Эволюция и формы адаптации

Общие закономерности адаптации организма

При изучении изменений, происходящих в организме под влиянием совокупности экологических (природных и антропотехногенных) факторов, применяют термин «адаптация». Под адаптацией понимают все виды врождённой и приобретённой приспособительной деятельности, которые обеспечиваются физиологическими реакциями, происходящими на клеточном, органном, системном и организменном уровнях.

Подходы к изучению адаптации

При изучении адаптации применяют системный и индивидуальный подходы.

Системный подход к адаптации (рис.1) предполагает необходимость изучения адаптации и как процесса, и как состояния системы, для которой характерно подвижное равновесие, сохраняющее постоянство структур лишь при непрерывном движении всех компонентов системы. В итоге уравновешивание со средой происходит за счёт приобретения нового системного качества.

Рис. 1. Системный характер адаптационных изменений

Индивидуальный подход к адаптации человека можно охарактеризовать как совокупность социально-биологических свойств и особенностей, необходимых для устойчивого существования индивидуума в конкретной экологической среде обитания. Другими словами, для всякого организма существует оптимальная эндогенная (внутренняя) и экзогенная (внешняя) экологическая среда, причём среда обитания не только с оптимальными характеристиками физических условий, но и с конкретными производственными и социальными условиями. По обе стороны от оптимума трудовая и биологическая активность постепенно снижаются, пока, наконец, условия не станут такими, в которых организм вообще не сможет существовать.

Эволюция и формы адаптации

Адаптация тесно связана с эволюцией организмов и устойчиво адаптированными считаются те, которые приспособились к изменённым условиям, размножаются и дают в новой среде обитания жизнестойкое потомство. Существуют две принципиально различные формы адаптации : генотипическая и фенотипическая.

Генотипическая адаптация , в результате которой на основе наследственности, мутаций и естественного отбора формировались современные виды животных.

Фенотипическая адаптация формируется в процессе взаимодействия конкретного организма с окружающей его средой обитания.

Структурные следы адаптации имеют важное биологическое значение, так как защищают человека от предстоящих встреч с неа- декватными и опасными факторами среды. В то же время результаты фенотипической адаптации не передаются по наследству, что следует считать выгодным для сохранения вида, поскольку следующее поколение адаптируется заново к широкому спектру иногда совершенно новых факторов, требующих выработки новых специализированных реакций.

Типы приспособительного поведения.

Различают три типа приспособительного поведения живых организмов в ответ на действие неблагоприятного раздражителя:

§ бегство от неблагоприятного раздражителя,

§ пассивное подчинение раздражителю

§ либо активное противодействие за счёт развития специфических адаптивных реакций.

Гомеостаз и гомеокинез .

Система жизнеобеспечения организма, наряду с механизмами поддержания равновесия внутренней среды (гомеостаз), представлена и генетическими программами развития, осуществление которых невозможно без постоянного изменения этой внутренней среды (гомеокинез), реализуемого посредством многообразных адаптивных процессов (реакций, механизмов, ответов и т.д.). Именно на поддержание генетических программ развития, являющихся ведущей движущей силой в живом организме, направлена деятельность систем репродуктивного, энергетического и адаптационного гомеостата (рис. 2). Оптимальное функционирование систем, обеспечивающих три ведущих гомеостата, реализуется через посреднические системы (кровообращение, дыхание, кровь) и регуляторные механизмы вегетативной и эндокринной систем.

Рис. 2 Обеспечение деятельности основных гомеостатических систем

Другими словами, под адаптацией понимают все виды врождённой и приобретённой приспособительной деятельности, которые обеспечиваются определёнными физиологическими реакциями, происходящими на клеточном, органном, системном и организменном уровнях. Это универсальное определение адаптации отражает необходимость соблюдения в живом мире фундаментального закона биологии, сформулированного ещё Клодом Бернаром, - закона постоянства внутренней среды.

Теории адаптации

При формировании адаптивного гомеостата обеспечивающие адаптацию физиологические процессы развёртываются поэтапно. Например, В.П. Казначеев процесс адаптации при переездах подразделяет на последовательно происходящие фазы: начальную, стабилизации, переходную и истощения.

1-я фаза - начальная - характеризуется дестабилизацией функций организма. Она может обеспечить приспособление к действию неадекватных факторов лишь в течение короткого промежутка времени, длительностью, как правило, не более одного года. В ряде случаев явления дестабилизации, характерные для первой фазы адаптации, остаются на многие годы, что, в частности, служит одной из причин возвращения мигрантов на прежнее место жительства.

2-я фаза - стабилизации - продолжается от 1 года до 4 лет. В этот период наблюдается синхронизация всех гомеостатических процессов, сопровождающаяся не только функциональной, но и структурной перестройкой биосистемы.

3-я фаза - переходная , продолжительностью от 4 до 5-10 лет. В это время у большинства переселенцев происходит стабилизация соматических и вегетативных функций.

4-я фаза - истощения , возможна при длительном проживании на Севере, является следствием перенапряжения в гомеостатических системах организма при недостаточности генетически запрограммированных механизмов долговременной адаптации к возмущающим факторам среды обитания.

В обобщённом виде рассматриваемые физиологические процессы на организменном уровне содержатся в экспериментально обоснованной теории «общего адаптационного синдрома», или стресс-реакции (Ганс Селье, 1936).

Стресс - комплекс неспецифических реакций организма в ответ на действие сильных или сверхсильных раздражителей .

Стресс в классической интерпретации протекает в три стадии (рис. 3), или фазы, а именно «тревоги», переходную, устойчивой адаптации.

