Адаптация к невесомости
Факторами, наиболее неадекватными для организма, являются условия невесомости (более подробные сведения приводятся в специальной лекции).
Человек рождается, растет и развивается под действием си, земного притяжения. Сила притяжения формирует топографию функций скелетной мускулатуры, гравитационные рефлексы, координированную мышечную работу. Вегетативное обеспечение мышечной активности также во многом зависимо от силы гравитации В частности кровообращение построено на факторе силы притяжения: она способствует току крови по артериям, препятствует току крови по венам, в связи с чем в организме развиваются механизмы, способствующие венозному кровотоку.
Когда при космическом полете человек попадает в условия невесомости, резко нарушается как соматическая деятельность, так и работа внутренних органов. Экстеро- и энтерорецепторы начинают сигнализировать о необычном состоянии скелетной мускулатуры в других систем органов, в фазе острой адаптации отмечается высокая степень их дезорганизации.
Дезорганизация функций глубока и имеет тенденцию прогрессировать. Она характеризуется изменением регионарного тонуса сосудистой системы. В результате в острый период адаптации отмечается прилив крови к голове, целый рад вестибулярных расстройств, изменение обмена веществ обнаруживает себя в снижении уровня энергетического обмена. При длительном пребывании в условиях невесомости отмечают нарушение кальциевого обмена, что зависит от недостаточной двигательной активности при недогрузках костной системы конечностей, особенно нижних. По-видимому, отрицательный баланс Са2 связан и с эндокринными нишами (дезорганизация в соотношениях паратгормона и тереокальцитонина, нарушения обмена витамина Д). Эти изменения ведут к деструкции костей.
Изменяется не только координация движений, но даже почерк.
Адаптация в этих условиях возможна лишь при кардинальной перестройке управляющих механизмов центральной нервной системе, формировании новых функциональных систем с обязательным и пользованием комплекса технических и тренировочных защитных мероприятий. В такой необычной и неадекватной для организма ситуации необходимо применять различные искусственные способы жизнеобеспечения.
Возникает вопрос: возможна ли истинная адаптация к невесомости, при которой происходит перестройка системы регулирования, адекватная существованию на Земле? Этот вопрос еще требует решения. Ученые получают новые факты.
Адаптация к гипоксии
Недостаток кислорода — один из часто встречающихся факто-»ш внешней среды. В самом деле, гипоксия сопровождает очень шогие физиологические и патологические процессы: подъем в го-Н.1 и дыхание разреженным воздухом — классические примеры ги-кжсии; при интенсивных физических нагрузках возникает недоста-ок кислорода, так как мышцы поглощают кислород интенсивнее, |гм он приносится кровью; анемия из-за кровопотери или любой ||>уюй причины также вызывает гипоксию тканей; почти все бо-к-чми сердца и дыхания, как правило, сопровождаются развитием шюксии.
Таким образом, можно констатировать, что гипоксия -~ универ-.шьный действующий фактор, и в организме на протяжении мно-п х веков эволюции выработались эффективные приспособитель-П.1С механизмы к данному экстремальному воздействию.
Охарактеризуем кратко гипоксические состояния. Наиболее из-к-гтна классификация гипоксии Дж. Баркрофта, Ван Слайка и Пи-грса; она включает 4 больших класса.
1. Гипоксическая гипоксия (снижено содержание кислорода в гмосферном воздухе, а значит, в альвеолах и артериальной крови).
2. Анемическая гипоксия (недостаток эритроцитов или гемогло->ииа как основного переносчика кислорода).
3. Застойная, или циркуляторная, гипоксия (возникает вследствие ^рушений кровообращения из-за сердечной недостаточности).
4. Гистотоксическая гипоксия (в результате действия ядов цианиды) блокированы ферменты дыхательной цепи в тканях, в
частности конечное звено в переносе кислорода — цитохром оке даза).
Помимо этих классов, различают острую и хроническую гипо сию.
Острая гипоксия возникает при резком уменьшении доступа ю слорода в организм: помещении исследуемого в барокамеру, отку выкачивается воздух, отравлении окисью углерода, остром наруш нии кровообращения или дыхания.
