Реферат механизмы адаптации. Физиологические механизмы адаптации
Адаптация организма к постоянно изменяющимся условиям cреды (внешним и внутренним) - безостановочно происходящий процесс приспособления организма к данным изменениям, призванный сохранять в нем гомеостатическое равновесие. Физиологический смысл адаптации организма к внешним и внутренним воздействиям заключается именно в поддержании гомеостаза и, соответственно, жизнеспособности организма практически в любых условиях, на которые он в состоянии адекватно реагировать.
Срочная адаптация возникает непосредственно после начала действия раздражителя на организм и может быть реализован лишь на основе ранее сформировавшихся физиологических механизмов. Примерами проявления срочной адаптации являются: пассивное увеличение теплопродукции в ответ на холод, увеличение теплоотдачи в ответ на тепло, рост легочной вентиляции и минутного объема кровообращения в ответ на недостаток кислорода. На этом этапе адаптации функционирование органов и систем протекает на пределе физиологических возможностей организма, при почти полной мобилизации всех резервов, но не обеспечивая наиболее оптимальный адаптивный эффект. Так, бег нетренированного человека происходит при близких к максимуму величинах минутного объема сердца и легочной вентиляции, при максимальной мобилизации резерва глюкогена в печени. Биохимические процессы организма, их скорость, как бы лимитируют эту двигательную реакцию, она не может быть ни достаточно быстрой, ни достаточно длительной.
Долговременная адаптация к длительно воздействующему стрессору возникает постепенно, в результате длительного, постоянного или многократно повторяющегося действия на организм факторов среды. 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 значительной высотной гипоксии, которая ранее была несовместима с жизнью, развитие устойчивости к холоду, теплу, большим дозам ядов. Таков же механизм и качественно более сложной адаптации к окружающей действительности.
Специфические адаптивные механизмы, свойственные человеку, дают ему возможность переносить определенный размах отклонений факторов от оптимальных значений без нарушения нормальных функций организма. Зоны количественного выражения физической нагрузки, отклоняющегося от оптимума, но не нарушающего жизнедеятельности, определяются как зоны нормы. Их две: отклонение в сторону недостатка дозирования физической нагрузки и в сторону избытка. Дальнейший сдвиг может снизить эффективность адаптивных механизмов и даже нарушить жизнедеятельность организма. При крайнем недостатке нагрузки или ее избытке выделяют зоны пессимума. Адаптация к любому фактору связана с затратами энергии. В зоне оптимума активные механизмы не нужны, и энергия расходуется на фундаментальные жизненные процессы, организм находится в равновесии со средой. При увеличении нагрузки и выходе ее за пределы оптимума включается адекватные механизмы.
Общие механизмы адаптации Механизмы обеспечивающие адаптивный характер общего уровня стабилизации отдельных функциональных систем (т. е. увеличивается потребление организмом кислорода, повышается интенсивность обменных процессов. Это происходит на органном уровне: увеличивается скорость кровотока, повышается артериальное давление, увеличивается дыхательный объем легких, учащается дыхание, дыхание становится более глубоким) и организма в целом. Общие адаптационные реакции организма являются неспецифическими, то есть организм аналогично реагирует в ответ на действия различных по качеству и силе раздражителей (физические упражнения).
ГОМЕОСТАЗ.
Проблема адаптации (теоретический аспект). Физиологические механизмы адаптации. Гомеостаз. Физическая тренировка. Специфическая адаптация к физическим нагрузкам. Общие понятия об адаптации и дезадаптации. Адаптивные типы человека.
Биоритмология и здоровье человека. Человек, как «элемент» биосферы. Биоритмы и индивидуальный прогноз работоспособности.
7.1. Механизмы адаптации.
7.2. Срочный и долговременный этапы адаптации.
7.3. Гомеостаз.
7.4. Роль стрессовой реакции в механизме развития адаптации.
7.5. Общие неспецифические адаптационные реакции по Гаркави с соавторами.
7.6. Резервы организма при развитии различных адаптационных реакций.
7.7. Физическая тренировка.
7.7.1. Адаптация к физическим нагрузкам.
7.8. Адаптивные типы.
7.9. Биологические ритмы и работоспособность.
Контрольные вопросы.
Механизмы адаптации.
Адаптация (от лат. Adapto – приспособляю) – процесс приспособления физиологических функций организма к изменению условий окружающей среды, направленный на поддержание гомеостаза.
Адаптация – сложный физиологический процесс приспособления организма к новым условиям внешней среды или к изменениям, происходящим в самом организме человека. То есть это новый уровень работы всех органов и систем организма, который обеспечивает возможность сохранения здоровья и оптимальной жизнедеятельности человека в новых условия существования.
Адаптацию можно рассматривать в трех аспектах:
Адаптация как процесс есть приспособление организма к факторам внешней среды;
Адаптация как характеристика относительного равновесия между организмом и средой;
Адаптация как результат приспособительного процесса.
Способность к адаптации – одно из свойств и условий развития здорового человека. Как универсальное фундаментальное свойство живых организмов адаптация является тем «китом», который вместе с саморегуляцией поддерживает постоянство внутренней среды, увеличивает мощность гомеостатических систем, осуществляет связь с внешней средой. Именно адаптивность и саморегуляция позволяют удерживать существенные параметры организма в физиологических пределах, обеспечивают стабильность систем.
Различают генотипическую и фенотипическую адаптацию.
Генотип – это наследственная основа организма, совокупность генов, локализованных в хромосомах. В более широком смысле под генотипом понимается совокупность всех наследственных факторов организма.
Фенотип - это система признаков и свойств организма, которая является результатом реализации генотипа в конкретных условиях внешней среды.
