Для того чтобы понять механизмы закаливания, в том числе и механизмы адаптации детей к сниженной температуре среды, необходимо разобрать вопросы, связанные с терморегуляцией в раннем постнатальном периоде.
В антенатальном периоде организм развивается в условиях постоянной температуры, равной температуре тела матери. Постоянство температуры окружающей среды во внутриутробном периоде является важным и непременным фактором раннего развития, поскольку плод еще не способен сам поддерживать собственную температуру тела. Преждевременно рождающиеся дети, а также незрелорождающиеся млекопитающие в условиях обычной температуры окружающей среды, равной 21-22 °С, не могут поддерживать гомойотер- мию и потому снижают температуру собственного тела. Исследования показали, что однократное или многократное снижение температуры беременного животного не безразлично для внутриутробного развития и приводит к существенной задержке роста и развития плода.
Сразу после рождения температура окружающей среды для ребенка снижается на 10-15 °С.
Какие физиологические закономерности лежат в основе регуляции функций в этих условиях? Пониманию законо-мерностей целого организма в значительной степени способствует развитие системного подхода в биологии и медицине. Системы нередко определяются как «совокупность отдельных элементов», их «упорядоченность». Открытие системных закономерностей в деятельности живых систем связано с именем академика П. К. Анохина. П. К. Анохин обратил внимание на то, что системы живых организмов не просто упорядочивают входящие в них отдельные элементы, но и объединяют их для осуществления отдельных жизненно важных функций. Такие системы получили название функциональных систем.
Системообразующим фактором функциональной системы любой степени сложности (по П. К. Анохину) являются полезные приспособительные результаты для системы и организма в целом. К ним относятся: 1) показатели внутренней среды (питательные вещества, кислород, температура, реакции крови, осмотическое и кровяное давление), то, что в зна-чительной мере определяет уровень здоровья взрослых и детей; 2) результаты поведенческой и социальной деятельности, удовлетворяющие основные биологические потребности организма (пищевые, питьевые, оборонительные и т. д.) и социальные.
Рассмотрим отдельные узловые механизмы формирования функциональной системы, определяющей оптимальный для метаболизма уровень температуры тела. Она объединяет две подсистемы: подсистему внутренней эндогенной саморегуляции и подсистему поведенческой регуляции температуры тела [Макаров В. А., 1983]. Эндогенные механизмы саморегуляции за счет процессов теплопродукции и теплорегуля- ции определяют поддержание необходимой для метаболизма температуры тела. Однако в отдельных условиях действия этих механизмов становятся недостаточными. Тогда на основе первичных изменений внутри организма рождается мотивация к изменению положения организма во внешней среде и возникает поведение, направленное на восстановление температурного оптимума организма.
Принципиальная архитектура функциональной системы, поддерживающей температуру тела на оптимальном для метаболизма уровне, представлена на рис. 2. Полезным приспособительным результатом данной функциональной системы является температура крови, которая, с одной стороны, обеспечивает нормальное течение обменных процессов в организме, а с другой стороны, сама определяется интенсивностью процессов метаболизма.
Для нормального течения метаболических процессов го- мойотермные животные, в том числе и человек, вынуждены поддерживать температуру тела на относительно постоянном уровне. Измерение температуры в течение дня позволяет определить ее суточные колебания с наивысшим уровнем в 12-16 ч и низшим - в 2-4 ч. Эти колебания идут параллельно с функциональными сдвигами процессов кровообращения, дыхания, пищеварения и др. и отражают, таким образом, суточные колебания жизнедеятельности организма, обусловленные биологическими ритмами. Благодаря механизмам саморегуляции необходимая для обмена веществ температура поддерживается уже в крови. Температура крови и ее малейшие изменения немедленно воспринимаются терморецепторами сосудов или клетками гипоталамической области. В случае повышения температуры крови усиливаются процессы теплоотдачи за счет расширения сосудов, усиления потери тепла конвекцией, излучением и др. Одновременно с этим наблюдается торможение процессов теплопродукции.
При повышении температуры крови усиливаются процессы теплопродукции за счет мышечной деятельности, дрожи, усиления клеточного метаболизма. Наряду с этим тормозятся процессы теплоотдачи, что и приводит к восстановлению температуры крови. Данная функциональная система находится в постоянных взаимоотношениях с внешней средой посредством действия внешней температуры на терморецепторы кожи.
В последние годы установлено, что в раннем возрасте уже осуществляется функция теплопродукции, которая обеспечивается в первую очередь активностью бурого жира. У плода уже в антенатальном периоде представлена бурая жировая ткань, расположенная главным образом в межлопаточной области [Новикова Е. Ч., Корниенко И. А. и др., 1972; Корниенко И. А., 1979]. Показано, что усиление функции бурого жира связано с возрастанием симпатической регуляции, а именно с изменением содержания норадреналина.
Теплопродукция за счет сократительной активности скелетных мышц в раннем постнатальном возрасте не является основной, первостепенной. У детей еще отсутствует холодовая дрожь. Вместе с тем у них, начиная с периода новорожденное™, уже представлен терморегуляционный тонус скелетных мышц, который приводит к созданию специфической позы (согнутое положение конечностей по отношению к туловищу, что обеспечивает повышение теплопродукции). Во время сна тонус скелетных мышц исчезает, но терморегуляционная активность бурой жировой ткани обеспечивает термогенез и во время сна.
В раннем постнатальном возрасте скелетная мускулатура принимает участие в терморегуляции только при значительном снижении температуры среды. В более старшем возрасте (172-3 года) терморегуляционная активность скелетных мышц начинает проявляться при местном охлаждении - погружении рук в холодную воду (+15 °С) на 2 мин.
С возрастом происходит уменьшение роли химической терморегуляции и возрастание физической терморегуляции, о чем свидетельствует снижение кожной температуры и тем самым увеличение температурных градиентов туловища и конечностей [Кореневская Е. И. и др., 1971; Саатов М. С., 1974; Гохблит И. И., Корниенко И. А., 1978].
Сниженная температура среды через раздражение рецепторов кожи и легких может стимулировать центры иннервации скелетных мышц и способствовать возникновению так называемого терморегуляциопного мышечного тонуса. Как представлены адаптивные механизмы поддержания постоянной температуры тела у взрослого и растущего организма?
Существенное значение в терморегуляции как у взрослых, так и у детей принадлежит скелетной мускулатуре. Однако в детском возрасте значение скелетной мускулатуры в каче-стве фактора теплопродукции меньше, чем у взрослых, поскольку у взрослых больше масса мускулатуры. Она составляет 40 %, в то время как у детей - на 10 % меньше.
Большая роль в теплопродукции отводится печени, кишечнику, причем тем большая, чем меньше возраст ребенка. Хорошо известно, что сокращение мышцы сопровождается освобождением тепла. Однако химическая терморегуляция может проявляться и при отсутствии сократительной деятельности мышц. Это явление получило название «химический тонус», «бездрожевой», «несократительный термогенез».
В настоящее время показано, что функциональная система терморегуляции включает в себя корковый и гипота- ламический отделы мозга [Нетт^\уау А., 1963]. Закаливание изменяет в целом деятельность нервной системы и эндокринного аппарата, приводит к формированию новых условных рефлексов [Миих А. А., 1980].
Как уже было сказано, начальные стадии адаптации к холоду обязаны усилению теплообразования за счет возрастания мышечной активности. Далее дрожевая активность меняется на несократительный термогенез, связанный с возникновением свободного окисления.
Таким образом, если на уровне целостного организма адаптация к холоду вызывает возбуждение симпатического отдела нервной системы, то на уровне клетки адаптивные изменения приводят к увеличению свободного окисления. Это ведет к падению концентрации макроэргов, увеличению потен
циала фосфорилирования, мобилизации гликолиза, что в конечном итоге направлено на увеличение активности генетического аппарата клеток и увеличение количества митохондрий [Меерсон Ф. 3., 1973].
Адаптация к низкой температуре среды предполагает не только увеличение теплопродукции, что обеспечило бы растущему организму выживание, но и сохранение или увеличение рабочих возможностей организма в среде. Иными словами, адаптация к холоду предполагает высокий уровень разобщения окисления и фосфорилирования - возрастание мощности системы разобщения.
Установлено, что адаптация к холоду в раннем постнатальном возрасте может привести к увеличению рабочих воз-‘ можностей сердечно-сосудистой системы. При этом возрастает содержание миоглобина как в сердце, так и в скелетных мышцах [Празников В. П., 1972].
Во время адаптации взрослого организма к холоду происходит увеличение концентрации катехоламинов и, в частности, норадреналина в плазме крови и моче. Чувствительность организма к адреналину и норадреналину во время адаптации к холоду существенно возрастает и становится большей, чем у неадаптированных к холоду животных [Меерсон Ф. 3., Гомазков О. А., 1970]. Еще большая чувствительность к холоду имела место у животных раннего возраста. При фармакологическом выведении катехоламинов из тканей и крови животных раннего возраста происходит резкое снижение адаптивной устойчивости к холоду.
Адаптация детского организма к сниженной температуре среды в целях увеличения устойчивости, резистентности по отношению к переохлаждению и возникновению заболеваний может быть рассмотрена на примере временных холодовых экспозиций, а также на «модели» адаптации детей к условиям Севера. При этом имеется в виду изыскание оптимальных условий проведения различных приемов закаливания в условиях средней полосы и Севера. С другой стороны, адаптация детей к Европейскому и Азиатскому Северу вскрывает те факторы риска, которые могут встретиться при чрезмерной адаптации, при чрезмерном закаливании ребенка к холоду в средней полосе или даже на юге. Чрезмерная адаптация ведет, как правило, к «полому» возможностей сопротивления организма к ряду средовых воздействий и возникновению заболеваний.
Белгородская региональная общественная организация
МБОУДОД «Центр детского-юношеского туризма и экскурсий»
Г. Белгорода
Методическая разработка
Тема: «Физиологически основы адаптации организма спортсмена к новым климатическим условиям»
тренер-преподаватель ЦДЮТЭ
г. Белгород, 2014
1. Понятие адаптации
2. Адаптация и гомеостаз
3. Адаптация к холоду
4. Акклиматизация. Горная болезнь
5. Развитие специфической выносливости как фактор, способствующий высотной акклиматизации
1. Понятие адаптации
Адаптация - это процесс приспособления, который формируется в течение жизни человека. Благодаря адаптационным процессам человек приспосабливается к непривычным условиям или нового уровня активности, т. е. повышается устойчивость его организма против действия различных факторов. Организм человека может адаптироваться к высокой и низкой температурам, эмоциональным раздражениям (страх, боль и т. д.), к низкому атмосферному давлению или даже некоторым патогенным факторам.
Например, адаптированный к недостатку кислорода альпинист может подняться на горную вершину высотой 8000 м и более, где парциальное давление кислорода приближается к 50 мм рт. ст. (6,7 кПа). Атмосфера на такой высоте столь разрежена, что нетренированный человек погибает за несколько минут (из-за нехватки кислорода) даже в состоянии покоя.
Люди, живущие в северных или южных широтах, в горах или на равнине, во влажных тропиках или в пустыне по многим показателям гомеостаза отличаются друг от друга. Поэтому ряд показателей нормы для отдельных регионов земного шара может отличаться.
