Экологическая физиология

Каковы же 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 - это экономичность функционирования, то есть рациональное использование энергии. Состояние адаптации характеризуется физиологическими, биохимическими и морфологическими сдвигами, возникающими нарезных уровнях организации от организменного до молекулярного.

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.

На клеточно-молекулярном уровне за счет изменений в энзимных системах происходит мобилизация энергетических ресурсов и пластического материала. Морфологические изменения затрагивают структуру клеточных мембран, благодаря чему улучшается регуляция окислительных процессов, синтеза макроэргов и различных структурных и ферментативных белков. Благодаря интенсивным процессам синтеза увеличивается масса клеточных структур.

Важным показателем адаптационной перестройки организма является повышение его защитных свойств и способность осуществлять быструю и эффективную мобилизацию имунных систем. Следует отметить, что при одних и тех же адаптационных факторах и одних и тех же результатах адаптации организм использует индивидуальные стратегии адаптации. При этом, по мнению В. И. Медведева (1982), в адаптационном процессе могут быть преимущественно задействованы различные механизмы: поведенческие, физиологические, биохимические.

Переход организма на новый уровень функционирования требует определенного напряжения управляющих систем. Дополнительные затраты организма, необходимые для осуществления адаптационных реакций, получили название «цена адаптации». В процессе адаптации любая активность требует гораздо больше затрат энергии, чем в обычных условиях. Например, это имеет место при выполнении физических упражнений на высоте, что используется в спортивной практике.

1.3 Эффективность адаптации. Кратковременная и долговременная адаптация

«Здоровье - естественное состояние организма, характеризующееся его уравновешенностью с окружающей средой и отсутствием каких-либо болезненных изменений».

По мнению И. Р. Петрова, А. Д. Адо, Л. Л. Рапопорта, С. М. Павленко, А. Н. Гордиенко и др., болезнь определяется как снижение приспособляемости организма к внешней среде при одновременной мобилизации его защитных сил. В наиболее общем смысле болезни людей - следствие нарушения исторически выработанных форм связи организма с окружающей средой.

Эти определения характеризуют особенности гомеостатического регулирования в нормальных условиях. Однако и в процессе адаптации при очень сильном или длительном воздействии неблагоприятных факторов среды, либо при слабости адаптационных механизмов в организме, возникает дезадаптация (нарушение или срыв адаптации) и развиваются патологические состояния. Они получили название «болезни адаптация». Например, горная болезнь, проявляющаяся в условиях высокогорья. Иногда болезни адаптации бывают вызваны не слабостью адаптационных механизмов, а их большой инертностью. Поэтому в данном случае следует принимать во внимание индивидуальные особенности людей.

Болезни адаптации могут развиваться на разных этапах адаптационного процесса. Так, Г. Селье приписывает важное патогенетическое значение общему адаптационному синдрому, выраженному в начальный период адаптации при сильном внешнем воздействии. Когда эта реакция превышает свою биологически полезную меру или, наоборот, развивается в недостаточной степени, она приводит к патологическим сдвигам в организме. Если эта неоптимальность особенно выражена и довлеет над явлениями, вызванными специфическими особенностями раздражителя, тогда налицо различные формы болезни адаптации. Следовательно, по своим проявлениям болезнь адаптации носит полиморфный характер, охватывая различные системы организма. По мнению Г. Селье, важное значение как в самой возможности возникновения болезни адаптации, так и в определении ее полиморфности имеют так называемые обусловливающие факторы («conditioning factors»). Речь идет о том, что те или иные обстоятельства или факторы, которые не являются интегральной частью общего адаптационного синдрома, в условиях стресса могут изменить нормальный ход развития адаптационной реакции и привести к крайне нежелательным патологическим сдвигам в организме. Обусловливающие, или кондициональные, факторы имеют различную природу и могут быть как внешними (например, диета, температура, холод), так и внутренними (например, наследственность, конституция, предшествовавшее действие патогенных факторов).

Однако наиболее распространены болезни адаптации при длительном пребывании людей в неблагоприятных условиях. Вследствие продолжительного напряжения механизмов регуляции, а также клеточных механизмов, связанных с повышенными энергетическими затратами, происходит истощение и потеря наиболее важных резервов организма. Часть структур или функций выключается. Приспособление продолжается через болезнь. Решающая роль при этом принадлежит ЦНС. Сохранение жизни обеспечивается за счет дорогой вынужденной платы. В дальнейшем может наступить гибель организма.

С позиций биокибернетики перемещение от здоровья к болезни представляет собой поэтапную смену способов управления. Каждому состоянию соответствует свой характер структурно-функциональной организации биосистемы.

Начальный этап пограничной зоны между здоровьем и патологией - 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 к 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».

Оценка эффективности адаптационных процессов.

С целью определения эффективности адаптационных процессов, биокибернетиками были разработаны определенные критерии и методы диагностики функциональных состояний организма.

P. M. 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.

Уровень функционирования отдельных физиологических систем определяется традиционными физиологическими методами.