Первая фаза - «тревоги» - развивается в самом начале действия как физиологического, так и патогенного фактора или изменённых условий внешней среды. При этом реагируют висцеральные системы (кровообращения, дыхания), реакциями которых управляет ЦНС с широким вовлечением гормональных факторов (в частности, гормонов мозгового вещества надпочечников - глюкокортикоидов и катехоламинов), что в свою очередь сопровождается повышенным тонусом симпатического отдела вегетативной нервной системы.

Рис. 3. Фазы стресса по Г. Селье

Переходная фаза. Часто выделяют фазу, переходную к устойчивой адаптации. Она характеризуется уменьшением общей возбудимости ЦНС, формированием функциональных систем, обеспечивающих управление адаптацией к возникшим новым условиям. В ходе этой фазы приспособительные реакции организма постепенно переключаются на более глубокий тканевый уровень.

Фаза устойчивой адаптации , или резистентности. Формируются новые координационные соотношения, осуществляются целенаправленные защитные реакции. Подключается гипофизарно-надпочечниковая система, мобилизуются структуры, в результате деятельности которых ткани получают повышенное энергетическое и пластическое обеспечение. Эта стадия и является собственно адаптацией - приспособлением - и характеризуется новым уровнем деятельности тканевых, клеточных, мембранных элементов, перестроившихся благодаря временной активации вспомогательных систем, которые при этом могут функционировать практически в исходном режиме, тогда как тканевые процессы активизируются, обеспечивая гомеостаз, адекватный новым условиям существования.

Несмотря на экономичность - выключение «лишних» реакций, а следовательно, и излишней затраты энергии, - переключение реактивности организма на новый уровень осуществляется при определённом напряжении управляющих систем. Это напряжение названо «цена адаптации». Поскольку эта стадия связана с постоянным напряжением регуляторных механизмов, перестройкой соотношений нервных и гуморальных механизмов, формированием новых функциональных систем, то эти процессы при сверхпороговой интенсивности стрессорных факторов могут вызвать развитие стадии истощения.

Адаптогенные факторы

Селье назвал факторы, воздействие которых приводит к адаптации, стресс-факторами. Другое их название - экстремальные факторы. Экстремальными могут быть не только отдельные воздействия на организм, но и изменённые условия существования в целом (например, перемещение человека с юга на Крайний Север и т.д.). По отношению к человеку адаптогенные факторы могут быть природными и социальными, связанными с трудовой деятельностью.

Природные факторы. В ходе эволюционного развития живые организмы адаптировались к действию широкого спектра природных раздражителей. Действие природных факторов, вызывающих развитие адаптационных механизмов, всегда является комплексным, так что можно говорить о действии группы факторов того или иного характера. Например, все живые организмы в ходе эволюции прежде всего приспособились к земным условиям существования: определённому барометрическому давлению и гравитации, уровню космических и тепловых излучений, строго определённому газовому составу окружающей атмосферы и т.д.

Социальные факторы. Помимо того, что человеческий организм подвержен тем же природным влияниям, что и организм животных, социальные условия жизни человека, факторы, связанные с его трудовой деятельностью, породили специфические факторы, к которым необходимо адаптироваться. Их число растёт с развитием цивилизации. Так, с расширением среды обитания появляются совершенно новые для человеческого организма условия и воздействия. Например, космические полёты приносят новые комплексы воздействия. К их числу относится невесомость - состояние, абсолютно неадекватное для любого организма. Невесомость сочетается с гипокинезией, изменением суточного режима жизни и т.д.

Человек постоянно испытывает на себе влияние факторов окружающей среды. Многообразие этих факторов условно можно подразделить на две большие группы: природные и социальные.

Природные факторы объединяют факторы живой и неживой природы. В соответствии с этим различают биотические и абиотические факторы. К абиотическим факторам среды относят воздушную среду, атмосферное давление, световое излучение, магнитные поля, температуру окружающей среды, метеопогодные факторы и т.п. Человек адаптировался к различным климато-географическим условиям. Он приспособился к циклическим изменениям в природе: к смене ДНЯ и ночи, времен года. К биотическим факторам относится все многообразие животного и растительного мира, включая возбудителей болезней. Как правило, на человека действует комплекс природных факторов. Так, сезонные изменения включают в себя изменения освещенности, температуры, влажности и т.п.

Социальные факторы в жизни современного человека весьма разнообразны. В последнее время большое значение приобрели антропогенные факторы и особенно – загрязнение почвы, воздушной и водной среды. Различны условия жизни в городе и селе. Традиционно социальными факторами считают виды трудовой деятельности. Технический прогресс характерен тем, что изменяется соотношение физического и умственного труда, а значит И комплекс сопровождающих их факторов. Освоение труднодоступных районов, богатых полезными ископаемыми, глубоководные погружения, полеты в космос – все это сопряжено с экстремальными воздействиями на организм. Это может быть влияние высоких и низких температур, шумов, вибраций, изменение газовой среды И барометрического давления, действие измененной гравитации – перегрузок или невесомости. Вместе с тем и обычная трудовая деятельность, осуществляемая в нормальных условиях, включая учебный процесс, также требует адаптации К ней организма.

Физиологическая адаптация - одно из фундаментальных качеств живой материи. Оно присуще всем известным формам жизни и настолько всеобъемлюще, что нередко отождествляется с самим понятием жизни.

