Добавил:
enni
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:1 курс стомат / биология / 2 семестр по темам / био 4
.pdf
Экология человека. Приспособление к условиям
среды. Адаптация. Стресс.
Определение понятия «адаптация»
Экология человека изучает закономерности возникновения, существования и
развития антропоэкологических систем - сообщества людей, находящегося в
динамической взаимосвязи с окружающей средой (средой обитания) и
удовлетворяющего благодаря этому свои потребности.
Среда обитания – комплекс взаимосвязанных абиотических и биотических факторов,
находящихся вне организма и определяющих его жизнедеятельность.
Факторы среды обитания:
Ø физические – температура, влажность, подвижность воздуха, шум, вибрация,
электромагнитное излучение;
Ø химические – химический состав воды, атмосферного воздуха, пищи и др.;
Ø биологические – живые организмы (включая вирусы, микроорганизмы, паразиты
и др.);
Ø психогенные – стрессы.
Большое значение в определении размера антропоэкологической системы
имеют природные условия – совокупность природных факторов (географического
положения территории, природных ресурсов, живой и неживой природы и других
компонентов и явлений географической среды, существующих вне зависимости от
деятельности человека).
Наиболее многочисленные современные популяции, объединяющие более 80%
человечества, обитают на 44% суши в области тропических лесов и саванн, а также в
зоне умеренного пояса с кустарниковой растительностью или смешанными лесами.
Засушливые земли и зона пустынь, на которые приходится 18% суши, являются
местом обитания 4% населения.
Общеизвестно, что величина факторов окружающей среды закономерно изменяется
со сменой географических зон с севера на юг и с повышением высоты гор над
уровнем моря. При этом диапазон колебаний параметров окружающей
среды (минимально и максимально переносимые организмом человеком значения
экологического фактора), при котором механизмы саморегуляции функционируют
без физиологического напряжения, относительно невелик.
Например, обнаженный до пояса человек испытывает тепловой комфорт в
пределах 18,8 – 27,6 ЭТ (эффективная температура – тепловое ощущение
человека при различных сочетаниях температуры, влажности, скорости
движения воздуха). Оптимальный газообмен наблюдается при парциальном
давлении кислорода во вдыхаемом воздухе в пределах 20-16,9кПа.
При отклонении параметров факторов окружающей среды от оптимальных уровней
механизмы саморегуляции начинают функционировать с напряжением и для
поддержания гомеостаза в процесс включаются механизмы адаптации.
Адаптация – способность организма приспосабливаться к постоянно
изменяющимся условиям окружающей среды, выработанная в процессе
эволюционного развития.
Адаптация позволяет приспосабливаться человеку к значительным изменениям в
окружающей среде, активно перестраивать свои физиологические функции и
поведение в соответствии с этими изменениями, иногда опережая их.
Отсутствие раздражителей или их низкий уровень могут приводить к снижению
адаптационных возможностей организма и резистентности – устойчивости,
сопротивляемости организма воздействию внешних факторов. Так, отсутствие
светового раздражителя может привести к снижению функции зрительного
анализатора, звукового – к снижению слухового анализатора. Отсутствие речевого
воздействия (врожденная глухота) делает человека немым.
Человек, постоянно обеспеченный жилищем, одеждой, другими благами
цивилизации, оторванный от природы, защищенный от ее раздражающих и
повреждающих факторов, попадая в эти условия, тяжелее переносит действие
различных факторов окружающей среды.
Существуют два типа адаптаций (приспособлений) к внешним факторам:
Первый заключается в формировании определенной степени устойчивости к
данному фактору, способности сохранять функции при изменении силы его
действия. Это адаптация по типу толерантности (выносливость) – пассивный
путь адаптации.
Второй тип приспособления – активный. С помощью особых специфических
адаптивных механизмов организм человека компенсирует изменения
воздействующего фактора таким образом, что внутренняя среда остается
относительно постоянной. Происходит адаптация по резистентному типу.
Количественное влияние условий среды определяется тем, что такие
факторы как температура воздуха, наличие в нем кислорода и других
жизненно важных элементов, в той или иной дозе необходимы для
нормального функционирования организма, тогда как недостаток или избыток того
же фактора тормозит жизнедеятельность.
Количественное выражение фактора, соответствующее потребностям организма и
обеспечивающее наиболее благоприятные условия для его жизни, рассматривают
как оптимальное.
