Экологическая физиология

Среди основных загрязнителей почвенной среды указывают па тяжелые металлы, радионуклиды, пестициды. Тяжелые металлы и радионуклиды представляют особую проблему, так как они характеризуются низкой миграционной способностью и могут образовывать комплексные и внутрикомплексные соединения с органическими веществами гумусовой и негумусовой природы. Поведение пестицидов в почве сложно и различно из-за их большого разнообразия. Для большинства из них почва служит накопительным резервуаром. Остатки пестицидов могут накапливаться в почвенных организмах, как и тяжелые металлы, и по пищевым цепям попадать в растения, зерно, в организм животных и человека. Пестициды загрязняют и водную среду в результате утечки с производств и смыва с полей.

Основными источниками загрязнения воды являются отходы промышленных предприятий, бытовые сточные воды, а также нефтепродукты и токсиканты. Основными загрязняющими веществами считают белки п продукты их гниения (индол, скатол), сахарозу (продукт целлюлозно-бумажной промышленности), синтетические детергенты, кислоты, щелочи, свинец, ртуть. Такое влияние на пресную воду приводит к эвтрофированию водоемов (цветению воды), и, соответственно, увеличению количества бактерий, общей деградации и непригодности воды для употребления. Поэтому в ряде стран уже ощущается недостаток в пресной воде.

Одной из наиболее острых проблем, особенно а индустриальных центрах, стало загрязнение воздушной среды. Так, ежегодно в атмосферу выбрасывается более 220 млн. тонн загрязняющих веществ. В больших городах атмосфера загрязнена частичками пыли, песка, дыма, копоти. Среди наиболее вредных химических поллютантов указывают на окислы серы (SO₂, SO₃), азота (NO₃, NO₂), окись углерода (СО), сероводород, озон, свинец, относящиеся к наиболее распространенным факторам риска на городских территориях, а также на некоторые другие вещества - ароматические амины, органические спирты, соли тяжелых металлов, являющиеся экологически значимыми в формировании патологий городского населения. Источниками атмосферных загрязнений являются промышленные предприятия, коммунально-бытовой сектор, автомобильный транспорт.

Загрязнение воздуха, почвы и вод не может не сказаться на состоянии организма человека, взаимодействующего с этими средами.

Факторы окружающей среды, воздействующие на человека, можно рассматривать как стимулы, на действие которых организм отвечает реакцией. В большинстве случаев общие физиологические реакции организма человека па загрязнение окружающей среды рассматриваются либо с учетом комплексного воздействия различных факторов, либо как ответ организма на действие определенных, химических веществ.

Проводилось достаточно много исследований, изучающих влияние на организм тех или иных вредных вешеств. Его начальные стадии довольно хорошо известны. Проникая в организм, ксенобиотики активно адсорбируются на поверхности клеток, транспортируются через клеточные мембраны, а затем аккумулируются в разных органах и тканях, оказывая воздействия на молекулярном, клеточном и тканевом уровнях. При непосредственном воздействии на организм токсичных веществ, содержащихся в воздухе, общую цепь событий можно представить следующим образом. Попадение веществ в организм приводит к мобилизации дыхательной системы, обеспечивающей активное выведение химических веществ. Если же концентрация воздействующих на организм химических веществ увеличивается, активация защитных механизмов происходит на фоне стресс-реализующей реакции адреналовой системы, а затем и без ее мобилизации. Следует отметить, что данные реакции организма на воздействие химических веществ изучались в условиях помещений, поэтому подобные изменения в организме людей, живущих на загрязненных территориях, выражены гораздо слабее, поскольку в атмосфере загрязняющие вещества рассеяны и их действие может зависеть от различных погодных условий и климатических факторов.

Продукты сгорания и выбросы выделяются в атмосферу в виде частиц и суспензий. В момент вдоха загрязняющие вещества поступают в организм через рот и нос. Газы (SO₂, NО₂, О₃, СО), чем менее растворимы, тем глубже проникают в организм. Некоторые газы (SО₂) адсорбируются на пылевых частицах и с ними попадают в дыхательные пути. Глубина проникновения твердых частиц зависит от их размера. Так, частицы пыли (более 10 мкм) задерживаются в полости носа и верхних дыхательных путях, а частицы размером от 3 до 10 мкм осаждаются на уровне трахеи и бронхов, еще более мелкие частицы достигают легочных альвеол. Эти частицы приводят к нарушению респираторных функций, поскольку вызывают раздражение слизистых верхних дыхательных путей и бронхов. Раздражение может спровоцировать выброс гистаминов, что в свою очередь приводит к сужению бронхов.

Одним из основных факторов физиологических сдвигов и структурных изменений в легких считают серную кислоту (Н₂SО₄). Полагают, что кислые аэрозоли осложняют функционирование дыхательных путей за счет ослабления буферных свойств слизи и абсорбции ею иона Н⁺. Закисление слизи, содержащей большие концентрации белков (и гликопротеидов), приводит к повышению ее вязкости, что влияет на функции легких. После насыщения слизи ионы Н⁺ реагируют с эпителием, повышая его проницаемость, что делает эпителий более чувствительным к воздействию инфекции. Суспензии твердых частиц, попадающие в глубокие отделы легких, оказывают цитотоксический эффект в системе аэроэпителиалыного барьера, вызывают гипоксию из-за образования НСО, к которой наиболее чувствительны сердце и головной мозг. Влияние Н₂SО₄ усиливается присутствием в атмосферном воздухе таких веществ, как SO₂, NО₂, О₂. Так, Н₂SО₄ вместе с SO₂ могут быстрее вызывать бронхоспазм и ухудшать проходимость дыхательных путей.