Степень напряжения регуляторных механизмов исследуется косвенно: методами математического анализа ритма сердца, путем изучения минерало-секреторной функции слюнных желез я суточной периодики физиологических функций.

Для оценки функционального резерва, наряду с известными функционально-нагрузочными пробами, изучают «цену адаптации», которая тем ниже, чем выше функциональный резерв.

Степень компенсации можно определить по соотношению специфических и неспецифических компонентов стрессорной реакций.

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.

Методы увеличения эффективности адаптации.

Методы увеличения эффективности адаптации могут быть неспецифическими и специфическими.

К неспецифическим методам относятся: 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. Адалтогены - это средства, осуществляющие фармакологическую регуляцию адаптивных процессов организма. В результате их действия активизируются функции органов и систем, стимулируются защитные силы организма, повышается сопротивляемость к неблагоприятным внешним факторам. Этот эффект 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, приводящий к адаптационной перестройке функций органов, систем и организма в целом, предложенный Е. Я. Капланом и др. (1990),.

На приведенной схеме показаны некоторые направления влияния адаптогенов на клеточный метаболизм. Они, во-первых, могут действовать на внеклеточные регуляторные системы - ЦНС (путь 1) и эндокринную систему (путь 2), а также непосредственно взаимодействовать с клеточными рецепторами разного типа, модулировать их чувствительность к действию нейромедиаторов и гормонов (путь 3). Наряду с этим, адаптогены способны непосредственно воздействовать на биомембраны (путь 4), 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 (пути 5, 6), непосредственно активизировать различные внутриклеточные системы.

Таким образом, вследствие адаптационных превращений, происходящих на разных уровнях биологической организации в организме формируется состояние неспецифически повышенной сопротивляемости к различным неблагоприятным воздействиям.

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. Большой интерес представляют различные виды шиповника. Помимо обильного содержания витамина С, в нем находится каротин, Р-активные продукты, фолиевая кислота и другие биологически активные вещества. По рецептам тибетской медицины приготавливают растительные сборы. Особой разновидностью адаптогенов являются биостимуляторы. Это экстракт из листьев алоэ, сок из стеблей коланхоэ, пелоидин, отгоны лиманной и иловой лечебных грязей, торфот (отгон торфа), гумизоль (раствор фракций гуминовых кислот) и т.п. Из зарубежных препаратов, обладающих адаптогенным действием, можно назвать «Цернильтоя» и «Политабс Спорт» (Швеция). Основу этих препаратов составляют водо- и жирорастворимые экстракты пыльцы растений.

К препаратам животного происхождения относятся: пантокрин, получаемый из пантов марала; рантарин - из пантов северного оленя, апилак - из пчелиного маточного молочка.

Широкое применение получили вещества, выделенные из различных микроорганизмов и дрожжей (продигиозан, зимозан и др.).

Многие эффективные синтетические соединения получены из природных продуктов (нефть, уголь и т.п.). Высокой адаптогенной активностью обладают витамины.

Специфические методы увеличения эффективности адаптации основаны на повышении резистентности организма к какому-либо определенному фактору среды: холоду, высокой температуре, гипоксии и т.п.

Интенсивные поиски путей повышения устойчивости к высотной гипоксии на протяжении последних десятилетий проводились Н. Н. Сиротининым, В. Б. Малкиным и его сотрудниками, М. М. Миррахимовым. Были разработаны различные режимы гипоксической тренировки (высокогорной и барокамерной), показана эффективность противогипоксических фармакологических средств. Представлены материалы о защитном эффекте сочетанного воздействия на организм гипоксической тренировки и приема фармпрепаратов.

В течение почти 50 лет делались попытки использовать адаптацию в условиях высокогорья для повышения адаптационных резервов организма. Было отмечено, что пребывание в горах увеличивает «высотный потолок», то есть устойчивость к острой гипоксии. К настоящему времени накоплен большой опыт проведения высокогорных тренировок альпинистов. Был выдвинут принцип активной ступенчатой адаптация, который лег в основу построения рациональной тактики высотных восхождений, обеспечившей покорение высочайших горных вершин. При этом В.Б. Малкиным и др. (1989) впервые было установлено значение индивидуальной фоновой высотной резистентности. По сути дела были 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 имеет ряд преимуществ, по сравнению с высокогорной тренировкой, поскольку 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 настоящее время используются так называемые стационарные и дробные режимы барокамерной адаптации к гипоксии. К стационарным относят режимы тренировки, при которых человек находится постоянно на одной и той же высоте, причем, как правило, пребывание на высоте достаточно длительное. Дробные режимы тренировки включают ступенчатые барокамерные подъемы на различные высоты (Сиротина Н. Н., 1958). И в том, и в другом случае такие режимы тренировки, как и многочисленные их модификации, требуют сравнительно больших затрат времени - от 2 до 5-6 недель.

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 повторяются несколько раз.

Установлено, что при моделировании острой формы горной болезни в барокамере на высоте 4200 м в течение суток у обследуемых, подвергавшихся экспресс-тренировке к острой гипоксии, ее симптомы были выражены значительно слабее или не развивались вовсе. Об этом свидетельствовали и субъективная оценка самочувствия, и результаты физиологических исследований. Экспресс-тренировка оказалась достаточно эффективным средством защиты от горной болезни.