Можно сказать, что жизнь человека в реальных условиях является постоянным адаптационным процессом. Организм его адаптируется к воздействию различных климатогеографических, природных (атмосферное давление и газовый состав воздуха, продолжительность и интенсивность инсоляции, температура и влажность воздуха, сезонные и суточные ритмы, географическая долгота и широта, горы и равнина и др.) и социальных факторов, условий цивилизации. Как правило, организм адаптируется к действию комплекса различных факторов. Потребность в стимулировании механизмов, приводящих в действие процесс адаптации, возникает по мере нарастания силы или продолжительности воздействия ряда внешних факторов. Например, в естественных условиях жизни такие процессы развиваются осенью и весной, когда организм постепенно перестраивается, адаптируясь к похолоданию, или при потеплении.
Адаптация развивается и тогда, когда человек изменяет уровень активности и начинает заниматься физкультурой или каким-либо нехарактерным видом трудовой деятельности, т. е. нарастает активность двигательного аппарата. В современных условиях в связи с развитием скоростного транспорта человек часто меняет не только климатогеографические условия, но и часовые пояса. Это накладывает свой отпечаток на биоритмы, что также сопровождается развитием адаптационных процессов.
2. Адаптация и гомеостаз
Человек вынужден постоянно приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды, сохраняя свой организм от разрушения под действием внешних факторов. Сохранение организма возможно благодаря гомеостазу - универсальному свойству сохранять и поддерживать стабильность работы различных систем организма в ответ на воздействия, нарушающих эту стабильность.
Гомеостаз - относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Любые физиологические, физические, химические или эмоциональные воздействия, будь то температура воздуха, изменение атмосферного давления или волнение, радость, печаль, могут быть поводом к выходу организма из состояния динамического равновесия. Автоматически, при помощи гуморальных и нервных механизмов регуляции осуществляется саморегуляция физиологических функций, обеспечивающая поддержание жизнедеятельности организма на постоянном уровне. Гуморальная регуляция осуществляется через жидкую внутреннюю среду организма с помощью молекул химических веществ, выделяемых клетками или определенными тканями и органами (гормонов, ферментов и т. д.). Нервная регуляция обеспечивает быструю и направленную передачу сигналов в виде нервных импульсов, поступающих к объекту регуляции.
Важным свойством живого организма, влияющим на эффективность механизмов регуляции, является реактивность. Реактивность - это способность организма отвечать (реагировать) изменениями обмена веществ и функции на раздражители внешней и внутренней среды. Компенсация изменений факторов среды обитания оказывается возможной благодаря активации систем, ответственных за адаптацию (приспособление) организма к внешним условиям.
Гомеостаз и адаптация - два конечных результата, организующих функциональные системы. Вмешательство внешних факторов в состояние гомеостаза приводит к адаптивной перестройке организма, в результате которой одна или несколько функциональных систем компенсируют возможные нарушения и восстанавливают равновесие.
3. Адаптация к холоду
В высокогорье в условиях повышенных физических нагрузок наиболее существенны процессы акклиматизации – адаптации к холоду.
Оптимальная микроклиматическая зона соответствует диапазону температур 15...21 °С; она обеспечивает хорошее самочувствие человека и не вызывает сдвигов со стороны систем терморегуляции;
Допустимая микроклиматическая зона соответствует диапазону температур от минус 5,0 до плюс 14,9°С и 21,7...27,0°С; обеспечивает сохранение здоровья человека в течение длительного времени воздействия, но вызывает неприятные ощущения, а также функциональные сдвиги, не выходящие за пределы его физиологических приспособительных возможностей. При нахождении в этой зоне организм человека способен сохранять температурный баланс за счет изменения кожного кровотока и потоотделения длительное время без ухудшения состояния здоровья;
Предельно допустимая микроклиматическая зона, эффективные температуры от 4.0 до минус 4,9°С и от 27,1 до 32,0°С. Поддержание относительно нормального функционального состояния в течение 1-2 ч достигается за счет напряжения сердечно - сосудистой системы и системы терморегуляции. Нормализация функционального состояния происходит через 1,0-1,5 ч пребывания в условиях оптимальной среды. Частые повторные воздействия приводят к нарушению объемных процессов, истощению защитных сил организма, снижению его неспецифической сопротивляемости;
Предельно переносимая микроклиматическая зона, эффективные температуры от минус 4,9 до минус 15,0 ºС и от 32,1 до 38,0°С.
Выполнение нагрузки при температурах в указанных диапазонах приводит через 30-60 мин. к выраженному изменению функционального состояния: при низких температурах в меховой одежде прохладно, руки в меховых перчатках мерзнут: при высоких температурах теплоощущение «жарко», «очень жарко», появляется вялость, нежелание работать, головная боль, тошнота, повышенная раздражительность; пот, обильно стекаемый со лба, попадает в глаза, мешает; при нарастании симптомов перегревания нарушается зрение.
Опасная микроклиматическая зона ниже минус 15 и выше 38°С, характеризуется такими условиями, которые уже через 10-30 мин. Могут привести к ухудшению состояния здоровья.
Время сохранения работоспособности
при выполнении нагрузки в неблагоприятных микроклиматических условиях
Микроклиматическая зона | Ниже оптимальных температур | Выше оптимальных температур |
||
Эффективная температура, С | Время, мин. | Эффективная температура, С | Время, мин. |
|
Допустимая | 5,0…14,9 | 60 – 120 | 21,7…27,0 | 30 – 60 |
Предельно допустимая | От 4,9 до минус 4.9 | 30 – 60 | 27,1…32,0 | 20 – 30 |
Предельно переносимая | Минус 4,9…15,0 | 10 – 30 | 32,1…38,0 | 10 – 20 |
Опасная | Ниже минус 15,1 | 5 – 10 | Выше 38,1 | 5 – 10 |
4 . Акклиматизация. Горная болезнь
С подъемом на высоту падает давление воздуха. Соответственно, падает давление всех составных частей воздуха и том числе кислорода. Это значит, что количество кислорода попадающего в легкие при вдохе меньше. И молекулы кислорода менее интенсивно присоединяются к эритроцитам крови. Уменьшается концентрация кислорода в крови. Недостаток кислорода в крови называется гипоксией . Гипоксия приводит к развитию горной болезни .
Типичные проявления горной болезни:
· повышенный пульс;
· одышка при нагрузке;
· головная боль, бессонница ;
· слабость, тошнота и рвота;
· неадекватность поведения.
В запущенных случаях горная болезнь может привести к тяжелым последствиям.
Для безопасного нахождения на больших высотах необходима акклиматизация - приспособление организма к условиям высокогорья.
Акклиматизация невозможна без горной болезни. Легкие формы горной болезни запускают механизмы перестройки организма.
Выделяют две фазы акклиматизации:
· Краткосрочная акклиматизация - это быстрый ответ на гипоксию. Изменения в основном касаются систем транспорта кислорода. Увеличивается частота дыхания и сердцебиения. Из депо крови выбрасываются дополнительные эритроциты. Происходит перераспределение крови в организме. Увеличивается мозговой кровоток, т. к. мозг требует кислорода. Это и приводит к головным болям. Но такие механизмы адаптации могут быть эффективны только непродолжительное время. Организм при этом испытывает стресс и работает на износ.
· Долговременная акклиматизация - это комплекс глубоких изменений в организме. Именно она является целью акклиматизации. В этой фазе смещается акцент с механизмов транспорта на механизмы экономного использования кислорода. Разрастается капиллярная сеть, увеличивается площадь легких. Изменяется состав крови - появляется эмбриональный гемоглобин, который легче присоединяет кислород при низком его парциальном давлении. Увеличивается активность ферментов расщепляющих глюкозу и гликоген. Изменяется биохимия клеток миокарда, что позволяет эффективней использовать кислород.
Ступенчатая акклиматизация
При подъеме на высоту организм испытывает недостаток кислорода. Начинается легкая горная болезнь. Включаются механизмы краткосрочной акклиматизации. Для эффективной акклиматизации после подъема лучше спустится, что бы изменения в организме происходили в более благоприятных условиях и не происходило истощение организма. На этом построен принцип ступенчатой акклиматизации - последовательности подъемов и спусков, в которой каждый последующий подъем выше предыдущего.
Рис. 1. Пилообразный график ступенчатой акклиматизации
Иногда особенности рельефа не дают возможности для полноценной ступенчатой акклиматизации. Например, на многих треках в Гималаях, где ежедневно происходит набор высоты. Тогда дневные переходы делают небольшие, что бы рост высоты не происходил слишком быстро. Очень полезно в таком случае искать возможность сделать пусть и небольшой выход верх от места ночевки. Часто можно вечером прогуляться на близлежащий холм или отрог горы, и набрать хоть пару сотен метров.
Что нужно делать, что бы акклиматизация была успешной до поездки?
Общефизическая подготовка . Тренированному спортсмену легче переносить нагрузки связанные с высотой. Прежде всего, следует развивать выносливость. Это достигается продолжительными нагрузками низкой интенсивности. Наиболее доступным средством развития выносливости является бег .
Практически бесполезно бегать часто, но по малу. Лучше пробежать раз в неделю 1 час, чем каждый день по 10 мин. Для развития выносливости длина пробежек должна быть больше 40 мин, частота - по ощущениям. Важно следить за частотой пульса и не перегружать сердце. В общем, тренировки должны быть приятными, фанатизм не нужен.
Здоровье. Очень важно приехать в горы здоровым и отдохнувшим. Если вы тренировались, то за три недели перед поездкой снизить нагрузки и дать организму отдохнуть. Обязателен полноценный сон и питание. Питание можно дополнить приемом витаминов и микроэлементов. Минимизировать, а лучше отказаться от алкоголя. Не допускать стрессов и переутомления на работе. Нужно вылечить зубы.
В первые дни организм подвержен большим нагрузкам. Иммунитет слабеет и легко заболеть. Необходимо не допускать переохлаждения или перегрева. В горах происходят резкие перепады температур и поэтому нужно соблюдать правило - раздеваться до того как вспотел, одеваться до того как замерз.
Аппетит на высоте может быть снижен, особенно если происходит заезд сразу на большие высоты. Есть через силу не нужно. Отдавайте предпочтение легкоусвояемым продуктам. В горах в связи с сухостью воздуха и большими физическими нагрузками человеку требуется большое количество воды - пейте много .
Продолжайте прием витаминов и микроэлементов. Можно начать принимать аминокислоты, обладающие адаптогенными свойствами.
Режим движения. Бывает, только приехав в горы, туристы, испытывая эмоциональный подъем и ощущая переполняющие их силы, слишком быстро идут по тропе. Нужно себя сдерживать, темп движения должен быть спокойным и равномерным. В первые дни на высокогорье пульс в покое в 1,5 раза выше, чем на равнине. Организму и так тяжело, поэтому не нужно гнать, особенно на подъемах. Небольшие надрывы могут быть незаметны, но имеют свойство накапливаться, и могут привести к срыву акклиматизации.
Если вы пришли на место ночевки, и чувствуете себя неважно, не нужно ложиться спать. Лучше погуляйте в спокойном темпе по окрестностям, поучаствуйте в обустройстве бивуака, в общем, займитесь чем-нибудь.
Движение и работа - отличное лекарство от легких форм горной болезни. Ночь - очень важное время для акклиматизации. Сон должен быть крепкий. Если вечером болит голова - примите обезболивающее. Головная боль дестабилизирует организм, и терпеть ее нельзя. Если не удается заснуть - примите снотворное. Терпеть бессонницу тоже нельзя.