Неблагоприятный эффект на состояние здоровья человека оказывает и озон (О₃), образующийся в нижних слоях атмосферы под влиянием солнечного излучения из оксидов азота и углеводородов, выбрасываемых автотранспортом и промышленностью. Есть данные о том, что озон в концентрациях 400-500 частиц на миллиард вызывает воспалительные процессы, поражает слизистые дыхательных путей, что также ослабляет дыхательную функцию легких.

Вредные воздействия оказывают и другие загрязнители воздуха. Так, полициклические ароматические углеводороды способствуют развитию астматических приступов, отека легких, связывают гемоглобин в крови. Помимо этого они оказывают мутагенное и канцерогенное действие на организм. Свинец и его производные, проникая в кровь и костную ткань, включаются в процессы обмена и приводят к нарушению внутренней среды организма. Из-за сходства механизмов отложения и переноса, они влияют на внутриклеточные процессы, опосредованные ионами кальция. Кроме того, свинец понижает активность альвеолярных макрофагов легких и таким образом снижает защитные функции. Свинец вызывает функциональные половые расстройства, нарушая синтез и транспорт половых гормонов.

Общее воздействие загрязненного атмосферного воздуха проявляется в снижении неспецифической (клеточной и гуморальной) резистентности организма, ослаблении структурной целостности барьерных эпителиальных тканей из-за нарушения межклеточных контактов. Такое снижение защитных свойств организма ввиду угнетения иммунной системы и дезорганизации пограничных эпителиев влечет за собой нарушение взаимоотношений с микроокружением (микроорганизмами), что в свою очередь, усиливает биологические факторы риска. В связи с этим не вызывают удивления данные о росте заболеваемости па загрязненных территориях. Так, выявлена тесная зависимость между хроническими болезнями миндалин и загрязненностью воздуха (особенно в присутствии NО₂, и СО), распространенностью врожденных аномалий сосудов и сердца и содержанием пыли, SO ₂, фенола.

Находящиеся в воздухе, растительном покрове и почвенном слое тяжелые металлы проникают в организм через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожу. При этом они могут накапливаться в тканях организма, например, в фиброцитах. Это приводит к снижению эффективности защитных систем организма и нарушениям функций ферментных систем. Тяжелые металлы блокируют сульфогидрильные группы более 100 ферментов, наиболее существенно поражал ферменты, участвующие в энергетическом обмене. Такое блокирование суль-фогидрильных групп приводит к деформации липопротеидного каркаса мембран клеток и, как следствие - к нарушению гормональной регуляции из-за невозможности рецепции гормонов мембранами. Таким образом, развиваются различные аномальные и даже патологические состояния. Так, при очень высоком уровне поступления в организм железа, меди, цинка, кобальта, хрома кости становятся хрупкими, происходят болезненные изменения коронарных сосудов. Избыток никеля и кадмия способствует появлению кожных заболеваний и злокачественных новообразований. Помимо этого кадмий, накапливаясь в почках, вызывает потерю организмом кальция, то есть приводит к изменению обмена минеральных веществ. Наряду с этим имеются данные о наличии тесной связи между содержанием тяжелых металлов а объектах окружающей среды и частотой аллергических заболеваний, поскольку тяжелые металлы, например, хром, поступая в организм человека даже в минимальных концентрациях, оказывают иммунотропное влияние, на фоне которого происходит перестройка иммунной системы и формирование условий для развития гиперчувствительности к другим аллергенам.

Не менее опасные изменения могут вызывать и другие накапливающиеся в почве вредные вещества, особенно при их большом содержании. Так, по некоторым оценкам, ежегодно в мире от отравлений пестицидами страдает до 1 млн. человек. Острые отравления некоторыми пестицидами (фосфорорганическими, карбонатными) могут проявляться в изменениях со стороны деятельности центральной нервной системы, свидетельствующих об угнетении холинэстеразы в рецепторах. Превышение предельно допустимых концентраций нитратов и нит-розосоединений в почве отдельных регионов служит причиной развития метгемоглобинемии.

Попадая в воду, азотистые соединения превращаются в канцерогенные М-нитрозамины, повышение содержания которых в воде, вместе с другими токсикантами, служит причиной роста онкологических заболеваний. В общем, с антропогенным загрязнением водной среды, особенно источников пресной воды, связывают возможности как специфического, так и неспецифического влияния вод на состояние здоровья человека, которое нередко выражается в снижении защитных функций организма к воздействиям физических и биологических факторов, а также б развитии аллергических состояний.

В заключение следует отметить, что вышеописанные изменения в организме могут иметь разную степень проявления в зависимости от общего комплекса факторов, действующих на человека в данных условиях. Коль скоро эти факторы и степень их влияния различны на разных территориях (в городских агломерациях, небольших поселках, деревнях и т. д.), то адаптивные изменения там будут иметь свои особенности.

4.2 Адаптация к городским и сельским условиям

Рост численности населения, развитие промышленности, науки и техники привели к значительной концентрации населения на отдельных территориях. Многие когда-то незначительные поселения превратились в мегаполисы с сильно измененными условиями среды обитания. Учитывая большую концентрацию людей на ограниченном пространстве, создается ряд биологически и социально аномальных условий существования человека.