Существует множество определений адаптации. Это связано с тем, что данный феномен является предметом исследования многочисленных научных направлений. В соответствии с этим, имеются и разнообразные классификации адаптации, в зависимости от того, какие критерии положены в их основу. Различные авторы выделяют такие типы адаптации, как биологическая, физиологическая, биохимическая, психологическая, социальная.

Для экологической физиологии наибольший интерес представляет физиологическая адаптация, под которой понимают устойчивый уровень активности физиологических систем, органов в тканей, а также механизмов управления, который обеспечивает возможность длительной активности жизнедеятельности организма человека и животного в измененных условиях существования {общеприродных и социальных) и способность к воспроизведению потомства.

Однако следует учитывать, что физиологическая адаптация – широкое понятие. Оно включает изучение явлений индивидуальных адаптации; видовых, наследственно закрепленных адаптации и популяционных адаптации. Вместе с тем, исследование механизмов адаптационных процессов указывает на то, что невозможно судить об адаптации человека, не учитывая психологических, биохимических и других аспектов.

В связи с этим, в экологической физиологии человека, как правило, принято ограничиваться изучением адаптации, приобретаемой в ходе индивидуальной жизни организма – онтогенеза. Этот вид адаптации наиболее изучен. В отношении других видов физиологической адаптации информации гораздо меньше. Однако следует упомянуть об очень ценных данных относительно отдельных популяций людей, жизнь которых исторически складывалась в сложных, порой экстремальных климато-географических условиях. Это медико-биологические исследования жителей высокогорья, различных изолятов индейцев Северной и Южной Америки, малых народностей Крайнего Севера, Европы и Азии, аборигенов Австралии, некоторых островов и т.д. Итоги таких исследований можно найти в материалах, подготовленных на основе Международной медико-биологической программы (1964-1974).

Новые перспективы в изучении адаптивных процессов в популяциях человека были открыты Международной биологической программой «Человек и биосфера», принятой в 1971 году на сессии ЮНЕСКО. Результаты отечественных исследований, выполненных в рамках этой программы, приведены в сборниках, посвященных антропометрическим, физиологическим и медико-генетическим характеристикам коренного населения различных географических зон.

В основе индивидуальной адаптации лежит генотип – комплекс видовых признаков, закрепленных генетически и передающихся по наследству. В результате генотипической адаптации, на основе наследственной изменчивости, мутаций и естественного отбора сформировались современные виды животных.

Однако генетическая программа организма предусматривает не заранее сформировавшуюся адаптацию, а возможность ее реализации под влиянием среды. Это согласуется с суждением И. И. Шмальгаузена (1968) о наследуемости нормы реакции. По его мнению, наследственным является не внешнее проявление какого-либо признака, а способность реагировать определенными изменениями на определенные изменения во внешней среде, то есть норма реакции на условия внешней среды. Наличие такой пластичности позволяет сохранить относительное постоянство вид о специфических характеристик, то есть поддерживать гомеостаз, несмотря на неизбежные различия, в которых протекает развитие отдельных особей.

По А. С. Севердову «нормой реакции называют пределы, в которых может изменяться фенотип без изменения генотипа». Такая норма реакции вырабатывается в онтогенезе по отношению к любым колеблющимся факторам среды: атмосферному давлению, климатическим и метеорологическим условиям и т.п. Широкой нормой реакции обладают почти все онтогенетические реакции, обычно именуемые модификациями, а также физиологические реакции и большинство поведенческих реакций. Под нормой адаптивной реакции понимают пределы изменения системы под влиянием действующих на нее факторов среды, при которых не нарушаются ее структурно-функциональные связи. Если воздействие факторов среды на организм превышает норму адаптивной реакции, он теряет способность к адаптации.

Адаптация, приобретаемая в ходе индивидуальной жизни организма при его взаимодействии с окружающей средой, называется фенотипической. При этом изменения, которые накапливаются в организме, не передаются по наследству, а как бы накладываются на наследственные признаки. Это позволяет следующим поколениям приспособиться к новым условиям, используя не специализированные реакции предков, а потенциальную возможность адаптации,

При воздействии нового фактора первой включается в реакцию психофизиологическая сфера. Речь идет об адаптивных формах поведения, которые выработались в ходе эволюции и направлены на экономизацию затрат организма. От результатов действия этой сферы зависит, будут ли в адаптационный процесс вовлечены физиологические и биохимические реакции, обладающие большой стоимостью и требующие немалого напряжения организма.

Существует несколько классификаций адаптивных форм поведения. В соответствии с одной из них различают три типа приспособительного поведения живых организмов: бегство от неблагоприятного раздражителя, пассивное подчинение ему, активное противодействие за счет развития специфических адаптивных реакций. Примером первого типа у человека может быть ношение одежды, обитание в помещениях, преобразование среды с помощью технических средств, миграции в наиболее благоприятные районы существования и др. Второй тип состоит в формировании устойчивости, способности сохранять функции при изменении силы воздействия экологического фактора по принципу толерантности. Третий тип – активная адаптация по принципу резистентности – включается, когда организм не имеет возможности использовать первые два типа адаптивного поведения. Он заключается в компенсации с помощью специфических адаптивных механизмов изменений, вызванных воздействующим фактором, и тем самым в поддержании гомеостаза.

Адаптивное поведение человека характеризуется тем, что постоянно существует компромисс между биологическими и социальными аспектами его существования. В связи с этим была предложена более сложная классификация адаптивных форм поведения.