Специфические адаптивные механизмы, свойственные человеку, дают ему
возможность переносить определенный размах отклонений фактора от
оптимальных значений без нарушения нормальных функций организма. Диапазон
между этими двумя значениями называется
пределами толерантности (выносливости), а кривая, характеризующая зависимость
переносимости от величины фактора, называется кривой толерантности, рис. 1.
Зоны количественного выражения фактора, отклоняющегося от оптимума, но не
нарушающего жизнедеятельности, определяются как зоны нормы (нормальной
жизнедеятельности). Таких зон две, соответственно отклонению от оптимума в
сторону недостатка дозировки фактора и в сторону его избытка. Дальнейший сдвиг в
сторону недостатка или избытка фактора может снизить эффективность действия
адаптивных механизмов и даже нарушить жизнедеятельность организма. При
крайнем недостатке или избытке фактора, приводящем к патологическим
изменениям в организме, выделяют зоны пессимума (от лат. - причинять вред,
терпеть ущерб). Наконец, за пределами этих зон количественное выражение
фактора таково, что полное напряжение всех приспособительных систем оказывается
малоэффективным. Эти крайние значения приводят к летальному исходу, за
пределами этих значений жизнь невозможна.
Рис. 1. Кривая толерантности:
1 – минимальное; 2 – оптимальное; 3
– максимальное значение фактора
Адаптация к любому фактору связана с
затратой энергии. В зоне оптимума
адаптивные механизмы не нужны и
энергия расходуется только на
фундаментальные жизненные
процессы, организм находится в
равновесии со средой. При выходе
значения фактора за пределы оптимума
включаются адаптивные механизмы, требующие тем больше энергозатрат, чем
дальше значение фактора отклоняется от оптимального. Нарушение энергетического
баланса организма, наряду с повреждающим действием недостатка или избытка
фактора, ограничивает диапазон переносимых человеком изменений.
Если внешние условия в течение достаточно длительного времени сохраняются
более или менее постоянными, либо изменяются в пределах определенного
диапазона вокруг какого-то среднего значения, то жизнедеятельность организма
стабилизируется на уровне, адаптивном по отношению к этому среднему, типичному
состоянию среды. Смена средних условий во времени или пространстве влечет за
собой переход на другой уровень стабилизации (сезонные, температурные
адаптации и др.)
Г.Селье, подошедший к проблеме адаптации с новых позиций, назвал факторы,
воздействие которых приводит к адаптации, стресс-факторами. Другое их название
– экстремальные факторы, т.е. необычные факторы окружающей среды,
оказывающие неблагоприятное влияние на общее состояние, самочувствие,
здоровье и работоспособность человека. Причем это могут оказывать не только
отдельные воздействия на организм, но и измененные условия существования в
целом (например, переезд человека с юга на Крайний Север).
Г. Селье установил четыре стадии адаптации.
1. Срочная, включающая стресс. Под термином «стресс» (напряжение) понимаются
неспецифические психофизиологические проявления адаптивной активности при
действии любых, значимых для организма факторов. Примерами проявления
срочной адаптации являются: пассивное увеличение теплопродукции в ответ на
холод, рост легочной вентиляции и минутного объема кровообращения в ответ на
недостаток кислорода.
2. Формирование долговременной адаптации – переходная фаза к устойчивой
адаптации. Она характеризуется формированием функциональных систем,
обеспечивающих управление адаптацией к возникшим новым условиям.
3. Сформированная долговременная адаптация, или фаза устойчивой адаптации,
резистентности, когда системы саморегуляции гомеостаза функционируют на новом
уровне. Основными условиями долговременной адаптации являются
последовательность и непрерывность воздействия экстремального фактора. По
существу, она развивается на основе многократной реализации срочной адаптации и
характеризуется тем, что в результате постоянного количественного накопления
изменений организм приобретает новое качество – из неадаптированного
превращается в адаптированный. Такова адаптация к недостижимой ранее
интенсивной физической работе (тренировка), развитие устойчивости к холоду, теплу
и т.д.
4. Истощение, которое может развиться в результате сильного и длительного
воздействия экстремальных факторов. При сильном и длительном стрессе такое
воздействие может привести к болезни или смерти.