Так, в условиях крупных городов имеют место частичная изоляция от экологически значимых факторов окружающей среды (смены освещенности, перепадов температур, изменений магнитного поля Земли, солнечных воздействий) и создание искусственных условий существования (поддержание определенных температурных условий в помещениях, освещение лампами дневного света и т.п.), которые вызывают частичный сенсорный голод в сочетании с перегрузкой информацией. В узком диапазоне частот оказываются перегруженными слуховой и зрительный анализаторы, при этом поле зрения обычно ограничено, а информационный поток монотонен и поступает со скоростью, часто превышающей способность восприятия. Наряду с этим характерна недогрузка вкусового, тактильного, обонятельного и температурного анализаторов.

Созданные искусственно условия обитания сказываются на функционировании и изменениях состояния различных систем организма.

Высокая комнатная температура, в сочетании с относительно низкой влажностью, сушит слизистую носа и тем самым снижает ее защитные свойства., способствует нарушению ионного равновесия с преобладанием положительных ионов, которые заставляют тромбоциты крови высвобождать серотонин - вещество гормональной природы, считающееся пусковым механизмом болезненных состояний.

В городских условиях нарушена естественная синхронизация светового дня и активности человека. Она сдвинута в сторону темной части суток. Несоответствие между суточными фазами интенсивности поглощения кислорода и его потребностью при напряженной работе могут быть одной из причин возникновения гипоксических состояний и дегенеративных заболеваний. Поскольку суточная десинхронизация физиологических процессов требует напряжения адаптационных механизмов, происходит истощение приспособительных возможностей организма.

Двигательный режим городских жителей построен так, что периоды гиподинамии сменяются интенсивными пиковыми нагрузками, которые способны привести сердечно-сосудистую систему к декомпенсированному состоянию.

Таким образом, неравномерная загрузки анализаторов, нарушение естественных биологических ритмов, неравномерное изменение, большей частью снижение, двигательной активности вызывают нарушение координации вегетативных функций, что лежит в основе повышения заболеваемости.

На распространенность и рост в городах болезней, особенно неспецифических хронических заболеваний органов дыхания, аллергических заболеваний, болезней эндокринной системы, нервной системы, желудочно-кишечного тракта влияет загрязненность атмосферного воздуха. Причем большое воздействие на организм оказывает кумулятивный эффект поллютантов. Например, СО и NО₂, СО и серный ангидрид, СО и SО₂ вместе дают более выраженный гипотензивный эффект, чем каждый в отдельности, а в сочетании с некоторыми физическими факторами, такими как шум, электромагнитные излучения, они могут вызывать брадикардию, ухудшение функций внешнего дыхания и системы кровообращения. В целом, загрязнение атмосферного воздуха в городах оксидом углерода, сернистым газом, оксидами азота, сероуглеродом, формальдегидом и другими взвешенными веществами, в сочетании с некоторыми физическими факторами (городской шум, электромагнитные поля коротковолнового и ультракоротковолнового диапазона), оказывает на население неблагоприятное воздействие, проявляющееся в снижении артериального давления, уменьшении систолического и минутного объема кровообращения, снижении показателей жизненной емкости легких, увеличении частоты дыхания, снижении умственной работоспособности.

Обращает на себя внимание и психосоциальная сторона адаптации к городским условиям. Невозможность реализации естественных желаний и мотивов из-за строгой регламентации образа жизни ведет к перенапряжению тормозных процессов, ах истощению и нервным срывам, которые сказываются и на функционировании других систем организма. Исследования показывают, что частота заболеваний сердечно-сосудистой системы, а также значения показателей кровеносной системы (частота сердечных сокращений после физической нагрузки, показатель гематокрита, диастолическое артериальное давление) относительно массы тела и жизненной емкости легких всегда выше у жителей более индустриально развитых территорий.

По сравнению с жителями промышленных регионов, население сельских местностей оказывается в относительно более благополучном экологическом положении. Сельская местность н гораздо большей степени сохраняет особенности естественного ландшафта с его микроклиматическими условиями, и в настоящее время часто служит последним пристанищем для остатков дикой флоры и фауны. Поэтому влияние факторов измененной природной среды на человека в сельских условиях во много раз слабее, чем в городских.

В отличие от города информационный поток поступает через различные анализаторные системы (зрительную, слуховую, обонятельную, тактильную), не перенагружая какую-либо одну из них. При этом не слишком быстрая скорость поступления информации обеспечивает ее нормальное восприятие, а сама информация большей частью нейтральна или эмоционально положительна.

Традиционный уклад и образ жизни в сельских районах также откладывает определенный отпечаток на состояние организма. Сельские жители в большей степени согласовывают свою активность со светлыми периодами суток в течение года. Начало трудовой деятельности приурочено к началу светового дня. В более светлые, длиннодневные летние месяцы трудовая активность выше, чем в более короткодневные зимние месяцы. Образ жизни сельских жителей, часто характеризующийся неудовлетворительными коммунально-бытовыми условиями, предопределяет постоянное присутствие физического труда, что препятствует развитию гиподинамии и других болезненных состояний.