Хроническая гипоксия возникает после длительного пребываш в горах или в любых других условиях недостаточного снабжен! кислородом.
Как же организмы реагируют на гипоксическое воздействи Для простоты возьмем в качестве модели гипоксии подъем в гор При этом в качестве ответных мер на недостаток кислорода орп низм усилит работу тех органов и систем, которые осуществляв транспорт кислорода к клеткам: интенсивнее станет кровообращ< ние и дыхание, увеличится кислородная емкость крови вследствй роста концентрации эритроцитов и гемоглобина, изменится дисс< циация оксигемоглобина, повысится активность ферментов дых; тельной цепи, изменится центральная регуляция вегетативнь функций — более экономично используется кислород, происходг модификация поведения (ограничение двигательной активност] избегание воздействия высоких температур).
Мы видим, что ответные реакции на дефицит кислорода охвг тывают многие важнейшие физиологические системы организм! Остановимся более подробно на характеристике этих реакций.
Первой компенсаторной реакцией на гипоксию является увел! чение частоты сердечных сокращений, несколько увеличиваете ударный объем сердца и минутный объем крови. Эта реакция на правлена на ликвидацию недостатка кислорода в тканях. Так, есл организм человека потребляет в покое 300 мл кислорода в минуту, его содержание во вдыхаемом воздухе (а следовательно, и в кровь уменьшилось на 1/3, достаточно увеличить на 30% минутный объе; крови, чтобы к тканям было доставлено то же количество кислоро да. Раскрытие дополнительных капилляров в тканях реализует уве личение кровотока, так как при этом увеличивается скорость дис] фузии кислорода.
Увеличение интенсивности дыхания при гипоксии незначитель ное, и только при выраженных степенях кислородного голодани) (парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе — менее 81 мм рт. ст.) возникает углубление и учащение дыхания (одышка) Объясняется это тем, что усиление дыхания в гипоксической атмо сфере сопровождается гипокапнией, которая сдерживает увеличенж легочной вентиляции, и только через определенное время (1-2 не дели) пребывания в условиях гипоксии происходит существенно* увеличение легочной вентиляции из-за повышения чувствительно сти дыхания к углекислому газу.
При гипоксии в первые 3-5 дней (острый период) возрастав-количество эритроцитов и концентрация гемоглобина в крови з; счет опорожнения кровяных депо и сгущения крови, а далее за сче'
и-игификации кроветворения. (Выяснено, что уменьшение атмо-" рпого давления на 100 мм рт. ст. вызывает нарастание содержа-ч н-моглобина в крови на 10%). Изменяются также кислороден портные свойства гемоглобина, увеличивается сдвиг кривой
> • 1 шпации оксигемоглобина вправо, что способствует более пол-'и отдаче кислорода тканям. В клетках возрастает количество ми-чопдрий, увеличивается содержание ферментов дыхательной це-I .1 >то позволяет интенсифицировать процессы использования
> |чии в клетке. И, наконец, происходит перестройка в централь-•п регуляции дыхания и кровообращения. Наиболее демонстра-1н и I )ю проявляется в изменении чувствительности дыхания к и кислому газу: при адаптации к гипоксии чувствительность по-мпаггся. Это позволяет увеличить легочную вентиляцию, а значит, • !м ми, содержание кислорода в крови и, что не менее важно, ос-,1и|||. интенсивность работы сердечно-сосудистой системы и тем ммм повысить резервные возможности организма.
Таким образом, в результате действия всех звеньев нейрогумо-I'и.пой системы происходят структурно-функциональные пере-ропки в организме, в результате которых формируются адаптив-.|с реакции к данному экстремальному воздействию.
Специфика адаптации к психогенным факторам
Возрастающий информационный поток, производственные шцсссы, требующие повышенного умственного напряжения, уси-•пие психической нагрузки, характерное в настоящее время для иxviпиков любой отрасли промышленности и науки, осложнения человеческих отношениях зачастую приводят к психическому рессу. Следовательно, среди многочисленных факторов, требую-п х адаптации организма, на первый план изучения выдвигаются .июры, вызывающие психические напряжения.
Состояние психологического напряжения вызывает особые ре-<ции в сфере высшей нервной деятельности, сопровождающиеся •птативными компонентами.