Генотипическая адаптация является основой эволюции, её достижения закреплены в геноме и передается по наследству. Именно в результате генотипической адаптации сформировались современные виды животных и растений на основе наследственной изменчивости, мутации и естественного отбора. Для его проявления необходимо, чтобы действующий фактор работал на протяжении длительного промежутка времени и понадобиться смена не менее 10 поколений для полного закрепления нового приспособительного признака в геноме человека.
Примером генотипической адаптации могут служить различия между расами и народами. Наиболее выраженными различиями являются различия в пигментации кожи: светлая кожа является результатом адаптации человека к нужному уровню ультрафиолетового облучения.
Светлая кожа лучше пропускает ультрафиолетовые лучи, в глубоких слоях кожи активнее происходит образования витамина Д, что позволило древнему человеку приспособиться к условиям Севера, где мало ультрафиолета и способствовало расселению человека на новых обширных территориях.
Фенотипическая адаптация формируется на протяжении индивидуальной жизни человека, и результаты не передаются по наследству. Приобретенные в течение жизни фенотипические изменения наслаиваются на наследственные признаки организма и в совокупности с ними формируют его индивидуальные особенности.
До начала действия фактора, к которому происходит адаптация, в организме нет готового, вполне сформированного механизма, обеспечивающего совершенное и законченное приспособление, а имеются только генетически предопределенная возможность для формирования такого механизма. Если фактор не подействовал, механизм остается несформированным. Это обеспечивает реализацию только тех адаптационных реакций, которые жизненно необходимы в данный момент. Тем самым достигается экономное расходование энергетических и структурных ресурсов организма. В этой связи организму выгодно, что результаты фенотипической адаптации не передаются по наследству, так как следующее поколение может столкнутся с совершенно иными условиями окружающей среды и ему не пригодятся специфические адаптативные реакции предыдущего поколения, но понадобятся собственные приспособительные усилия.
Фазовый характер адаптации
Процесс адаптации носит фазовый характер. Первая фаза - начальная, характеризуется тем, что при первичном воздействии внешнего, необычного по силе или длительности фактора возникают генерализованные физиологические реакции, в несколько раз превышающие потребности организма. Эти реакции протекают некоординированно, с большим напряжением органов и систем. Поэтому их функциональный резерв скоро истощается, а приспособительный эффект низкий, что свидетельствует о «несовершенстве» данной формы адаптации. Полагают, что адаптационные реакции на начальном этапе протекают на основе готовых физиологических механизмов. При этом программы поддержания гомеостаза могут быть врожденными или приобретенными (в процессе предшествующего индивидуального опыта) и могут существовать на уровне клеток, тканей, фиксированных связей в подкорковых образованиях и, наконец, в коре больших полушарий благодаря ее способности образовывать временные связи.
Примером проявления первой фазы адаптации может служить рост легочной вентиляции и минутного объема крови при гипоксическом воздействии и т. п. Интенсификация деятельности висцеральных систем в этот период происходит под влиянием нейрогенных и гуморальных факторов. Любой агент вызывает активизацию в нервной системе гипоталамических центров. В гипоталамусе информация переключается на эфферентные пути, стимулирующие симпатоадреналовую и гипофизарно-надпочечниковую системы. В результате происходит усиленное выделение гормонов: адреналина, норадреналина и глюкокортикоидов. Вместе с тем возникающие на начальном этапе адаптации нарушения в дифференцировке процессов возбуждения и торможения в гипоталамусе приводят к дезинтеграции регуляторных механизмов. Это сопровождается сбоями в функционировании дыхательной, сердечно-сосудистой и других вегетативных систем.
На клеточном уровне в первой фазе адаптации происходит усиление процессов катаболизма. Благодаря этому поток энергетических субстратов, кислорода и строительного материала поступает в рабочие органы.
Вторая фаза - переходная к устойчивой адаптации. Она проявляется в условиях сильного или длительного влияния возмущающего фактора, либо комплексного воздействия. При этом возникает ситуация, когда имеющиеся физиологические механизмы не могут обеспечить должного приспособления к среде. Необходимо создание новой системы, создающей на основе элементов старых программ новые связи. Так, при действии недостатка кислорода создается функциональная система на основе кислородтранспортных систем.
Основным местом образования новых адаптационных программ у человека является кора больших полушарий при участии таламических и гипоталамических структур. Таламус предоставляет при этом базовую информацию. Кора больших полушарий благодаря способности к интеграции информации, образованию временных связей в форме условных рефлексов и наличию сложного социально обусловленного поведенческого компонента формирует эту программу. Гипоталамус отвечает за реализацию вегетативного компонента программы, заданной корой. Он осуществляет ее запуск и коррекцию. Следует отметить, что вновь образованная функциональная система непрочна. Она может быть «стерта» торможением, вызванным образованием других доминант, либо угашена при неподкреплении.
Адаптивные изменения во второй фазе затрагивают все уровни организма.
. На клеточно-молекулярном уровне в основном происходят ферментативные сдвиги, которые обеспечивают возможность функционирования клетки при более широком диапазоне колебаний биологических констант.
. Динамика биохимических реакций может служить причиной изменения морфологических структур клетки, определяющих характер ее работы, например клеточных мембран.
. На уровне ткани проявляются дополнительные структурно-морфологические и физиологические механизмы. Структурно-морфологические изменения обеспечивают протекание необходимых физиологических реакций. Так, в условиях высокогорья в эритроцитах человека отмечено увеличение содержания фетального гемоглобина.
. На уровне органа или физиологической системы новые механизмы могут действовать по принципу замещения. Если какая-либо функция не обеспечивает поддержание гомеостаза, она замещается более адекватной. Так, увеличение легочной вентиляции при нагрузках может происходить как за счет частоты, так и за счет глубины дыхания. Второй вариант при адаптации является для организма более выгодным. Среди физиологических механизмов можно привести изменение показателей активности центральной нервной системы.