Контролируйте свой пульс перед сном и утром сразу после пробуждения. Утренний пульс должен быть ниже - это показатель того, что организм отдохнул.
При хорошо спланированной подготовке и правильном графике набора высоты удается избежать серьезных проявлений горной болезни и получить удовольствие от покорения больших высот.
5. Развитие специфической выносливости как фактор, способствующий высотной акклиматизации
"Если альпинист (горный турист) в межсезонный и предсезонный период будет повышать свой "кислородный потолок" плаванием, бегом, велосипедом , лыжами, греблей, - он обеспечит совершенствование своего организма, успешнее будет затем справляться с большими, но увлекательными трудностями при штурме горных вершин".
Эта рекомендация – и правда, и неправда. В том плане, что готовиться к горам, конечно, необходимо. Но велосипед, гребля, плавание и другие виды тренировок дают разное "совершенствование своего организма" и, соответственно, разный "кислородный потолок". Когда речь идет о двигательных актах организма, следует четко представлять, что нет "движения вообще" и любой двигательный акт предельно специфичен. А с определенного уровня развитие одного физического качества всегда происходит за счет другого: силы за счет выносливости и скорости, выносливости – за счет силы и скорости.
При тренировках к интенсивной работе расход кислорода и субстратов окисления в мышцах в единицу времени столь велик, что быстро восполнить их запасы усилением работы транспортных систем нереально. Чувствительность дыхательного центра к углекислому газу снижена, что защищает дыхательную систему от ненужного перенапряжения.
Мышцы, способные к выполнению такой нагрузки, фактически работают при этом в автономном режиме, рассчитывая на собственные ресурсы. Это не устраняет развития тканевой гипоксии и приводит к накоплению больших количеств недоокисленных продуктов. Важным аспектом адаптивных реакций в этом случае является формирование толерантности, то есть устойчивости к сдвигу рН. Это обеспечивается увеличением мощности буферных систем крови и тканей, возрастанием т. н. щелочного резерва крови. Увеличивается также мощность системы антиоксидантов в мышцах, что ослабляет или предотвращает перекисное окисление липидов клеточных мембран - один из основных повреждающих эффектов стресс-реакции. Увеличивается мощность системы анаэробного гликолиза за счет повышенного синтеза гликолитических ферментов, повышаются запасы гликогена и креатинфосфата - источников энергии для синтеза АТФ.
При тренировках к умеренной работе разрастание сосудистой сети в мышцах, сердце, легких, увеличение числа митохондрий и изменение их характеристик, возрастание синтеза окислительных ферментов, усиление эритропоэза, ведущее к увеличению кислородной емкости крови, позволяют снизить уровень гипоксии или предотвратить ее. При систематическом выполнении умеренных физических нагрузок, сопровождающихся усилением легочной вентиляции , дыхательный центр, напротив, повышает чувствительность к СО 2 , что обусловлено понижением его содержания вследствие вымывания из крови при усиленном дыхании.
Поэтому в процессе адаптации к интенсивной (как правило, кратковременной) работе в мышцах развивается иной спектр адаптивных приспособлений, чем к длительной умеренной работе. Поэтому, например, при гипоксии при нырянии невозможной становится активация внешнего дыхания, типичного для адаптации к высотной гипоксии или гипоксии при мышечной работе. А борьба за поддержание кислородного гомеостаза проявляется в увеличении запасов кислорода, уносимого под воду. Следовательно, спектр адаптивных приспособлений при разных видах гипоксии – различается, следовательно - далеко не всегда полезный для высоких гор.
Таблица. Объем циркулирующей крови (ОЦК) и ее составных частей у спортсменов, тренирующих выносливость, и нетренированных (Л. Рёккер, 1977). |
||
Показатели | Спортсмены | Не спортсмены |
ОЦК [л] | 6,4 | 5,5 |
ОЦК [мл/кг веса тела] | 95,4 | 76,3 |
Объем циркулирующей плазмы (ОЦП) [л] | 3,6 | 3,1 |
ОЦП [мл/кг веса тела] | 55,2 | 43 |
Объем циркулирующих эритроцитов (ОЦЭ) [л] | 2,8 | 2,4 |
ОЦЭ [мл/кг веса тела] | 40,4 | 33,6 |
Гематокрит [%] | 42,8 | 44,6 |
Так, у нетренированных и у представителей скоростно-силовых видов спорта общее содержание в крови гемоглобина составляет 10-12 г/кг (у женщин - 8-9 г/кг), а у выносливых спортсменов - г/кг (у спортсменок - 12 г/кг).
У спортсменов, тренирующих выносливость, обнаруживается усиленная утилизация образующейся в мышцах молочной, кислоты. Этому способствует повышенный аэробный потенциал всех мышечных волокон и особенно высокий, процент медленных мышечных волокон, а также увеличенная масса сердца. Медленные мышечные волокна, как и миокард, способны активно использовать молочную кислоту, в качестве энергетического субстрата. Кроме того, при одинаковых аэробных нагрузках (равном потреблении О 2 ) кровоток через печень у спортсменов - выше, чем у нетренированных, что также может способствовать более интенсивной экстракции печенью молочной кислоты из крови и ее дальнейшему превращению в глюкозу и гликоген. Таким образом, тренировка аэробной выносливости не только повышает аэробные возможности, но и развивает способность выполнять большие длительные аэробные нагрузки без значительного увеличения содержания молочной кислоты в крови.
Очевидно, что зимой лучше заниматься лыжами, в межсезонье – стайерским бегом по пересеченной местности. Этим тренировкам должна быть посвящена львиная доля физической подготовки тех, кто собирается в высокие горы. Не так давно ученые ломали копья по поводу того, какая раскладка сил при беге является оптимальной. Одни считали, что переменная, другие - равномерная. На самом деле это зависит от уровня тренированности.
Литература
1. Павлов. – М., "Паруса", 2000. – 282 с.
2. Физиология человека в условиях высокогорья: Руководство по физиологии. Под ред. . – Москва, Наука, 1987, 520 с.
3. Хочачка П., Сомеро Дж. Биохимическая адаптация. М.: Мир, 19с
4. Кислородно-транспортная система и выносливость
5. А. Лебедев . Планирование спортивных походов
480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников
Герасимова Людмила Ивановна. Патогенетическая роль дезадаптации к холоду в развитии донозологических состояний в условиях Севера: диссертация... доктора медицинских наук: 14.00.16 / Герасимова Людмила Ивановна; [Место защиты: ГОУВПО "Санкт-Петербургский государственный медицинский университет"].- Санкт-Петербург, 2008.- 242 с.: ил.
Введение
Глава 1. Обзор литературы 16
1.1. Концепция здоровья в аспекте теории адаптации 16
1.2. Адаптация к холоду у человека 21
1.3. Отрицательные эффекты адаптации к холоду. Холод как фактор риска 41
1.4. Возрастные особенности функции терморегуляции 53
Глава 2. Объекты и методы исследования 57
2.1. Обследованные группы 57
2.2. Условия проведения исследований, контроль теплового состояния испытуемых 58
2.3. Биометрические исследования 59
2.4. Методика дозирования нагрузки и утомления 61
2.5. Методики электронейромиографического исследования.61
2.6. Анализ частоты холод-ассоциированных симптомов 78
2.7. Оценка функции внешнего дыхания 80
2.8. Анализ вызванных кожных вегетативных потенциалов 83
2.9. Статистическая обработка результатов исследований 87
Глава 3. Холод-ассоциированные симптомы как признак снижения устойчивости к холоду . 88
3.1. Влияние длительности проживания на Европейском Севере на частоту холод-ассоциированных симптомов 88
3.2. Частота холод-ассоциированных симптомов у пациентов с терапевтической патологией 96
3.3. Факторы, ограничивающие работоспособность рук при манипуляциях на холоде 105
Глава 4. Функциональное состояние легочной вентиляции и вегетативной нервной системы при высокой чувствительности к холоду 115
4.1. Функциональные показатели системы внешнего дыхания у лиц с различной адаптированностью к условиям Европейского Севера 117
4.2. Влияние адаптированности к условиям Европейского Севера на параметры вызванного кожного вегетативного потенциала 125
Глава 5. Влияние адаптации к условиям севера на проводящие свойства периферических нервов 133
Глава 6. Электромиографические характеристики нервно-мышечного статуса в разных возрастных группах в условиях европейского севера 139
6.1. Оценка нервно-мышечного статуса с помощью турн-амплитудного анализа ИЭМГ 139
6.2. Возрастные особенности турн-амплитудных параметров ЭМГ изометрического сокращения 155
6.3. Влияние возраста на работоспособность и турн-амплитудные характеристики ЭМГ при утомлении, вызванном динамической нагрузкой 166
Глава 7. Электронеиромиографические характеристики и работоспособность двигательной системы при длительном воздействии производственной вибрации , 175
7.1. Параметры проведения импульса по двигательным и чувствительным волокнам периферических нервов 176
7.2. Параметры потенциалов двигательных единиц 177
7.3. Турн-амплитудные характеристики ЭМГ при дозированном изометрическом сокращении 183
7.4. Влияние длительного воздействия вибрации на работоспособность и турн-амплитудные параметры ЭМГ при динамическом утомлении 188
Глава 8. Обсуждение результатов 199
Заключение 228
Список литературы 235
Приложение 282
Введение к работе
Актуальность проблемы
Проблема сохранения здоровья человека, проживающего в условиях Севера, остается актуальной на протяжении последнего времени, что связано, с активным освоением территорий, увеличением миграционных процессов на территории России, повышением доли пожилого населения, в том числе в Северо-Западном регионе. Здоровье человека на Севере формируется под действием комплексного эффекта всех составляющих климата высоких широт . Сложный комплекс внешних воздействий, включая суровые природно-климатические факторы, большой спектр антропогенных влияний предъявляют высокие требования к организму. Сохранение здоровья человека, предупреждение заболеваний становится не только частной проблемой медицины, но и естествознания в целом, а также одной из общегуманитарных ценностей . Негативные тенденции в изменении показателей здоровья населения и состояния среды обитания человека ставят эту проблему в разряд наиболее приоритетных задач государственной политики .
В суровых климатических условиях высоких широт многие заболевания характеризуются ранним началом, неспецифичностью симптомов, большей распространенностью нарушения функционального состояний организма, чем в других климатических зонах . Значительное место в заболеваемости занимают болезни системного перенапряжения, снижается порог вредного воздействия на организм производственно-экологических факторов и уменьшаются функциональные возможности организма к восстановлению нарушений гомеостаза , поскольку, по мнению Ю. П. Гичева, воздействие внешних факторов на организм современного человека превышает его адаптивные возможности .
Как показано в обзоре В. И. Хаснулина с соавт. , Республика Карелия, регион Северо-Запада РФ, отличается дискомфортностью климато-географических условий, которая сравнима с таковой в регионах Крайнего Севера, что вызывает напряжение адаптационных систем, затрудняет компенсацию и увеличивает показатели общей смертности, в том числе людей трудоспособного возраста. Аналогичные данные о состоянии здоровья населения Республики Карелия приведены в монографии Н. В. Доршаковой .
Таким образом, данные многочисленных исследований свидетельствуют о том, что для состояния здоровья населения, проживающего в регионах Севера, характерны системные проявления дезадаптации организма , важную роль в которой, на наш взгляд, играет неадекватность приспособления к холоду.