I.Превентивная поведенческая адаптация

А.Глобальное изменение активности

1) уменьшение

3) усиление

Б.Реакция избегания

1) сужение ареала

2) локальное избегание

В.Реакция активного поиска преферендума

1) поиск естественного преферендума

б) регуляционный, заместительный, разгружающий

2) создание преферендума

3) создание сенсорного преферендума

а) коррективный

б) формирующий

II.Стабилизационная поведенческая адаптация

А.Сохранность общей структуры поведения

1) темповые изменения

2) ритмические изменения

3) внутриструктурные изменения

а) обособленных форм поведения

б) циркадные режимные

в) трудовые режимные

Б.Изменение структуры поведения

1) введение коррегирующих реакций

а) включающих внутренние механизмы регулирования

б) использующих внешние возможности:
природного характера
средств деятельности
объекта деятельности

2) оптимизация двигательного акта

а)на базе выработанного навыка:
оптимизация силовых характеристик
оптимизация скоростных характеристик
оптимизация точностных характеристик

б) на базе преобразованного навыка:
глобальное преобразование
частное преобразование алгоритма

3) реорганизация поведения

а) преобразование структуры деятельности:
операциональное временное

б)временной сдвиг деятельности

III.Социально-обусловленные формы поведения

А.Формирование навыка

Б.Создание индивидуальной среды

В.Создание коллективной среды

Г.Преобразование воздействующего фактора

IV.Психологически обусловленные формы поведения

А.Индивидуальные

1) перестройка мотивов поведения

2) формирование установки

3) формирование бдительности

4) изменение эмоциональных характеристик

5) изменение концептуальных моделей

Б.Групповые

1) формирование синтальности

2) переориентировка на лидера

3) групповые и индивидуальные изменения ролевых ожиданий.

Вместе с тем, выявлены индивидуальные особенности выраженности психофизиологических и физиологических реакций в ответ на действие неблагоприятного фактора. Так, есть группа людей, у которых роль поведения невелика, и доминируют физиологические («вегетативные») изменения. В другой группе поведенческие реакции позволяют несколько ослабить проявление «вегетативной адаптации». Такое разделение связывают с конституционными и типологическими характеристиками индивидуумов.

Итак, если адаптивные формы поведения не позволяют избежать неблагоприятного фактора, включаются физиологические механизмы адаптации. Такой тип адаптации является активным. Он связан с развитием неспецифических и специфических реакций и направлен на поддержание гомеостаза в изменяющихся условиях среды.

Неспецифические и специфические компоненты адаптации. Перекрестная адаптация.

По мере развития адаптации наблюдается определенная последовательность изменений в организме: сначала возникают неспецифические адаптационные изменения, затем – специфические. Между тем, среди ученых долгое время шла дискуссия относительно роли неспецифических и специфических, компонентов в адаптационном процессе. По мнению одних исследователей, ответные реакции организма, независимо от особенностей раздражителя, содержат много общего. По мнению других, адаптационные изменения, возникающие при действии того или иного фактора, носят сугубо специфический характер. Изучение неспецифических компонентов адаптации принято связывать с именем канадского ученого Ганса Седье (1936), хотя отдельные аспекты данной проблемы разрабатывались Н. Е. Введенским, У. Кэнноном, Д. Н. Насоновым и В. Я. Александровым, Л. А. Орбели и другими.

Еще в 1901 году Н. Е. Введенский впервые указал на однообразие реакций живого организма на действие различных агентов. У. Кэнион (1929) полагал, что разнообразные воздействия на организм могут формировать однотипную картину симпато-адреналового синдрома. В соответствии с учением Л. А. Орбели (1949), неоднородные факторы среды вызывают со стороны симпатической нервной системы адаптационную реакцию, которая выражается в изменении ее трофической регуляции. Д. Н. Насонов и В. Я. Александров (1940) создали теорию, согласно которой раздражители любой природы вызывают денатурацию клеточных белков. В результате обратимой альтерации в клетках возникает комплекс однотипных изменений, названных авторами «паранекрозом».

Однако наиболее подробно неспецифические компоненты адаптации были исследованы Г. Селье. Он показал, что в ответ на действие раздражителей самой различной природы {механических, физических, химических, биологических и психических), в организме возникают стереотипные изменения. Комплекс этих сдвигов получил название «общего адаптационного синдрома». Такое приспособление выработалось в ходе эволюции как способ адаптации организма с минимизацией затрат морфофизиологических структур.

Состояние организма, вызываемое неблагоприятными воздействиями, Г. Селье (1960) назвал реакцией напряжения или стресс-реакцией. Независимо от качества «стрессора», то есть фактора, вызвавшего стресс, он сопровождается совокупностью постоянных симптомов. Важнейшими из них являются: увеличение коркового слоя надпочечников с уменьшением в них липоидов и холестерина, инволюция тимико-лимфатического аппарата, эозинопения и возникновение язв желудочно-кишечного тракта.

Механизм развития общего адаптационного синдрома по Г. Селье представлен на рисунке 2.

Рис.2 Схема общего адаптационного синдрома (по: Селье Г., 1960) 1-стрессор, 2-гипоталамус; 3-гипофлэ (адренокортикотропный гормон); 4-корковый слой надпочечников (глюкокортикоиды и минералокортикоиды); 5-лимфоцит; 6-эозинофил; 7-желудок и двенадцатиперстная кишка.

В 1936 году Г. Селье описал общий адаптационный синдром как процесс, состоящий из трех последовательных стадий. «Стадия тревоги» («аларм-реакция») по мысли Г. Селье в свою очередь характеризуется двумя фазами: «фазой шока» и «фазой противотока». При значительной силе стрессора стадия тревоги может закончиться гибелью организма. Если организм переживает эту по сути защитную стадию синдрома, наступает «стадия резистентности». При продолжительном действии стрессора она переходит в «стадию истощения».