. На организменном уровне либо действует принцип замещения, либо осуществляется подключение дополнительных функций, что расширяет функциональные возможности организма. Последнее происходит благодаря нейрогуморальным влияниям на трофику органов и тканей.
Третья фаза - фаза устойчивой или долговременной адаптации. Основным условием наступления этого этапа адаптации является многократное либо длительное действие на организм факторов, мобилизующих вновь созданную функциональную систему. Организм переходит на новый уровень функционирования. Он начинает работать в более экономном режиме за счет уменьшения затрат энергии на неадекватные реакции. На данном этапе преобладают биохимические процессы на тканевом уровне. Накапливающиеся в клетках под влиянием новых факторов среды продукты распада становятся стимуляторами реакций анаболизма. В результате перестройки клеточного обмена процессы анаболизма начинают преобладать над катаболическими. Происходит активный синтез АТФ из продуктов ее распада.
Метаболиты ускоряют процесс транскрипции РНК на структурных генах ДНК. Увеличение количества информационной РНК вызывает активацию трансляции, приводящую к интенсификации синтеза белковых молекул. Таким образом, усиленное функционирование органов и систем оказывает влияние на генетический аппарат ядер клетки. Это приводит к формированию структурных изменений, которые увеличивают мощность систем, ответственных за адаптацию. Именно этот «структурный след» является основой долговременной адаптации.
Признаки достижения адаптации
По своей физиологической и биохимической сути адаптация - это качественно новое состояние, характеризующееся повышенной устойчивостью организма к экстремальным воздействиям. Главная черта адаптированной системы - экономичность функционирования, т. е. рациональное использование энергии. На уровне целостного организма проявлением адаптационной перестройки является совершенствование функционирования нервных и гуморальных регуляторных механизмов. В нервной системе повышается сила и лабильность процессов возбуждения и торможения, улучшается координация нервных процессов, совершенствуются межорганные взаимодействия. Устанавливается более четкая взаимосвязь в деятельности эндокринных желез. Усиленно действуют «гормоны адаптации» - глюкокортикоиды и катехоламины.
Важным показателем адаптационной перестройки организма является повышение его защитных свойств и способность осуществлять быструю и эффективную мобилизацию иммунных систем. Следует отметить, что при одних и тех же адаптационных факторах и одних и тех же результатах адаптации организм использует индивидуальные стратегии адаптации.
Оценка эффективности адаптационных процессов
С целью определения эффективности адаптационных процессов разработаны определенные критерии и методы диагностики функциональных состояний организма. Р.М. Баевским (1981) предложено учитывать пять основных критериев: 1. Уровень функционирования физиологических систем. 2. Степень напряжения регуляторных механизмов. 3. Функциональный резерв. 4. Степень компенсации. 5. Уравновешенность элементов функциональной системы.
Методы диагностики функциональных состояний направлены на оценку каждого из перечисленных критериев. 1. Уровень функционирования отдельных физиологических систем определяется традиционными физиологическими методами. 2. Степень напряжения регуляторных механизмов исследуется: косвенно методами математического анализа ритма сердца, путем изучения минерало-секреторной функции слюнных желез и суточной периодики физиологических функций. 3. Для оценки функционального резерва наряду с известными функционально-нагрузочными пробами изучают «цену адаптации», которая тем ниже, чем выше функциональный резерв. 4. Степень компенсации можно определить по соотношению специфических и неспецифических компонентов стрессорной реакции. 5. Для оценки уравновешенности элементов функциональной системы важное значение имеют такие математические методы, как корреляционный и регрессионный анализ, моделирование методами пространства состояний, системный подход. В настоящее время разрабатываются измерительно-вычислительные комплексы, позволяющие осуществлять динамический контроль за функциональным состоянием организма и прогнозирование его адаптационных возможностей.
Нарушение механизмов адаптации
Нарушение процесса адаптации носит поэтапный характер:
. Начальный этап - это состояние функционального напряжения механизмов адаптации. Наиболее характерным его признаком является высокий уровень функционирования, который обеспечивается за счет интенсивного или длительного напряжения регуляторных систем. Из-за этого существует постоянная опасность развития явлений недостаточности.
. Более поздний этап пограничной зоны - состояние неудовлетворительной адаптации. Для него характерно уменьшение уровня функционирования биосистемы, рассогласование отдельных ее элементов, развитие утомления и переутомления. Состояние неудовлетворительной адаптации является активным приспособительным процессом. Организм пытается приспособиться к чрезмерным для него условиям существования путем изменения функциональной активности отдельных систем и соответствующим напряжением регуляторных механизмов (увеличение «платы» за адаптацию). Однако вследствие развития недостаточности нарушения распространяются на энергетические и метаболические процессы, и оптимальный режим функционирования не может быть обеспечен.
. Состояние срыва адаптации (полома адаптационных механизмов) может проявляться в двух формах: предболезни и болезни.
. Предболезнь характеризуется проявлением начальных признаков заболеваний. Это состояние содержит информацию о локализации вероятных патологических изменений. Данная стадия обратима, поскольку наблюдаемые отклонения носят функциональный характер и не сопровождаются существенной анатомо-морфологической перестройкой.
. Ведущим признаком болезни является ограничение приспособительных возможностей организма.
Недостаточность общих адаптационных механизмов при болезни дополняется развитием патологических синдромов. Последние связаны с анатомо-морфологическими изменениями, что свидетельствует о возникновении очагов локального изнашивания структур. Несмотря на конкретную анатомо-морфологическую локализацию, болезнь остается реакцией целостного организма. Она сопровождается включением компенсаторных реакций, представляющих физиологическую меру защиты организма против болезни.