Представляется целесообразным рассмотреть особенности функционирования организма в условиях Севера с точки зрения адекватности механизмов температурной адаптации. Приспособление к длительному действию холода затрагивает практически все процессы жизнедеятельности, которые координируются в рамках единой программы сохранения температурного гомеостаза организма. Многочисленными исследованиями показаны нейро-гормональные механизмы управления процессом адаптации к холоду, направленные на сохранение гомойотермии, основу которого составляют системные изменения нейро-гормональной регуляции и обмена веществ, ведущее значение в котором имеют повышение участия адренергических механизмов и изменение тиреоидного статуса организма .
Проявления отрицательного влияния холода в различных системах организма объединяют в понятие «холод-ассоциированные симптомы» (ХАС) , включающее в себя боли (дискомфорт), нарушения чувствительности и изменения цвета открытых частей тела, а также признаки функциональной недостаточности физиологических систем организма . Феномен Рейно,
7 в котором сочетаются перечисленные признаки, считается одним из специфичных проявлений непереносимости холода .
Многими авторами отмечено, что феномен Рейно имеет общие патогенетические механизмы с холод-индуцированной вазоконстрикциеи, основу которых составляет усиление адренореактивности сосудов . Этим обусловлены трудности дифференциальной диагностики ранних проявлений феномена Рейно и усиленной холод-индуцированной вазоконстрикции, в возникновении которой, как и феномена Рейно, помимо указанных факторов, играют роль нарушения эндотелий-зависимой и эндотелий-независимой вазодилатации .
Исследованиями последних лет в области определения факторов риска для населения высоких широт показано, что распространенность феномена Рейно составляет, по разным данным, от 0,5 до 20 % , наблюдается зависимость частоты феномена Рейно от широты местности , установлена связь между наличием данного симптома и частотой Холодовых повреждений (отморожений) , а также возможность участия механизмов развития феномена Рейно в формировании соматических заболеваний человека , отмечена зависимость электронейромиографи-ческих параметров от наличия вторичного (индуцированного вибрацией) феномена Рейно . Указанные факты, а также общность происхождения холод-индуцированной вазоконстрикции и феномена Рейно на основе усиления активности адренергических механизмов позволяют расценивать ХАС в качестве признаков напряженной адаптации к холоду и факторов риска для населения, проживающего в условиях Севера ,
Морфо-функциональное состояние двигательной системы и ее основного эффекторного органа - скелетной мускулатуры - играет важную роль как в реакциях срочной, так и долговременной адаптации к холоду. В экспериментальных исследованиях показано вовлечение и характер участия двигательной системы в поддержании температурного гомеостаза организма . Вместе с тем в литературе нет данных, интегративно характеризующих нервно-мышечный статус человека при долговременной адаптации к холоду и особенности функционирования двигательной системы с точки зрения адекватности процесса приспособления к холоду.
Электромиография является одним из наиболее информативных современных методов оценки функционального состояния двигательной системы , поэтому исследование интерференционной электромиограммы (ИЭМГ) позволяет получить объективную картину состояния нервно-мышечного аппарата и дополнить данные других методов диагностики . В последнее время отмечается значительный рост интереса исследователей к использованию и разработке объективных методов интерпретации ИЭМГ, учитывая ее неинвазивность, хорошую переносимость и возможность использования в эргономических исследованиях, в том числе для оценки функционального состояния и работоспособности двигательной системы человека в различных видах деятельности и в диагностических целях .
Проблема донозологических состояний, или «предболезни», давно находится в сфере внимания клинической медицины. При этом в последнее время большое значение придается выявлению изменений в организме, соответствующих начальному звену патогенеза определенного заболевания . В этой связи современная научная концепция оценки и прогнозирования функциональных состояний организма представляет интерес для медицины и для общества в целом, поскольку позволяет выявлять донозологические состояния организма и проводить своевременную профилактическую работу с целью сохранения здоровья населения, проживающего в неблагоприятных климато-географических условиях.
С этой целью в рамках настоящего исследования проведен комплексный анализ механизмов, лежащих в основе жизнеобеспечения организма при длительном влиянии условий Севера, и, в частности, приспособления к хо-
9 лоду. Установлена роль механизмов, обеспечивающих устойчивую адаптацию к холоду, а именно, значение холод-индуцированнных сосудистых реакций и функционального состояния двигательной системы на основании современных электронейромиографических методов.
Цель исследования
Установить значение механизмов температурной адаптации в формировании здоровья человека в условиях Севера, а также изучить механизмы развития дезадаптации к холоду и их проявления с целью диагностики доно-зологических состояний человека в условиях Севера.
Задачи исследования
Исследовать адекватность процесса приспособления к холоду на основе анализа частоты холод-ассоциированных симптомов.
Оценить функциональное состояние вегетативной нервной системы и параметры легочной вентиляции в зависимости от степени адаптации субъектов к условиям Европейского Севера.
Исследовать проводящие свойства сенсорных и моторных волокон периферических нервов в группах с различной адаптированностью к условиям Европейского Севера.
Установить турн-амплитудные характеристики ИЭМГ изометрического сокращения, характеризующие «неврогенный» тип нарушений функции скелетных мышц.
Установить онтогенетические особенности двигательной системы на основе турн-амплитудного анализа ИЭМГ при дозированном изометрическом сокращении, а также при проведении функционального теста с мышечным утомлением.
Установить электронейромиографические признаки, характеризующие работоспособность и функциональное состояние двигательной системы
10 при сочетанном влиянии холода и вредного производственного фактора (производственная вибрация).
Научная новизна
В исследовании впервые проведен системный анализ состояния организма человека в условиях Севера и показаны роль механизмов, лежащих в основе температурной адаптации, в формировании здоровья человека на Севере, а также предпосылки развития дезадаптации к холоду и возникновения донозологических состояний.
Впервые изучена роль холод-ассоциированных симптомов в качестве признаков дезадаптации организма к условиям холода и показана связь их возникновения с состоянием функциональной системы температурной адаптации. Установлено, что субъективные признаки дезадаптации к холоду в форме ХАС коррелируют с «предпатологическими» изменениями вегетативной регуляции, функционирования сердечно-сосудистой системы, состояния легочной вентиляции и электрофизиологическими свойствами двигательной системы.
С помощью современных электрофизиологических методов даны количественные характеристики функционального состояния и резервов двигательной системы человека в условиях длительного действия холода как проявления пластичности двигательной системы. Кроме того, впервые на основе количественных параметров ИЭМГ установлены особенности структурно-функционального состояния периферического отдела двигательной системы в различные периоды онтогенеза. Показано взаимодействие механизмов долговременной адаптации к холоду и индивидуальных факторов на уровне скелетных мышц.
С помощью комплексных электронейромиографических методов впервые выявлен отрицательный эффект адаптации к холоду в форме нарушения миелинизации в периферической нервной системе и показана его потенциальная роль в снижении работоспособности двигательной системы у лиц,
11 длительно проживающих в условиях Севера, а также в развитии и прогрес-сировании заболеваний двигательной системы при длительном воздействии охлаждения.
Теоретическая и научно-практическая значимость
Проведенное исследование развивает положения адаптационной медицины в изучении факторов, влияющих на здоровье человека в условиях Севера, и общих закономерностей развития дезадаптационных реакций. В рамках настоящего исследования проведен системный анализ состояния здоровья человека в условиях Севера с точки зрения адекватности процесса долговременной адаптации к холоду. Показано значение холод-ассоциированных симптомов в качестве признаков неадекватности процесса долговременной адаптации к холоду и факторов риска развития патологии в различных системах организма в условиях Севера.
Сопоставлены субъективные признаки дезадаптации к холоду в форме ХАС и результаты комплексного функционального исследования. В частности, с помощью методов функциональной диагностики установлены признаки, свидетельствующие о дезадаптации к холоду: повышение участия адренергических механизмов регуляции функций у мигрантов по сравнению с постоянными жителями Севера, а также у лиц с холод-ассоциированными симптомами в форме феномена Рейно; установлены субклинические нарушения вентиляции у мигрантов по сравнению с постоянными жителями Севера, а также у лиц с холод-ассоциированными симптомами в форме холодовой одышки.
Доказан отрицательный эффект адаптации к холоду в форме снижения нервно-мышечной иннервации и установлены особенности электронейро-миографических характеристик двигательной системы в зависимости от адаптированности к холоду, при сочетании средовых условий длительного охлаждения и возрастных изменений, а также вредных производственных факторов (производственная вибрация).
Анализ взаимодействия функционального состояния двигательной системы (механизмы долговременной адаптации к холоду) и вегетативного обеспечения функций организма (факторы срочной адаптации к холоду, компенсаторные механизмы) имеет теоретическое значение для изучения иерархии и взаимодействия разных функций организма, и может найти свое приложение в теории систем.
Научно-практическое значение диссертации заключается в усовершенствовании методики ЭМГ в части развития неинвазивных способов регистрации сигналов и количественного (турн-амплитудного) анализа ИЭМГ. Сопоставлены результаты использованной методики турн-амплитудного анализа ИЭМГ при дозированном изометрическом сокращении и широко применяемого метода стимуляционной ЭНМГ. Расширено использование количественного анализа ИЭМГ для оценки работоспособности и функциональных резервов двигательной системы человека при различных функциональных состояниях, в том числе связанных с длительным влиянием Севера.
С помощью комплексного применения электронейромиографических методов исследования, включая турн-амплитудный анализ ИЭМГ, выделены электромиографические синдромы, характеризующие возрастные изменения двигательной системы у жителей Севера, состояния, связанные с мышечным перенапряжением, в процессе утомления и восстановления, а также при патологии двигательной системы вследствие длительного влияния производственной вибрации.
Показана значимость холод-ассоциированных симптомов как ранних признаков дезадаптации к холоду и развития донозологических состояний в условиях Севера.
Положения, выносимые на защиту:
Холод-ассоциированные симптомы характеризуют состояние «предбо-лезни», связанное с неадекватным обеспечением процесса долговременной адаптации к холоду; усиленная холод-индуцированная вазоконстрикция является признаком повышения участия адренергиче-ских механизмов регуляции функций организма и напряженной адаптации к холоду.
Отрицательный эффект адаптации к холоду, формирующийся в двигательной системе человека, характеризуется снижением функциональных возможностей скелетной мускулатуры вследствие нарушения проводящих свойств периферических нервов.
Формирующийся с возрастом «неврогенный» тип ИЭМГ обусловлен, потенцирующим влиянием средовых факторов, в частности, условиями охлаждения, что способствует возрастному снижению функции двигательной системы у постоянных жителей Севера, а также служит фактором, предрасполагающим к развитию и прогрессированию патологии опорно-двигательной системы в регионах с холодным климатом.
