10. Физиологические механизмы адаптации у жителей Центрального Черноземья к факторам внешней среды.

Факторы внешней среды достаточно разнообразны и оказывают, как правило, комплексное воздействие на организм человека. Среди наиболее важных климатических факторов выделяют температуру воздуха, атмосферное давление и влажность. Способность человека к климатической адаптации зависит от пола, возраста и общего физического здоровья. Среди достаточно большого количества антропогенных факторов, воздействующих на людей, есть такие, с которыми мы сталкивается ежедневно. К ним относятся электромагнитные поля, шум и вибрация и многое другое. Но в большинстве случаев приспособление к тому или иному фактору происходит не только посредством функциональной адаптации, но и за счет психологической мотивации и приспособительного поведения.

Реакция организма на изменение температуры окружающей среды.

Зона температурного комфорта для здорового человека в спокойном состоянии при умеренной влажности (40-60%) и неподвижности воздуха находится в пределах 17–27 °C. Однако этот диапазон индивидуален. В зависимости от климатических условий, местожительства, уровня физической активности организма и состояния здоровья границы зоны термического комфорта для разных лиц могут отличаться. По данным Всемирной Организации Здравоохранения, наиболее благоприятный климатический эталон соответствует среднегодовой температуре воздуха +100 С. В нашем регионе этот показатель составляет от 5 до 6,4 0 С.

Относительное термическое постоянство внутренней среды организма, поддерживаемое посредством физической и химической терморегуляции, позволяет человеку существовать в различных условиях. Например, адаптация к низким температурам при работе в холодных цехах, когда холод действует не круглосуточно, а чередуясь с нормальным температурным режимом; при переезде в северные широты, где помимо низкой температуры, действуют измененный режим освещенности и уровень радиации; или адаптация к высоким температурам в жарких условиях среды, бане, при пожаре, в боевых условиях. При этом адаптация к изменению температуры осуществляется как за счет срочной физической и химической терморегуляции, так и за счет более стойких биохимических, морфологических и наследственных изменений. Температура окружающей среды, влияя на организм через рецепторы поверхности тела, приводит в действие систему физиологических механизмов, которая в зависимости от характера температурного раздражителя (холод или жара) соответственно уменьшает или увеличивает процессы теплопродукции и теплоотдачи. Баланс между уровнем теплопродукции и теплоотдачи контролирует центр терморегуляции, который является частью системы центров гипоталамуса, регулирующий вегетативные и моторные компоненты адаптивного поведения. В осуществлении гипоталамической терморегуляции участвуют железы внутренней секреции, главным образом, щитовидная железа и надпочечники. Терморегуляция находится под контролем коры больших полушарий, что позволяет организму на основе общей температурной чувствительности выбирать определенную поведенческую реакцию. Это, в свою очередь, обеспечивает сохранение температуры тела на нормальном физиологическом уровне. Известно, что температура тела у человека является одной из физиологических констант гомеостаза и колеблется в узких пределах от 36,4 до 37,50С. Отклонения температуры тела, при которых организм сохраняет жизнеспособность, сравнительно невелики: смерть человека наступает при ее повышении до 43 °C и при падении ниже 27–25 °C. Между организмом человека и окружающей его средой происходит непрерывный процесс теплового обмена, состоящий в передаче вырабатываемого организмом тепла в окружающую среду. При комфортных метеорологических условиях основная часть тепла, вырабатываемого организмом, переходит в окружающую среду путем излучения с его поверхности (около 56 %), путем испарения (примерно 29 %), а также посредством переноса тепла движущейся средой (конвекция), составляющего примерно 15 %.

В реакции приспособления к холодовому воздействию вовлекаются почти все физиологические системы организма. При этом используются как срочные меры защиты обычных реакций терморегуляции, так и способы повышения выносливости к продолжительному воздействию.

При срочной адаптации происходят реакции термической изоляции (сужение сосудов), понижения теплоотдачи и усиления теплообразования: при понижении температуры воздуха возбудимость нервной системы и выделение гормонов надпочечниками значительно повышаются. Основной обмен и выработка тепла организмом увеличиваются. Периферические сосуды кожи и подкожной клетчатки сужаются, кровоснабжение кожи уменьшается, образуется так называемая «гусиная кожа» за счет сокращения гладких мышц кожи. Эти реакции способствуют сохранению нормальной температуры тела.