Методы увеличения эффективности адаптации
Они могут быть неспецифическими и специфическими. Неспецифические методы увеличения эффективности адаптации: активный отдых, закаливание, оптимальные (средние) физические нагрузки, адаптогены и терапевтические дозировки разнообразных курортных факторов, которые способны повысить неспецифическую резистентность, нормализовать деятельность основных систем организма и тем самым увеличить продолжительность жизни.
Рассмотрим механизм действия неспецифических методов на примере адаптогенов. Адаптогены - это средства, осуществляющие фармакологическую регуляцию адаптивных процессов организма, в результате чего активизируются функции органов и систем, стимулируются защитные силы организма, повышается сопротивляемость к неблагоприятным внешним факторам.
Увеличение эффективности адаптации может достигаться различными путями: с помощью стимуляторов-допингов либо тонизирующих средств.
. Стимуляторы, возбуждающе влияя на определенные структуры центральной нервной системы, активизируют метаболические процессы в органах и тканях. При этом усиливаются процессы катаболизма. Действие данных веществ проявляется быстро, но оно непродолжительно, поскольку сопровождается истощением.
. Применение тонизирующих средств приводит к преобладанию анаболических процессов, сущность которых заключается в синтезе структурных веществ и богатых энергией соединений. Эти вещества предупреждают нарушения энергетических и пластических процессов в тканях, в результате происходит мобилизация защитных сил организма и повышается его резистентность к экстремальным факторам. Механизм действия адаптогенов: они, во-первых, могут действовать на внеклеточные регуляторные системы - ЦНС и эндокринную систему, а также непосредственно взаимодействовать с клеточными рецепторами разного типа, модулировать их чувствительность к действию нейромедиаторов и гормонов). Наряду с этим адаптогены способны непосредственно воздействовать на биомембраны влияя на их структуру, взаимодействие основных мембранных компонентов - белков и липидов, повышая стабильность мембран, изменяя их избирательную проницаемость и активность связанных с ними ферментов. Адаптогены могут, проникая в клетку, непосредственно активизировать различные внутриклеточные системы. По своему происхождению адаптогены могут быть разделены на две группы: природные и синтетические.
Источниками природных адаптогенов являются наземные и водные растения, животные и микроорганизмы. К наиболее важным адаптогенам растительного происхождения относятся женьшень, элеутерококк, лимонник китайский, аралия маньчжурская, заманиха и др. Особой разновидностью адаптогенов являются биостимуляторы. Это экстракт из листьев алоэ, сок из стеблей каланхоэ, пелоидин, отгоны лиманной и иловой лечебных грязей, торфот (отгон торфа), гумизоль (раствор фракций гуминовых кислот) и т. п. К препаратам животного происхождения относятся: пантокрин, получаемый из пантов марала; рантарин- из пантов северного оленя, апилак - из пчелиного маточного молочка. Многие эффективные синтетические адаптогены получены из природных продуктов (нефти, угля и т. п.). Высокой адаптогенной активностью обладают витамины. Специфические методы увеличения эффективности адаптации. Эти методы основаны на повышении резистентности организма к какому-либо определенному фактору среды: холоду, высокой температуре, гипоксии и т. п.
Рассмотрим некоторые специфические методы на примере адаптации к гипоксии.
. Использование адаптации в условиях высокогорья для повышения адаптационных резервов организма. Пребывание в горах увеличивает «высотный потолок», т. е. устойчивость (резистентность) к острой гипоксии. Отмечены различные типы индивидуальной адаптации к гипоксии, в том числе и диаметрально противоположные, направленные в конечном счете как на экономизацию, так и на гиперфункцию сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
. Применение различных режимов барокамерной гипоксической тренировки является одним из наиболее доступных методов повышения высотной устойчивости. При этом доказано, что адаптационные эффекты после тренировки в горах и в барокамере при одинаковой величине гипоксического стимула и равной экспозиции весьма близки. В. Б. Малкиным и др. (1977, 1979, 1981, 1983) предложен метод ускоренной адаптации к гипоксии, позволяющий за минимальный срок повысить высотную резистентность. Этот метод получил название экспресс-тренировки. Он включает многократные ступенчатые барокамерные подъемы с «площадками» на различных высотах и спуск до «земли». Такие циклы повторяют несколько раз.
. Принципиально новым режимом гипоксической тренировки следует признать барокамерную адаптацию в условиях сна. Факт формирования тренировочного эффекта во время сна имеет важное теоретическое значение. Он заставляет по-новому взглянуть на проблему адаптации, механизмы формирования которой традиционно и не всегда правомерно связываются лишь с активным бодрствующим состоянием организма.
. Использование фармакологических средств предупреждения горной болезни с учетом того, что в ее патогенезе ведущая роль принадлежит нарушениям кислотно-щелочного равновесия в крови и тканях и связанным с ними изменением мембранной проницаемости. Прием лекарственных препаратов, нормализующих кислотно-щелочное равновесие, должен устранять и расстройства сна в гипоксических условиях, тем самым способствуя формированию адаптационного эффекта. Таким препаратом является диакарб из класса ингибиторов карбоангидразы.
. Принцип интервальной гипоксической тренировки при дыхании газовой смесью, содержащей от 10 до 15 % кислорода, используется для увеличения адаптационного потенциала человека и для повышения физических возможностей, а также для лечения различных заболеваний, таких как лучевая болезнь, ишемическая болезнь сердца, стенокардия и т. д.
В организме человека и животных запасы кислорода ограничены, поэтому организм нуждается в непрерывном поступлении кислорода из окружающей среды. Также постоянно и непрерывно из организма должен удаляться углекислый газ, который всегда образуется в процессе обмена веществ и в больших количествах является токсичным соединением.