Таким образом, несмотря на негативное влияние некоторых факторов, как, например, чрезмерное использование пестицидов, гербицидов, удобрений в сельском хозяйстве, значительные физические нагрузки, несоблюдение многих санитарно-гигиенических норм, в областях с традиционным жизненным укладом стабильная, медленно и предсказуемо меняющаяся структура общества защищает его членов от разных форм «социального» стресса. В то же время, усиливающаяся из-за ухудшения социально-экономической ситуации в сельских регионах миграция населения в города означает для мигрантов практически полный и быстрый разрыв с привычной средой обитания, который создает для новоселов из сельской местности стрессовую ситуацию, вызывающую постоянное перенапряжение индивидуальных механизмов адаптации. Это, в свою очередь, затрудняет социальную интеграцию, а также выражается в негативных последствиях для организма, которые могут привести и к неблагоприятным соматическим изменениям.

Изменения отражаются не только на индивидуальном, но и на популяционном уровне. Отличные от групп с традиционным укладом, процессы роста, развития и воспроизводства населения большого города ведут к дестабилизации урбопопуляции, проявляющейся в ухудшении физического развития молодежи, акселерации роста и развития, росте заболеваемости и увеличении наследственных заболеваний. Однако коренное население больших городов характеризуется выраженной морфологической специфичностью и большой межгрупповой изменчивостью, что свидетельствует о достаточной стабильности его генетической структуры. При этом генетическая компонента становится ведущей в формировании структуры населения. Это подтверждается некоторыми исследованиями, обнаружившими высокие показатели селективного действия отбора против лип, страдающих сердечно-сосудистыми, онкологическими и легочными заболеваниями. Данные этих исследований показывают, что на более жесткое давление среды население отвечает усилением внутренней скорости естественного роста и чистотой репродуктивной скорости, что связано с необходимостью сохранения структуры популяции.

Тем не менее, существует мнение, что демографические процессы свидетельствуют об исчерпании адаптационного потенциала жителей регионов с высокой плотностью населения и концентрацией промышленных предприятий.

4.3 Демографические процессы

Гигантский прирост населения планеты, наряду с совершенствованием техники и связанным с ростом благосостояния людей, увеличением их социальных запросов и потребностей - одна из главных причин углубления глобального экологического кризиса. Первоначально рост численности людей шел медленно: 10 тысяч лет назад все население Земли составляло 8 млн. человек, а в первый год после Рождества Христова - уже 300 млн. человек; в 1800 году численность населения достигла 1 млрд. человек, 2 млрд. - через 130 лет, 3 млрд. - через 30 лет (1960), 4 млрд. - через 15 лет (1975), 5 млрд. - в 1987 году. В настоящее время, учитывая ежегодный прирост населения в 90 млн. человек, полагают, что численность населения в период с 1990 по 2025 увеличится на 3,2 млрд. человек, и таким образом составит 9-10 млрд. человек.

При этом почти 80% населения планеты и подавляющая часть прироста мирового населения приходятся на развивающиеся страны. К ним же будет относиться и основное количество деторождении, 95%-98%. Поэтому уже имеющиеся данные показывают, что в процентном соотношении количество населения, проживающего в развитых странах, снизилось до 16% (33% в 1950 году), а население, например, Африки, возросло до 19%, тогда как в 1950 году оно составляло 9%. Однако в целом наблюдающееся в ряде стран увеличение продолжительности жизни, с которым связывают демографический взрыв, имеет свой предел и, при тенденции снижения рождаемости, возможно, что темпы прироста населения снизятся, начиная с середины 21 века.

Этот процесс становится тем более вероятным с усилением загрязнения окружающей среды, так как загрязнение, несмотря на немаловажную роль социально-экономических причин, выступает как основной фактор, влияющий не только на биологические, но и на основные демографические параметры, такие как смертность и рождаемость. Так, по результатам ряда исследований установлена зависимость между качеством окружающей среды, в частности загрязнением атмосферы, и некоторыми демографическими параметрами (смертность, детская смертность, число переселившихся в другие районы по состоянию здоровья, процент недоношенных детей, частота выкидышей, число абортов и др.). Например, на территории Киевской области установлено снижение коэффициента рождаемости более, чем на четверть, в то время как смертность в период за 1975-1992 годы возросла на 22,5%. Помимо этого особо отмечается влияние загрязненной среды обитания на рост детской смертности и числа недоношенных детей.

4.4 Адаптация к различным видам трудовой деятельности. Характеристика основных типов работы

В социальном аспекте под работой понимают любую деятельность человека, осуществляемую в рамках определенной профессии, при этом работа выступает как основа существования человеческого общества.

По характеру выполняемой человеком нагрузки различают два основных типа работы: физическую и умственную. Физическую работу, в свою очередь, разделяют на динамическую и статическую, а в умственной выделяют мыслительный и эмоциональный компоненты. Кроме того, трудовые процессы по физиологическим критериям можно подразделять на: а) преимущественно физическую работу; б) преимущественно умственную работу, требующую напряжения внимания, активации процессов мышления и других психических функций; в) работу, сопровождающуюся выраженным нервно-психическим, эмоциональным напряжением.

Деление работы на преимущественно умственную и преимущественно физическую весьма условно, поскольку, выполняя физическую работу, человек всегда в определенной степени загружен умственной деятельностью, а с развитием производства и технологий эта грань еще больше стирается, происходит увеличение доли умственного труда в профессиональной деятельности. Любая профессиональная физическая и умственная деятельность сопровождается определенной степенью нервно-психического, эмоционального напряжения, однако и у физической, и у умственной работы есть свои отличия к характерные особенности в энергетическом, функциональном, информационном плане.