Исследования последних лет несколько дополнили классическую модель общего адаптационного синдрома Г. Селье. В настоящее время она выглядит следующим образом.

I. Стадия тревоги или стадия напряжения: а) усиленный выброс адреналина в кровь, обеспечивающего мобилизацию углеводных и жировых ресурсов для энергетических целей и активирующего деятельность р-клеток инсулярного аппарата с последующим повышением содержания инсулина в крови; б) повышенное выделение в кровь секреторных продуктов кортикальными клетками, приводящее к истощению в них запасов аскорбиновой кислоты, жиров и холестерина; в) понижение деятельности щитовидной и половых желез; г) увеличение количества лейкоцитов, эоэинофилия, лимфопения; д) усиление каталитических процессов в тканях, приводящее к снижению веса тела; е) уменьшение тимико-лимфатического аппарата; ж) подавление анаболических процессов, главным образом, снижение образования РНК и белковых веществ.

Рис. 3. Принципиальная схема влиянии количественного выражения фактора среды на жизнедеятельность организма (по: Шипов И. А., 1985),

ІІ. Стадия резистентности: а) накопление в корковом слое надпочечников предшественников стероидных гормонов (липоидов, холестерина, аскорбиновой кислоты) и усиленное секретирование гормональных продуктов в кровяное русло; б) активизация синтетических процессов в тканях с последующим восстановлением нормального веса тела и отдельных его органов; в) дальнейшее уменьшение тимико-лимфатического аппарата; г) снижение инсулина в крови, обеспечивающее усиление метаболических эффектов кортикостероидов.

III. Стадия истощения – в этой стадии преобладают, главным образом, явления повреждения, явления распада.

Во время стадии тревоги неспецифическая сопротивляемость организма повышается, при этом он делается более устойчивым к различным воздействиям. С переходом в стадию резистентности неспецифическая сопротивляемость уменьшается, но возрастает устойчивость организма к тому фактору, которым был вызван стресс.

Учение Г. Селье о «стрессе» получило широкое распространение. В разных странах было издано около 40 книг ученого, посвященных общему адаптационному синдрому. Г. Селье и его сотрудники опубликовали свыше 2000 работ по этой проблеме.

К 1979 году по данным Международного института стресса в мире вышло в свет более 150 000 публикаций, касающихся стресса.

По мнению сторонников специфического характера адаптации ее основой является избирательное действие качественно различных физических и химических факторов на определенные физиологические системы организма и клеточный метаболизм. Они полагают, что при повторном действии раздражителя включается определенная функциональная система. Причем ее защитный эффект проявляется только при действии этого раздражителя. Отмеченная закономерность подчеркивает, таким образом, принцип специфичности в развитии повышенной устойчивости организма. Примером специфических адаптационных изменений является адаптация к гипоксии, физическим нагрузкам, высоким температурам и т.д. Специфичность адаптационных изменений может быть весьма высокой.

По данным И. А. Шилова (1985), существует как бы два уровня специфической адаптации. Первый уровень относится к обычным условиям существования организма, второй – к чрезвычайным (экстремальным, изменяющимся, лабильным).

Для нормального функционирования организма необходим определенный диапазон колебаний факторов окружающей среды (газового состава атмосферного воздуха, его влажности, температуры и т.п.). Избыток или недостаток этих факторов неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности.

Уровень колебания («доза») факторов, соответствующий потребностям организма и обеспечивающий благоприятные условия для его жизни, считают оптимальным (см. на рисунке 3 зона оптимума).

Отклонения от зоны оптимума в сторону недостаточной или избыточной дозировки факторов без нарушения жизнедеятельности организма называют зонами нормы. Такие отклонения человек способен переносить благодаря наличию специфических адаптивных механизмов, требующих затрат энергии. При этом их диапазон индивидуально обусловлен и зависит от пола, возраста, конституции и т.п. Именно эти физиологические механизмы обеспечивают адаптивный характер общего уровня стабилизации отдельных функциональных систем и организма в целом по отношению к наиболее генерализованным и устойчивым параметрам окружающей среды (I группа адаптивных механизмов).

При дальнейшем сдвиге факторов за пределы нормы в сторону избытка или недостатка наступают зоны пессимума. Они соответствуют нарушению гомеостаза и проявлению патологических изменений, но жизнедеятельность организма еще сохраняется. Вне зон пессимума адаптивные реакции, несмотря на полное напряжение всех механизмов, становятся мало эффективными, и наступает гибель.

В зонах пессимума добавляются лабильные реакции, обеспечивающие гомеостаз благодаря включению дополнительных функциональных адаптивных реакций (II группа адаптивных механизмов).

Взаимодействие двух рассмотренных уровней специфической адаптации обеспечивает соответствие функций организма конкретным факторам в его устойчивое существование в сложных и динамичных условиях окружающей среды.

В качестве примера можно привести людей, недавно попавших в горы (лабильные реакции) и горцев (стабильная адаптация). Для стабильной адаптации жителей гор характерны стойкая перестройка уровня эритропоэза, сдвиги сродства гемоглобина к кислороду, изменение тканевого дыхания, направленное на поддержание эффективного газообмена в условиях гипоксемии. У равнинных жителей при подъеме в горы наблюдается учащение дыхания, тахикардия, позже – выброс в кровь депонированных эритроцитов и ускорение эритропоэза.