Дыхание – сложный непрерывный процесс, в результате которого постоянно обновляется газовый состав крови и происходит биологическое окисление в тканях. В этом заключается его сущность.
Нормальное функционирование организма человека возможно только при условии пополнения энергией, которая непрерывно расходуется. Организм получает энергию за счет окисления органических веществ – белков, жиров, углеводов. При этом освобождается скрытая химическая энергия, которая является источником жизнедеятельности, развития и роста организма. Таким образом, значение дыхания состоит в поддержании в организме оптимального уровня окислительно- восстановительных процессов.
Состав выдыхаемого воздуха весьма непостоянен и зависит от интенсивности обмена веществ, а также от частоты и глубины дыхания. Стоит задержать дыхание или сделать несколько глубоких дыхательных движений, как состав выдыхаемого воздуха изменится.
Важную роль в жизнедеятельности человека играет регуляция дыхания.
Регуляция деятельности дыхательного центра, расположенного в продолговатом мозге, осуществляется гуморально, за счет рефлекторных воздействий и нервных импульсов, поступающих из отделов головного мозга.
В курсовой работе рассмотрены вопросы регуляции деятельности дыхательного центра и механизмы адаптации дыхания к мышечной деятельности.
2.
механизмы адаптации
Принято
выделять три механизма адаптаций:
1. Пассивный
путь адаптации - по типу
толерантности, выносливости;
2. Адаптивный
путь - действует на клеточно- тканевом
уровне;
3. Резистентный
путь - сохраняет относительное
постоянство внутренней среды.
Механизмы,
обеспечивающие адаптивный характер общего
уровня стабилизации отдельных функциональных
систем и организма в целом
таковы: увеличивается потребление
организмом кислорода, повышается интенсивность
обменных процессов. Это происходит
на органном уровне: увеличивается
скорость кровотока, повышается артериальное
давление, увеличивается дыхательный
объем легких, учащается дыхание,
дыхание становится более глубоким.
Общие адаптационные реакции
организма являются неспецифическими,
то есть организм аналогично реагирует
в ответ на действия различных
по качеству и силе раздражителей (физические
упражнения).
3. срочная и долговременная адаптация
В основном большинство адаптационных реакций человеческого организма осуществляются в два этапа: начальный этап срочной, но не всегда совершенной, адаптации, и последующий этап совершенной, долговременной адаптации.Срочный этап адаптации возникает непосредственно после начала действия раздражителя на организм и может быть реализован лишь на основе ранее сформировавшихся физиологических механизмов. Примерами проявления срочной адаптации являются: пассивное увеличение теплопродукции в ответ на холод, увеличение теплоотдачи в ответ на тепло, рост легочной вентиляции и минутного объема кровообращения в ответ на недостаток кислорода. На этом этапе адаптации функционирование органов и систем протекает на пределе физиологических возможностей организма, при почти полной мобилизации всех резервов, но не обеспечивает наиболее оптимальный адаптивный эффект. Так, бег нетренированного человека происходит при близких к максимуму величинах минутного объема сердца и легочной вентиляции, при максимальной мобилизации резерва глюкогена в печени. Биохимические процессы организма, их скорость, как бы лимитируют эту двигательную реакцию, она не может быть ни достаточно быстрой, ни достаточно длительной.
Долговременная адаптация к длительно воздействующему стрессору возникает постепенно, в результате длительного, постоянного или многократно повторяющегося действия на организм факторов среды. 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 значительной высотной гипоксии, которая ранее была несовместима с жизнью, развитие устойчивости к холоду, теплу, большим дозам ядов. Таков же механизм и качественно более сложной адаптации к окружающей действительности.
4. Механизм
адаптации дыхания к
мышечной деятельности
Интенсивность
дыхания тесно связана с интенсивностью
окислительных процессов: глубина
и частота дыхательных движений
уменьшаются при покое и увеличиваются
при работе, притом тем сильнее, чем
напряженнее работа. Так, у тренированных
людей при напряженной мышечной
работе объем легочной вентиляции возрастает
до 50 и даже до 100 л в минуту.
Одновременно
с усилением дыхания во время
работы наступает усиление деятельности
сердца, приводящее к увеличению минутного
объема кровотока. Вентиляция легких и
минутный объем кровотока нарастают
в соответствии с величиной выполняемой
работы и усилением окислительных
процессов.
У человека потребление
кислорода составляет в покое 250…350
мл в минуту, а во время работы
может достигать 4500…5000 мл. Транспорт
такого большого количества кислорода
возможен потому, что при работе
систолический объем может увеличиваться
втрое (с 70 до 200 мл), а частота сердечных
сокращений в 2 и даже 3 раза (с 70 до 150
и даже 200 сокращений в минуту).
Вычислено, что
при повышении потребления кислорода
при мышечной работе на 100 мл в минуту
минутный объем кровотока возрастает
примерно на 800…1000 мл. Увеличению транспорта
кислорода при тяжелой мышечной
работе способствует также выбрасывание
эритроцитов из кровяных депо и обеднение
крови водой вследствие потения,
что ведет к некоторому сгущению
крови и повышению концентрации
гемоглобина, а, следовательно, и к
увеличению кислородной емкости
крови.
Значительно увеличивается
при работе коэффициент утилизации
кислорода. Из каждого литра крови,
протекающей по большому кругу, клетки
организма утилизируют в покое
60…80 мл кислорода, а во время работы
– до 120 мл (кислородная емкость 1
л крови равна около 200 мл О2).
Повышенное поступление
кислорода в ткани при мышечной
работе зависит от того, что понижение
напряжения кислорода в работающих
мышцах, увеличение напряжения углекислого
газа и концентрации Н+-ионов в крови способствуют
увеличению диссоциации оксигемоглобина.
