Адаптация организма к среде обитания. Адаптация и стресс

Живой организм представляет собой чрезвычайно сложную систему, которая функционирует как единое целое, приспосабливаясь к постоянно меняющейся внешней среде и изменяя ее в результате своей деятельности.

Приспособления, которые выработались в организме в процессе эволюции в от­вет на воздействия внешней среды, или вырабатываются в процессе жизни каждого индивидуума, называются адаптациями. «Способность к приспособлению являет­ся, вероятно, наиболее отличительной чертой жизни», — писал канадский физио­лог, лауреат Нобелевской премии Г. Селье.

Эта способность неразрывно связана с другой физиологической закономерно­стью — способностью организма сохранять постоянство внутренней среды, т.е. гомеостаз. В единстве и гармонии двух этих принципов существования живых ор­ганизмов и лежит основа развития и безопасности человека (рис. 5.3).

Все адаптации делятся на фенотипические (индивидуальные), развивающиеся в течение онтогенеза каждого индивидуума, и генотипические, или наследуемые.

Кроме того, выделяют адаптации:

- активные, происходящие с затратой энергии за счет перестройки деятельности органов и систем при сохранении гомеостаза организма; например, при возникнове­нии экстремальной ситуации человек перестраивает свою деятельность так, чтобы сохранить жизнь и здоровье в этих условиях;

- пассивные, которые протекают по принципу подчинения организма условиям среды (например, смена окраски шерсти у зайцев в зимний период года; принятие правил того сообщества, в которое человек попадает) или избегания их (залегание медведя в берлогу на зимнюю спячку; отъезд человека из зоны ЧС, где идут спаса­тельные работы). Человек, в отличие от животных, кроме биологических механиз­мов может использовать социальные достижения для адаптации, такие как одежду, кондиционеры, транспорт, защитные приспособления и т.д. В процессе эволюции это привело к уменьшению функциональных биологических резервов адаптации, что потребовало развития социальных средств повышения безопасности существо­вания человека (рис. 5.4).

В процессе индивидуальной адаптации выделяются два этапа; срочный и долго­временный.

Рис. 5.4. Виды адаптации 111

Особенностью срочного этапа адаптации является то, что организм использует для приспособления имеющиеся в его распоряжении ресурсы, и поэтому сообразно действию фактора внешней среды формируется ответ, обусловленный напряжением функций всех органов и систем. Такое функционирование на пределе физиологиче­ских возможностей представляет прямую опасность для организма, поскольку высо­ка вероятность возникновения срыва. С другой стороны, срочная адаптация не обе­спечивает реализацию всех потенциальных адаптивных возможностей организма, а только включает «оперативные», имеющиеся в данный

Долговременный этап адаптации развивается постепенно в процессе длитель­ного, хронического воздействия на организм нагрузок или факторов среды. Повы­шение интенсивности функционирования структур является первым шагом, запу­скающим долговременную адаптацию. В основе долговременной адаптации лежит образование новых структур (например, увеличение количества клеток) или увели­чение размеров уже имеющихся структур. Эти новые структуры могут в дальней­шем обеспечить выполнение возросших задач. Так, например, адаптация мышечной системы к повышенным нагрузкам выражается в увеличении мышечной массы. Но­вые структуры формируются по следующей схеме. Усиление работы органа (сердца, скелетных мышц, легких и т.д.) мобилизует синтез нуклеиновых кислот и белков в работающих клетках благодаря экспрессии гена, ответственного за синтез того или иного конкретного белка. Это приводит к наработке РНК или увеличению скорости ее транскрипции на структурных генах ДНК. Увеличение количества информацион­ной РНК вызывает рост количества рибосом, в которых и происходит синтез белко­вых молекул. В результате масса работающей структуры нарастает и увеличиваются ее функциональные возможности. Возникшие новые структуры называются систем­ным структурным следом (ССС) (рис. 5.5).

Процесс адаптации связан с формированием общего адаптационного синдрома (ОАС), описанного канадским физиологом Г. Селье. «Общий адаптационный син­дром — это комплекс реакций, возникающий в целостном организме под действием различных повреждающих факторов и обеспечивающий приспособление организма к данным условиям» (Г. Селье. «Синдром, вызываемый разными повреждающими агентами», 1936). Общий адаптационный синдром — неспецифическая реакция ор­ганизма на самые разнообразные сильнодействующие факторы, в том числе и на факторы среды. Интенсивность ОАС зависит от силы действующего фактора. Об­щий адаптационный сидром нередко обозначают как стресс-реакцию. Стресс (англ. зггезз — напряжение) У. Кэннон (1927) определил как физиологические реакции, возникающие в организме человека и животных под действием стимула, несущего угрозу, — стрессора. Стрессоры могут быть разной природы: физические, химиче- ские, биологические, психические; однако реакция организма, независимо от этого протекает по одному сценарию.

