Глава 7 Экология и адаптация

7.1 Характер адаптивных сдвигов вызванных химическим загрязнением окружающей среды

Оценка реакции организма на экстремальные воздействия – одна из важ­нейших задач, стоящих перед биологической наукой. Изучение непосредствен­ного эффекта и последствий экстремальных влияний находится в тесной связи с исследованием устойчивости человека и животных к необычным факторам среды. Экстремальные факторы – это крайние, весьма жесткие условия среды, неадекватные врожденным и приобретенным свойствам организма.

В 1989–1990 гг. был открыт феномен адаптивной стабилизации структур (ФАСС) к широкому спектру повреждающих факторов, который состоит в том, что при адаптации к стрессу возрастает устойчивость не только целого орга­низма, но также изолированных органов.

Адаптация организма к внешней среде происходит с помощью специфи­ческих и неспецифических механизмов. Физиоло­гические механизмы адаптации организма к действию на него разнообразных факторов среды являются универсальными в процессе выработки приспособи­тельных реакций, направленных на повышение неспецифической резистентно­сти. Совокупность неспецифических реакций, возникающих в организме под влиянием чрезвы­чайных воздействий, обозначалась как «стресс», а факторы, способные вызвать состояние физиологического напряжения, назывались «стрессорами». Особое место в развитии процесса адаптации, и, следова­тельно, общего адаптационного синдрома принадлежит гипофиз-адреналовой и симпатико-адреналовой системам, от функционального состояния которых во многом зависит формирование процес­са адаптации к неблагоприятным условиям окружающей среды. Установлено, что на самые разнообразные стрессовые воздействия надпочечники отвечали однотипной неспецифической реакцией – усилением биосинтеза стероидов корковым веществом и катехоламинов мозговым. Изменение неспецифической резистентности организма является наиболее общей чертой механизма адапта­ции. Ряд исследователей не рассматривали гормональные факторы в качестве автоном­ного механизма стресса и отводили ведущую роль нервной системе не только потому, что она часто служит пусковым механизмом, но и потому, что она не­прерывно регулирует функциональное состояние всех органов, в том числе и эндокринных, приспосабливая их потенциал к работе. Предполагается, что включение неспецифических и специфических при­способительных процессов взаимосвязано и взаимообусловлено. Неспецифиче­ский механизм адаптации срабатывает сразу же после воздействия чрезвычай­ного фактора, т.к. для этого не требуется расшифровка характера вредного влияния, поэтому быстро развивается приспособительная реакция. Однако та­кая реакция организма менее целесообразна и направлена на ликвидацию пато­генного агента.

При длительном вредном взаимодействии, вполне рациональна замена неспецифических процессов адаптации специфическими, которые будучи более точными, требуют меньших затрат энергии и в их осуществлении участвуют меньшее число систем и органов. Поэтому, можно пред­положить, что как повышение, так и понижение функции надпочечников, отра­жает соответствующую периодизацию процесса адаптации, при которой общие неспецифические реакции переключаются на специфические.

В адаптации организма выделяют два направления: актуализацию – уси­ление функции и лабилизацию – включение других функциональных систем и структур в поддержании необходимого равновесия между организмом и средой. Если актуализация общепризнанна, то лабилизация часто отождествляется с компенсацией. Под компенсацией понимается тип адаптаци­онных реакций организма на повреждение, выражающихся в том, что органы и системы, непострадавшие от действия повреждающего агента берут на себя функцию поврежденных структур путем заместительной гиперфункции, или, качественно изменяют свою функцию. Сложность четкого разделения понятий адаптации и компенсации очевидна. Основным критерием позволяющим ограничивать эти два процесса является повреждение или нару­шение функции организма. Иначе говоря, решающей для адаптации должна быть возможность системы или организма в целом возвра­щаться к исходному уровню после прекращения воздействия, т.е. обратимость изменения и напряжения функции, а для компенсации – нарушения и необра­тимость изменения функции системы или организма в целом. Некоторые авторы различают еще один вид адаптации – биохимический, который, явля­ется последним резервом, когда у организма нет поведенческих или физиоло­гических способов избежать неблагоприятного действия среды. В данном слу­чае речь идет о физиологической адаптации организма на клеточном уровне. Не менее важным являлся вопрос, как понимать адаптацию организма в аспекте приобретения новых, полезных свойств, необходимых для существования в из­менившихся условиях среды. Например, у аборигенов Севера или у лиц, доста­точно долгое время живущих в этих условиях, существенно снижен общий им­мунологический фон. Другие константы так же отличны от аналогичных показателей у людей, живущих в благоприятных условиях. В то же время можно считать, что организм людей, живущих на Севере, полностью адаптирован к природным условиям, не смотря на то, что у них многие биохимические и физиологические константы не соответствуют понятию нормы, относительно устойчивы и, как правило, могут нормализовываться годами, если не десятилетиями, в случае возвращения людей в южные зоны. Являются ли в этом случае процессы адаптации или деадаптации физиологическими, если критерием адаптации считать быструю обратимость выявленных изменений.