При длительной адаптации к низким температурам в организме происходят стойкие приспособительные изменения от клеточно-молекулярного уровня до поведенческих психофизиологических реакций. В физической терморегуляции начинает преобладать расширение сосудов. Несколько снижается артериальное давление. Выравнивается частота дыхания и сердечных сокращений, а также скорость кровотока. Химическая терморегуляция осуществляется за счет нервной и гуморальной регуляции, сократительного и несократительноготермогенеза мышц, усиливающего теплообразование в несколько раз. Повышается общий обмен веществ, усиливается функция щитовидной железы, увеличивается количество катехоламинов, усиливается кровообращение мозга, сердечной мышцы, печени. Сохраняются гипертрофированными надпочечники. Уплотняется и утолщается поверхностный слой кожи открытых участков. Увеличивается жировая прослойка, а в наиболее охлаждаемых местах откладывается высококалорийный бурый жир.

Реакция организма на изменение относительной влажности воздуха

Переносимость человеком температуры окружающей среды зависит от относительной влажности воздуха, то есть процентного отношения количества содержащихся в определенном объеме воздуха водяных паров к тому их количеству, которое полностью насыщает этот объем при данной температуре. При падении температуры воздуха относительная влажность растет, а при повышении – падает.

Относительную влажность воздуха 40–60 % при температуре 18–21 °C считают оптимальной для человека. Воздух, относительная влажность которого ниже 20 %, оценивается как сухой, от 71 до 85 % – как умеренно влажный, более 86 % – как сильно влажный.

Умеренная влажность воздуха обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма. У человека она способствует увлажнению кожи и слизистых оболочек дыхательных путей. От влажности вдыхаемого воздуха в определенной мере зависит поддержание постоянства влажности внутренней среды организма. Сочетаясь с температурными факторами, влажность воздуха создает условия для термического комфорта или нарушает его, способствуя переохлаждению или перегреванию организма, а также гидратации или дегидратации тканей.

Одновременное повышение температуры и влажности воздуха резко ухудшает самочувствие человека и сокращает возможные сроки пребывания его в этих условиях. При этом происходит повышение температуры тела, учащение пульса, дыхания. Появляется головная боль, слабость, понижается двигательная активность. Плохая переносимость жары в сочетании с повышенной относительной влажностью обусловлена тем, что одновременно с усилением потоотделения при высокой влажности окружающей среды пот плохо испаряется с поверхности кожи. Теплоотдача затруднена. Организм все больше перегревается, и может возникнуть тепловой удар.

Повышенная влажность является неблагоприятным фактором и при пониженной температуре воздуха. При этом происходит резкое увеличение теплоотдачи, что опасно для здоровья. Даже температура 0 °C может привести к отморожению лица и конечностей, особенно при наличии ветра.

Низкая влажность воздуха (менее 20 %) сопровождается значительными испарениями влаги со слизистых оболочек дыхательных путей. Это приводит к уменьшению их фильтрующей способности и к неприятным ощущениям в горле и сухости во рту.

Границами, в пределах которых тепловой баланс человека в покое поддерживается уже со значительным напряжением, считают температуру воздуха 40 °C и влажность 30 % или температуру воздуха 30 °C и влажность 85 %.

Особенно чувствительны к высокой влажности больные гипертонической болезнью и атеросклерозом. Отмечается рост числа обострений заболеваний сердечно-сосудистой системы при повышении влажности воздуха.

Реакция организма на гипоксическое воздействие

Гипоксия – состояние, возникающее в результате недостаточного обеспечения тканей кислородом.

Реакция организма на гипоксическое воздействие может быть рассмотрена на модели гипоксии при подъеме в горы:

 первоначально в ответ на гипоксию у человека компенсаторно увеличивается частота сердечных сокращений, ударный и минутный объем крови. Раскрываются дополнительные капилляры в тканях, что увеличивает кровоток, так как при этом растет скорость диффузии кислорода;

 наблюдается незначительное увеличение интенсивности дыхания. Одышка возникает только при выраженных степенях кислородного голодания. Объясняется это тем, что усиление дыхания в гипоксической атмосфере сопровождается гипокапнией, которая сдерживает увеличение легочной вентиляции, и только через определенное время (1 – 2 недели) пребывания в условиях гипоксии происходит существенное увеличение легочной вентиляции из-за повышения чувствительности дыхательного центра к углекислому газу;

 возрастает количество эритроцитов и концентрация гемоглобина в крови за счет увеличения кроветворения;

 изменяются кислородтранспортные свойства гемоглобина, что способствует более полной отдаче кислорода тканям;

 в клетках возрастает количество митохондрий, увеличивается содержание ферментов дыхательной цепи, что повышает энергетический обмен в клетке;

 происходит изменение поведения. Например, уменьшается двигательная активность.