Принципиально новым режимом гипоксической тренировки, разработанным В. Б. Малкиным и др. (1980,1989), 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. Действительно, в исследованиях с людьми в третью ночь их пребывания в барокамере на высоте 4200 м была отмечена некоторая нормализация фазовой структуры сна, увеличение числа завершенных циклов, тенденция к восстановлению количества эпизодов быстрого сна по отношению к их числу в нормальных условиях. Заметно снизилось и число пробуждений. Примечательно, что после проведения барокамерной тренировки во время сна у всех обследуемых «высотный потолок» повысился в среднем на 1000 м.

При выборе фармакологических средств предупреждения горной болезни В. Б. Малкиным и др. (1989) учитывалось, что в ее патогенезе ведущая роль принадлежит нарушениям кислотно-щелочного равновесия в крови и тканях и связанным с ними изменениям мембранной проницаемости.

С другой стороны, один из самых серьезных симптомов острой горной болезни - расстройство сна - также обусловлен нарушением кислотно-основного баланса вследствие развития гипокапнии. Последняя приводит к изменению чувствительности дыхательного центра к углекислоте и появлению так называемого сгруппированного периодического дыхания. Нарушения ритма дыхания в ночное время в свою очередь снижают величину легочной вентиляции, что способствует еще большему усилению кислородного голодания. Таким образом, 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.

Как показали исследования, использование диакарба для профилактики острой горной болезни при ее моделировании в барокамере в течение суток на высоте 4200 м способствовало нормализации фазовой структуры сна, особенно важно, что во время сна сохранялось ритмичное дыхание. Вегетативные реакции у людей, принимавших диакарб, были изменены в меньшей степени, чем у обследуемых контрольной группы. О лучшей переносимости хронической гипоксии свидетельствовала и субъективная оценка самочувствия и сна. Профилактический эффект препарата, как полагают, связан с его влиянием на регуляцию дыхания, особенно в ночное время.

Исследования, проведенные в условиях высокогорья Памира, подтвердили выраженный защитный эффект диакарба в профилактике острой горной болезни. На это указывали данные энцефалографии и других методов, включавших регистрацию кардиореспираторных показателей, а также результаты анкетирования.

Разумеется, перечисленные методы повышения устойчивости к высотной гипоксии не исчерпывают всего многообразия подходов к решению этой проблемы. Однако уже сейчас ясно, что наиболее реальный путь повышения резистентности организма к недостатку кислорода - это использование рациональных режимов гипоксической тренировки в сочетании с комплексом фармакологических средств, регулирующих обменные процессы и направленных на предотвращение истощения нервных и гуморальных механизмов.

Принцип интервальной гипоксической тренировки при дыхании газовой смесью, содержащей от 10 до 15% кислорода, в последнее время стал использоваться не только для увеличения адаптационного потенциала человека, но и для повышения физических возможностей, а также для лечения различных заболеваний, таких как лучевая болезнь, ишемическая болезнь сердца, стенокардия и т.д. По мнению Е. А. Коваленко (1993), такой метод повышает активность системы антиоксидантных ферментов. Каждый «импульс» в процессе подобной гипоксической тренировки усиливает включение механизмов борьбы с гипоксией, а при переходе к нормоксии увеличивается мощность антиоксидантнои защиты от возникновения «свободорадикальпой патологии».

В отдельных исследованиях было предложено использовать комплекс дыхательных функциональных проб и дыхательной тренировки для прогнозирования адаптационного эффекта и управления адаптационным процессом в условиях острой и хронической гипоксии у людей с. учетом их индивидуальных особенностей (Гора Е. Л., 1992). При этом различные режимы произвольного управления дыханием, применяемые на разных этапах адаптации к гипоксии, оказывали влияние на физиологические и биохимические процессы адаптации.

Особенности адаптационных процессов у людей, развое время проживающих в измененных условиях среды.

Большинство исследований, посвященных проблеме адаптации, касаются в основном механизмов приспособления людей, недавно попавших в измененные условия среды. Данных об особенностях адаптационных процессов у длительно проживающих в этих условиях гораздо меньше. В связи с этим, трудно судить о динамике адаптационного процесса в онтогенезе. Немногие сведения, которые имеются по данной проблеме, свидетельствуют о том, что при переезде человека в неблагоприятные условия жизни на одно, два и более десятилетий, у него происходят длительные, циклические изменения в организме.

В длительном адаптационном процессе условно можно выделить четыре периода.

Первый продолжается до полугода и сопровождается выраженной дестабилизацией физиологических функций.

Второй занимает 2,5-3 года и характеризуется относительной стабилизацией и синхронизацией регуляторных и гомеостатических процессов. В это время в организме наряду с. функциональной перестройкой происходят изменения на клеточно-молекулярном уровне.

