вестибулярных расстройств, изменение обмена веществ, которое проявляется в снижении уровня энергетического об­мена. В тяжелых условиях отмечают нарушение минерального, в том числе кальциевого обмена, что зависит от двигательной активности в условиях недогрузок костной системы конечностей, особенно нижних. По-видимому, отрицательный баланс Са2+ в условиях космических полетов может быть связан и с эндокринными сдвигами (дезорганизация в соотношениях паратгормона и тиреокальцитонина, нарушение обмена витамина Д, эти изменения ведут к деструкции костей). Изменяется не только координация движений, но даже почерк. В экспериментах были обнаружены нарушения структуры передних рогов серого вещества спинного мозга, показано также снижение устойчивости физиологичес­ких систем в условиях физических нагрузок. Адаптация в этих условиях возможна лишь при кардинальной перестройке управляющих механизмов центральной нервной системы, формировании новых функциональных систем при обязательном использовании комплекса технических и тренировочных защитных мероприятий. Необходимо применять различ­ные искусственные способы жизнеобеспечения в такой необычной и неадекватной для организма ситуации.

Возникает вопрос: возможна ли истинная адаптация к условиям невесомости, при кото­рой возникает перестройка системы регулирования, адекватной существованию в условиях на Земле. Этот вопрос еще требует своего решения.

Рис. 106. Факторы, действующие на организм в условиях космического полета, и изменения в различных системах организма.

АДАПТАЦИЯ К ГИПОКСИИ

Недостаток кислорода — один из часто встречающихся факторов внешней среды; в са­мом деле, гипоксия сопровождает очень многие физиологические и патологические про­цессы (подъем в горы и дыхание разреженным воздухом — классические примеры гипо­ксии); при интенсивных физических нагрузках также возникает недостаток кислорода, вслед­ствие того, что мышцы поглощают кислород интенсивнее, чем он приносится кровью; ане­мия вследствие кровопотери или любой другой причины также вызывает гипоксию тканей; почти все болезни сердца и дыхания, как правило, сопровождаются развитием гипоксии.

Таким образом, можно констатировать, что гипоксия — универсальный действующий фактор, и в организме на протяжении многих веков эволюции выработались эффективные приспособительные механизмы к данному экстремальному воздействию.

Охарактеризуем кратко гипоксические состояния. Наиболее известна классификация гипоксии, включающая 4 больших класса:

5. Гипоксическая гипоксия (снижено содержание кислорода в атмосферном воздухе, а значит, в альвеолах и артериальной крови).

6. Анемическая гипоксия (недостаток эритроцитов или гемоглобина как основного пере­носчика кислорода).

7. Застойная, или циркуляторная, гипоксия (возникает вследствие нарушений кровообра­щения из-за сердечной недостаточности).

8. Гистотоксическая гипоксия (в результате действия ядов (цианиды) блокированы фер­менты дыхательной цепи в тканях, в частности, конечное звено в переносе кислорода — цитохромоксидаза).

Помимо этих классов, различают острую и хроническую гипоксию. Острая гипоксия возникает при резком уменьшении доступа кислорода в организм (при помещении исследу­емого в барокамеру, откуда выкачивается воздух, при отравлении окисью углерода, при остром нарушении кровообращения или дыхания). Хроническая гипоксия возникает при длительном пребывании в горах или при любых других условиях недостаточного снабже­ния кислородом.

Как же организмы реагируют на гипоксическое воздействие? Для простоты возьмем в качестве модели гипоксии подъем в горы. При этом в качестве ответных мер на недостаток кислорода организм усилит работу тех органов и систем, которые осуществляют транспорт кислорода к клеткам: усилится кровообращение и дыхание, увеличится кислородная ем­кость крови вследствие роста концентрации эритроцитов и гемоглобина, изменится форма кривой диссоциации оксигемоглобина со сдвигом вправо, повысится активность ферментов дыхательной цепи, изменится центральная регуляция вегетативных функций, направлен­ная на более экономное использование кислорода, произойдет модификация поведения (ог­раничение двигательной активности, избегание воздействия высоких температур).

Ответные реакции на дефицит кислорода охватывают многие важнейшие физиологичес­кие системы организма. Остановимся более подробно на характеристике ответных реакций организма.