Физическая работа.

Как уже упоминалось, физическая работа представляет собой сочетание статической и динамической работы. Статическая работа осуществляется, когда в длительном напряжении находится группа мышц для поддержания центра тяжести в том или ином положении к поверхности опоры, при продолжительном сидении, при поддержании на весу всей или части работающей конечности. Статическая работа может быть постуральной - при сохранении определенной позы тела, и поддерживающей - при удержании предметов. Во время статической работы имеет место изометрическое мышечное напряжение. При статическом усилии с точки зрения физики внешняя механическая работа отсутствует, результирующего действия нет, имеет место лишь изменение в прилагаемой силе. Однако, в физиологическом смысле при статических усилиях работа налицо. Она характеризуется теми активными физиологическими процессами, которые протекают в нервно-мышечном аппарате и центральной нервной системе и обеспечивают поддержание напряженного состояния мышц. Отмечают, что именно при изометрической активности, характерной для статической работы, повышается обратная кинестетическая связь, когда работающий получает больше информации от ощущения того, что он делает, чем от наблюдения результатов своего труда. В эффекторных органах также происходит ряд изменений: во время не очень интенсивной статической работы кровоток в мускулатуре нарастает, но при большой интенсивности внутримышечное давление затрудняет кровоток вплоть до его остановки. Обусловленный лактатом метаболический ацидоз вызывает дополнительную стимуляцию дыхания, которая еще более усиливается при затрудняющем дыхание рефлекторном сокращении брюшных мышц, возникающем при статической работе. Во время статической работы повышается обмен веществ, увеличивается расход энергии, быстро наступает утомление, которое часто обусловлено именно статическим компонентом работы.

Динамическая работа, в отличие от статической, связана с перемещением тела в пространстве. При динамической работе мышцы сокращаются изотонически, при этом мышечные волокна движутся во взаимодействии, что способствует снабжению тканей кислородом и удалению из них продуктов обмена. Динамическая работа может быть охарактеризована по величине, интенсивности или мощности в механических единицах. При статической работе расходуемая энергия не превращается в механическую работу, а теряется в виде тепла, в то время как при динамической работе энергия тратится как на поддержание напряжения в мышцах, так и на механический эффект работы.

Функциональная система, ответственная за адаптацию к физической работе, включает в себя: афферентное звено - рецепторы, центральное регуляторное звено - центры нейрогуморальной регуляции па разных уровнях ЦНС, эффекторное звено - скелетные мышцы, органы дыхания, кровообращения. Физическая активность вызывает быстрые адаптационные сдвиги в работе ряда систем органов, таких как мышечная, сердечно-сосудистая, дыхательная. В ответ на сигнал о необходимости совершения мышечной работы (сигнал о физической нагрузке), нейрогенное звено управления включает двигательную реакцию, и вызывает мобилизацию кровообращения, дыхания и других компонентов функциональной системы организма, обеспечивающей выполнение такой работы.

В эффекторном звене происходят следующие изменения: 1) в мышечной системе постепенно усиливается кровоток, возрастает доля энергии, получаемой за счет анаэробного метаболизма, особенно при тяжелой работе; 2) в сердечно-сосудистой системе возрастает частота сокращений сердце (при легкой работе она достигает стационарного состояния, а при тяжелой - увеличивается по мере утомления до максимума и дольше восстанавливается), возрастает систолическое давление, диастолическое давление изменяется незначительно; 3) в дыхательной системе в зависимости от нагрузки возрастает потребление кислорода, пропорционально которому увеличивается минутный объем дыхания. Происходят также изменения биохимических показателей крови, наблюдаются сдвиги в обмене веществ и терморегуляции. Одновременно происходит активация гипоталамо-гипофизарной адренокортикальной и симпато-адреналовой системы - гормональное звено управления адаптационным процессом. Это звено обусловливает возникновение стресс-реакции организма, потенцирует мобилизацию и работу органов и тканей функциональной системы на клеточном и молекулярном уровне.

Как уже упоминалось, Ф. З. Меерсон выделяет три основные стадии адаптационного процесса - стадию срочной адаптации, стадию долговременной адаптации и стадию устойчивой адаптации, па которой завершается формирование комплекса структурных изменений, развивающихся в системе, ответственной за адаптацию - «структурного системного следа». Согласно Ф. З. Меерсону, «структурный системный след», сформировавшийся в результате адаптации к физическим нагрузкам, характеризуется следующими чертами: 1) изменение аппарата нейрогуморальной регуляции на всех его уровнях, выражающееся в формировании устойчивого условно-рефлекторного динамического стереотипа, увеличении фонда двигательных навыков, установлении на основе условно-рефлекторных связей устойчивой координации между циклами двигательной реакции и дыханием, легочным кровотоком и вентиляцией различных отделов легких; 2) увеличение мощности и экономичности функционирования двигательного аппарата в результате структурных изменений в аппарате управления мышечной работой на уровне ЦНС, создающих возможность мобилизовать большее число моторных единиц при нагрузке, и совершенствовать межмышечную координацию; 3) увеличение мощности и экономичности функционирования аппарата внешнего дыхания и кровообращения, происходящее в результате ряда последовательных изменений - гипертрофии, увеличения скорости и амплитуды сокращений дыхательных мышц, увеличения объема вдоха, жизненной емкости легких, коэффициента утилизации кислорода, повышения кислородной емкости крови и способности тканей утилизировать кислород, оптимизации регуляции дыхания; 4) структурные изменения в сердце, благодаря которым сердце приобретает большую максимальную скорость сокращения и расслабления, обеспечивает больший максимальный минутный объем. Следует отметить, что процесс адаптации к физическим нагрузкам, как и вообще к любой деятельности, носит длительный характер.

