Лекція 2. Механізми адаптації до фізичних навантажень.
1. Стрес як механізм адаптації до фізичних навантажень.
2. Форми адаптації.
3. Адаптогенні фактори.
4. Норма реакції і чинники, які її регулюють.
5. Адаптація до фізичних навантажень
1. Стрес як механізм адаптації до фізичних навантажень.
Зовнішня дія на організм викликає в ньому функціональні та структурні зміни, порушення гомеостазу – сталості внутрішнього середовища. За сильних дій зовні організм потребує захисту, а саме збереження гомеостазу. Під час потрапляння в неадекватні умови існування в організмі спрацьовує так звана стрес-реакція або загальний адаптаційний синдром, який слугує механізмом самозахисту. Стрес докладно описав ще в 30-тi роки канадський патофізолог Г. Сельє (Г. Сельє, 1972, 1982, 1992).
Початком створення концепції стресу послугував так званий синдром відповіді на ушкодження, який складається з трьох процесів: збільшення і підвищення активності кіркового шару наднирників; зморщування й зменшення тимусу та лімфатичних залоз; точкових виливів i ранок, що кровоточать у слизовій оболонці шлунка й кишечника. У відповідь на дію стресора стандартно розвивається один i той же, названий вище, комплекс змін в організмі, який викликає захисну реакцію. Сукупність захисних реакцій організму, спрямована на ліквідацію стресу, отримала назву «загальний адаптаційний синдром».
Виділяють три стадії стресу. Через шість годин після стресорного впливу розвивається перша стадія – «реакція тривоги» – мобілізація захисних сил, яка триває 24-48 год. Жоден організм не може тривалий час перебувати в стані тривоги. I якщо він виживає, то виникає стадія резистентності або стійкості – пристосування до важкої ситуації. Ця стадія забезпечує підтримку нормального існування організму в нових для нього умовах. Якщо ж стресор продовжує діяти, то може наступити третя стадія – виснаження. У цьому випадку характер діяльності ендокринних залоз близький до реакції на стадію тривоги. Однак протягом стадії виснаження секреція глюкокортикоїдів продовжує знижуватися. На відміну від першої стадії, коли ця реакція веде до стимуляції організму, під час третьої стадії вона – заклик про допомогу або про усунення стресора, який знесилює організм. Під час сильного та тривалого стресу такий вплив може призвести до хвороби або смерті. Вплив екстремальних факторів на організм викликає в нього великі енергетичні витрати й перевагу процесів катаболізму над процесами анаболізму, при цьому адаптація організму досягається «дорогою ціною».
Загальні адаптаційні реакції організму є неспецифічними, тобто організм аналогічно реагує у відповідь на дію різних за якістю та силою подразників. При дії сильних, надзвичайних подразників в організмі виникає «стрес-реакція». У центральній нервовій системі розвивається при цьому різке збудження, яке змінюється позамежним гальмуванням – крайньою мірою захисту. Біологічна доцільність подібної реакції полягає в зниженні збудливості й реактивності, тому що адекватна відповідь на цей подразник могла призвести організм до загибелі.
Стрес-реакція, або загальний адаптаційний синдром, є перебудовою нейроендокринної регуляції організму, яка проходить послідовно три фази: фазу тривоги, фазу опору й фазу виснаження. Відповідно до тeopiї Сельє, якщо інтенсивність впливу відповідає спроможності організму адаптуватися, фізіологічні реакції на нього призводять до підвищення функціональних можливостей i виникає новий, вищий рівень адаптації. Якщо ж сила впливу перевищує спроможності організму до адекватної відповіді або режим повторень не дає змоги організму відновитися, відбувається гострий зрив адаптації.
Під терміном «стрес» (напруга) розуміють неспецифічні психофізіологічні прояви адаптаційної активності при дії будь-яких значимих для організму факторів. Для позначення стресорного агента, який справляє сильний вплив, що негативно впливає на організм, застосовується термін «стресор». Розрізняють також позитивні форми стресу – еустрес (наприклад, сильна радість) i негативні – дистрес. Найбільш важка форма дистресу – шок.
Морфологічно стрес виявляється потовщенням i підвищенням активності кори наднирників, атрофією органів імунологічного захисту – вилочкової залози й лімфатичних вузлів, утворенням виразок на поверхні слизової оболонки органів шлунково-кишкового тракту.