Проявления стресса (триада Селье) заключаются в следующем: 1) увеличение массы надпочечников; 2) инволюция (обратное развитие) вилочковой железы (тиму са) и лимфатических узлов; 3) появление кровоточащих язв в желудке и двенадцати' перстной кишке.

Общий адаптационный синдром в своем развитии проходит ряд стадий. Первая из них — реакция тревоги (а1агт геасйоп); вторая — стадия резистентности (устой­чивости); третья — стадия восстановления (если раздражитель прекращает свое действие) или истощения (если стрессор значительной силы или действует в тече­ние продолжительного времени), после которой организм, как правило, погибает.

Во время стресса в качестве наиболее ранней реакции происходит активацш симпатической нервной системы (системы стресса), которая вызывает усиление деятельности сердца, повышение кровяного давления, повышение обмена вещестЕ во всех органах и системах, т.е. адаптационно-трофический эффект (по Л. А. Ор-бели); стимуляцию выброса в кровь из мозговой зоны надпочечников катехолами-нов, к которым относятся такие гормоны, как адреналин и норадреналин (рис. 5.6) Под влиянием катехоламинов идет распад гликогена в печени и в крови повышаете* концентрация глюкозы. Кроме того, адреналин является сильным липолитическшу фактором, стимулирующим распад жира с образованием свободных жирных кис­лот и энергии. Основной же эффект катехоламинов состоит в мобилизации энерге­тических и структурных резервов организма, что обеспечивает активацию нервной (психической) и мышечной деятельности. Параллельно активируется гипоталамо-

гипофизарно-надпочечниковая система и в кровь секретируются огромные количе­ства глюкокортикоидов (важнейший из них у человека — кортизол). Один из основ­ных эффектов кортизола состоит в том, что он повышает уровень сахара в крови, причем делает он это за счет стимуляции глюконеогенеза — синтеза глюкозы из неуглеводных источников, в частности из аминокислот. Концентрация глюкокорти­коидов в крови во время стресса может вырасти в десятки раз. Совокупность этих нейрогормональных перестроек в организме в условиях стресса обеспечивает ор­ганы питательным и энергетическим материалом, что необходимо для активации деятельности человека в стрессовой ситуации.

Стрессовая реакция, если завершается восстановлением, повышает устойчи­вость организма к самым разнообразным факторам и, с одной стороны, является положительной, поскольку лежит в основе закаливания, тренировок; с другой сторо­ны, нередко после перенесенного стресса, если вовремя не оказана психологическая помощь, развивается так называемое посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР), которое является тяжелой болезнью.

В организме для уменьшения воздействия стрессирующих факторов существу­ют и антистрессовые системы, которые включают следующие внутренние и внеш­ние компоненты:

- образование эндогенных морфиноподобных веществ (опиатов), вызывающих
уменьшение боли, улучшение настроения, повышение порога чувствительно­
сти;

- наличие антиоксвдантных систем, нейтрализующих недоокисленные продук­
ты обмена веществ, которые укрепляют клеточные мембраны (витамины Е, С,
ферменты и т.д.);

- активация парасимпатической нервной системы за счет умеренной физической
нагрузки, глубокого диафрагмального дыхания, медитаций, мышечной и пси­
хической релаксации (расслабления), аутотренинга;

- рациональное питание с повышенным содержанием овощей и фруктов, обла­
дающих антиоксидантными свойствами;

- в трудных ситуациях, когда естественные антистрессовые системы не справля­
ются, используется фармакотерапия (прием седативных препаратов).

Таким образом, в любых ситуациях жизнедеятельности в организме устанавли­вается баланс между стрессовыми и антистрессовыми механизмами, благодаря чему сохраняется жизнь в экстремальных ситуациях и формируются срочные или долго­временные адаптивные реакции к внешним воздействиям. Это помогает человеку повышать свой уровень защищенности (безопасности) в любой новой ситуации, а также при действии различных факторов, угрожающих жизни и здоровью.

5.4. Биологические ритмы организма как один из факторов взаимосвязи организма и среды

Жизнь человека неразрывно связана с фактором времени. Одна из эффективных форм приспособления организма к внешней среде — ритмичность физиологических функций. Биоритм — автоколебательный процесс в биологической системе, харак­теризующийся последовательным чередованием фаз напряжения и расслабления,

когда тот или иной параметр последовательно достигает максимального или мини­мального значения.

Почему в живой природе, населяющей Землю, возникли биоритмы? Появление ритмических процессов связано с возникновением Вселенной: они отражают движе­ние составляющих ее тел, в том числе движения Земли. Намного раньше появления живой природы уже существовали периодические процессы в неживой природе — смена дня и ночи, последовательность сезонов года, волнообразность электромаг­нитных явлений и др.