Комплекс адаптивных реакций организма человека, обеспечивающий его
существование в экстремальных условиях, получил название нормы адаптивной
реакции. Процесс индивидуальной адаптации обеспечивается формированием
изменений в организме, нередко носящих характер предпатологических или даже
патологических реакций. Эти изменения, как следствие общего стресса или
напряжения отдельных физиологических систем, представляют собой своеобразную
«цену адаптации».
Например, процесс адаптации к условиям Крайнего Севера может длиться десятки
лет. При этом возможны временные срывы адаптации - повышенная заболеваемость
органов дыхания, язвенная и сердечно-сосудистые болезни. Если уровни
воздействия факторов окружающей среды выходят за пределы адаптационных
возможностей организма, и адаптация переходит в четвертую стадию – стадию
истощения, включаются дополнительные защитные механизмы. Это механизмы
компенсации, противодействующие возникновению и прогрессированию
патологического процесса, т.е. ответные силы организма на изменения окружающей
среды в зависимости от степени этих изменений качественно различны и колеблются
от физиологически оптимальных до патологических. Таким образом,
если адаптация обеспечивает гомеостаз в условиях здоровья, то компенсация – это
борьба организма за гомеостаз в измененных условиях – условиях болезни. Если
воздействие факторов среды на организм количественно превышает уровень нормы
адаптации организма, то он теряет способность в дальнейшем адаптироваться к
среде, так как возможность перестройки структурных связей системы исчерпана.
В естественных условиях обитания организм человека всегда подвержен влиянию
сложного комплекса факторов, каждый из которых выражен в разной степени
относительно своего оптимального значения. В природе сочетание всех факторов в
их оптимальных значениях – явление практически невозможное. Это означает, что в
естественных условиях организм всегда затрачивает какую-то часть энергии на
работу адаптивных механизмов. Важно и то, что при комплексном воздействии
между отдельными факторами устанавливаются особые взаимоотношения, при
которых действие одного фактора в какой-то степени изменяет (усиливает, ослабляет
и т.п.) характер воздействия другого.
Важен не только качественный критерий фактора, но и режим воздействия этого
фактора на организм. Реакция организма значительно возрастает, если фактор
воздействует не в виде непрерывного сигнала, а дискретно, т.е. с определенными
интервалами. Этот прерывистый характер воздействия широко используется в
практике при выработке адаптации к холоду, гипоксии, физическим нагрузкам и т. п.
Установлено, что наиболее приспособленными к жизни в регионах неблагоприятной
окружающей средой являются коренные жители – аборигены. В результате
длительной истории приспособления у них сформировался целый комплекс
морфологических, физиологических, психологических и биохимических механизмов
адаптации к тем или иным специфическим условиям жизни. Большую роль в
выживании и сохранении здоровья аборигенов в суровых условиях играют
демографические, этнографические и другие социально-обусловленные факторы.
Следует отметить, что такие народности завоевали эти механизмы слишком дорогой
ценой. У них чрезвычайно высокая детская смертность, распространены
заболевания, сокращена продолжительность жизни. Для малых популяций
характерны генетические аномалии.
Основные адаптивные типы людей, их характеристика
В 1972 году Т.И. Алексеевой была предложена гипотеза адаптивных типов людей –
норм биологической реакции на комплекс условий окружающей среды,
обеспечивающей состояние равновесия популяций с этой средой и находящей
внешнее выражение в морфофункциональных особенностях популяций.
Популяции могут относится к единому типу людей независимо от расовой и
этнической принадлежности. Их объединяет именно адаптивный комплекс.
Т.И. Алексеева выделила 4 адаптивных типа:
Ø арктический
Ø экваториальный
Ø континентальный
Ø предгорный
Адаптивные типы из разных географических зон характеризуются комплексами
признаков определенных элементов:
а) общие элементы – повышают общую сопротивляемость организма к
неблагоприятным условиям среды (показатели костно-мускульной массы тела,
количество иммунных белков сыворотки крови человека);
б) специфические элементы – связаны с преобладающими условиями в данном
месте обитания — гипоксией, жарким или холодным климатом. Специфические
элементы отличаются разнообразием и служат основанием к выделению
адаптивных типов: арктического, тропического, зоны умеренного климата,
высокогорного.
Условия обитания в Арктике. Арктический адаптивный тип.
Арктический климат характеризуется:
1) постоянно низкими температурами воздуха, скудной растительностью,
богатством животного мира;
2) сезонной периодичностью поступления продуктов питания: растительная пища
доступна только в короткие летние месяцы, а животная — в периоды нереста рыбы,
гнездования птиц, размножения оленей и морского зверя.