Реакція тривоги супроводжується посиленим виробленням мозковою речовиною наднирників гормону адреналіну. Він близький за своїм ефектом до медіатора автономної нервової системи – норадреналіну і має судинозвужувальну дію, яка і призводить до утворення виразок на поверхні слизової.
Гормони кіркової речовини наднирників – кортикоїди – володіють захисною і антизапальною дією та стимулюють ріст. Тому у фазі опору життєдіяльність організму й ростові процеси активізуються. Однак здатність організму до пристосування не безмежна. Тривалість фази опору залежить від природженої пристосовності організму та сили зовнішньої дії. У відповідь на дуже сильну або тривалу дію відбувається виснаження наднирникової активності і захисний ефект зникає.
Адаптація організму до чинника середовища приводить до того, що останній перестає викликати реакцію-стрес. Вироблення гормонів кірковою речовиною наднирників знижується, гальмується утворення нових структур організму.
Отже, існує така послідовність процесів, пов'язаних зі стрес-реакцією: зовнішній фактор –> стрес-реакція –> викид у кров великої кількості кортикоїдів –> активізація клітинного поділу –> адаптація до зовнішньої дії –> припинення стрес-реакції –> зменшення вироблення кортикоїдів –> гальмування клітинного поділу.
Про те, що фазне протікання реакцій адаптації уперше виявлене Г. Селье, ні в кого не викликає сумнівів. Проаналізуємо фази адаптації.
Перша фаза, або аварійна, розвивається на самому початку дії і фізіологічного, і патогенного фактора або змінених умов зовнішнього середовища. При цьому реагують вісцеральні службові системи допоміжного значення: кровообіг, дихання. Цими реакціями керує центральна нервова система із широким залученням гормональних факторів, зокрема гормонів мозкової речовини наднирників (катехоламінів), що, у свою чергу, супроводжується підвищеним тонусом симпатичної системи. Наслідком цієї активації симпатико-адреналової системи і є такі зрушення вегетативних функцій, які мають катаболічний характер і забезпечують організм необхідною енергією, мовби передбачаючи необхідні термінові витрати. Ці запобіжні заходи є яскравою ілюстрацією прояву «випереджального» збудження.
В аварійній фазі підвищена активність допоміжних систем протікає некоординовано з елементами хаотичності. Реакції генералізовані, неощадливі й часто перевищують необхідний для даних умов рівень. Число змінених показників у діяльності різних систем невиправдано велике.
Управління функціями з боку нервової системи й гуморальних факторів недостатньо синхронізовано, і уся фаза загалом має ніби пошуковий характер та уявляється як спроба адаптуватися до нового фактора або до нових умов, головним чином, за рахунок допоміжних механізмів в органах, системах.
Процеси у тканинах і, тим більше, молекулярні процеси в клітинах і мембранах організму в цю фазу цілеспрямовано не змінюються, тому що для їхньої стаціонарної перебудови потрібно більше часу.
Аварійна фаза адаптації загалом протікає на тлі підвищеної емоційності (частіше негативної модальності). Отже, у механізми протікання цієї фази також включаються всі елементи центральної нервової системи, які забезпечують саме емоційні зрушення в організмі.
Аварійна фаза адаптації може бути виражена по-різному, залежно не тільки від індивідуальних особливостей організму, а також від сили подразнюючих факторів (чим сильніші вони, тим ця фаза виразніша). Відповідно вона може супроводжуватися сильно або слабко вираженим емоційним компонентом, від якого, у свою чергу, залежить мобілізація вегетативних механізмів.
Друга фаза – перехідна до стійкої адаптації. Вона характеризується зменшенням загальної збудливості ЦНС, формуванням функціональних систем, які забезпечують керування адаптацією до нових умов, які виникають. Знижується інтенсивність гормональних зрушень, поступово виключається ряд систем і органів, які спочатку були втягнені в реакцію. У ході цієї фази пристосувальні реакції організму мовби поступово переключаються на глибший тканинний рівень. Гормональний фон видозмінюється, підсилюють свою дію гормони кори наднирників – гормони адаптації.
Формуються нові координаційні відносини: посилений еферентний синтез приводить до здійснення цілеспрямованих захисних реакцій. Гормональний фон змінюється за рахунок включення системи АКТГ – глюкокортикоїдів. Глюкокортикоїди й біологічно активні речовини, що виділяються в тканинах, мобілізують АТФ, синтез білків у клітинах, виділення гамма-глобулінів, глюкогенез. Тканини одержують підвищене енергетичне, пластичне й захисне забезпечення. Усе це складає основу третьої фази (стійкої адаптації).