Апробация работы
Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на российских и международных научных симпозиумах: III Международном конгрессе по патофизиологии (Lahti, 1998); II и III российском конгрессе по патофизиологии (Москва, 2000, 2004); XXXIII Международном конгрессе по физиологическим наукам (Санкт-Петербург, 1997); VIII Мировом конгрессе Общества по адаптивной медицине (Москва, 2006); на объединенных Пленумах Российского и Московского научных обществ по патофизиологии (Москва, 2006, 2007); XVII Мировом конгрессе по неврологии (London, 2001), XVIII и XIX съездах ВФО им. И. П. Павлова (Казань, 2001; Екатерин-
14 бург, 2004), IV и V съездах физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 2002; Томск, 2004); Всероссийском форуме «Здоровье нации - основа процветания России»» (Москва, 2005); XI Национальном конгрессе «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2006); международных конференциях Environmental Ergonomics (Aahen, 2000), Problems with Cold Work (Solna, 1998); симпозиуме «Патофизиология и современная медицина» (Москва, 2004); конференции «Механизмы типовых патологических процессов» (Санкт-Петербург, 2003), II, III, IV международных конференциях по физиологии мышц и мышечной деятельности (Москва, 2003, 2005, 2007), I Всероссийской с международным участием конференции «Управление движением» (Великие Луки, 2006); российской конференции «Организм и окружающая среда: жизнеобеспечение и защита человека в экстремальных условиях» (Москва, 2000); международной конференции «Проблемы экологии человека» (Архангельск, 2000, 2004); 10-й Всероссийской конференции по физиологии труда (Москва, 2001); российской конференции «Актуальные проблемы экологической физиологии человека на Севере» (Сыктывкар, 2001, 2004); XI международном симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Москва, 2003); 6-й научно-практической конференции «Методы исследования регионарного кровообращения и микроциркуляции в клинике и эксперименте» (Санкт-Петербург, 2007).
Реализация результатов исследования
Диссертационная работа выполнена в рамках целевых программ научных исследований (№ гос. регистрации 0120.0603111 (Исследование базовых механизмов терморегуляционной мышечной активности в построении движения и двигательном контроле у человека), 0120.0502699 (Изучение нейрофизиологических механизмов движения человека при действии факторов, лимитирующих функциональные возможности двигательной системы)). Исследования были поддержаны грантами РФФИ 307-2003-04, РГНФ «Русский
15 Север» 01-06-49004 а/с, Программой Росбразования «Университеты России» УР 11.01.245.
Теоретические положения диссертации включены в учебные программы по дисциплинам «Патофизиология» и «Нормальная физиология» на медицинском факультете ПетрГУ, автором разработан и внедрен в образовательный процесс электронный учебный ресурс «Стресс и адаптация» (акт о внедрении от 10.10.07). Результаты работы используются в лечебно-диагностической практике Республиканской больницы, Детской республиканской больницы (Республика Карелия, г. Петрозаводск).
Личный вклад
Постановка целей и задач исследования, планирование и проведение исследований, анализ и обобщение данных, подготовка публикаций по материалам диссертации выполнены автором лично, в совместно проведенных исследованиях - при его решающей роли.
Публикации
Объем и структура диссертации
Текст диссертации изложен на 289 страницах, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственного исследования, обсуждения результатов, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Список литературы включает 430 источников, в том числе 185 - отечественных и 245 - зарубежных. Диссертация содержит 28 таблиц и 48 рисунков.
Концепция здоровья в аспекте теории адаптации
В настоящее время проблема взаимодействия организма человека с окружающей средой не теряет своей актуальности. Сложный комплекс внешних воздействий, включая большой спектр антропогенных влияний, предъявляет высокие требования к организму. Сохранение здоровья человека, предупреждение заболеваний становится не только частной проблемой медицины, но и естествознания в целом, а также одной из общегуманитарных ценностей .
Приспособление строения и функций организма к условиям окружающей среды происходит в процессе адаптации. Согласно концепции Г. Селье, адаптация - одно из фундаментальных качеств живой материи, которое нередко отождествляется с самим понятием жизни . В современном понимании адаптация - это процесс формирования оптимального структурно-функционального соответствия, обеспечивающий наиболее выгодное функционирование организма в определенных условиях. В данном случае проблема взаимодействия организма со средой рассматривается в рамках системно-функционального подхода, учитывающего не только внешние связи, но и комплекс изменений внутри организма, направленный на сохранение гомеостаза .
В этой связи главное содержание адаптации - это внутренние процессы в системах, которые обеспечивают сохранение ее внешних функций по отношению к среде . Эта цель достигается за счет адаптивных и компенсаторных реакций. Адаптивные реакции заключаются в том, что система, реагируя на изменение существенных для нее параметров среды, перестраивает свои структурные связи для сохранения функций, обеспечивающих ее существование как целого. Компенсаторные реакции направлены на сохранение функции системы даже в случае нарушения дея тельности функционального элемента. Таким образом, компенсаторные реакции осуществляются не элементом, а системой в отношении элемента.
Понятие адаптации используется в разных аспектах. Существует гено-типическая адаптация - процесс, составляющий основу эволюции, при котором вследствие наследственной изменчивости, мутаций и естественного отбора сформировались современные виды животных и растений. Комплекс видовых наследственных признаков лежит в основе другого вида адаптации, приобретаемой в ходе индивидуального развития организма, - фенотипиче-ской адаптации, которая формирует индивидуальный облик организма .
Концепция фенотипической адаптации была сформулирована Ф. 3. Меерсоном . Согласно этой теории, в развитии большинства адаптационных реакций прослеживаются два этапа: начальный этап - срочная, но несовершенная адаптация и последующий этап - совершенная, долговременная адаптация.
Срочная адаптационная реакция возникает сразу после начала действия раздражителя. Наибольшее значение в поддержании гомеостаза на ранних этапах адаптации имеют компенсаторные реакции организма. Типичными проявлениями срочного этапа адаптации служат рефлекторные реакции, возникающие при действии гипоксии, холода, тепла и т. д. Важнейшая черта этого этапа состоит в том, что деятельность организма протекает на пределе его физиологических возможностей - при почти полной мобилизации функциональных резервов - и оказывается недостаточной . Важное место в начальный период приспособления занимают неспецифические механизмы повышения устойчивости организма, т. е. стресс-реакция.
Долговременная адаптация развивается постепенно, в результате многократного или длительного действия факторов среды, на основе многократной реализации срочной адаптации. Основу долговременной адаптации составляют структурные изменения в органах и системах, наиболее вовле ченных в компенсаторные реакции срочного этапа. Исследования, проведенные на самых различных объектах, однозначно показали, что увеличение функции органов и систем закономерно влечет за собой активацию синтеза нуклеиновых кислот и белков в клетках, образующих эти органы и системы . Это приводит к комплексу структурных изменений, которые принципиально увеличивают мощность систем, ответственных за адаптацию, что и составляет основу перехода от срочного этапа адаптации к долговременному.
По мнению Ф. 3. Меерсона , основоположника направления «адаптационная медицина», фенотипическая адаптация у человека имеет более важное значение, чем у других видов животных, поскольку у человека данный процесс является более содержательным и эффективным. В соответствии с этими представлениями Р. П. Казначеев определил адаптацию (приспособление) как процесс поддержания функционального состояния го-меостатических систем и организма в целом, обеспечивающий его сохранение, развитие, работоспособность, максимальную продолжительность жизни в неадекватных условиях среды. Неадекватными считаются экологические условия, не соответствующие в данный момент генофенотипическим свойствам организма как биосистемы. Использование адаптации организма к различным факторам среды делает возможным расширение зоны существования человека и позволяет сохранить здоровье в неблагоприятных условиях .
Условия проведения исследований, контроль теплового состояния испытуемых
Перед проведением исследования каждый испытуемый был ознакомлен с протоколом электромиографического исследования и характером температурного воздействия. Группу сравнения составили испытуемые-добровольцы, практически здоровые к моменту исследования, при наличии хронических заболеваний вне обострения. Отбор испытуемых осуществляли на основании данных анамнеза и стандартного обследования непосредственно перед сеансом электромиографии (измерение температуры, артериального давления). Исследование детей проведено с согласия родителей в присутствии медицинского персонала. Испытуемые по собственному желанию могли прекратить участие в исследовании в любое время.
Электронейромиографические исследования, анализ вызванного кожного вегетативного потенциала (ВКВП) и спирометрические тесты проведены в лаборатории (температура воздуха +22 - 24С, влажность 50-60%; скорость движения воздуха менее 0.1 м/с) после 30-минутного нахождения испытуемого в помещении для стабилизации температуры кожи.
Для контроля теплового состояния испытуемых измеряли центральную температуру (Тц) сублингвально или ректально и средневзвешенную температуру кожи (СВТК) по N. L. Ramanathan . Для этого измеряли температуру колеи в 4 точках - под ключицей (Ті), на латеральной поверхности середины плеча (Тг), на латеральной поверхности середины бедра (Тз) и на медиальной поверхности середины голени (Т4). Дальнейший расчет СВТК производили по формуле : СВТК = 0.3 (Т, + Т2) + 0.2 (Т3 + Т4), где коэффициент перед значениями температур означает примерную площадь поверхности данных участков кожи. СВТК определяли каждые 5 - 10 мин. На рисунке 2.1 представлены графики регистрации СВТК при проведении электронейромиографических исследований у взрослых испытуемых. Центральную температуру измеряли сублингвально, так как она достаточно точно отражает ее изменения и проста в практическом применении .
У детей в возрасте от 7 дней до 3 лет измеряли температуру кожи только в одной точке (на бедре), поскольку, во-первых, она достаточно точно отражает изменения СВТК и, во-вторых, обилие электродов (электромиографических и температурных) вызывало значительное эмоционально-двигательное беспокойство ребенка, что неизбежно повлияло бы на характер ЭМГ.
Для измерения температуры использованы температурные датчики, изготовленные на основе медно-константановых термопар. Изменения электрических свойств термопары преобразовывались в цифровые значения с помощью 5-канального индикатора.
Силу максимального произвольного сокращения (maximal voluntary contraction - MVC) двухглавой мышцы плеча (га. biceps brachii) определяли следующим образом. Испытуемый стоял, его рука находилась в положении локтевого сгибания (плечо расположено вдоль грудной клетки, суставной угол 90). Испытуемый в таком положении должен был осуществлять максимальное давление на динамометр, укрепленный на нижней поверхности неподвижной. Динамометрию проводили перед каждым сеансом ЭМГ.
MVC мышц предплечья определяли при давлении кистью на динамометр, укрепленный на нижней поверхности неподвижной балки. При этом локтевой сустав был фиксирован в лонгете для избежания вовлечения мышц плеча.
Дозирование статического усилия (изометрическое сокращение) т. biceps brachii создавали грузами весом 4, 6, 8 и 10 кг, подвешенными на манжете, укрепленной на предплечье, на 2 - 3 см проксимальнее лучезапя-стного сустава, в течение 3 - 5 с. Испытуемых в положении стоя просили удерживать руку в положении локтевого сгибания (плечо расположено вдоль грудной клетки, суставной угол 90).
Утомление т. biceps brachii было вызвано динамической нагрузкой до отказа. Стоящий испытуемый должен был совершать движения в локтевом суставе типа «сгибание - разгибание» с грузом, составляющим 30% от MVC, до неспособности выполнять полноценные движения с использованием исключительно мышц руки или до появления болевых ощущений.
Дозирование статического усилия мышц предплечья (т. flexor carpi radialis, т. flexor carpi radialis) создавали грузами весом 4, 6, 8 и 10 кг, подвешенными на манжете, укрепленной на кисти, в течение 3 - 5 с. Испытуемых в положении сидя просили поддерживать нагруженную кисть на одном уровне с предплечьем, при этом рука находилась в положении локтевого сгибания, локтевой сустав фиксирован на подлокотнике. Утомление мышц предплечья вызывали движениями в лучезапястном суставе типа «сгибание - разгибание» с грузом, составляющим 30% от MVC.