Адаптация к воздействию психогенных факторов протекает не-'1п маково у лиц с разным типом высшей нервной деятельности юлериков, сангвиников, флегматиков, меланхоликов). У крайних шов (холериков, меланхоликов) такая адаптация не является стой-|>й, рано или поздно факторы, воздействующие на психику, пришит к срыву высшей нервной деятельности и развитию неврозов. 1с-прозы характеризуются дезорганизацией как психических, так и метативных функций.
Психическая адаптация в широком смысле изучается и социо-пгами. Управление ею в наш век не менее актуально, чем управле-мс механизмами физиологической адаптации.
Адаптация к дефициту информации
Изменения, наблюдаемые при гиподинамии, имеют общие ринципы с изменениями, которые являются результатом дефицита пформации.
Человек в ходе эволюции развивался благодаря информация Получение информации тесно связано с различными видами функциональной активности: двигательной, умственной, эмоциональна и др.
I......и я изоляция человека от каких бы то ни было раздражений
«.и ||>о приводит к нарушению режима сна, появлению зрительных 1 пуховых галлюцинаций и к другим психическим расстройствам, чмц>ые могут стать необратимыми.
Таким образом, ограничение движения и информации — факто-|.|. нарушающие условия развития организма, приводящие к дегра-иции соответствующих функций.
Адаптация по отношению к этим факторам не носит компенса-1 ч того характера. В ней не проявляются типичные черты актив-то приспособления, преобладают лишь реакции, связанные со нижением функций и приводящие в конечном итоге к патологии.
Особенности адаптации человека
К особенностям адаптации человека относится сочетание разви-ич физиологических адаптивных свойств организма с искусствен-ыми способами, преобразующими среду в его интересах (рис. 3).
Не всегда, однако, искусственные мероприятия абсолютно пони шны. Так, например, в наш век санитарно-гигиенические меро-риятия становятся столь эффективными, что встреча организма с .пшенным микробом перестает быть повседневным явлением, и м не вырабатывает иммунитет, как в прежние времена.
Другим примером подобного рода может служить искусственная ммунизация. Получение вакцин и сывороток человеком извне ри водит к детренированности его собственных иммунологических сханизмов.
Создание температурного комфорта в помещениях, одежда, за-IIIтающая от холода и перегревания, снижают возможности есте-гнснной терморегуляции.
Эти примеры позволяют говорить о том, что достижения науки техники, помогая человеку преодолевать сложные, требующие риспособления ситуации, в то же время ослабляют защитные силы адаптационные механизмы организма.
Их необходимо по возможности тренировать.
Управление адаптацией
Управлять адаптацией, способствовать повышению выносливо-I и своего организма — эту цель должны ставить перед собой люди, '/то из необходимых условий для этого — своевременное и рациональное питание. Недостаточность или избыточность питания, на-ушение соотношений питательных веществ в рационе сказываются а деятельности организма, снижают его сопротивляемость, а сле-жательно, и способность к адаптации.
Режим смены сна и бодрствования, отдыха и труда — также не-)ходимое условие нормального функционирования организма.
Особую роль играют физическая тренировка и закаливание.
Физическая тренировка. Наиболее эффективным средством повышения сопротивляемости организма болезням и неблагоприятными влияниям среды являются регулярные физические упражнения. Человек, занимающийся спортом на научной основе (без злоупотребления, переутомления, при гармоническом включении в повышенную активность всех систем организма), приобретает выс| кую степень выносливости.
Двигательная активность оказывает влияние на многие систе\| жизнедеятельности. Она распространяется на сбалансированное! метаболизма; активизирует вегетативные системы: кровообращеш дыхание.
Одним из важнейших свойств физической активности являет установление в центральной нервной системе сложнейших координационных соотношений. Организация движений требует формирования специальных функциональных систем, формирования афф рентного синтеза и акцептора действия (П.К. Анохин) и реализации двигательного акта в плане совпадения с акцептором действия.
Двигательная активность формирует нервные механизмы управления, активизирует взаимодействие организма с внешней средой способствует развитию организма в целом. Движение входит обязательным компонентом в работу всех анализаторов, оно необходимо для получения информации, развития психики.