Таким образом, физическая работа сопровождается выраженными адаптивными сдвигами со стороны функций, обеспечивающих выполнение организмом этой работы. Степень функциональных сдвигов отражает тяжесть и интенсивность физической работы. Многообразие изменений характеризует закономерности функционирования организма как единого целого и включает непосредственные реакции обеспечения функциональной нагрузки, компенсационные и мобилизационные реакции. Все эти реакции не возникают одновременно и не развертываются в одном и том же направлении.

В литературе приводятся разные определения работоспособности, в которых под работоспособностью понимаются потенциальные возможности человека выполнять максимальное количество работы за определенный промежуток времени, не причиняя ущерба здоровью. При более детальном подходе считают, что понятие работоспособности должно включать в себя как предельные возможности выполнения какой-либо деятельности, так и активационные возможности мобилизации функций, подразумевающие волевое усилие. Кроме зтых двух составляющих считают необходимым учесть в определении физиологическую стоимость работы и отдаленные последствия физиологических изменений, возникающих в результате работы и сказывающихся на способности к ее выполнению. Тогда работоспособность можно определить как величину функциональных резервов организма, которые без вреда для состояния здоровья могут, при условии высокого уровня мотивации, быть реализованы в некоторый объем определенной работы заданного качества.

Как величину, физическую работоспособность можно охарактеризовать при помощи различных показателей, которые разделяют на две группы - показатели энергетического обеспечения рабочей деятельности человека и показатели состояния активационных процессов, от которых зависит реализация в ходе деятельности потенциальных возможностей человека. Первая группа показателей позволяет оценить состояние большинства вегетативных функций организма, определяющих течение обменных процессов в тканях. Наиболее широко используют показатели состояния дыхательной и сердечно-сосудистой систем, поскольку им принадлежит важная роль в обеспечении физической работоспособности, а также некоторые биохимические характеристики крови и мочи. Так, из объективных показателей сердечно-сосудистой системы анализируются изменения частоты пульса, ударного объема сердца (количество крови, поступающей в большой круг кровообращения при каждом сокращении сердца), минутного объема (произведение ударного объема на число ударов сердца в минуту), величины артериального давления, а из показателей дыхательной системы наибольшее значение имеют частота дыхания, минутный объем дыхания - величина легочной вентиляции в минуту.

Уровень работоспособности зависит от многих причин, таких как индивидуальные возможности и навыки человека, детерминируемые разнообразными эндогенными и экзогенными факторами, состояние здоровья, тренированности и т. п. Так, при тяжелом физическом труде и в спорте работоспособность обусловлена степенью физического развития конституционных особенностей организма, которые определяются генетически закрепленными половыми и возрастными различиями.

Естественно, физическая работоспособность имеет определенные пределы. Ее основными физиологическими ограничителями являются энергетические резервы в мышцах, снабжение мышц кислородом и характер протекания окислительных процессов, способность организма к терморегуляции. Помимо этого мотивация, уровень активации и эмоционального напряжения определяют ту часть функциональных резервов, которая, при определенном волевом усилии, будет затрачена на выполнение деятельности. В свою очередь, деятельность, изменяя функциональное состояние работающего, сама обусловливает работоспособность,

Известно также, что работоспособность меняется а зависимости от возраста. Так, повышение показателей работоспособности идет в среднем до 16 лет у девушек и до 20-22 лет у юношей, а падение физической работоспособности происходит равномерно, начинаясь с 25 лет. При этом работоспособность людей разного возраста зависит от типа работ. Так, молодые люди достаточно легко выполняют кратковременные, быстрые силовые напряжения. Но там, где требуется физическая выдержка, люди более старшего возраста имеют преимущества. Хотя в пожилом возрасте понижается способность к приспособлению и тренировке, уменьшается подвижность нервных процессов, снижение физической силы и производительности может компенсироваться опытом и рациональными приемами работы.

Меняется работоспособность и периодически - в течение года, недели, суток. Такие годичные и суточные циклы изменения работоспособности связаны с наличием соответствующих физиологических ритмов, обусловленных закономерной сменой времен года и частей суток.