Функциональные показатели системы внешнего дыхания у лиц с различной адаптированностью к условиям Европейского Севера
Парамеры, характеризующие легочные объемы и проходимость дыхательных путей в зависимости от пола и адаптированности к условиям Европейского Севера, представлены в таблице 4.1. По данным функциональных исследований системы внешнего дыхания нарушения вентиляции легкой степени документированы у 9 человек (30%).
Исследование функции внешнего дыхания выявило тенденцию к формированию нарушений легочной вентиляции у мигрантов (см. табл. 4.1, рис. 4.2, 4.3). Так, ЖЕЛ (% от должного значения) в группе мужчин, постоянно проживающих в Северо-Западном регионе РФ (СЗ - м), составила 96,96±8,54, в группе женщин, постоянно проживающих в Северо-Западном регионе РФ (СЗ - ж), - 98,81±16,27, в группе мужчин, прибывших из других регионов (Юг - м), -76,43±13,98 (р 0,05 по сравнению с СЗ), в группе женщин, прибывших из других регионов (Юг - ж), - 95,13±13,10 (р 0,05 по сравнению с м); объем вдоха (л) в группе СЗ - м составил 3,60±0,35, СЗ - ж - 2,60±0,34 (р 0,001 по сравнению с м), Юг - м - 2,83±0,11 (р 0,001 по сравнению с СЗ), Юг - ж - 2,28±0,36 (р 0,05 по сравнению с Юг - м).
Таким образом, анализ легочных объемов установил рестриктивные нарушения вентиляции у мужчин-мигрантов.
Исследования параметров форсированного выдоха обнаружили об-структивные нарушения вентиляции, также более характерные для мигрантов-мужчин. Так, ФЖЕЛ (% от должного значения) в группе СЗ - м составила 81,64±14,89, СЗ - ж - 84,05±12,06, Юг - м - 71,43±15,29, Юг - ж - 67,20±9,72; ОФВ0,5 (л) в группе СЗ - м составила 3,33±0,31, СЗ - ж - 2,26±0,47 (р 0,001 по сравнению с м), Юг - м - 2,58±0,16 (р 0,01 по сравнению с СЗ), Юг - ж - 2,03±0,44 (р 0,05 по сравнению с м); проба Тиффно, рассчитанная как отношение ОФВі/ФЖЕЛ, в группе СЗ - м составила 99,10±1,40, СЗ - ж - 96,41±3,63, Юг - м - 96,47±3,29, Юг - ж - 99,18±1,28; пиковая объемная скорость во время выдоха (ПОС, % от должного значения) в группе СЗ - м составила 110,19±6,60, СЗ - ж - 90,14±25,85, Юг - м - 74,03±6,83 (р 0,01 по сравнению с СЗ), Юг - ж - 89,48±30,15; SOS25-75 (средняя объемная скорость выдоха, определяемая в процессе выдоха от 25 до 75% ФЖЕЛ), характеризующая проходимость мелких и средних бронхиол, в группе СЗ - м составила 131,71±18,66, СЗ - ж - 109,43±26,06, Юг-м - 88,73±9,00 (р 0,01 по сравнению с СЗ), Юг-ж - 110,30±26,18.
У лиц с одышкой на холоде выявлено достоверное снижение показателей легочной вентиляции (рис. 4.4). Так, объем вдоха был наименьшим у мигрантов с юга при наличии данного симптома (р 0,001), в этой же группе показатели, характеризующие проходимость дыхательных путей (ФЖЕЛ в % от должного значения, ОФВо,5 (л) и ОФВ] в % от должного значения), были также ниже по сравнению с показателями у постоянных жителей СЗ и лиц без одышки (р 0,05).
При высокой чувствительности к холоду в форме усиленной холод-индуцированной вазоконстрикции (феномен Рейно) наблюдались значимые изменеия параметров легочной вентиляции, что свидетельствует об участии нарушений микроциркуляции в патогенезе расстройств внешнего дыхания. Корреляционные связи, показывающие взаимоотношения факторов риска и параметров, характеризующих вентиляцию, показаны на рисунке 4.5.
Показатели артериального давления и пульса значительно не отличались между исследованными группами и составляли в среднем: АДС - 113,41±3,01 мм рт. ст., АДД - 67,00±1,96 мм. рт. ст., ЧСС - 77,64±2,37 уд/мин"1 (табл. 4.2).
Уровень адаптационных возможностей, рассчитанный на основании ИФИ, в исследованной группе в целом соответствовал верхней границе нормальных значений (см. табл. 4.2). Отмечено также, что в группе мужчин уровень ИФИ был выше (р 0,05), что находится на границе значений между удовлетворительной адаптацией и напряжением механизмов адаптации .. Интегральные характеристики функциональных возможностей сердечнососудистой системы на основании индекса ПДП в исследованных группах в целом соответствовали значениям не ниже удовлетворительных оценок, с более высокими показателями у мужчин (рис. 4.6).
Установлена корреляция ИФИ и ПДП с наличием у испытуемых усиленной холод-индуцированной вазоконстрикции (р 0,05). Лица с признаками усиленной холод-индуцированной вазоконстрикции демострировали ИФИ и ПДП, соответствующие напряжению механизмов адаптации . Так, в группе с данным симптомом ИФИ составлял 2,12±0,07 (р 0,05 по сравнению с группой без усиленной холод-индуцированной вазоконстрикции 1,86±0,09); ПДП в группе с данным симптомом был равен 94,41±4,37 (р 0,05 по сравнению с группой без усиленной холод-индуцированной вазоконстрикции 79,85±5,68). Самые высокие показатели ИФИ отмечены у мужчин при наличии усиленной холод-индуцированной вазоконстрикции (2,21±0,09,р 0,05).
Оценка нервно-мышечного статуса с помощью турн-амплитудного анализа ИЭМГ
Определение нервно-мышечного статуса на основе анализа турн-амплитудных параметров ЭМГ проводилось у больных с дифтерийными поражениями периферической нервной системы. Диагностика дифтерийных поражений нервной системы основывалась на данных, установленных клиническим исследованием больных, результатах бактериологического и серологического методов, а также результатах дополнительных методов, позволяющих уточнить выраженность и локализацию поражений нервной системы. Исследования выполнены совместно с А. М. Сергеевым
Электронейромиография (ЭНМГ) проведена 17 больным (6 м., 11 ж.) в возрасте от 18 до 61 года (средний возраст 35,9±3,3 года) через 1 - 18 месяцев после перенесенной дифтерийной инфекции, сопровождавшейся развитием полиневропатии.
Диагноз дифтерии в 15 случаях был подтвержден бактериологически в острый период заболевания, а у 2 больных был поставлен ретроспективно на основании анамнеза, характерной клиники, неблагоприятной эпидемиологической обстановки. У обследованной группы больных симптомы генерализованной сенсорно-моторной полиневропатии появлялись через 9 - 45 дней (в среднем через 26±3 дня) от начала основного инфекционного заболевания, у 6 человек заболевание протекало в виде полирадикулонейропатии по типу синдрома Гийена - Барре.
На момент исследования на основании клинической оценки функции периферической нервной системы больные были разделены на 2 группы. Первая группа включала 6 пациентов (2 м., 4 ж.) в возрасте 18 - 46 лет, об следованных через 10 - 18 месяцев после перенесенной дифтерии, У этой группы больных при клиническом обследовании не обнаруживали нарушений моторной функции. Однако были выявлены расстройства чувствительности по дистальному типу. Ко второй группе нами отнесены 11 больных (4 м., 7 ж.) в возрасте 30 - 56 лет, которые обследованы через 4 - 9 месяцев после начала основного инфекционного заболевания. На момент обследования у этих больных выявляли признаки нарушения моторной функции в виде умеренно выраженного вялого тетрапареза (п=6) или минимальной мышечной слабости в дистальных отделах конечностей, преимущественно в сгибателях кисти (п=5). Это соответствует I - II степени двигательного дефицита по североамериканской шкале .
Контрольную группу составили 7 неврологически здоровых испытуемых-добровольцев (4 м., З ж.) в возрасте от 18 до 39 лет (средний возраст 28,5±2,4 года). Характеристика электронейромиограммы у здоровых испытуемых Скорость распространения возбуждения (СРВ) по моторным волокнам локтевого нерва у здоровых лиц составляла 60 - 70 м/с (в среднем 66,42±2,87 м/с).
У здоровых испытуемых с помощью накожных электродов зарегистрирован 41 потенциал двигательных единиц (ПДЕ) т. triceps brachii. ПДЕ у здоровых лиц характеризовались длительностью 24 - 30 мс, амплитудой, не превышающей 250 мкВ (в основном 90- 150 мкВ), числом фаз, как правило, менее Зх. Число псевдополифазных ПДЕ составляло менее 10%. Средние характеристики ПДЕ представлены в таблице 6.1.
Исследование характеристик интерференционной ИЭМГ у здоровых испытуемых выявило закономерное увеличение амплитуды (RMS) и числа «поворотов» (турнов) ЭМГ т. flexor carpi radialis по мере возрастания нагрузки (табл. 6.2).
В двухмерной системе координат, где ось абсцисс отражает значения предъявляемой нагрузки в кг, а ось ординат - соответствующие значения параметров ЭМГ, зависимость параметров ИЭМГ т. flexor carpi radialis от нагрузки выражалась линейными уравнениями.
Коэффициенты регрессии, отражающие прирост параметров ЭМГ и показывающие наклоны графиков к оси х, практически не отличались у отдельных испытуемых. Значения коэффициентов регрессии находились в пределах 12,9-15,5 для амплитуды ИЭМГ, для числа турнов ЭМГ они составляли 12,0-14,5 (табл. 6.3, рис. 6.1). Обращает на себя внимание практически четырехкратное увеличение как амплитудных характеристик (RMS, рис. 6.1, А), так и числа турнов (рис. 6.1, Б) при возрастании нагрузки с 2 до 8 кг.
Анализ параметров ИЭМГ без учета нагрузки с помощью исследования отношения количества турнов ЭМГ к средней амплитуде ЭМГ за 1 с (метод Виллисона) выявил, что максимальное значение этого отношения для т. flexor carpi radialis наблюдается в интервале амплитуды от 200 до 260 мкВ, для т. gastrocnemius - от 190 до 240 мкВ, составляя в среднем 0,4 - 0,5 и 0,6 - 0,7 соответственно (табл. 6.4, рис. 6.2).
Терентьева Надежда Николаевна
Лекция 38. ФИЗИОЛОГИЯ АДАПТАЦИИ (А.А. Грибанов)
Слово адаптация происходит от латинского adaptacio - приспособление. Вся жизнь человека, как здорового, так и больного сопровождается адаптацией. Адаптация имеет место к смене дня и ночи, временам года, изменениям атмосферного давления, физическим нагрузкам, длительным перелетам, новым условиям при смене места жительства..
В 1975 году на симпозиуме в Москве была принята следующая формулировка: физиологическая адаптация - это процесс достижения устойчивости уровня активности механизмов управления функциональных систем, органов и тканей, который обеспечивает возможность длительной активной жизнедеятельности организма животного и человека в измененных условиях существования и способность к воспроизведению здорового потомства .