Третий период - относительной стабилизации или адаптированности - длится 12-15 лет. Это новый уровень функционирования организма. Его поддержание требует постоянного напряжения систем регуляции. В этот период отмечаются стойкие изменения в биохимических показателях крови, повышение устойчивости мембран эритроцитов. Изменяется проницаемость капилляров. Однако в этот период довольно часто развиваются патологические процессы, особенно в сердечно-сосудистой и легочной системах. Поэтому считают, что происходит ускорение старения организма.

Четвертый период сопровождается все большим истощением резервных возможностей организма, что приводит к появлению и обострению различных хронических заболеваний. Полагают, что в это время имеет место истощение и недостаточность глубинных клеточно-генетических резервов здоровья.

Следует отметить, что успешность адаптации как у людей, недавно попавших в измененные условия среды, так и у лиц, длительно проживающих в этих условиях, зависит от их индивидуальных особенностей. Так, было показано, что при переезде в неблагоприятные условия наиболее эффективно адаптировались люди с большими колебаниями фоновых показателей, чего нельзя сказать о лицах со стабильными фоновыми данными. К длительной адаптации более приспособленными оказались люди, у которых организм способен продолжительное время поддерживать в напряжении необходимые адаптивные механизмы. Лица, у которых адаптивные перестройки протекают недостаточно оптимально, подвержены заболеваниям и часто уезжают в более благоприятные районы в течение как первого, так и второго периодов.

Обращает на себя внимание тот факт, что люди, хорошо адаптирующиеся к значительным колебаниям условий среды, выраженным непродолжительное время, гораздо хуже переносят длительное, хотя и не столь сильное воздействие неблагоприятных факторов. И наоборот. Перечисленные особенности имеют существенное значение при прогнозировании способности к адаптации и адаптационного эффекта у различных людей.

Наиболее приспособленными к жизни в регионах с 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. Адаптивные черты аборигенов необратимы. Установлена наследственная природа этого комплекса, который выработался путем приспособительной изменчивости в результате действия биологически обусловленного и социального естественного отбора. 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 высока детская смертность, распространены эндемические заболевания, существенно сокращена продолжительность жизни. Для малых популяций характерны генетические аномалии.

Так называемые морфофункциональные комплексы неодинаковы у коренного населения различных географических зон И поясов. Так, аборигены Севера и аборигены тропиков отличаются по внешнему виду, строению тела, характеристике внутренней среды организма, включая механизмы обмена веществ. В связи с этим Т.И. Алексеевой (1972) была предложена гипотеза адаптивных типов.

Адаптивный тип - это норма биологической реакции на комплекс условий окружающей среды, обеспечивающей состояние равновесия популяций с этой средой и находящей внешнее выражение в морфо функциональных особенностях популяций.

Популяции могут относиться к единому адаптивному типу, независимо от расовой и этнической принадлежности. Их объединяет именно адаптивный комплекс.

Т.И. Алексеева выделила четыре адаптивных типа: арктический, континентальный, экваториальный и предгорный.

Арктический адаптивный тип характеризуется усилением газообмена, высоким содержанием холестерина и иммунных белков в сыворотке крови, усиленной минерализацией скелета. Он представлен данными по саамам, лесным ненцам, чукчам и эскимосам.

Предгорный адаптивный тип, данные по которому получены на основе изучения предгорных таджиков, отличается понижением газообмена и обезжиренной массы тела, уменьшением содержания холестерина в сыворотке крови, высоким содержанием иммунных белков, сильно минерализованным скелетом. В первом случае адаптивный тип сформировался как реакция на влажный и холодный климат, во втором - на недостаток кислорода.

Континентальный адаптивный тип охарактеризован на основе мор фофизи о логических особенностей бурят и отличается понижением удельного веса обезжиренной массы тела, значительным жироотложением, слабой минерализацией скелета, усилением белковых, фракций сыворотки крови. Своеобразным признаком этого типа с морфологической точки зрения является относительная коротконогость. В целом весь комплекс представляет собой сумму адаптации к континентальному климату.

Аналогичную сумму адаптации, но к тропическому климату представляет собой экваториальный адаптивный тип, представленный бушменами, банту и индийскими народами. Его характерные черты - относительное увеличение поверхности испарения наряду с высоким содержанием иммунных и строительных белков в сыворотке крови, т.е. определенная адаптация к влажной жаре.

Наконец, в дополнение к перечисленным адаптивным типам должен быть выделен и адаптивный тип умеренного пояса, представленный центрально европейскими и восточноевропейскими популяциями и характеризующийся средним развитием всех упоминавшихся выше свойств. Такой нейтральный комплекс соответствует относительно оптимальным условиям умеренного пояса.

Гипотеза адаптивных типов наметила перспективный путь классификации тех признаков, которые ответственны за адаптивный статус популяции. Это путь дальнейшего изучения конкретных адаптивных механизмов в различных популяциях и их сведения к сравнительно небольшому числу адаптивных видов.