И когда значительно позднее, примерно 250 млн лет тому назад, на Земле появи­лась уникальная форма существования материи — живая плазма, она не могла не от­разить в себе автоколебательные процессы, происходящие в неживой природе. Воз­никновение биологических ритмов с периодами, близкими к геофизическим циклам, было необходимым условием сохранения живой материи на Земле и возможности ее дальнейшей эволюции. Иначе говоря, живое, отразив законы неорганического мира, стало функционировать в соответствии с ними. Биоритмы получили распростране­ние во всем живом — в простейшей живой плазме, в растениях (например, суточная периодичность движения листьев, сезонная периодичность физиологического со­стояния), в мире животных и у человека. Важно, что появление даже самых прими­тивных биоритмов имело с самого начала адаптивное значение.

Характеристику каждого биоритма можно описать методами математического анализа, а также изобразить графически. В последнем случае речь идет о биоритмо-грамме, или хронограмме.

Рассмотрим принцип построения биоритмограммы на примере суточного изме­нения ЧСС (рис. 5.7). Как видно из рисунка, биоритмограммаимеет синусоидальный характер. В ней различают: временной период, фазу напряжения, фазу расслабления, амплитуду напряжения, амплитуду расслабления, акрофазу данного биоритма.

Временной период — важнейшая характеристика биоритма. Это отрезок времени, по истечении которого происходит повторение функции или состояния организма.

Фазы напряжения и расслабления характеризуют усиление и снижение функции в течение суток.

Амплитуда — разница между мак­симальной и минимальной выражен­ностью функции в дневное (амплиту­да напряжения) и ночное (амплитуда расслабления) время. Акрофаза — время, на которое приходится наивысшая точка (или максимальный уровень) данного био­ритма. На рисунке изображены законо­мерности, наиболее характерные для нормальной биоритмограммы. В не­которых случаях кривая приобретает уплощенный или платообразный вид. Это встречается при малой амплитуде

Рис. 5.7. Схема биоритмограммы на примере циркадного ритма ЧСС: 1 — временной период (сутки); 2 — фаза напряжения (день); 3 — фаза расслабления (ночь); 4 — амплитуда напряжения; 5 — амплитуда расслабления; 6 —акро­фаза

ЧСС (в мин) 75 4

напряжения. Другими разновидностями являются инвертированные и двухвершин­ные биоритмограммы. Инвертированные кривые характеризуются снижением ис­ходного уровня в дневное время, т.е. изменением функции в направлении, противо­положном обычному. Это — неблагоприятный признак. Двухвершинные кривые отличаются двумя пиками активности в течение дня. Появление второго пика рассма­тривается в настоящее время как проявление адаптации к условиям существования.

Так, например, первый пик работоспособности человека (11-13 ч) — это есте­ственное проявление биоритма, связанное с дневной активностью. Второй подъем работоспособности, наблюдаемый в вечерние часы, обусловлен необходимостью выполнения домашних и других обязанностей.

К настоящему времени у человека и животных описано около 400 биоритмов.

Чаще всего биоритмы классифицируют на основании частоты колебаний (осцилляции), или периодов. Выделяют следующие основные ритмы:

1. Высокой частоты, или микроритмы (от долей секунды до 30 мин). Примером
могут служить осцилляции на молекулярном уровне (синтез и распад АТФ и др.),
частота сокращений сердца (ЧСС), частота дыхания, периодичность перистальтики
кишечника.

2. Средней частоты (от 30 мин до 28 ч). В эту группу входят ультрадианные (до
20 ч) и циркадные, или циркадианные (околосуточные — 20-28 ч) ритмы. Циркади-
анныйритм — основной ритм физиологических функций человека.

3. Мезоритмы (длительностью от 28 ч до 6-7 дней). Сюда относятся циркасеп-
тальные ритмы (около 7 дней). С ними связана работоспособность человека, и в
практику человека издавна вошла такая традиция выходного дня — каждый 6-й или
7-й день недели.

4. Макроритмы (от 20 дней до 1 года). К ним относятся циркануальные (циркан-
ные), или окологодовые ритмы. В эту группу входят сезонные ритмы и околомесяч­
ные (циркасинодические) ритмы.

5. Мегаритмы (длительностью в десяток или многие десятки лет). Этому виду
колебаний подчинены некоторые инфекционные процессы, свойственные чело­
веку (эпидемии) и животным (эпизоотии). Примером мегаритма может служить
волнообразное изменение физического развития людей на протяжении многих ве­
ков. Судя по археологическим находкам, неандертальцы характеризовались малым
ростом, а кроманьонцы — большим. В средние века рост людей был относительно
мал, а в середине XX в. возникло явление акселерации, характеризующееся увели­
чением антропометрических показателей.

Между перечисленными типами биоритмов существуют переходы. Последние образуются ритмами более короткими или более длительными, чем упомянутые выше. Если выявляется ритм более короткий, для его обозначения прибавляют при­ставку «ультра», если более длительный — «инфра».