О наличии в адаптационном процессе как неспецифических, так и специфических компонентов свидетельствуют явления, получившие названия «перекрестная адаптация», «покрывающая адаптация», «перенос адаптации» и т.п. Речь идет о том, что организм, адаптированный к действию какого-либо одного фактора, становится в результате этого более устойчивым к действию другого или других факторов. Так, было показано, что у человека, адаптированного к гипоксии, повышается устойчивость к статической и динамической мышечной работе. В свою очередь мышечная работа ускоряет и усиливает адаптацию к гипоксии, к холоду Гипоксия увеличивает устойчивость к теплу. Адаптация к теплу способствует адаптации к гипоксии.

По данным В. И. Медведева (1982), гипоксические явления и развитие антигипоксических реакций у человека в той или иной степени наблюдаются при действии холода, тепла, сдвигах барометрического давления, изменении влажности, газовой среды (кислород, углекислый газ), светового режима, гравитации, при влиянии сильных эмоциогенных раздражителей, уменьшении или увеличении информационного потока, необходимого для формирования различных видов деятельности при физической и умственной работе. Он полагает, что изменение энергетики является составной {неспецифической) частью всех адаптационных процессов, а антигипоксические реакции формируют аппарат защиты энергетического обмена.

Однако Г. Селье (1960) и другие исследователи отмечают, что не всегда повышенная резистентность к одному фактору обеспечивает устойчивость организма к действию раздражителей другой природы. Наоборот, эта так называемая перекрестная резистентность в ряде случаев отсутствует и проявляется «перекрестная сенсибилизация». При этом резистентноеть к определенному агенту сопровождается повышением чувствительности к другому агенту. Это явление дало основание Г. Селье высказать мысль о существовании «адаптационной энергии», мера которой для каждого организма ограничена и обусловлена генетическими факторами. По мнению В. И. Медведева (1982), неспецифический компонент адаптации может перекрываться специфическим. Несмотря на наличие общего неспецифического компонента, специфические механизмы антагонистичны и могут снимать явления перекрестной адаптации.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Экологическая физиология

И М Сеченов.. Введение.. Экологическая физиология это совокупность знаний о физиологических основах приспособлений к природным факторам среды..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Анализ опасности

Энергоэнтропийная концепция опасности.

Энергоэнтропийная концепция опасности – это совокупность представлений о природе опасности и условиях их реализации.

Повседневная деятельность человека потенциально опасна, т.к. связана с использованием различных видов энергии. Опасности появляются в результате неконтролируемого выхода энергии. Возникновение нежелательных последствий есть следствие появления и развития причинной цепи предпосылок. Инициаторами этой цепи, чаще всего, являются ошибочные действия человека, кроме этого, может служить неисправность в технике или воздействия не нее на расстоянии.

Все это не противоречит фундаментальному свойству энтропии (мера беспорядка): Любая предоставленная самой себе система стремится к максимуму энтропии, т.е. к максимальному беспорядку. Такое состояние является равновесно-устойчивым и система может находится в нем сколь угодно долго. Любые попытки человека в результате своей деятельности упорядочить систему приводят к уменьшению энтропии и к неустойчивости, к потенциально опасному состоянию.

Энергоэнтропийная концепция опасности позволяет проследить путь нежелательного высвобождения энергии и это лежит в основе построения дерева происшествий.

Для анализа используется графическое изображение (граф, дерево) логически взаимосвязанной последовательности событий отказов причин, последствий.

Последовательность изучения опасности:

1. Предварительный анализ опасности

а) выявление источника опасности

б) определить части системы, которые могут вызвать эти опасности

в) ввести ограничение на анализ

2. Выделить (сформировать) последовательность действия опасности путем построения дерева происшествий

3. Анализ дерева происшествий

Здоровье (по ВОЗ, установлен. 1968г) – это состояние полного физического, душевного и социального благополучия (а не только отсутствие болезни).

В настоящее время однозначного мнения о факторах, ответственных за формирования здоровья нет, но по данным ВОЗ:

При сохранении нынешних тенденция развития мирового сообщества через 30-40 лет состояние здоровья россиян до 70% будет зависеть от состояния окружающей среды.

В настоящее время зафиксировано 4 млн. токсичных веществ, действующих на организм человека, и ежегодно их количество увеличивается на 6000. Это привело к тому, что 80% заболеваний обусловлено состоянием окружающей среды, каждый 4-й житель планеты болеет аллергическими заболеваниями, ≈10% новорожденных имеют отклонения от здоровья. Уже сейчас известно 2,5 тыс. заболеваний, локализованных на генном и хроническом уровнях. Уже сейчас ≈50% генофонда европейского населения не воспроизводится в следующих поколениях.

В последнее время возросла социальная составляющая, влияющая на здоровье, из которой следуют специфические заболевания: синдром хронической усталости, жизненная апатия, психические расстройства.

Комплексной оценкой состояния здоровья человека является продолжительность жизни и показатели биологического возраста человека.

Профессиональное здоровье – способность человеческого организма сохранить заданное компенсаторные и защитные средства, обеспечивающие работоспособность в условиях, в которых протекает деятельность.

При проведении анализов различных факторов, влияющих на здоровье человека, приоритетное значение придается фактора риска, непосредственно ведущим к возникновению заболевания.

Оценка устранимости факторов, отрицательно влияющих на здоровье человека, очень важна при создании технологического оборудования. Эти факторы могут устраняться с помощью инженерно-технических решений, адаптации, в том числе и социальной.

1.1. Общие закономерности адаптации организма человека к различным условиям.