Реакция организма на изменение атмосферного давления

Атмосферное давление – давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность. Его распределение по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра. Давление играет важную роль в функционировании организма. На самочувствие человека, достаточно долго проживающего в определённой местности, обычное, т.е. характерное для данного региона, атмосферное давление не должно вызывать особого ухудшения самочувствия. Перепады атмосферного давления могут приводить разнообразным патологическим проявлениям. Прежде всего, они касаются сердечно-сосудистой системы. Так, в нормальных условиях при повышении атмосферного давления наблюдаются некоторые изменения физиологических показателей и ощущений: урежение пульса и частоты дыхания, уменьшение систолического и повышение диастолического артериального давления, возрастание жизненной емкости легких, глуховатый тембр голоса, понижение кожной чувствительности и слуха, ощущение сухости слизистых оболочек, усиление перистальтики кишечника, легкое сжатие живота вследствие сжатия газов в кишечнике. Однако все эти явления относительно легко переносятся.

Более неблагоприятные явления наблюдаются в период изменения атмосферного давления — повышения (компрессии) и особенно его снижения (декомпрессии) до нормального. Чем медленнее происходит изменение давления, тем лучше и без неблагоприятных последствий приспосабливается к нему организм человека.

При понижении атмосферного давления происходят противоположные сдвиги: отмечается учащение и углубление дыхания, учащение сердечных сокращений, некоторое падение кровяного давления, наблюдаются также изменения в крови в виде увеличения количества эритроцитов. С другой стороны на колебания атмосферного давления реагируют нервные рецепторы плевры (слизистой оболочки, выстилающей плевральную полость), брюшины (выстилающей брюшную полость), синовиальной оболочки суставов, а также рецепторы сосудов. В основе неблагоприятного влияния пониженного атмосферного давления на организм лежит кислородное голодание. Оно обусловлено тем, что с понижением атмосферного давления понижается и парциальное давление кислорода, поэтому при нормальном функционировании органов дыхания и кровообращения в организм поступает меньшее количество кислорода.

Реакция организма на действие электромагнитных полей (ЭМП) и излучений радиочастотного диапазона

Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности ЭМП во всех частотных диапазонах (Вялов А.М., 1971; Schwan H.P., 1985, 1988; Semm P., 1980; Milham S., 1985). При относительно высоких уровнях облучающего ЭМП современная теория признает тепловой механизм воздействия ЭМП на биологический объект, при котором происходит преобразование электромагнитной энергии внешнего поля в тепловую и сопровождается повышением температуры тела или локальным избирательным нагревом тканей, органов клеток, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталика, стекловидного тела и других).

При относительно низком уровне ЭМП (к примеру, для радиочастот выше 300 МГц – это менее 1 мВт/см2) принято говорить о нетепловом или информационном характере воздействия на организм. Механизмы действия ЭМП в этом случае еще мало изучены.

Действие ЭМП радиочастот на центральную нервную систему при плотности потока энергии (ППЭ) более 1 м Вт/см2 свидетельствует о ее высокой чувствительности к электромагнитным излучениям.

Изменение в крови наблюдается, как правило, при ППЭ выше 10 мВт/см3, при меньших уровнях воздействия наблюдаются фазовые изменения количества лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина.

При длительном воздействии ЭМП происходят физиологическая адаптация или ослабление иммунологических реакций.

Тяжесть выявленных расстройств ставят в прямую зависимость от:

 длины волны;

 интенсивности и режима излучения;

 продолжительности и характера облучения организма;

 от площади облучаемой поверхности и анатомического строения органа и ткани.

Многочисленные исследования в области биологического действия ЭМП позволят определить наиболее чувствительные системы организма человека: нервная, иммунная, эндокринная и половая. А.М. Вялов (1971) к числу критических также относит кроветворную систему.

При воздействии ЭМП малой интенсивности со стороны нервной системы возникают существенные отклонения в передаче нервных импульсов на уровне синапсов. Происходит угнетение высшей нервной деятельности, ухудшается память. Нарушается структура капиллярного гематоэнцефалического барьера головного мозга, повышается его проницаемость, что напрямую зависит от интенсивности воздействия (Гигорьев Ю.Г. и соавт., 1999). Особую чувствительность к электромагнитному воздействию проявляет нервная система плода на поздних стадиях внутриутробного развития.

Электромагнитное поле высокой интенсивности может способствовать неспецифическому подавлению иммунитета, а также развитию аутоиммунной реакции, в результате чего иммунная система реагирует против нормальных, свойственных данному организму тканевых структур. Такое патологическое состояние характеризуется в большинстве случаев дефицитом лимфоцитов, образующихся в вилочковой железе (тимусе), угнетаемой электромагнитным воздействием.

Исследования российских ученых по изучению влияния электромагнитного поля на эндокринную систему, начавшиеся в 60-е годы XX века, показали, что при действии электромагнитного поля происходит стимуляция гипофизарно-адреналиновой системы, сопровождающаяся увеличением содержания адреналина в крови и активизацией процессов свертывания крови. Также замечены изменения состава периферической крови (лейкопения, нейтропения, эритроцитопения).