Особенно значителен прирост утилизации
кислорода у тренированных людей. Крог
объяснял это еще и тем, что у тренированных
людей во время работы происходит раскрытие
большего количества капилляров, чем у
нетренированных.
Одной из причин
увеличения легочной вентиляции при
интенсивной мышечной работе является
накопление молочной кислоты в тканях
и переход ее в кровь. Содержание
молочной кислоты в крови может
достигать при этом 50…100 и даже
200 мг % вместо 5…22 мг % в условиях мышечного
покоя. Молочная кислота вытесняет
угольную кислоту из ее связей с
ионами натрия и калия, что приводит
к повышению напряжения углекислого
газа в крови и к возбуждению
дыхательного центра.
Накопление молочной
кислоты при мышечной работе возникает
потому, что интенсивно работающие
мышечные волокна испытывают недостаток
в кислороде и часть молочной
кислоты не может окислиться до конечных
продуктов – углекислого газа
и воды. Такое состояние Хилл назвал
кислородной задолженностью. Оно
возникает при весьма интенсивной
мышечной работе, например у спортсменов
во время напряженных соревнований.
Окисление образовавшейся
во время работы мышц молочной кислоты
завершается уже после окончания
работы – во время восстановительного
периода, в течение которого сохраняется
интенсивное дыхание, достаточное
для того, чтобы излишние количества
накопившейся в организме молочной
кислоты были ликвидированы.
Накопление в
организме молочной кислоты –
не единственная причина усиления дыхания
и кровообращения при работе мышц.
Как показали исследования М. Е. Маршака,
мышечная работа ведет к усилению
дыхания даже в том случае, если
у человека, работающего на эргометриеском
велосипеде, конечности перетянуты жгутом,
препятствующим поступлению молочной
кислоты и других продуктов из работающих
мышц в кровь. Усиление дыхания возникает
при этом рефлекторным путем. Сигналом,
вызывающим усиление дыхания и кровообращения,
является возникающее при сокращении
раздражение проприорецепторов мышц.
Этот рефлекторный компонент принимает
участие в любом усилении дыхания при
мышечной работе.
Таким образом,
усиление вентиляции при мышечной работе
обусловлено, с одной стороны, химическими
изменениями, происходящими в организме,
– накоплением углекислоты и
недоокисленных продуктов обмена, а
с другой – рефлекторными влияниями.
Значительную
роль в координации функций органов
и физиологических систем при
мышечной работе играет кора головного
мозга. Так, в предстартовом состоянии
у спортсменов отмечается увеличение
силы и частоты сердечных сокращений,
возрастает легочная вентиляция, повышается
кровяное давление. Следовательно, условнорефлекторный
механизм – один из важнейших нервных
механизмов адаптации организма к меняющимся
условиях внешней среды.
Система дыхания
обеспечивает возросшие потребности
организма в кислороде. Системы
же кровообращения и крови, перестраиваясь
на новый функциональный уровень, способствуют
транспорту кислорода к тканям и
углекислого газа к легким.
5. Легочная
вентиляция
Легочная
вентиляция
повышается
параллельно
увеличению потребления кислорода, причем
при максимальных нагрузках у тренированных
лиц она может возрастать в 20-25 раз по
сравнению с состоянием покоя и достигать
150 л/мин и более. Такое увеличение вентиляции
обеспечивается возрастанием частоты
и объема дыхания, причем частота может
увеличиться до 60-70 дыханий в минуту,
а дыхательный объем - с 15 до 50% жизненной
емкости легких (Н. Monod, М. Pottier, 1973). В возникновении
гипервентиляции при физических нагрузках
важную роль играет раздражение дыхательного
центра в результате высокой концентрации
углекислого газа и водородных ионов при
высоком уровне молочной кислоты в крови.
Гипервентиляция
,
вызываемая физическими нагрузками, всегда
ниже максимальной вентиляции, и увеличение
диффузной способности кислорода в легких
во время работы также не является предельным.
Поэтому, если отсутствует легочная патология,
дыхание не ограничивает мышечную работу.
Важный показатель - потребление кислорода
- отражает функциональное состояние
кардиореспираторной системы. Существует
связь между факторами циркуляции и дыхания,
влияющими на объем потребляемого кислорода.
Во время физических нагрузок потребление
кислорода значительно увеличивается.
Это предъявляет повышенные требования
к функции сердечно-сосудистой и дыхательной
систем. Поэтому кардиореспираторная
система при мышечной работе подвержена
изменениям, которые зависят от интенсивности
физических нагрузок.
Исследование функции внешнего дыхания
в спорте позволяет наряду с системами
кровообращения и крови оценить функциональное
состояние спортсмена в целом и его резервные
возможности. Исследование начинают со
сбора анамнеза, затем переходят к осмотру,
перкуссии и аускультации. Осмотр позволяет
определить тип дыхания, установить наличие
или отсутствие одышки (особенно при тестировании)
и т.п. Определяют три типа дыхания: грудной,
брюшной (диафрагмальный) и смешанный.
При грудном типе дыхания на вдохе заметно
поднимаются ключицы и происходит движение
ребер. При этом типе дыхания объем легких
возрастает главным образом за счет движения
верхних и нижних ребер. При брюшном типе
дыхания увеличение объема легких происходит
в основном за счет движения диафрагмы
- на вдохе она опускается вниз, несколько
смещая органы брюшной полости. Поэтому
стенка живота на вдохе при брюшном типе
дыхания слегка выпячивается. У спортсменов,
как правило, смешанный тип дыхания, где
участвуют оба механизма увеличения объема
грудной клетки.