Однако следует учитывать, что популяции людей неоднородны. Разнообразие конституций людей, входящих в ту пли иную популяцию, обусловлено соответствующими климато-географическими и социальными условиями их жизни. В соответствии с этим Н. А. Агаджаняном (1981) было введено понятие «экологический портрет» человека. Экопортрет человека - это совокупность генетически обусловленных свойств и структурно-функциональных особенностей индивидуума, характеризующих специфическую адаптацию к конкретному набору особых факторов среды обитания. Его необходимо учитывать при миграциях населения, так как это позволяет в той или иной мере прогнозировать адаптационный эффект.

ГЛАВА II. АДАПТАЦИЯ ЧЕЛОВЕКА К ПРИРОДНЫМ И КЛИМАТО-ГЕОГРАФИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ

2.1 Природные факторы и их воздействие на организм

Природная радиация. Магнитные поля.

«... Органическая жизнь только там и возможна, где имеется свободный доступ космической радиации, ибо жить - это значит пропускать сквозь себя поток космической энергии в кинетической ее форме».

Л А. Чижевский

Физические факторы внешней среды, послужившие основой возникновения жизни на Земле и оказывающие, как правило, комплексное воздействие на живые организмы, достаточно разнообразны. Они могут иметь галактическое происхождение, определяться солнечной активностью, либо процессами, происходящими на Земле и в околоземном пространстве. Комплекс этих факторов в определенных пределах совершенно необходим для поддержания нормальной жизнедеятельности организма. Известно, что если поместить животное или человека в экранированную камеру и ограничить таким образом доступ внешней энергии естественного происхождения, в организме произойдут серьезные нарушения на молекулярном, клеточном, тканевом, органном и системном уровнях. И наоборот, на увеличение длительности или интенсивности воздействия перечисленных факторов организм реагирует декомпенсацией и развитием патологических состояний.

Каковы же характеристики различных видов внешней энергии, оказывающих влияние на все живое?

Галактические частицы, достигающие атмосферы Земли, обладают очень высокой энергией (порядка 10²⁰ эВ). В основном они представлены ядрами химических элементов, среди которых преобладают ядра водорода, гелия и тяжелые ионы. Их интенсивность составляет 1600 частиц/мс, средняя энергия - 7 ГэВ. Эти так называемые первичные космические лучи, взаимодействуя с атомами атмосферы, порождают «вторичные» или «собственно» космические излучения. Вторичные космические лучи представляют собой нуклеоны, мезоны, электроны и фотоны. Некоторые из них преобразуются в слоях атмосферы, а часть достигает Земли. Уровень космического излучения на поверхности Земли зависит от высоты местности и от ее геомагнитной широты.

Кроме космических лучей, существует межпланетное магнитное поле плотностью 1-30 нТ².

Атмосфера служит барьером для жесткого ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Однако она прозрачна в узком участке электромагнитного спектра. Эту область живые организмы воспринимают как свет.

Влияние космических лучей на организмы изучено сравнительно мало. Это обусловлено главным образом тем, что они действуют в комплексе. Существует гипотеза о возможном появлении в них фактора, меняющего свойства биологических систем. Однако известно, что с космическими излучениями сопряжена чувствительность к свету.

Самым мощным источником различных форм энергии, оказывающих влияние на Землю, является Солнце. Солнечной активностью называют комплекс явлений, происходящих в атмосфере Солнца. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции, в результате которых возникают электромагнитные излучения широкого диапазона. Время от времени на его поверхности появляются очаги повышенной активности в виде пятен и протуберанцев. Совершаются мощные взрывы, которые сопровождаются выбросом элементарных частиц.

Непрерывное расширение верхней части солнечной атмосферы сопровождается корпускулярным излучением. Скорость этого расширения по мере удаления от Солнца увеличивается. На расстоянии нескольких десятков солнечных радиусов оно достигает 400 км/с. Это так называемый спокойный солнечный ветер. Он увлекает за собой магнитное поле Солнца, вытягивая его силовые линии. Солнечный ветер содержит небольшое количество энергии. Вместе с тем, он играет значительную роль в передаче к Земле возмущений, обусловленных явлениями солнечной активности. И. В. Ковальский предлагает следующую схему связей между Солнцем и Землей: высокоскоростной поток солнечного ветра - рекуррентное геомагнитное возмущение и солнечная вспышка - вспышечный поток солнечного ветра - геомагнитная суббуря.

Активность Солнца по отношению к Земле периодически изменяется. Различают циклы суточные, годовые, 5-6-летние, 11-летние, 80 90-летние и многовековые. Периоды максимальной активности приходятся на 7-17-лет, минимальной - на 9-14 лет.

Солнечная энергия достигает внешних слоев атмосферы Земли в виде прямых солнечных лучей. При этом часть ее поступает в виде рассеянной радиации. В северных широтах уровень радиации повышается в апреле-мае, в южных - в марте-апреле, что связано с высотой Солнца и прозрачностью атмосферы. В течение суток максимум радиации приходится на полдень.

Спектр Солнца представлен следующими видами излучений: инфракрасным (до 60% общей энергии радиации), ультрафиолетовым (менее 0,5%), ионизирующим и видимыми лучами (около 40%).

Инфракрасные лучи Солнца имеют длину волны от 760 до 3000 нм и легко проходят сквозь атмосферу Земли. Встречая на своем пути частицы различных веществ, эти электромагнитные волны усиливают их вращательные и колебательные движения, создавая тепловой эффект.