Первой компенсаторной реакцией на гипоксию является увеличение частоты сердечных сокращений, несколько увеличивается ударный объем сердца и минутный объем крови. Эта реакция направлена на ликвидацию недостатка кислорода в тканях. Так, если организм че­ловека потребляет в покое 300 мл кислорода в минуту, а его парциальное давление во вды­хаемом воздухе (а, следовательно, и в крови) уменьшилось на 1/3, достаточно увеличить на 30% минутный объем крови, чтобы к тканям было доставлено то же количество кислорода. Раскрытие дополнительных капилляров в тканях реализует увеличение кровотока, так как при этом повышается скорость диффузии кислорода.

Увеличение интенсивности дыхания при гипоксии незначительно и только при выра­женных степенях кислородного голодания (парциальное давление кислорода во вдыхае­мом воздухе менее 80 мм рт. ст.) возникает углубление и учащение дыхания (одышка).

Объясняется это тем, что усиление дыхания в гипоксической атмосфере сопровождается гипокапнией, которая сдерживает увеличение легочной вентиляции и только через опреде­ленное время (1—2 недели) пребывания в условиях гипоксии происходит существенное увеличение легочной вентиляции из-за повышения чувствительности центров дыхания к углекислому газу.

При гипоксии возрастает количество эритроцитов и концентрация гемоглобина в крови в первые 3—5 дней (острый период) за счет опорожнения кровяных депо и сгущения крови, а далее за счет интенсификации кроветворения (выяснено, что уменьшение атмосферного давления на 100 мм рт. ст. вызывает нарастание содержания гемоглобина в крови на 10%). Изменяются также кислородтранспортные свойства гемоглобина, увеличивается сдвиг кри­вой диссоциации оксигемоглобина вправо, что способствует более полной отдаче кислоро­да тканям. В клетках возрастает количество митохондрий, увеличивается содержание фер­ментов дыхательной цепи, что позволяет интенсифицировать процессы использования энер­гии в клетке. И, наконец, происходит перестройка в центральной регуляции дыхания и кро­вообращения. Наиболее демонстративно это проявляется в изменении чувствительности дыхательного центра к углекислому газу. При адаптации к гипоксии чувствительность по­вышается; это позволяет увеличить легочную вентиляцию, поднять содержание кислорода в крови, улучшить снабжение организма кислородом и, что не менее важно, ослабить ин­тенсивность работы сердечно-сосудистой системы и тем самым повысить резервные воз­можности организма.

Таким образом, в результате воздействия всех звеньев нейрогуморальной системы про­исходят структурно-функциональные перестройки в организме, в результате которых фор­мируются адаптивные реакции к данному экстремальному воздействию.

Вам также может быть полезна лекция "9.2 Цвет как средство информации".

СПЕЦИФИКА АДАПТАЦИИ К ПСИХОГЕННЫМ ФАКТОРАМ

Возрастающая перегрузка информацией, производственные процессы, требующие по­вышенного умственного напряжения, а также повышенная нагрузка на психическую дея­тельность, характерная в настоящее время для людей, занятых в производстве и в науке, приводит к тому, что психический стресс, а, следовательно, факторы, вызывающие психи­ческие напряжения, выдвигаются на первый план среди многочисленных факторов, требу­ющих адаптации организма.

Особого внимания заслуживают осложнения в человеческих отношениях, а также дру­гие моменты социального плана. Факторы подобного рода могут являться причиной воз­никновения отрицательных эмоций и психологических реакций, имеющих защитный адап­тивный характер.

Состояние психологического напряжения сопровождается особыми реакциями в сфере высшей нервной деятельности, сопровождающимися вегетатиными компонентами.

Адаптация к воздействию психогенных факторов протекает неодинаково у лиц с разным типом высшей нервной деятельности (холериков, сангвиников, флегматиков, меланхоли­ков). У крайних типов (холериков, меланхоликов) такая адаптация не является стойкой, рано или поздно факторы, воздействующие на психику, приводят к срыву высшей нервной деятельности и развитию неврозов. Неврозы характеризуются дезорганизацией как психи­ческих, так и вегетативных функций.

Психическая адаптация в широком смысле изучается и социологами, и управление ею является в наш век не менее актуальным, чем управление механизмами физиологической адаптации.