1.1.1. Механизмы адаптации

Первое соприкосновение организма с измененными условиями или отдельными факторами вызывает ориентировочную реакцию, которая может перейти в генерализованное возбуждение параллельно. Если раздражение достигает определенной интенсивности, это приводит к возбуждению симпатической системы и выделению адреналина.

Такой фон нейрорегуляторных соотношений характерен для первой фазы адаптации - аварийной. На протяжении последующего периода формируются новые координационные отношения: усиленный эфферентный синтез приводит к осуществлению целенаправленных защитных реакций. Гормональный фон изменяется за счет включения гипофизарно-адреналовой системы. Глюкокортикоиды и вьщеляемые в тканях биологически активные вещества мобилизуют структуры, в результате деятельности которых ткани получают повышенное энергетическое, пластическое и защитное обеспечение. Все это составляет основу третьей фазы (устойчивой адаптации).

Важно отметить, что переходная фаза стойкой адаптации имеет место только при том условии, что адаптогенный фактор обладает достаточной интенсивностью и длительностью действия. Если он действует кратковременно, то аварийная фаза прекращается и процесс адаптации не формируется. Если адаптагенный фактор действует длительно или повторно прерывисто, это создает достаточные предпосылки для формирования так называемых структурных следов. Суммируются эффекты действия факторов, углубляются и нарастают метаболические изменения, и аварийная фаза адаптации превращается в переходную, а затем и в фазу стойкой адаптации.

Поскольку фаза стойкой адаптации связана с постоянным напряжением управляющих механизмов, перестройкой нервных и гуморальных соотношений, формированием новых функциональных систем, то эти процессы в определенных случаях могут истощаться. Если принять во внимание, что в ходе развития адаптивных процессов важную роль играют гормональные механизмы, то становится ясно, что они являются наиболее истощаемым звеном.

Истощение управляющих механизмов, с одной стороны, и клеточных механизмов, связанных с повышенными энергетическимизатратами, с другой стороны, приводит к дезадаптации.

Симптомами этого состояния являются функциональные изменения в деятельности организма, напоминающие те сдвиги, которые наблюдаются в фазе острой адаптации.

Вновь в состояние повышенной активности приходят вспомогательные системы - дыхание, кровообращение, неэкономично тратится энергия. Однако координация между системами, обеспечивающими состояние, адекватное требованию внешней среды, осуществляется неполноценно, что может привести к гибели.

Дезадаптация возникает чаще всего в тех случаях, когда действие факторов, явившихся основными стимуляторами адаптивных изменений в организме, усиливается, и это становится несовместимым с жизнью.

1.1.2. Адаптация к действию низкой температуры

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

Рис 1. Критерии адаптации по Н.А Агаджаняну, 1989.

Следует отметить, что к активной адаптации в этом случае присоединяются механизмы, обеспечивающие нриспособление рецепторов к холоду, то есть повышение порога раздражения этих рецепторов. Такой механизм блокирования действия холода снижает потребность в активных адаптационных реакциях.

По-иному протекает адаптация к жизни в северных широтах. Здесь воздействия на организм всегда комплексные: попав в условия Севера, человек подвергается действию не только низкой температуры, но и измененного режима освещенности и уровня радиации.

В настоящее время, когда необходимость освоения Крайнего Севера становится все более насущной, механизмы акклиматизации досконально изучаются. Установлено, что первая острая адаптация при попадании на Север знаменуется несбалансированным сочетанием теплопродукции и теплоотдачи.

Под влиянием относительно быстро устанавливающихся регуляторных механизмов развиваются стойкие изменения теплопродукции являюшиеся приспособительными для выживания в новых условиях. Показано, что после аварийной стадии наступает стойкая адаптация благодаря изменениям, в частности, в ферментативных антиоксндазных системах. Речь идет об усилении липидного обмена, что выгодно организму для интенсификации энергетических процессов. У людей, живущих на Севере, повышено содержание в крови жирных кислот, уровень сахара в крови несколько снижается. За счет усиления “глубинного” кровотока при сужении периферических сосудов жирные кислоты более активно вымываются из жировой ткани. Митохондрии в клетках людей, адаптированных к жизни на Севере, также включают в себя жирные кислоты. Это приводит к тому, что митохондрии способствуют изменению характера окислительных реакций - разобщению фосфорилирования и свободного окисления.

Из этих двух процессов доминирующим становится свободное окисление. В тканях жителей Севера относительно много свободных радикалов.

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

Становление адаптации и ее волнообразное протекание сопряжены с такими симптомами, как лабильность психических и эмоциональных реакций, быстрая утомляемость, одышка и другие гипоксические явления.

В целом эти симптомы соответствуют синдрому «полярного напряжения». По мнению ряда авторов, не последнюю роль в развитии этого состояния играют космические излучения.

У некоторых лиц при нерегулярной нагрузке в условиях Севера защитные механизмы и адаптивная перестройка организма могут давать срыв - дезадаптацию.) При этом проявляется целый ряд патологических явлений, называемых полярной болезнях особенностям жизни и деятельности человека в условиях Севера мы посвятили отдельную лекцию.

... ; Rathunde K., 1963; Roe A., Siegelman M., 1963). Из приведенного обзора литературы можно сделать вывод, что до настоящего времени подход к проблеме пограничных психических расстройств у детей, находящихся в условиях семейной депривации не носит характер систематической терапевтической помощи и поддержки, не разработаны принципы оценки состояния и уровня развития детей, находящихся в условиях...