Инфракрасное излучение легко проникает через одежду и поглощается кожей человека более чем на 50%. Наибольшим биологическим эффектом обладают короткие лучи длиной 760-1000 нм. Они повышают биолюминесценцию в организме, ускоряют биохимические, ферментативные и иммунные реакции, ускоряют рост клеток и регенерацию тканей, усиливают ток крови, увеличивают температуру крови и лимфы. Оказывая влияние на теплообмен, инфракрасное излучение воздействует на метаболизм. Понижается тонус гладких мышц и скелетной мускулатуры. Ослабевает нервное напряжение.

Уровень ультрафиолетовой радиации зависит от экранирующего действия атмосферы. Он повышается в горах с увеличением высоты. На уровне моря интенсивность радиации зависит от положения Солнца, географической широты, от временя года и суток. Она практически отсутствует при низкой облачности, в тени и снижена при высокой влажности и загрязнении воздуха. Ультрафиолетовые лучи хорошо поглощаются оконными стеклами и одеждой. Энергетическая стоимость этого вида излучений мала. Биологический же эффект, связанный с квантовым выходом, достаточно велик. Ультрафиолетовые лучи обладают бактерицидным действием. Под влиянием прямых солнечных лучей, особенно коротковолновой части спектра, погибают микроорганизмы. Попадая на кожу человека, ультрафиолетовое излучение оказывает фотоэлектрический и люминесцентный эффекты. При этом в основе происходящих процессов лежит способность ультрафиолетовых лучей к денатурации белка и его фотолизу, а также к повышению восстановительной активности сульфгидрильных веществ поверхностных слоев кожи.

Ультрафиолетовые лучи способствуют загару, что связано с образованием в результате ферментативных реакций пигмента меланина. Пигментация защищает кожу от излишней радиации. Однако при длительном воздействии ультрафиолетового излучения появляются ожоги или эритема. При этом клетки эпидермиса повреждаются, что ведет к образованию гистамина и других продуктов клеточного распада, которые всасываются в кровь. Продолжительное ультрафиолетовое облучение может привести к возникновению опухолей кожи и внутренних органов. Интересно отметить, что малые дозы радиации способствуют репарации клеток и регенерации поврежденной ткани у человека. Это обусловлено повышением ферментативной активности и интенсификацией обмена веществ.

Ультрафиолетовые лучи обладают способностью вырабатывать из эргостерола кожи витамин О, участвующий в обмене фосфора и кальция. Витамины группы О необходимы для придания плотности костям и для нормальной деятельности нервной и мышечной систем.

Умеренное ультрафиолетовое облучение повышает иммунные свойства кожи и крови, стимулирующее действует на ретикулоэндотелиальную систему и костный мозг. Оно активизирует функции вегетативной нервной системы и желез внутренней секреции. Малые дозы облучения оказывают возбуждающий, а большие - угнетающий эффект на процессы, происходящие в коре головного мозга.

Периодическое ультрафиолетовое облучение организма умеренными дозами приводит к оздоровлению организма. Увеличиваются его адаптивные возможности, повышается умственная и физическая работоспособность.

У жителей Севера при продолжительном отсутствии ультрафиолетовых лучей часто развивается солнечное «голодание», которое сопровождается определенным симптомокомплексом и снижает приспособляемость организма к окружающей среде.

Видимые лучи Солнца имеют длину волны от 380 до 760 нм. Они создают наибольшую величину освещенности, несмотря на то, что часть их рассеивается или отражается. Световой луч составляет спектр цветов, каждый из которых имеет свою длину волны.

Биологическое значение световой радиации для человека прежде всего состоит в возможности зрительных восприятий, что связано с механизмами фоторецепции.

Световые лучи проникают в тело на глубину около 2,5 см. Они стимулируют биохимические процессы, увеличивают иммунную реактивность, способствуют образованию пигмента. Повышается возбудимость коры головного мозга, деятельность желез внутренней секреции, обмен веществ. При этом разные цвета видимого спектра оказывают различное влияние на нервно-психические процессы.

Одним из важнейших следствий периодического изменения освещенности является создание циркадных ритмов. Они способствуют чередованию активной деятельности и восстановительных процессов.

Радиоволновое излучение Солнца находится в диапазоне от миллиметровых до 15-метровых волн. Оно имеет сравнительно небольшую мощность, которая значительно возрастает в периоды «возмущенного» Солнца- Существует гипотеза, согласно которой коротковолновое радиоизлучение отражается на биотоках мозга. Изменение интенсивности радиоволнового излучения Солнца имеет для человека сигнальное значение. В последнее время был высказан ряд предположений относительно механизмов влияния солнечной радиации на живые организмы. В основе этих механизмов лежат физико-химические изменения, происходящие на молекулярном уровне. Так, солнечная радиация приводит к сдвигам геометрических и энергетических параметров коллоидных частиц. Полагают, что гелио-физические факторы действуют на магнитоэлектрические свойства молекул воды и на динамику содержания свободных ионов кальция, которые участвуют в ультраструктурной организации клеточных мембран. Это, в свою очередь, влияет на проницаемость и поляризацию мембран.