Продукты питания богаты витаминами, белками, жирами и микроэлементами, но
бедны углеводами растительного происхождения. Воздух и почва в Заполярье
содержат очень мало микроорганизмов, низкие температуры препятствуют
сохранению цист патогенных простейших, яиц и личинок гельминтов.
Из перечисленных факторов наибольшее влияние на формирование комплекса
признаков арктического адаптивного типа оказывают - холодный климат и
преимущественно животная пища.
Арктическому комплексу признаков свойственны:
· относительно сильное развитие костно-мускульного компонента тела,
· большие размеры грудной клетки,
· высокий уровень гемоглобина,
· относительно большое пространство, занимаемое костным мозгом,
· повышенное содержание минеральных веществ в костях,
· высокое содержание в крови белков, холестерина,
· повышенная способность окислять жиры.
Среди аборигенов Арктики почти не встречаются лица с астеническим
телосложением.
В целом арктический тип характеризуется:
· усиленным энергетическим обменом (отличается стабильностью показателей в
условиях переохлаждения);
· особенностями и механизмами терморегуляции.
Арктический адаптивный тип представлен данными по саамам, лесным ненцам,
чукчам и эскимосам. Адаптация формируется как реакция на влажный и холодный
климат.
Условия обитания в тропиках и субтропиках.
Тропический (экваториальный) адаптивный тип.
Тропики и субтропики отличаются:
· большим количеством тепла и влаги;
· сглаженностью сезонных колебаний условий обитания;
· значительной контрастностью распределения тепла и влаги — массивы влажных
лесов нередко соседствуют с засушливыми плато, обширными равнинами и
редколесьем (из-за особенностей рельефа).
В экваториальной и субэкваториальной областях сосредоточено огромное
количество растительной биомассы. Влажные тропические леса относительно бедны
животными, тогда как в саваннах животный мир разнообразен и включает крупных
стадных животных, издавна используемых человеком как объект охоты.
Почва, воздух и вода содержат большое количество микроорганизмов, яиц
гельминтов и цист патогенных простейших. Богатство и разнообразие животного
мира обеспечивает существование огромного количества промежуточных и
окончательных хозяев биогельминтов и переносчиков возбудителей трансмиссивных
заболеваний.
К преобладающим экологическим факторам, под влиянием которых формировался
комплекс признаков тропического адаптивного типа, относят
· жаркий влажный климат
· рацион с относительно низким содержанием животного белка.
В тропической области наблюдается исключительно широкая вариабельность групп
населения в расовом, этническом и экономическом отношениях.
К характерным признакам тропического типа относят:
· удлиненную форму тела,
· сниженную мышечную массу,
· относительное уменьшение массы тела при увеличении длины конечностей,
· уменьшение окружности грудной клетки,
· более интенсивное потоотделение за счет повышенного количества потовых
желез на 1см
2
кожи,
· низкие показатели основного обмена и синтеза жиров,
· сниженную концентрацию холестерина в крови.
Выражен у бушменов, банту и индийских народностей.
Условия обитания в зоне умеренного климата.
Адаптивный тип умеренного пояса.
Антропологическое изучение современных обитателей зоны умеренного климата
под углом зрения формирования биологических механизмов адаптации к
природным условиям затруднено, так как значительная часть людей проживает в
промышленно развитых странах с большой долей городского населения. Результаты
наблюдения позволяют, однако, судить о том, что и в этом случае в процессе
исторического развития человеческих популяций сформировался комплекс
признаков, соответствующий особому адаптивному типу умеренного пояса.
По соматическим показателям, уровню основного обмена население умеренного
пояса занимает промежуточное положение между коренными жителями
арктического и тропического регионов. Это соответствует условиям
биогеографической среды в зоне умеренного климата.
Для зоны умеренного климата характерны:
· неравномерное распределение районов, отличающихся по количеству тепла и
влаги, типу растительности (от сухих степей и полупустынь до тайги), богатству
животного мира;
· отсутствие экстремальных величин температуры и влажности воздуха;
· выраженность сезонного ритма биоклиматических условий.
Континентальный адаптивный тип охарактеризован на основе
морфофизиологических особенностей бурят и отличается:
· понижением удельного веса обезжиренной массы тела,
· значительным жироотложением,
· слабой минерализацией скелета,
· усилением белковых фракций сыворотки крови.