Изменяясь в течение дня, работоспособность проходит через ряд фаз. Вначале имеет место фаза мобилизации - в ее основе лежат адаптационно-трофические влияния симпатической нервной системы. В это время организм мобилизуется еще до начала работы: условно-рефлекторно повышается тонус ДНО, усиливается функциональная активность ряда органов и систем, непосредственно выражаясь в некотором возрастании силы сердечных сокращений, подъеме максимального артериального давления, усилении и углублении дыхания. Субъективным выражением этой фазы можно считать внутреннюю собранность, обдумывание особенностей предстоящей работы. Вторая фаза, фаза срабатывания (иногда ее разделяют на две - фазу первичной реакции и фазу гиперкомпенсации), это - приспособление функций и систем организма к наиболее оптимальному режиму деятельности. В начальный период фазы срабатывания происходит небольшое снижение показателей функционального состояния, физиологически обусловленное внешним торможением в результате изменения характера раздражителей ЦНС. Затем происходит приспособление человека к наиболее экономному, оптимальному режиму выполнения конкретной работы. В этой фазе организм реагирует на данную величину нагрузки с большей силой, чем это необходимо. Например, в двигательных реакциях участвует больше функциональных мышечных единиц. Внешним проявлением фазы срабатывания является начальное повышение всех показателей функционального состояния систем, обеспечивающих работу. Вслед за фазой врабатывания идет фаза компенсации, когда происходит установление наиболее оптимального режима работы органов и систем организма, вырабатывается определенная стабилизация показателей. Для этой фазы характерны оптимальный физиологический уровень активности систем и органов, стабильные показатели функционального состояния, максимальная эффективность труда. Однако эта наиболее продуктивная фаза работоспособности длится не очень долго, поскольку начинается развитие утомления, и фаза компенсации сменяется фазой утомления (подразделяемой некоторыми авторами на фазы субкомпенсации и декомпенсации). Иногда выделяют еще один период работоспособности - фазу конечного порыва, связанную с воздействием положительного эмоционального фона, и представляющую собой специфическое состояние срочной мобилизации через вторую сигнальную систему всех дополнительных резервных сил организма.

В конкретных условиях производственной деятельности (или в эксперименте) кривая текущей работоспособности не всегда имеет типичную форму. Продолжительность, чередование, степень выраженности периодов определяются воздействием множества факторов и могут варьировать вплоть до полного выпадения некоторых из них. Поэтому, для удовлетворительной оценки работоспособности и утомления, следует учитывать и эффективность работы, и состояние психических и физиологических функций, и субъективные данные.

Истинное увеличение работоспособности может быть достигнуто только тренировкой, рациональным режимом организации деятельности, соблюдением гигиенических норм. Большая роль в повышении работоспособности принадлежит физическому развитию и физической подготовке. Влияние физического развития и тренировок на работоспособность осуществляется многими путями, связанными с повышением резистентности организма к неблагоприятным факторам среды, с созданием в организме оптимального функционального фона, способствующего улучшению работоспособности, с развитием сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем организма, обусловливающих возможность длительной деятельности.

Наибольший эффект от физических упражнений обычно наблюдается при систематических занятиях различными видами спорта. Эти занятия способствуют как увеличению функциональных возможностей нервной системы, двигательного аппарата, систем вегетативных органов и улучшению работоспособности, так и повышению неспецифической устойчивости организма к различным неблагоприятным воздействиям. Часто и регулярно проводимые мышечные упражнения улучшают регуляцию ЦНС, физиологических функций двигательного аппарата, сердечно-сосудистой, дыхательной, эндокринной, выделительной и других систем. Физические упражнения способствуют поддержанию высокого уровня резервной щелочности крови, содействуют сохранению особых, специфических свойств мышц, приобретаемых в результате систематической мышечной работы.

Другие мероприятия по улучшению работоспособности дают лишь кажущееся повышение уровня работоспособности за счет мобилизации резервов, защищенных вегетативной нервной системой. Эту защиту можно преодолеть при особой мотивации, в экстренных ситуациях, под действием фармакологических препаратов. Такие биологически активные вещества влияют на организм неодинаково: их действие зависит от вида физической нагрузки, курсового или однократного введения, а также может давать побочные эффекты. При этом результаты некоторых исследований отмечают эффективное действие веществ растительного происхождения и витаминно-минеральных комплексов.

Фармакологические средства повышения работоспособности обычно разделяют на четыре основные группы: 1) истощающего (мобилизующего) действия; 2) неистощающего (экономизирующего, метаболического действия); 3) смешанного действия; 4) оказывающие вторичное положительное влияние на работоспособность путем частичного устранения снижающих работоспособность симптомов. Наибольшее практическое значение имеют препараты первой и второй групп.

К препаратам первой группы относятся психомоторные стимуляторы: сиднокарб, фенамин, кофеин. Для этих препаратов характерна активация медиаторного звена с быстрой мобилизацией функциональных резервов организма для энергетического обеспечения выполняемой деятельности. Однако применение таких препаратов ограничено из-за ряда недостатков, среди которых выделяют высокую степень индивидуальной вариабельности действия, зависимость эффекта от степени утомления, необходимость длительного отдыха после применения препаратов, избыточную активацию симпатической нервной системы.

К препаратам второго типа относятся актопротекторы (бемитил, томерзол, яктон), стероидные и нестероидные анаболики, адаптогены (препараты растительного происхождения: элеутерококка, женьшеня), повышающие неспецифическую резистентность организма к широкому спектру стрессовых воздействий, энергетические соединения и субстраты (витамины, аминокислоты, макроэргические соединения). Препараты второй группы имеют метаболический механизм действия, они не вызывают истощения резервных возможностей организма и могут применяться в течение длительного времени.

Исходя из механизмов развития утомления и снижения работоспособности оптимальным является применение препаратов метаболического действия. Основными путями фармакологической коррекции работоспособности при длительной физической нагрузке умеренной интенсивности могут стать: активация глюконеогенеза, активация проникновения глюкозы в клетку и прохождения неэтерифицированных жирных кислот в митохондрии, борьба с лактацидемией и ацидозом, восполнение дефицита субстратов и электролитов, поддержание сопряжения процессов окисления и фосфорилирования.

Умственная работа.