Основываясь на собственных наблюдениях, некоторые авторы, считает целесообразным разделять два понятия: адаптация – процесс и адаптация – со­стояние. Конечным результатом любого организма как целостной системы в ответ на действие данного раздражителя является возникновение нового ста­ционарного состояния, которое характеризуется полноценной жизнедеятельно­стью. Поэтому в качестве одного из основных гигиенических критериев счи­тается, необходимым появление такого уровня регуляции функции организма, который бы обеспечивал его полноценную жизнедеятельность, т.е. функцио­нальный оптимизм. Здесь уместно привести формулу, в которой, под здоровьем понимается возможность организма человека адаптироваться к изменениям окружающей среды, свободно взаимодействуя с ней на основе биологической, психологической и социальной сущности. Здоро­вье – это гармоничное единство всевозможных обменных процессов, между ор­ганизмом и окружающей средой и, как результат этого, согласованное течение разнообразных обменных процессов внутри самого организма, проявляющееся в оптимальной жизнедеятельности его организма и систем.

Важным в теоретическом отношении является вопрос о так называемой цене адаптации. В нормальных условиях между организмом и окружающей средой уста­навливаются гармоничные взаимоотношения. Когда же они нарушаются, в ор­ганизме могут возникнуть различные изменения в системе адаптивности: десинхроноз, невроз и другие болезни. Известно, что адаптированность организма – это проявление формирования относительно устойчивого стереотипа в про­цессе жизнедеятельности под влиянием условий окружающей среды.

Состояние дезадаптированности рассматривается как плата за адаптацию, которая вышла за пределы биосоциального бюджета и ве­дет к появлению патологических изменений в организме. Становится очевидным, что если считать за цену истинной адаптации (физиологической) степень напряжённости функционирования органов и систем организма на разных его уровня, то при изменённой форме адаптации (патологической) плата за неё уже проявляется общими повреждениями функций организма, сопровождающимися на первых этапах, как правило, явлениями компенсации. В связи с этим нужно подчеркнуть, что физиологический смысл адаптации состоит не в напряженном функционировании систем организма, а в вовлечении приспособительных механизмов, составляющих резервы организма. Таким образом, цена адаптации в виде болезни (срыва адаптации) может прослеживаться только при патологической форме приспособления организма к условиям внешней среды. Характерной чертой развившейся адаптации к какому-либо фактору внешней среды является отсутствие напряжения приспособительных механизмов. Это достигается функциональной перестройкой деятельности организма, когда обеспечивается его пребывание в новой обстановке на протяжении неограниченно длительного времени. Логичен вопрос о значении и роли функциональной напряжённости в проявлении патологических состояний при развитии процесса адаптации, т. е. когда физиологическая форма этого процесса переходит в патологическую, и заканчивается ограничением функции организма (болезнью). Понятна актуальность этого вопроса для гигиенических исследований, направленных на формирование факторов окружающей среды. Решение данного вопроса целесообразно начать с анализа морфофункциональных изменений во времени на различных уровнях строения организма. Если признать, что в основе функциональных изменений всегда лежат морфологические, а при воздействии на организм химических факторов происходят одновременные преобразования структуры, а также функционального состояния организма, следует считать, что они «неразрывны во времени». Однако, в этом случае достигается лишь относительная устойчивость организма и исключается возможность его изменения в новых условиях существования. На каком-то этапе адаптации необходимо допустить необходимость отставания морфо­логических изменений от уровня функционирования клетки, органа или систе­мы, т.е. количественные изменения функции должны стимулировать качест­венную перестройку структуры. На возможность разрыва между функцией и субстратом указывал Ф.З.Меерсон (1973), считая, что «отставание ак­тивности генетического аппарата клеток от интенсивной физиологической функ­ции может являться причиной многих хронических патологических процес­сов». В связи с этим следует признать, что функциональная напряженность постоянно предшествует морфологическим изменениям и критерии её оценки (в том числе и продолжительности) могут указывать на возможность развития процесса адаптации в том или ином направлении.