В. В. Соколовский уделяет особое внимание тиоловым соединениям, широко представленным в живых организмах, поскольку в них находятся высокореактивные сульфгидрильные группы (SH), обеспечивающие важные реакции, в частности - реакцию обратимого окисления. Его точка зрения легла в основу создания унитоловой пробы, которая служит одним из количественных показателей биологических эффектов солнечной активности.

Луна также оказывает определенное влияние на процессы, происходящие на Земле. С нею, в частности, связаны силы притяжения, эффекты отраженного солнечного света, приливы и отливы в морях и океанах и другие периодические явления. Воздействие Луны на земные процессы может быть связано с ее прохождением в полнолуние через магнитосферный шлейф нашей планеты, что увеличивает амплитуду магнитных пульсаций и возмущенность магнитного поля.

Существует зависимость между лунными ритмами и женским половым циклом, который соответствует лунному месяцу. Полагают, что фазы луны сказываются на статистике деторождения. Кроме того, лунный свет действует на нервно-психическую сферу человека и может вызывать определенные отклонения, особенно в полнолуние.

В околоземном пространстве формируется излучение, получившее название радиационный пояс Земли. Он образуется потоками заряженных частиц (протонов и электронов), захватываемых геомагнитным полем. Различают две области радиационного пояса Земли: внутреннюю и внешнюю. Внутренняя область простирается на расстояние от нескольких сотен до нескольких тысяч километров от поверхности. Ближе к Земле она представлена протонами, энергия которых составляет несколько сотен МэВ. На высоте около 3000 км преобладают электроны, мощность эквивалентной дозы излучения которых может достигать сотен тысяч бэр в сутки.

Внешняя область радиационного пояса Земли в основном образована электронами, максимум которых приходится на расстояние около 22000 км от поверхности. Мощность эквивалентной дозы облучения здесь составляет порядка 10 бэр/сут-Следует отметить, что радиационная опасность резко снижается при уменьшении высоты до 400-500 км. Однако излучения радиационного пояса Земли представляют риск для космонавтов, осваивающих околоземное пространство.

Движущиеся электрические заряды служат одной из причин возникновения магнитного поля Земли. В свою очередь, изменяясь во времени, магнитное поле порождает вокруг себя электрическое поле (магнетизм).

Земля имеет постоянное магнитное поле, на которое накладываются периодические и случайные изменения. Полагают, что они обусловлены электрическими явлениями в атмосфере. Горизонтальная составляющая постоянного магнитного поля Земли имеет максимум у магнитного поля экватора (0,3-0,4 Э), а вертикальная - у магнитных полюсов (0,6-0,7 Э). Электромагнитное поле Земли представляет собой спектр электромагнитных «шумов» в широком диапазоне частот от 10 до 10 Гц.

Периодические изменения магнитного поля Земли могут быть связаны с солнечной активностью и иметь вековую, годовую, сезонную и суточную цикличность. Полусуточные колебания обусловлены влиянием Луны. Существуют также короткопериодные микропулъсации.

Переменные магнитные поля, возникающие вокруг Земли, получили название магнитных возмущений и магнитных бурь. Переменная часть магнитного поля создается токами, локализованными преимущественно в ионосфере. Внутриземные токи, также вносящие заметный вклад в переменное магнитное поле, имеют вторичный характер и обусловлены эффектами индукции и особенностями внутреннего строения Земли. Магнитные бури усиливают токи Земли. Они возникают в результате проникновения в атмосферу летящих от Солнца со скоростью 1000-3000 км/с заряженных частиц (корпускул). В периоды возмущений происходит глобальное возбуждение микропульсаций. Они могут регистрироваться десятки часов подряд по всему земному шару.

Кроме воздействий со стороны Солнца, магнитное поле Земли подвержено техногенным влияниям. Искусственный магнитный фон может во много раз превышать естественный. В связи с этим в настоящее время встает проблема дифференцировки геомагнитных эффектов и влияния искусственных электромагнитных полей.

Живые организмы обладают собственными магнитными полями. Они возникают благодаря электрической активности клеточных мембран нервной и мышечной ткани. Другим источником являются ферромагнитные микрочастицы, попавшие в организм. Полагают, что у человека скопления магнетита органического происхождения находятся в надпочечниках и в коре головного мозга. Дж. Беккер, изучая распределение поверхностных потенциалов у животных и человека, обнаружил отрицательные заряды на большей части тела и конечностях и положительные заряды в затылочной области головы и в начале позвоночного столба, то есть в районе головного и спинного мозга. Вся система рассматривается автором как медленная электромагнитная регуляция организма. Биомагнитное поле человеческого организма измеряется в теслах и нанотеслах.

Исследования показали, что появление реакций живых организмов на внешние естественные электромагнитные поля зависит не от величины воздействующей электромагнитной энергии, а от модуляционно временных параметров электромагнитных полей, а также от того, на какие системы организма осуществлялось воздействие. Большинство авторов полагает, что влияние электромагнитного поля на живой организм носит информационный характер.