Находящегося на отдыхе; ж) определяют минимальный социальный стандарт (норматив) для оказания услуг отдыха и оздоровления детей, подростков и молодежи. 2. Под влиянием изменения спроса меняется лицо учреждений отдыха и оздоровления и содержание их деятельности. Прежде всего это организация психолого -педагогического процесса отдыха и оздоровления, всей жизнедеятельности учреждения по вариативным...

В применении которой он более компетентен, при этом важно, чтобы выбранная форма работы соответствовала потребностям ребенка и условиям, в которых она будет осуществляться (школа, кризисная служба, приют, поликлиника). Методы работы с детьми в кризисных ситуациях различны. Более подробно они освещены в приложении №1. Следует помнить, что какой бы метод не применялся, главная цель помощи детям – ...

Бутузовой (2004), которая сама является победительницей чемпионата Европы по спортивным бальным танцам и в настоящее время тренирует юных танцоров. Таблица 4. Значения частоты сердечных сокращений (ЧСС) у детей 7-11 лет, занимающихся спортивными бальными танцами менее 1 года, 2 года и з года (перед и после занятий). Срок Занятий ЧСС(уд. в мин.)+ Ь Перед занятием ЧСС(уд. в мин...

Приспособления, которые выработались в организме в процессе эволюции в ответ на воздействия внешней среды или вырабатываются в процессе жизни каждого индивидуума, называются адаптациями. По А.Д. Слониму, под физиологической адаптацией следует понимать совокупность физиологических особенностей, обусловливающих уравновешивание организма с постоянными или изменяющимися условиями среды. Г. Селье утверждал, что способность к приспособлению является, вероятно, наиболее отличительной чертой жизни.

Все адаптации делятся на фенотипические (индивидуальные ), развивающиеся в течение онтогенеза каждого индивидуума, и генотипические , или наследуемые , осуществляемые на основе наследственности, изменчивости и естественного отбора.

Фенотипические адаптации делятся на видовые и популяционные. Последние имеют более сложную структуру, поскольку к особенностям вида добавляется влияние конкретной среды, в которой живет данная популяция.

В зависимости от основных стратегий осуществления адаптации делятся на активные и пассивные. Активные адаптации происходят с затратой энергии, увеличением потребления кислорода (при этом сохраняется гомеостаз организма), а пассивные сопровождаются минимизацией функции с некоторым нарушением гомеостаза, например подчинением организма условиям среды (смена окраски шерсти у зайцев в зимний период года) или избеганием их (залегание медведя в берлогу на зимнюю спячку). Человек, в отличие от животных, кроме биологических механизмов может использовать социальные достижения для адаптации - одежду, кондиционеры, транспорт и т.д. В процессе эволюции это привело к уменьшению функциональных биологических резервов адаптации, что потребовало развития социальных средств повышения безопасности существования человека (рис. 14.1).

Индивидуальные адаптации по времени развития разделяются на срочные, или кратковременные, и долговременные. Срочные адаптации осуществляются с помощью нервных и эндокринных механизмов, мобилизуя готовые, уже имеющиеся резервы организма: биохимические, функциональные, психические. Такое функционирование на пределе физиологических возможностей пред-

Рис. 14.1.

ставляет прямую опасность для организма, поскольку высока вероятность возникновения срыва. С другой стороны, оно во многом не обеспечивает реализацию всех потенциальных адаптивных возможностей организма.

Долговременные адаптации приводят к стимуляции генетического аппарата клеток, в результате чего формируется системный структурный след адаптации - морфологический компонент, позволяющий расширить диапазон функциональных возможностей систем организма (Ф.З. Меерсон). Долговременная адаптация развивается постепенно, в процессе длительного, хронического воздействия на организм нагрузок или факторов среды (рис. 14.2). Повышение интенсивности функционирования структур является первым моментом, запускающим долговременную адаптацию. Основу долговременной адаптации составляет образование новых структур, которые могут в дальнейшем обеспечить выполнение возросших задач. Так, адаптация мышечной системы к повышенным нагрузкам выражается в увеличении мышечной массы. Новые структуры возникают по следующей схеме. Усиление работы органа (сердца, скелетных мышц, легких и т.д.) каким-то образом мобилизует синтез нуклеиновых кислот и белков в работающих клетках. Первым сдвигом в развивающейся цепи событий является экспрессия гена, ответственного за синтез того или иного конкретного белка. Это приводит к наработке РНК или увеличению скорости ее транскрипции на структурных генах ДНК. Увеличение количества информационной РНК приводит к росту количества рибосом, в которых и происходит синтез белковых молекул. В результате масса работающей структуры нарастает и увеличиваются ее функциональные возможности. Возникшие новые структуры называются системным структурным следом (ССС).

Индивидуальные адаптации, сформированные в ранний постэмбриональный период, несомненно, имеют свои особенности, заключающиеся прежде всего в их большей стойкости. Наследственно закрепленные адаптации, в свою очередь, делятся на видовые и по-

Рис. 14.2.

пуляционные. Последние имеют более сложную структуру, поскольку к особенностям вида добавляется влияние конкретной среды, в которой живет данная популяция. Это влияние тем сильнее, чем большее число поколений подвергалось этим средовым воздействиям.

Адаптация к климатическим условиям той или иной географической зоны называется акклиматизацией , а приспособление к какому-то одному фактору среды - акклимацией. Некоторые исследователи считают, что истинная акклиматизация возникает только во втором или даже третьем поколении переселившихся лиц. Кратковременную, несовершенную адаптацию у первого поколения лиц, переехавших на новое местожительства, они называют акклимацией. Таким образом, термин «акклимация» не совсем устоялся и возможны разные варианты его употребления.