В исследовательской практике чрезвычайно трудно определять степень функциональной напряженности органов и систем и тем самым относить те или иные реакции организма к проявлениям истинной адаптации или патологиче­ским формам течения этого процесса. Не всякое статистически значимое от­клонение биохимического и физиологического показателя функционального состояния организма от нормы считается гигиенически значимым и соответ­ствующим показателем раздражающему действию какого-либо исследуемого фактора окружающей среды. Необходимо от­личать эффект простого действия неблагоприятного фактора среды на орга­низм от вредного действия. За порог вредного действия вещества (фактора) следует принимать такие его значения, которые вызывают изменения, достоверно от­личающиеся от показателей у контрольных животных и выходящие за пределы физиологических колебаний. Если же изменения изучаемых показа­телей в течение длительного времени находятся в пределах физиологической нормы, то это можно расценивать как проявление процесса адаптации. Подоб­ная оценка является лишь общей, схематичной. В каждом конкретном случае необходимо сопоставлять полученные данные с точки зрения анализа изменений функционального состояния систем и их значимости для оценки реактив­ности организма в целом.

В процессе развития приспособления организма к условиям внешней сре­ды принято различать ряд этапов или стадий. Выделяют три стадии развития адаптации: тревоги (мобилизация функциональных резервов организ­ма с определенным напряжением гуморально-гормональных систем), рези­стентности (повышение устойчивости организма к вредному воздейст­вию фактора) и истощения (снижение функциональных возможностей ор­ганизма противостоять продолжающемуся патогенному влиянию факторов ок­ружающей среды). Жизнедеятельность организма в неадекватных условиях существования также протекает в три этапа: физиоло­гическая адаптация, состояние напряжения и патология процессов адаптации. Различают фазы адаптационного процесса в виде поиска, адаптационного состояния, функциональной или морфологической компенсации. Этапы адаптивного поведения био­системы делятся на состояние удовлетворительной адаптации, неполной или час­тичной адаптации, напряжения регуляторных механизмов (кратковременная или неустойчивая адаптация), неудовлетворительной адаптации, истощения (астенизации) и полома адаптационных механизмов (срыв адаптации).

Перечень стадий адаптации, приводимых разными авторами, можно про­должить, одновременно отметив, что фазовая периодизация адаптационных из­менений состояния организма действительно существует.

При оценке результатов воздействия факторов внешней среды на орга­низм необходимо четко разграничивать физиологическую адаптацию и этапы ее течения от компенсации. Только на такой методологической основе можно обосновать предельно допустимые нормы какого-либо неблагоприятного фак­тора окружающей среды. Критериями процесса адаптации должны быть: со­стояние напряжения, обратимость основных функций организма, и состояние полноценного функционирования организма в целом. При использовании этих критериев необходимо учитывать состояние ведущих приспособительных сис­тем - центральной нервной, гипофиз-адреналовой и симпатико-адреналовой.

Следовательно, при рассмотрении фенотипической адаптации следует иметь в виду, что до начала действия фактора, к которому происходит адапта­ция, в организме нет готового механизма, обеспечивающего совершенное и за­конченное приспособление, имеются только генетически детерминированные предпосылки для формирования такого механизма. Если фактор не подейство­вал, то адаптивный механизм остается несформированным. 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, и тем самым совершается экономное, направляемое средой расходование энергетиче­ских и структурных ресурсов организма.

Таким образом, для ряда химических веществ система крови является ме­стом непосредственного действия. В свою очередь эти, так называемые «кровя­ные яды», выбирали своими мишенями разные звенья: нарушали синтез гемо­глобина или, соединяясь с гемоглобином, мешали его способности соединяться с кислородом, вызывали гемолиз эритроцитов, угнетали эритроцитопоэз. Одна­ко большинство факторов химической природы оказывали опосредованное влияние на кровь. Характер гематологических показателей зависел, с одной стороны, от времени и интенсивности воздействия, а с другой, адаптивными возможностями функциональных систем организма. В зависимости от этих факторов, как видно из вышеприведенных литературных источников отмеча­лось увеличение или снижение количества эритроцитов, лейкоцитов и тромбо­цитов, оживление или угнетение гемопоэза. Преобладающее большинство работ направлено на изучение токсиколо­гических или санитарно-гигиенических параметров химических веществ, встречаемых в промышленности, сельском хозяйстве, в быту, а также в окру­жающей среде - атмосфере, гидросфере и литосфере.

В связи с тем, что химическое загрязнение окружающей среды может оказывать как общетоксическое так и мутагенное действие, информационный поиск, предпринятый нами, включал анализ исследований, выполненных с ис­пользованием микроядерного теста. Исследования в основном затрагивали изу­чение влияния отдельных химических реагентов. Объективная оценка последствий химического воздействия на состояние крови может быть основана при учете динамики адаптивных механизмов орга­низма. В связи с этим, очень важен анализ гематологических сдвигов, обуслов­ленных действием химических факторов, выявление особенностей фенотипической адаптации и характера участия доминирующих и второстепенных функ­циональных систем. Исходя из этих положений, нами обобщена доступная ли­тература, касающаяся индивидуальной адаптации организма. Однако работ, за­трагивающих проблему состояния крови при фенотипической адаптации в ус­ловиях химического загрязнения окружающей среды нами, не было обнаруже­но.