Слідом за перехідною фазою настає третя фаза – фаза стійкої адаптації, або резистентності. Вона і є власне адаптацією, тобто пристосуванням, і характеризується новим рівнем діяльності тканинних, клітинних і мембранних елементів, які перебудувалися завдяки тимчасовій активації допоміжних систем. Допоміжні системи при цьому можуть практично функціонувати на вихідному рівні, а тканинні процеси активізуються, забезпечуючи новий рівень гомеостазу, адекватний новим умовам існування.
Основними особливостями цієї фази є:
мобілізація енергетичних ресурсів;
підвищений синтез структурних і ферментативних білків;
мобілізація імунної системи.
У третій фазі організм здобуває неспецифічну та специфічну резистентність (стійкість) організму. Керуючі механізми в ході третьої фази скоординовані, їхні прояви зведені до мінімуму. Однак загалом і ця фаза вимагає напруженого керування, що й обумовлює неможливість її нескінченного протікання. Незважаючи на економічність, тобто вимикання «зайвих» реакцій, а отже, і зайвої витрати енергії – переключення реактивності організму на новий рівень дається організмові взнаки та протікає за певної напруги керуючих систем. Цю напругу прийнято називати ціною адаптації.
Будь-яка активність в організмі, адаптованому до тієї або іншої ситуації, «обходиться організмові набагато дорожче», ніж у нормальних умовах (вимагає, наприклад, під час фізичних навантажень у гірських умовах на 25 % більше витрат енергії, ніж у нормі). Однак не можна розглядати цю фазу як щось абсолютно стабільне. У процесі життєдіяльності організму, який перебуває у фазі стійкої адаптації, можливі відхилення, ніби зміна тимчасової дезадаптації (зниження стійкості) й реадаптації (відновлення стійкості). Ці відхилення пов'язані із функціональним станом організму, і з дією різних побічних факторів.
Важливо відзначити, що перехідна фаза стійкої адаптації виникає тільки за умови, що адаптагенний фактор має достатню інтенсивність і тривалість дії. Якщо він діє короткочасно, то аварійна фаза припиняється і процес адаптації не формується. Якщо адаптагенний фактор діє довгостроково або повторно переривчасто, це створює достатні передумови для формування так званих структурних слідів. Сумуються ефекти дії факторів, поглиблюються і наростають зміни (із залученням метаболічного компонента), і аварійна фаза адаптації перетворюється на перехідну, а потім і у фазу стійкої адаптації.
Отже, адаптація організму до слабких і середніх за силою впливів може відбуватись без елементів ушкодження і виснажливих енергетичних витрат. У фазі стійкої адаптованості, або резистентності, організм може перебувати досить тривалий час.
Оскільки фаза стійкої адаптації пов'язана з постійною напругою механізмів управління, перебудовою нервових і гуморальних співвідношень, формуванням нових функціональних систем, то ці процеси в окремих випадках можуть виснажуватися. Якщо вплив стресора на організм надто інтенсивний або ж надто тривалий, то організм не може надалі підтримувати стан підвищеної резистентності.
Четверта фаза – фаза виснаження, або дизадаптації. Якщо взяти до уваги, що в ході розвитку адаптивних процесів важливу роль відіграють гормональні механізми, то стає очевидним, що вони є ланкою, яка найбільш виснажується. Виснаження механізмів управління, з одного боку, і клітинних механізмів, пов'язаних із підвищеними енергетичними витратами, з іншого, призводять до дизадаптації. Симптомами цього стану є зрушення показників діяльності організму, які підтримують гомеостаз. Ці симптоми нагадують ті зрушення, які спостерігаються у фазі гострої адаптації.
Знову у стан підвищеної активності приходять допоміжні системи – дихання, кровообіг, неекономно витрачається енергія. Однак координація між системами, які забезпечують стан, адекватний вимогам зовнішнього середовища, здійснюється неповноцінно, що може призвести до загибелі.
Дизадаптація виникає найчастіше в тих випадках, коли дія факторів, які стали основними стимуляторами адаптивних змін в організмі, підсилюється, і вони стають несумісні з життям.