Перкуссия
(поколачивание)
позволяет определить изменение (если
оно есть) плотности легких. Изменения
в легких являются обычно следствием некоторых
заболеваний (воспаление легких, туберкулез
и др.).
Аускультация
(выслушивание)
определяет состояние воздухоносных путей
(бронхов, альвеол). При различных заболеваниях
органов дыхания прослушиваются весьма
характерные звуки - различные хрипы,
усиление или ослабление дыхательного
шума и т.д. Исследование внешнего дыхания
проводят по показателям, характеризующим
вентиляцию, газообмен, содержание и парциальное
давление кислорода и углекислого газа
в артериальной крови и по другим параметрам.
Для исследования функции внешнего дыхания
пользуются спирометрами, спирографами
и специальными аппаратами открытого
и закрытого типа. Наиболее удобно спирографическое
исследование, при котором на движущейся
бумажной ленте записывается кривая -
спирограмма
Объем
легких при вдохе не всегда одинаков.
Объем воздуха, вдыхаемый при
обычном вдохе и выдыхаемый при
обычном выдохе, называется дыхательным
воздухом(ДВ).
Остаточный воздух (ОВ) - объем воздуха,
оставшийся в невозвратившихся в исходное
положение легких. Частота дыхания (ЧД)
- количество дыханий в 1 мин. Определение
ЧД производят по спирограмме или по движению
грудной клетки. Средняя частота дыхания
у здоровых лиц - 16-18 в минуту, у спортсменов
- 8-12. В условиях максимальной нагрузки
ЧД возрастает до 40-60 в 1 мин.
и т.д.................
Все проявления жизни обусловлены конфликтом между существующими силами организма и влиянием окружающей среды. Жизненный конфликт в организме проявляется в виде синтеза и распада. На основе этих противоположных процессов в ходе эволюции отрабатывались механизмы приспособления, или адаптации, которые лежат в основе гармоничного единства организма с его средой обитания.
Важная роль в механизмах адаптации принадлежит общему адаптационному синдрому, биологическое значение которого заключается в повышении устойчивости организма к воздействующему фактору и усилении неспецифической резистентности к другим воздействующим факторам. Функциональная система, обеспечивающая стресс-реакцию, включает нервную систему с гипоталамусом и передней долей гипофиза, кору надпочечников, иммунную систему. Это нейроэндокринно-иммунная реакция. Повышение функции нервной системы, выброс в определённом сочетании и количестве целого ряда гормонов способствует мобилизации энергетических ресурсов и их перераспределению с избирательной направленностью в органы и ткани, участвующие в механизмах приспособления. Одновременно присоединяются также и другие органы и системы, способные компенсировать временно или постоянно утраченную функцию повреждённого органа. Это снижает функциональную нагрузку на больной орган, на его структурные единицы и создаёт условия для формирования долговременной адаптации (увеличение митохондрий в клетке, гипертрофия клетки и т.д.). Функциональные системы организма многоконтурны и взаимосвязаны, а потому один и тот же управляемый процесс может контролироваться несколькими регулирующими системами.
Адаптация осуществляется также и за счёт большого «запаса прочности». Организм, как считал Кэннон, устроен по двум принципам: ограниченного лимита и строжайшей экономии. Примеров этому множество. Сердце может быстро увеличить число сокращений в два раза без нарушения процесса жизнедеятельности; возможно повышение артериального давления на 30-40 %; артериальная кровь содержит кислорода в 3,5 раза больше, чем необходимо для нормального уровня обмена веществ. В обычном состоянии функционирует только 25% гепатоцитов, остальные - в «запасе»; организм переносит удаление 3/4 печени; полное удаление селезёнки; 1/10 части надпочечников достаточно для сохранения жизни; количество крови во много раз меньше объёма кровеносного русла. Вспомним также принцип парности органов, дублирования функций органов и систем, значение барьерных систем и т.д.
Способность организмов к приспособлению заложена изначально благодаря наличию у них свойства генетической преадаптации и не связана непосредственно со средой обитания.
Человеческий организм адаптируется не только к природным факторам, но и к социальным: производственным (рабочие в горячих цехах, в условиях низких температур, к невесомости при освоении космоса и т.д.), к загрязнённой среде обитания, к нервно-психическому напряжению, связанному с механизацией производства и т.д. Согласно закону единства и среды системы, а потому форма существования организма всегда соответствует условиям его жизни.
Человек, как и другие виды живых организмов, способен адаптироваться, то есть приспосабливаться к условиям окружающей среды. Адаптацию человека к новым природным и производственным условиям можно охарактеризовать как совокупность социально-биологических свойств и особенностей, необходимых для устойчивого существования организма в конкретной экологической среде.
Жизнь каждого человека можно рассматривать как постоянную адаптацию, но наши способности к этому имеют определенные границы. Также и способность восстанавливать свои физические и душевные силы для человека не бесконечна.
В настоящее время значительная часть болезней человека связаны с ухудшением экологической обстановки в нашей среде обитания: загрязнениями атмосферы, воды и почвы, недоброкачественными продуктами питания, возрастанием шума.
Приспосабливаясь к неблагоприятным экологическим условиям, организм человека испытывает состояние напряжение, утомления. Напряжение - мобилизация всех механизмов, обеспечивающих определенную деятельность организма человека
При утомлении здорового человека может происходить перераспределение возможных резервных функций организма, и после отдыха вновь появятся силы. Люди способны переносить самые суровые природные условия в течение относительного продолжительного времени. Однако человек, не привыкший к этим условиям, попадающий в них впервые, оказывается в значительно меньшей степени приспособленным к жизни в незнакомой среде, чем ее постоянные обитатели.