Всю сумму разнообразных воздействий на организм человека и животного принято делить на две категории. Экстремальные факторы несовместимы с жизнью, приспособление к ним невозможно. В условиях действия экстремальных факторов жизнь возможна только при наличии специальных средств жизнеобеспечения. Например, полет в космос возможен только в специальных космических кораблях, в которых поддерживается необходимое давление, температура и т.д. Адаптироваться же к условиям космоса человек не может. Субэкстремальные факторы - жизнь при действии этих факторов возможна за счет перестройки физиологически адаптивных механизмов, которыми располагает сам организм. При чрезмерной силе и длительности действия раздражителя субэкстремальный фактор может превратиться в экстремальный.
Процесс приспособления во все времена существования человека играет решающую роль в сохранении человечества и развитии цивилизации. Адаптация к недостатку пищи и воды, холоду и жаре, физической и интеллектуальной нагрузке, социальная адаптация к друг другу и, наконец, адаптация к безвыходным стрессовым ситуациям, которая красной нитью проходит через жизнь каждого человека.
Существует генотипическая адаптация в результате когда, на основе, наследственности мутаций и естественного отбора происходит формирование современных видов животных и растений. Генотипическая адаптация стала основой эволюции, потому что ее достижения закреплены генетически и передаются по наследству.
Комплекс видовых наследственных признаков - генотип - становится пунктом следующего этапа адаптации, приобретаемой в процессе индивидуальной жизни. Эта индивидуальная или фенотипическая адаптация формируется в процессе взаимодействия особи с окружающей средой и обеспечивается глубокими структурными изменениями организма.
Фенотипическую адаптацию можно определить как развивающийся в ходе индивидуальной жизни процесс, в результате которого организм приобретает отсутствовавшую ранее устойчивость к определенному фактору внешней среды и таким образом получает возможность жить в условиях, ранее несовместимых с жизнью и решать задачи, ранее неразрешимые.
При первой встрече с новым фактором среды в организме нет готового, вполне сформированного механизма, обеспечивающего современное приспособление. Имеются только генетически детерминированные предпосылки для формирования такого механизма. Если фактор не подействовал, механизм остается несформированным. Иными словами, генетическая программа организма предусматривает не заранее сформировавшуюся адаптацию, а возможность ее реализации под влиянием среды. Это обеспечивает реализацию только тех адаптационных реакций которые жизненно необходимы. В соответствие с этим следует считать выгодным для сохранения вида тот факт, что результаты фенотипической адаптации не передаются по наследству.
В быстро меняющейся среде следующее поколение каждого вида рискует встретиться с совершенно новыми условиями, в которых потребуется не специализированные реакции предков, а потенциальная, оставшаяся, до поры и времени неиспользованная возможность адаптации к широкому спектру факторов.
Срочная адаптация немедленный ответ организма на действие внешнего фактора, осуществляется путем ухода от фактора (избегание) или мобилизацией функций которые позволяют существовать, несмотря на действие фактора.
Долговременная адаптация - постепенно развивающийся ответ фактора обеспечивает осуществление реакций, которые ранее были невозможны и существование в условиях, которые ранее были несовместимыми с жизнью.
Развитие адаптации происходит через ряд фаз.
1. Начальная фаза адаптации - развивается в самом начале действия как физиологического, так и патогенного фактора. В первую очередь при действии какого - либо фактора возникает ориентировочный рефлекс, который сопровождается торможением многих видов деятельности, проявляющихся до этого момента. После торможения наблюдается реакции возбуждения. Возбуждение ЦНС сопровождается повышенной функцией эндокринной системы, особенно мозгового слоя надпочечников. При этом усиливаются функции кровообращения, дыхания, катоболические реакции. Однако, все процессы протекают в эту фазу некоординированно, недостаточно синхронизированно, неэкономно и характеризуются срочностью реакций. Чем сильнее факторы, действующие на организм, тем больше выражена эта фаза адаптации. Характерным для начальной фазы является эмоциональный компонент, причем, от силы эмоционального компонента зависит "запускание" вегетативных механизмов, которые опережают соматические.
2. Фаза - переходная от начальной к устойчивой адаптации. Характеризуется уменьшением возбудимости ЦНС, снижением интенсивности гормональных сдвигов, выключением ряда органов и систем, первоначально включенных в реакцию. В ходе этой фазы приспособительные механизмы организма как бы постепенно переключаются на более глубокий, тканевый уровень. Эта фаза и сопровождающие ее процессы относительно мало изучены.
3. Фаза устойчивой адаптации . Является собственно адаптацией - приспособлением и характеризуется новым уровнем деятельности тканевых, мембранных, клеточных элементов, органов и систем организма, перестроившихся под прикрытием вспомогательных систем. Эти сдвиги обеспечивают новый уровень гомеостазиса, адекватного организма и к другим неблагоприятным факторам - развивается так называемая перекрестная адаптация. Переключение реактивности организма на новый уровень функционирования не дается организму "даром", а протекает при напряжении управляющих и других систем. Это напряжение принято называть ценой адаптации. Любая активность адаптированного организма обходится ему много дороже, чем в нормальных условиях. Например, при физической нагрузке в горных условиях требуется на 25% больше энергии.
Поскольку фаза устойчивой адаптации связана с постоянным напряжением физиологических механизмов, функциональные резервы во многих случаях могут истощаться, наиболее истощаемым звеном являются гормональные механизмы.
Вследствие истощения физиологических резервов и нарушения взаимодействия нейрогормональных и метаболических механизмов адаптации возникает состояние, которое получило название дезадаптация . Фаза дезадаптации характеризуется теми же сдвигами, которые наблюдаются в фазе начальной адаптации - вновь в состояние повышенной активности приходят вспомогательные системы - дыхание и кровообращение, энергия в организме тратиться неэкономно. Чаще всего дезадаптация возникает в тех случаях, когда функциональная активность в новых условиях чрезмерно или действие адаптогенных факторов усиливается и они по силе приближаются к экстремальным.
В случае прекращения действия фактора, вызывавшего процесс адаптации, организм постепенно начинает терять приобретенные адаптации. При повторном воздействии субэкстремального фактора способность организма к адаптации может быть повышена и адаптивные сдвиги при этом могут быть более совершенными. Таким образом, мы можем говорить о том, что адаптационные механизмы обладают способностью к тренировке и поэтому прерывистое действие адаптогенных факторов является более благоприятным и обусловливает наиболее стойкую адаптацию.
Ключевым звеном механизма фенотипической адаптации является существующая в клетках взаимосвязь между функцией и генотипическим аппаратом. Через эту взаимосвязь функциональная нагрузка, вызванная действием факторов среды, а также прямое влияние гормонов и медиаторов приводят к увеличению синтеза нуклеиновых кислот и белков и как следствие к формированию структурного следа в системах специфически ответственных за адаптацию организма к данному конкретному фактору среды. В наибольшей мере при этом растет масса мембранных структур ответственных за восприятие клеткой управляющих сигналов, ионный транспорт, энергообеспечение, т.е. именно те структуры, которые имитируют функцию клетки в целом. Формирующийся в итоге системный след представляет собой комплекс структурных изменений, обеспечивающих расширение звена имитирующего функцию клеток и тем самым увеличивающий физиологическую мощность доминирующей функциональной системы, ответственной за адаптацию.
После прекращения действия данного фактора среды на организм активность генетического аппарата в клетках, ответственных за адаптацию системы, довольно резко снижается и происходит исчезновение системного структурного следа.
Стресс .
При действии чрезвычайных или патологических раздражителей приводящих к напряжению адаптационных механизмов, возникает состояние, называемое стрессом.
Термин стресс введен в медицинскую литературу в 1936 году Гансом Селье, который определил стресс как состояние организма, возникающее при предъявлении к нему любых требований. Различные раздражители придают стрессу свои особенности обусловленные возникновением специфических реакций на качественно различные воздействия.
В развитии стресса отмечаются последовательно развивающиеся стадии.
1. Реакция тревоги, мобилизации . Это аварийная фаза, для которой характерно нарушение гомеостаза, усиление процессов распада тканей (катаболизм). Об этом свидетельствует уменьшение общего веса, сокращение жировых депо, уменьшение некоторых органов и тканей (мышечной, тимуса и т.д.). Такая генерализованная мобильная адаптационная реакция не экономна, а лишь аварийная.
Продукты распада тканей, видимо становятся строительным материалом для синтеза новых веществ, необходимых при формировании общей неспецифической устойчивости к повреждающему агенту.
2. Стадия резистентности . Характеризуется восстановлением и усилением анаболических, направленных на образование органических веществ, процессов. Повышение уровня резистентности наблюдается не только к данному раздражителю, но и к любому другому. Этот феномен, как уже указывалось, получил название
перекрестной резистентности.
3. Стадия истощения с резким усилением распада тканей. При чрезмерно сильных воздействиях первая аварийная стадия может сразу перейти в стадию истощения.
Более поздними работами Селье (1979) и его последователями установлено, что механизм реализации стресс - реакции запускается в гипоталамусе под влиянием нервных импульсов, поступающих из коры головного мозга, ретикулярной формации, лимбической системы. Происходит активация системы гипоталамус - гипофиз - кора надпочечников и возбуждается симпатическая нервная система. Наибольшее участие в реализации стресса принимают кортиколиберин, АКТГ, СТЧ, кортикостероиды, адреналин.
Гормонам, как известно, принадлежит ведущая роль в регуляции активности ферментов. Это имеет важное значение в условиях стресса когда возникает необходимость в изменении качества какого - либо фермента или увеличении его количества, т.е. в адаптивном изменении обмена веществ. Установлено, например, что кортикостероиды могут влиять на все этапы синтеза и распада ферментов обеспечивая тем самым "настройку" обменных процессов организма.
Основное направление действия этих гормонов заключается в срочной мобилизации энергетических и функциональных резервов организма, причем, происходит направленная передача энергетических и структурных резервов организма в ответственную за адаптацию доминирующую функциональную систему, где формируется системный структурный след. При этом стрессовая реакция, с одной стороны, потенцирует формирование нового системного структурного следа и становление адаптации, а с другой - за счет своего катаболитического эффекта способствует "стиранию" старых, утративших биологическое значение структурных следов - следовательно, эта реакция является необходимым звеном в целостном механизме адаптации организма в меняющейся среде обитания (перепрограммирует адаптационные возможности организма на решение новых задач).
Биологические ритмы .
Колебания смены и интенсивности процессов и физиологических реакций, в основе которых лежат изменения метаболизма биологических систем, обусловленные влиянием внешних и внутренних факторов. К внешним факторам относятся изменение освещенности, температуры, магнитного поля, интенсивности космических излучений, сезонные и солнечно - лунные влияния. Внутренние факторы - это нейро - гуморальные процессы, протекающие в определенном, наследственно закрепленном ритме и темпе. Частота биоритмов - от нескольких секунд до нескольких лет.
Биологические ритмы, вызываемые внутренними факторами изменения активности с периодом от 20 до 28 часов называются околосуточными или циркадными. Если период ритмов совпадает с периодами геофизических циклов, а также близок или кратен им, их называют адаптивными или экологическими. К ним относятся суточные, приливные, лунные и сезонные ритмы. Если период ритмов не совпадает с периодическими изменениями геофизических факторов, их обозначают как функциональные (например, ритм сердечных сокращений, дыхания, циклы двигательной активности - ходьба).
По степени зависимости от внешних периодических процессов выделяют экзогенные (приобретенные) ритмы и эндогенные (привычные).