В последние годы проведено немало исследований по изучению механизмов воздействия колебаний геомагнитного поля. При этом было обнаружено изменение прежде всего биохимических реакций. Полагают, что при воздействии сил электромагнитной природы в водных растворах образуются свободные радикалы, способные инициировать окислительные реакции. Кроме того, под влиянием электромагнитных полей меняются свойства самой воды, изменяется показатель ее преломления. Геомагнитные доля сказываются на конфигурации цепей биополимеров, разрушая слабые связи вторичных, третичных и четвертичных структур.

Было показано, что в механизм воздействия электромагнитных полей вовлекаются структуры на молекулярном, клеточном, тканевом и органном уровне.

Электромагнитные поля малой напряженности влияют на функциональное состояние организма. На них реагируют основные системы регуляции гомеостаза: центральная нервная система, эндокринная система, кровообращение, система крови. Изменяется метаболизм.

Результаты многочисленных исследований показали, что наиболее чувствительна к флюктуациям геомагнитного поля нервная система. Впервые на это обратил внимание А. Л. Чижевский (1973). Что касается механизмов подобных влияний, то электромагнитное поле изменяет проницаемость клеточных мембран. Оно воздействует на физические процессы межнейронального взаимодействия. Происходят сложные изменения корково-подкорковых взаимоотношений, сопровождающиеся активацией лимбических структур и подавлением восходящих активирующих влияний ретикулярной формации на кору головного мозга. Отмечено взаимодействие внешних электромагнитных полей с эндогенными того же диапазона частот, в частности - с биополями головного мозга. Геомагнитные возмущения влияют на биопотенциалы головного мозга спящего человека и уменьшают продолжительность сна. При длительном действии микроволновой радиации происходит дезинтеграция пространственно-дискретной структуры нейроритмов в системе регуляции функционального состояния мозга.

Во время геомагнитных бурь возрастает напряженность вегетативного регулирования. Электромагнитные поля различной интенсивности влияют на формирование условных рефлексов. Они вызывают нарушения адаптивного поведения. Страдают механизмы памяти, особенно кратковременной. Изменяется восприятие времени, объем и интенсивность внимания, увеличивается время простой двигательной реакции.

Естественные магнитные поля оказывают влияние на системы свертывания крови. Изменение СОЭ у здоровых людей происходит синфазно с изменением магнитного поля Земли. Этот показатель достоверно увеличивается в дни с повышенной напряженностью геомагнитного поля. От состояния геомагнитного поля зависит цитохимический статус лейкоцитов периферической крови, осмотическая стойкость эритроцитов и уровень реакции перикисного окисления липидов эритроцитов. При геомагнитном возмущении отмечена разобщенность между окислительными и гидролитическими процессами в лимфоцитах, что создает предпосылки для развития заболеваний.

Обнаружено, что электромагнитные свойства крови имеют существенное значение для гемодинамики. Если бы кровь не обладала магнитными свойствами, нагрузка на сердце значительно возросла бы. С вариациями геомагнитного поля коррелируют частота сердечных сокращений, артериальное давление, периферическое сопротивление сосудов. При возмущениях геомагнитного поля происходят нарушения мозгового кровообращения, изменяются показатели дыхательной и мышечной систем. Отмечены сдвиги в терморегуляции.

Необходимо обратить внимание на то, что естественное магнитное поле Земли, благодаря своему сенсорному действию на организм, поддерживает процессы жизнедеятельности. Искусственное ослабление влияния электромагнитного поля угнетает жизненные функции. И наоборот. При длительном пребывании в электромагнитном поле малой напряженности изменения в организме не ограничиваются функциональными сдвигами и переходят в патологические процессы. Снижается функциональный резерв тканей, что может сопровождаться деструктивными процессами в головном мозге, сердце, легких, печени, поджелудочной железе. Падает устойчивость организма к внешним воздействиям. Особенно отчетливо такие изменения происходят под влиянием искусственных электромагнитных полей, которые накладываются на естественные. В результате в организме возникает комплекс патологических отклонений, известный под названием «магнитной болезни».

Бурное развитие науки и техники в XX веке привело к созданию генераторов электромагнитных полей, которые широко используются в практике: промышленности, связи, военной сфере, радионавигации, здравоохранении, быту. Столь широкое их применение сопровождается прогрессирующим электромагнитным «загрязнением» окружающей среды, создающим угрозу здоровью населения. И действительно, всем известно о вреде многочасового просмотра телевизионных программ и беспрерывной работы за компьютером в течение рабочего дня.

В печати все чаще появляются статьи о нежелательных эффектах широкорекламируемых сотовых телефонов.

Например, шведскими учеными были представлены данные о влиянии радиотелефона на мозг животных. В течение двух лет подопытные крысы «пользовались» стандартным аппаратом системы 68М. В результате у животных был обнаружен статистически достоверный рост количества опухолей мозга. При контакте с радиотелефоном всего в течение 40 дней у крыс возникали биохимические изменения в клетках головного мозга.