Нарушения половой функции обычно связаны с изменением ее регуляции со стороны нервной и эндокринной систем, а также с резким снижением активности половых клеток. Установлено, что половая система женщин более чувствительна к электромагнитному воздействию, нежели мужская.

Реакция организма на действие шума

С виброакустическими факторами: шумом и вибрацией мы встречаемся ежедневно на транспорте (автомобили, электрички, метро и т.д.), в производственных помещениях, в быту. Известно, что в быту более 30% населения больших городов живут в условиях виброакустического дискомфорта. Шум называли «серой чумой» 19-го, 20-го и 21-го веков. С ростом производительности труда за счет создания новых машин и механизмов, увеличения их мощности, внедрения новых технологических процессов шум постоянно нарастает.

С физиологической точки зрения шумом называют всякие неприятные, нежелательные звуки, оказывающие вредное, раздражающее воздействие на организм человека, мешающие восприятию полезных сигналов, снижающие его работоспособность. С физической точки зрения шумом называют беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности. Для оценки воздействия шума на человека используется интенсивность звука, определяемая в децибелах (дБ).

В зависимости от уровня и характера шума, его продолжительности, интенсивности и частоты звуков, а также индивидуальных особенностей человека, последствия воздействия шума могут быть самыми разными.

Интенсивный шум при ежедневном воздействии приводит к возникновению профессионального заболевания – тугоухости, проявляющейся постепенной потерей слуха. Первоначально она возникает в области высоких частот, далее тугоухость распространяется на более низкие частоты, определяющие способность воспринимать речь.

Кроме непосредственного воздействия на органы слуха шум влияет на различные отделы головного мозга, нарушая нормальные процессы высшей нервной деятельности. Это воздействие возникает даже раньше, чем изменения в органе слуха. Характерными являются жалобы на повышенную утомляемость, общую слабость, раздражительность, апатию, ослабление памяти, потливость и т.п.

Под влиянием шума наступают изменения в органах зрения человека (снижается устойчивость ясного видения и острота зрения, изменяется чувствительность к разным цветам и др.) и вестибулярном аппарате; нарушаются функции желудочно-кишечного тракта; повышается внутричерепное давление и т.д.

Шум, особенно прерывистый, импульсный, ухудшает точность выполнения рабочих операций, затрудняет прием и восприятие информации. В результате неблагоприятного воздействия шума на работающего человека происходит снижение производительности труда и точности выполнения производственных операций, увеличивается количество брака, создаются предпосылки к возникновению несчастных случаев.

Физиологическое действие шума зависит от трех основных параметров:

 от длительности воздействия шума;

 от интенсивности шума;

 от частотных характеристик, чем больше в шуме преобладает высоких частот, тем больше он опасен (например, комар).

Акустическое воздействие ощущает каждый второй человек на планете, поэтому эта одна из глобальных проблем экологии.

Реакция организма на действие вибрации

Вибрация представляет собой механические колебательные движения, непосредственно передаваемые телу человека. Воздействию вибрации подвергаются работающие в горной промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и на транспорте (водители тракторов, бульдозеров, автомобилей и т.д.).

Выполняя работу около стационарных машин и станков, специальных виброустановок, рабочие подвергаются воздействию вибрации рабочего места, т.е. общей вибрации, когда вибрация действует на весь организм (водители транспорта). При пользовании вибрационным инструментом (дрели, перфораторы, различные молотки, педали) вибрация передается через руки, ступни ног или другие части тела рабочего и называется местной или локальной. Такое разделение вибрации условно, так как локальная вибрация так же передается на весь организм человека. Этому способствует относительно хорошая проводимость механических колебаний тканями тела, особенно костной системой.

Воздействие вибрация на организм человека зависит от ее продолжительности, спектра, направления, места приложения и от индивидуальных особенностей человека. Низко¬частотные вибрации от долей Гц до 3-4 Гц являются раздражителями вес¬тибулярного аппарата и их воздействие сопровождается головокруже¬нием, тошнотой, рвотой, потерей пространственной ориентации. Как правило, вибрация с частотами ниже 1 Гц вызывает укачивание (морскую болезнь), а слабая гармоническая вибрация с частотой 1-2 Гц вызывает сонливое состояние.

Особенно вредны вибрации с частотами, близкими к частотам колебаний отдельных органов человека. Так, резонанс органов брюшной полости возникает при частотах 4 – 8 Гц, голова оказывается в резонансе на частоте 25 Гц, а глазные яблоки – на частоте 50 Гц. Входящие в резонанс органы нередко вызывают болезненные ощущения, связанные, в частности, с растягиванием соединительно-тканных образований, поддерживающих вибрирующий орган.