Экзогенные ритмы обусловлены изменением факторов окружающей среды и могут исчезать при некоторых условиях (например, анабиоз при понижении внешней температуры). Приобретенные ритмы возникают в процессе индивидуального развития по типу условного рефлекса и сохраняется в течение определенного времени в постоянных условиях (например, изменения мышечной работоспособности в определенные часы суток).
Эндогенные ритмы являются врожденными, сохраняются в постоянных условиях среды и передаются по наследству (к ним относятся большинство функциональных и циркадных ритмов).
Для организма человека характерно повышение в дневные и снижение в ночные часы физиологических функций, обеспечивающих его физиологическую активность частоты сердечных сокращений, минутного объема крови, АД, температуры тела, потребление кислорода, содержание сахара в крови, физической и умственной работоспособности и т.д.
Под действием меняющихся с суточной периодичностью факторов происходит внешнее согласование циркадных ритмов. Первичным синхронизатором у животных и растений служит, как правило, солнечный свет, у человека им становятся также социальные факторы.
Динамика суточных ритмов у человека обусловлена не только врожденными механизмами, но и выработанным в течение жизни суточным стереотипом деятельности. По мнению большинства исследователей, регуляция физиологических ритмов у высших животных и человека осуществляется в основном гипоталамо - гипофизарной системой.
Адаптация к условиям длительных перелетов
В условиях длительных полетов и поездок при пересечении многих временных поясов организм человека вынужден приспосабливаться к новому циклу смены дня и ночи. Организм получает информацию о пересечении временных поясов за счет воздействий, связанных также с изменениями влияний как магнитного, так и электрического полей Земли.
Разлад в системе взаимодействия биоритмов, характеризующих протекание различных физиологических процессов в органах и системах организма получил название десинхроноза. При десинхронозе типичны жалобы на плохой сон, уменьшение аппетита, раздражительности, отмечается снижение работоспособности и рассогласование по фазе с датчиками времени частоты сокращений, дыхания, АД, температуры тела и др. функций, изменяется реактивность организма. Это состояние имеет существенное неблагоприятное значение для процесса адаптации.
Ведущее значение в процессе адаптации в условиях формирования новых биоритмов имеет функция ЦНС. На субклеточном уровне в ЦНС отмечается деструкция митохондрий и других структур.
Одновременно в ЦНС развиваются процессы регенерации, которые обеспечивают восстановление функции и структуры к 12-15 дню после перелета. Перестройка функции ЦНС при адаптации к изменению суточной периодики сопровождается перестройкой функций желез внутренней секреции (гипофиза, надпочечников, щитовидной железы). Это приводит к изменению в динамике температуры тела, интенсивности обмена веществ и энергии, активности систем, органов и тканей. Динамика перестройки такова, что если в начальной стадии адаптации эти показатели в дневные часы снижены, то при достижении устойчивой фазы они переходят в соответствие с ритмом дня и ночи. В условиях космоса также происходит нарушение привычных и формирование новых биоритмов. Различные функции организма перестраиваются на новый ритм в разные сроки: динамика высших корковых функций в течение 1-2 суток, ЧСС и температура тела в течение 5-7 суток, умственная работоспособность в течение 3-10 суток. Новый или частично измененный ритм остается непрочным и довольно быстро может быть разрушен.
Адаптация к действию низкой температуры .
Условия, при которых организм должен адаптироваться к холоду могут быть различными. Одним из возможных вариантов таких условий - работа в холодных цехах или холодильниках. При этом холод действует прерывисто. В связи с усиленными темпами освоения Крайнего Севера в настоящее время актуальным становится вопрос адаптации организма человека к жизни в северных широтах, где он подвергается не только воздействию низкой температуры, но также изменению режима освещенности и уровня радиации.
Холодовая адаптация сопровождается большими перестройками в организме. В первую очередь на снижение температуры окружающей среды реагирует перестройкой своей деятельности сердечно - сосудистая система: увеличивается систолический выброс, частота сердечных сокращений. Наблюдается спазм периферических сосудов, вследствие чего снижается температура кожи. Это приводит к уменьшению теплоотдачи. По мере адаптации к холодовому фактору изменения кожного кровообращения становятся менее выраженными, поэтому у акклиматизированных людей температура кожи на 2-3" выше, чем у не акклиматизированных. Кроме того, у
них наблюдается снижение температурного анализатора.
Уменьшение теплоотдачи при холодовом воздействии достигается путем снижения влагопотерь с дыханием. Изменение ЖЕЛ, диффузной способности легких сопровождается повышением количества эритроцитов и гемоглобина в крови, т.е. увеличением кислородной емкости крои - все мобилизуется на достаточное обеспечение тканей организма кислородом в условиях повышенной метаболической активности.
Так как наряду со снижением теплопотерь возрастает окислительный метаболизм - так называемая химическая терморегуляция, в первые дни пребывания на Севере основной обмен повышается, по мнению некоторых авторов, на 43% (в последующем, по мере достижения адаптации, основной обмен снижается почти до нормы).
Установлено, что охлаждение вызывает реакцию напряжения - стресс. В осуществлении которой прежде всего участвуют гормоны гипофиза (АКТГ, ТТГ) и надпочечников. Катехоламины оказывают калоригенное действие за счет катаболического эффекта, глюкокортикоиды способствуют синтезу окислительных ферментов, тем самым повышают теплопродукцию. Тироксин обеспечивает повышение теплопродукции, а также потенцирует калоригенное действие норадреналина и адреналина, активизирует систему митохондрий - главных энергетических станций клетки, разобщает окисление и фосфорилирование.
Стойкая адаптация достигается благодаря перестройке метаболизма РНК в нейронах и нейроглии ядер гипоталамуса, усиленно идет липидный обмен, что выгодно организму для интенсификации энергетических процессов. У людей, живущих на Севере, повышено содержание в крови жирных кислот, уровень глюкозы несколько
снижается.
Становление адаптации в Северных широтах сопряжено часто с некоторыми симптомами: отдышка, быстрая утомляемость, гипоксические явления и др. Эти симптомы являются проявлением так называемого "синдрома полярного напряжения".
У некоторых лиц в условиях Севера защитные механизмы и адаптивная перестройка организма могут давать срыв - дезадаптацию. При этом проявляется ряд патологических симптомов, называемых полярной болезнью.
Адаптация человека к условиям цивилизации
Факторы, вызывающие адаптацию, во многом являются общими для животных и человека. Однако, процесс адаптации животных носит, по существу, в основном физиологический характер, в то время как для человека процесс адаптации тесно связан, к тому же, с социальными сторонами его жизни и его качествами личности.
Человек имеет в своем распоряжении разнообразные протективные (защитные) средства, которые дает ему цивилизация - одежду, дома с искусственным климатом и др., освобождающие организм от нагрузки на некоторые адаптивные системы. С другой стороны, под влиянием защитных технических и других мероприятий в человеческом организме возникает гиподинамия в деятельности различных систем и человек утрачивает тренированность и тренируемость. Адаптивные механизмы детренируются, становятся бездеятельными - в результате отмечается снижение сопротивляемости организма.
Возрастающая перегрузка различными видами информации, производственные процессы, для которых необходимо повышенное умственное напряжение, характерны для людей, занятых в любой отрасли народного хозяйства Факторы, вызывающие психическое напряжение, выдвигаются на первый план среди многочисленных условий, требующих адаптацию организма человека. Наряду с факторами, для которых необходима активизация физиологических механизмов приспособления, действуют факторы чисто социальные - отношения в коллективе, субординационные отношения и т.д.
Эмоции сопровождают человека при изменении места и условий жизни, при физических нагрузках и перенапряжениях и, наоборот, при вынужденном ограничении движений.
Реакция на эмоциональное напряжение неспецифична, она выработана в ходе эволюции и одновременно служит важным звеном, "запускающим" всю нейрогуморальную систему адаптационных механизмов. Адаптация к воздействию психогенных факторов протекает по разному у лиц с разным типом ВНД. У крайних типов (холериков и меланхоликов) такая адаптация часто нестойкая, рано или поздно факторы, воздействующие на психику, могут привести к срыву ВНД и развитию неврозов.
Адаптация к дефициту информации
Частичная утрата информации например, выключение одного из анализаторов или искусственное лишение человека одного из видов внешней информации приводит к адаптационным сдвигам по типу компенсации. Так, у слепых активируется тактильная и слуховая чувствительность.
Относительно полная изоляция человека от каких бы то ни было раздражений приводит к нарушению режима сна, появлению зрительных и слуховых галлюцинаций и другим психическим расстройствам, которые могут стать необратимыми. Адаптация к полному лишению информации невозможна.
Влияние холода
Хотя периоды сильной жары (тепловые волны) все еще держат пальму первенства по количеству преждевременных смертей, общее количество смертей в среднем за зимний день все же на 15% выше, чем за летний день.
Тем не менее влияние холода на человека весьма многообразно. Холод может быть прямой причиной смерти в случае гипотермии. Также он может способствовать возникновению заболеваний, иногда приводящих к смерти, таких как простуда и пневмония; зимой увеличивается количество несчастных случаев на дорогах, падений на льду, отравлений угарным газом и пожаров.
Хотя логика подсказывает нам, что в более холодном климате больше риск заболеваний и смертей, связанных именно с холодом, это не обязательно так. Повторюсь, что основную роль здесь играет привычка. В одном исследовании, сопоставившим зимнюю смертность в 13 городах с различным климатом в разных частях США, обнаружена значительно большая смертность во время неожиданной холодной погоды в более теплых регионах на юге, в то время как северные регионы, где население привыкло к холоду, пострадали меньше. Например, в Миннеаполисе, штат Миннесота, не было увеличения смертности, даже когда температура упала до -35 °С. Однако в Атланте, штат Джорджия, смертность резко возросла, когда температура опустилась примерно до 0°С.
Адаптация - способность к зимнему холоду
Мы обладаем способностью быстрой адаптации к неожиданным падениям температуры. Наиболее критичное время болезней и смертей, по-видимому, приходится на первые суровые холода сезона. Чем дольше температура остается низкой, тем лучше мы акклиматизируемся. Военнослужащие, путешественники и профессиональные спортсмены, а также многие женщины часто исходят из современной концепции об акклиматизации, подвергая себя предельным температурам, для того чтобы укрепить свои адаптационные механизмы, прежде чем отправиться в путешествие. Например, есть свидетельства, что мужчина, принимавший ванны с температурой воды 15°С в течение получаса каждый день в течение 9 дней до поездки в Арктику, легче перенес вызываемый холодом стресс по сравнению с незакаленными мужчинами.
С другой стороны, наша адаптационная способность к зимним холодам может быть менее эффективной, если мы поддерживаем в своих домах, школах и офисах зимой слишком высокую температуру. Внутренний обогрев (плюс хорошая гигиена) приводит к некоторому падению зимней смертности от респираторных заболеваний, но это не сильно влияет на смертность от коронарных приступов. Обогрев зданий означает, что выход на холод вызывает больший стресс и сильнее воздействует на сердечную деятельность. В середине зимы различие между температурами внутри и снаружи временами может достигать 10-15°С. При таких обстоятельствах наши адаптационные механизмы становятся менее эффективными. Дыхательный тракт может реагировать спазмами на неожиданный вдох холодного сухого воздуха, при этом наша иммунная реакция может ослабевать, что в конечном итоге ведет к заболеванию.