Перечисленные особенности двигательной деятельности дела ее средством повышения неспецифической резистентности: тренированности обмена веществ, достаточно экономичной траты энергии в покое, способности организма наиболее совершенно утилизировать кислород, эффективности функционирования ферментативных систем.
Резистентность как результат физической тренированности об словлена также повышением координации и более тонкой регуляцией в деятельности систем кровообращения, дыхания, крови и т. Все эти механизмы в значительной мере являются неспецифич скими. Благодаря их наличию облегчается становление адаптацио! ных реакций по отношению к широкому спектру факторов.
Закаливание. Существует целый ряд мероприятий, направленных на повышение сопротивляемости человеческого организм объединенных понятием «закаливание».
Классическим примером закаливания является постоянная тренировка холодом, водные процедуры, зарядка под открытым небо в любую погоду. Физиологический смысл закаливания сводится тренировке адаптации — «блокированию» раздражителя. Терморецепторы, постоянно подвергаясь действию низкой температур] настолько понижают свою возбудимость по отношению к холод что, например, для человека, купающегося зимой в проруби, дальнейшем не страшен ни сквозняк, ни пребывание под дожде] Резистентность к действию низкой температуры, выработанная процессе закаливания, зависит также от сведения к минимуму сое] дистых реакций, сбалансированности теплопродукции и теплоотдг чи и т. д. Особенно эффективно закаливание чередованием дейс вия низких и высоких температур. Однако исследования специал! стов показывают, что именно низкие температуры являются веду щими в повышении сопротивляемости организма.
Воздействие гипоксии. Одно из средств повышения тренирова! ности человека и укрепления его здоровья — использование типом сии. Достаточно вспомнить долгожителей — горцев, чтобы оценив
шожптсльное действие гипоксического фактора на организм. В " чсл.мие годы вопросам влияния гипоксической тренировки было " нчшеио немало научных исследований (НА. Агаджанян, З.И. (ринита и Др.)-
Иминлсно, что дозированное использование гипоксии, в частно-и и ииде тренировочного пребывания человека на высоте около 2-•» гыс. метров (в сочетании с умеренной физической нагрузкой, и 1\;\ речь идет о спортсменах), повышает неспецифическую рези-пи иость организма. Гипоксический фактор способствует повы-гмиой отдаче кислорода тканям, высокой утилизации его в окис-м с II 1,ц ых процессах, активизации ферментативных тканевых реак-1п. жономичному использованию резервов сердечно-сосудистой и ,|\, цельной систем. Разумеется, что, как и во всех случаях воздей-иин на организм сильных раздражителей или значительно измененных условий, при гипоксии активизируется гипофизарно-адреналовая система, обеспечивающая общую устойчивость организма.
Таким образом, сложнейший процесс адаптации в определенной степени управляем. Разработанные учеными способы закаливания организма служат улучшению его адаптивных возможностей. При этом надо учитывать, что адаптация к любому неадекватному фак-||>у сопряжена с тратой не только энергии, но и структурных — ппически детерминированных — ресурсов организма. В каждом и: к ротном случае научно-обоснованное определение стратегии и мики, а также количества и качества («дозы») адаптации является оль же ответственным мероприятием, как и определение дозы (иынедействующего фармакологического препарата.
Жизнь современного человека весьма мобильна, и в обычных условиях его организм непрерывно адаптируется к тому комплексу природно-климатических и социально-производственных факторов (рис.4). «Цена адаптации» зависит от дозы воздействующего фактора и индивидуальных особенности организма. Доза воздействия и переносимость зависят < наследственных - генетических - особенностях организма, продолжительности и силы (интенсивности) воздействия факторов.
Стресс-реакция из звена адаптации может при чрезмерно сильных воздействиях среды трансформироваться в звено патогенеза, индуцировать развитие болезней - от язвенных до тяжелых сердечно-сосудистых и имунных.
Одна из главенствующих задач экологической физиологии и медицины состоит в глубоком изучении механизмов адаптации с целью использования защитных эффектов для лечения и профилактики болезней, а также изыскания адекватных методов воспроизведения защитных эффектов адаптации с помощью фармакологически средств и природных адаптогенов. (Рис. 4.)