Своеобразным признаком этого типа является относительная коротконогость. В
целом весь комплекс представляет собой сумму адаптацмй к континентальному
климату.
Условия обитания в зоне высокогорья. Горный адаптивный тип.
Условия высокогорья для человека во многих отношениях экстремальны,
их характеризуют:
· низкое атмосферное давление,
· сниженное парциальное давление кислорода,
· холод,
· относительное однообразие пищи.
Основным экологическим фактором формирования горного адаптивного
типа явилась, по-видимому, гипоксия. У жителей высокогорья независимо от
климатической зоны, расовой и этнической принадлежности наблюдаются:
· повышенный уровень основного обмена,
· относительное удлинение длинных трубчатых костей скелета,
· расширение грудной клетки,
· повышение кислородной емкости крови за счет увеличения
количества эритроцитов, содержания гемоглобина и относительной
легкости его перехода в оксигемоглобин.
Данные по предгорному адаптивному типу получены на основе изучения
предгорных таджиков.
Причины формирования адаптивных типов людей разных
климатических зон
Человечество возникло в тропической зоне Африки, поэтому наиболее древним и
исходным для остальных экологических типов человека является тропический
тип. Об этом свидетельствует наибольший полиморфизм морфофункциональных
признаков человека в рамках этого типа на территории Центральной и Северо-
Восточной Африки. Кроме того, именно в тропической Африке в непосредственной
близости друг от друга, т.е. под действием сходных экологических факторов, обитают
наиболее низкорослые и наиболее высокорослые племена, например пигмеи,
готтентоты и бушмены, с одной стороны, и массаи – с другой.
Пределы изменчивости африканских популяций, например, по росту и массе тела
таковы, что в них укладываются все известные на Земле человеческие популяции.
Основные же черты тропического типа в Африке, отмеченные выше, остаются
неизменными. Они же характеризуют монголоидные популяции Индокитая,
Малайского архипелага и некоторые группы индейских племен зоны влажных
тропических лесов Центральной и Южной Америки.
Это указывает на то, что тропический адаптивный тип развивается в результате
асинхронного параллелизма в эволюции человека, причем вначале на африканском
континенте, а потом и в других областях, то есть адаптивный тип формируется на
фоне расогенеза и вне зависимости от него.
Экологический тип умеренного пояса сформировался на базе исходного
генетического и фенотипического полиморфизма тропического типа при расселении
популяций человека в умеренных зонах Евразии и позже – Северной Америки. Он
оформился в рамках двух больших рас: европеоидной и монголоидной, рис. 2.
Рис. 2. Адаптивные типы человека и большие расы
При заселении человеком арктической зоны в
Евразии и Северной Америке произошло
формирование арктического типа. Независимо от
него среди индейцев Южной Патагонии и Огненной
Земли в приантарктической зоне Южной Америки
возникли популяции индейцев, по основному
комплексу признаков соответствующие
арктическому типу.
Формирование горного адаптивного типа
иллюстрирует общие закономерности адаптогенеза, отмеченные выше. Он развился
независимо от расовой и этнической принадлежности популяций – среди
европеоидов Альп, Кавказа, Памира и Гималаев, а также в монголоидных
популяциях Тибета, Тянь-Шаня и Анд. В связи с тем что высокогорья заселялись
человеком в последнюю очередь, горный экологический тип является по
происхождению самым молодым. В отличие от других типов, горный тип
проявляется в основном только на фенотипическом уровне и не имеет
наследственной природы. Об этом свидетельствует то, что количество эритроцитов в
крови и объем грудной клетки людей, переселяющихся в условия высокогорья и
обратно, могут меняться на протяжении жизни одного поколения.
Следовательно, адаптивные типы человека не только отражают его прошлое,
но формируются и в настоящем, а разные типы имеют и разную по
длительности историю.
В настоящее время пока еще на фенотипическом уровне идет формирование
адаптивного типа человека городской среды, который характеризуется широкой
лабильностью психических реакций, обеспечивающих способность переживать
состояния постоянного стресса, и рядом морфофизиологических особенностей,
оптимальных для жизни в специфических условиях города.
Формирование экологических типов человека в значительной степени обеспечило
всесветное расселение людей.
Меняющаяся под действием антропогенных факторов среда обитания способствует
формированию социальных и биологических адаптаций в популяциях современного
человека.
Соседние файлы в папке 2 семестр по темам