Способность адаптироваться к новым условиям у разных людей не одинакова. Так, у многих людей при дальних авиаперелётах с быстрым пересечением нескольких часовых поясов, а также при сменной работе возникают такие неблагоприятные симптомы, как нарушение сна, падает работоспособность. Другие же адаптируются быстро.
Среди людей можно выделить два крайних адаптивных типа человека. Первый из них - спринтер, характеризующийся высокой устойчивостью к воздействию кратковременных экстремальных факторов и плохой переносимостью длительных нагрузок. Обратный тип - стайер. Интересно, что в северных регионах страны среди населения преобладают люди типа “стайер”, что явилось, по-видимому, результатом длительных процессов формирования популяции, адаптированной к местным условиям.
Изучение адаптивных возможностей человека и разработка соответствующих рекомендаций имеет в настоящее время важное практической значение.
Человек всегда обладал способностью адаптироваться к естественной и искусственной среде. Это процесс, в результате которого человек постепенно приобретает отсутствовавшую ранее устойчивость к определенным факторам окружающей среды и таким образом получает возможность жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью. Полная адаптация человека в экстремальных ситуациях сохраняет возможность интеллектуальной деятельности, соответствующее ситуации поведение и продолжение рода. Однако нужно помнить, что продолжительные, интенсивные, многократно повторяющиеся нагрузки вызывают реакции, приводящие в конечном счете к подрыву физического здоровья.
Адаптация человека - это процесс, в результате которого организм постепенно приобретает отсутствовавшую ранее устойчивость к определенным факторам окружающей среды и таким образом получает возможность жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью, и решать задачи, ранее неразрешимые.
Итак, между человеком и окружающей средой есть гармоничное единство. Все условия среды, факторы окружающей среды также участвуют в формировании здоровья человека.
Здоровье человека - по определению Всемирной организации здравоохранения - объективное состояние и субъективное чувство полного физического, психического и социального комфорта.
Среди факторов, формирующих здоровье населения, выделяют:
- наследственные (генетически обусловленные факторы, формирующие наследственные заболевания - гемофилию, дальтонизм, альбинизм и др.);
- эндемические (обусловленные биохимическими особенностями местности, приводящими к возникновению эндемических заболеваний - флюороз, кариес зубов, эндемический зоб, и др.);
- природно-климатические (характерные для определённых климатических зон, вызывающие рост простудных заболеваний - в зоне холодного климата и кожных заболеваний - в зоне холодного климата);
- эпидемические (региональные особенности местности, приводящие, в частности, к возникновению природно-очаговых инфекций - риккетсиозы, лептоспирозы, клещевой энцефалит и др.);
- профессиональные (факторы производственного процесса, способные привести к расвитию профессиональных заболеваний);
- социальные (питание, образ жизни, социальное благополучие);
- экологические
Значимость воздействия каждого фактора несомненна. Воздействуя между собой и усиливая тем самым друг друга, они наносят урон национальному генофонду.
Эксперты Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) установила, что здоровье человека на 50-52% зависит от образа жизни, на 20-22% - от наследственности, на 18-20% - от состояния окружающей среды, на 7-12% - от системы здравоохранения.
Экологические факторы являются одними из наиболее существенных, формирующих здоровье населения. Создание благополучной, экологически безопасной среды - задача всего общества, но для ее выполнения необходимо, чтобы каждый гражданин осознавал важность своего участия в этом процессе. И особая роль в пропаганде здорового образа жизни, повышении санитарно-гигиенической культуры населения отводится медицинским работникам. Они призваны не только оказывать помощь больным, но и шире вести профилактику различных заболеваний.
Здоровье оценивается по социально значимым показателям, медико-статистическим и морфо-функциональным показателям:
Важнейшими факторами здоровья являются наследственность, окружающая среда, образ жизни и уровень здравоохранения:
Организм человека - открытая для окружающей среды биосистема, важнейшей стратегической задачей которой является сохранение гомеостаза, что связано с нормальным состоянием его систем. Загрязнение среды обитания человека многочисленными физическими, химическими, биологическими и другими ингредиентами прежде всего влияет на регуляторные системы организма, защитный механизм клетки, угнетая или усиливая её восстановительную функцию. Чем неблагоприятнее окружающая среда, тем ниже уровень здоровья населения. Изучение механизмов взаимодействия природы в широком её понимании, агротехнических её преобразований и популяций человека способствует более глубокому осознанию вопросов общей патологии, этиологии и онтогенеза состояния антропогенного напряжения, адаптации и болезни.
Экологизация жизни человека становится настоятельной необходимостью, в противномслучае людей ждёт катастрофа. Экологизация человеческого общества имеет главный мотив - снижение давления человека на среду жизни, локальную и глобальную.
Долевой вклад экологического фактора в нарушение состояния здоровья и развитии основных форм патологии у человека определяется в пределах 40-60%.
Увеличивается число эколого-зависимых сердечно-сосудистых заболеваний, наблюдается рост сахарного диабета, туберкулёза, онкологических заболеваний. Возрастает груз наследственной патологии человечества в целом.
Комплекс экологических факторов, характеризующих тот или иной регион, влияет на различные уровни организации живого, ведёт к изменению в регуляторных и функциональных системах организма, направленному на поддержание гомеостаза. Если сила воздействующих факторов «укладывается» в его функциональные возможности, то человек остаётся в гармоничном единстве с окружающей средой. Усиление воздействия вызывает напряжение защитно-приспособительных механизмов, последующее утомление и возможную поломку в организме. Это отражает схема ВОЗ:
Окружающая среда оказывает на человека благоприятное и неблагоприятное воздействие. Благоприятное воздействие проявляется в развитии и формировании здоровья, неблагоприятное, в первую очередь, во влиянии антропогенных факторов загрязнения.
Влияние различных факторов окружающей среды на здоровье человека