Умственный труд сопряжен с работой корковых структур полушарий головного мозга. В умственном труде преобладает информационный компонент, но важна и психическая составляющая. Для умственного труда особую роль играют две группы психических явлений: психические процессы, включающие такие важные функции, как внимание, память, эмоции и другие, а также психические свойства личности работающего, его индивидуально-типологические особенности, интересы, способности. В умственном труде большую роль играют такие элементы психической деятельности, как психические акты, связанные со зрительным и слуховым восприятием, волевые, сенсо-моторные акты. Все виды умственного труда включают высшие психические функции внимания и памяти, а сам процесс умственного труда состоит из трех основных компонентов: вое приятия, переработки информации и принятия решений.

Умственная деятельность характеризуется значительным разнообразием, но учитывая специфику умственного труда, при котором мозг является не только регулирующим, но и работающим органом, влияние умственной работы прежде всего будет сказываться на функциональном состоянии ЦНС. Первичные функциональные изменения при умственном труде в организме обнаруживаются в процессах нервной регуляции, прежде всего в динамике изменений высшей нервной деятельности. Протекание психических процессов сопровождается активацией соответствующей функциональной системы. Так, во время умственной деятельности процессы активации развиваются во многих зонах мозга, захватывая и левое, и правое полушария. При различных видах деятельности (перцептивной, моторной и т.п.) в разных областях коры развиваются локальные процессы активации.

Умственная деятельность у человека сопровождается изменениями функционального состояния различных органов и систем организма. Умственная работа связана с деятельностью нервных клеток головного мозга, которая сопровождается усилением расхода энергии. Но это не всегда отражается на общем энергетическом балансе организма. Экспериментально установлено незначительное повышение показателей газообмена при умственной работе.

Умственная деятельность отражается на определенных нейродинамических, нейрофизиологических состояниях головного мозга. Эти состояния могут выражаться в виде усиления кровоснабжения мозга, повышения энергетического обмена нервных клеток, изменения показателей биоэлектрической активности мозга. Любая умственная деятельность сопровождается нервно-психическим напряжением, поскольку информация несет не только осведомляющую, но и большую эмоциональную нагрузку. Умственная работа, связанная с нервно-эмоциональным напряжением, вызывает повышение активности симпатико-адрено-медуллярной, гипоталамо-гипофизарной и адрено-кортикальной систем, поскольку эти системы играют ведущую роль в механизмах эмоций. Повышение их активности проявляется в усилении секреции катехоламинов и глюкокортикоидов. Поэтому нервно-психическое напряжение сопровождается усилением деятельности сердечно сосудистой системы и дыхания, повышением тонуса мускулатуры, энергетического обмена. Таким образом, повышение суммарных затрат у человека при умственной деятельности определяется степенью нервно-психической напряженности. Обычные показатели, характеризующие функциональное состояние отдельных систем организма (сердечно-сосудистой, дыхательной, ЦНС) не отражают интенсивности умственной работы человека.

Кратковременная интенсивная умственная работа вызывает учащение сердечных сокращений, длительная работа - их замедление. При умственном труде может незначительно повышаться кровяное давление, увеличивается кровенаполнение головного мозга, усиливается электрическая активность мышц, отражающая напряжение скелетной мускулатуры. Различно выраженные сдвиги вегетативных функций при умственной работе могут быть объяснены различным эмоциональным напряжением человека, связанным с условиями работы. Реакции со стороны вегетативных функций при нервно-психическом эмоциональном напряжении аналогичны реакциям, сопровождающим физическую работу (тахикардия, повышение кровяного давления, изменение ЭКГ, увеличение легочной вентиляции, потребления кислорода, повышение температуры тела и другие). При умственной работе, сопровождающейся нервно-психическим, эмоциональным напряжением, вегетативные сдвиги не носят специфических, черт, по сравнению с. физической работой, они различаются количественными характеристиками. Следовательно, отличительные особенности умственной и физической работы находятся преимущественно в сфере изменений нейрофизиологических и психических процессов.

К умственному труду принято относить работы, требующие преимущественного напряжения ЦНС, психических функций и эмоциональной сферы, при небольшом компоненте мышечной деятельности. С учетом психофизиологических особенностей выделяют следующие группы умственного труда: 1) труд с преимущественным напряжением мыслительных процессов, при которых работы выполняются по заранее разработанному алгоритму. К этой группе относятся такие профессии, как, например, инженер, экономист, канцелярский работник; 2) управленческий труд, характеризующийся нерегулярностью нагрузок, необходимостью принятия нестандартных решений, возможностью возникновения конфликтных ситуаций. В такой тип труда включают труд руководящих работников, преподавателей; 3) творческий труд, для которого характерно создание новых алгоритмом деятельности, а также присутствие повышенного нервно-эмоционального напряжения. Таким трудом занимаются научные работники, общественно-политические деятели, деятели культуры и искусства; 4) операторский труд; 5) труд учащихся, отличающийся особым напряжением внимания и памяти, высокими нервно-эмоциональны ми нагрузками.

А. С. Егоров и В. П. Загрядский так характеризуют основные типы умственного труда: 1) сенсорный тип - прием информации по одним каналам связи в передача ее в практически неизмененном виде по другим каналам; 2) сенсомоторный тип - прием информации главным образом директивного характера, выработка стандартного ответа. При преимущественно сенсорном виде к человеку поступает большое количество сигналов, каждый из которых несет небольшую часть информации. В ответ человек производит стандартное моторное действие («да-нет») (пример - водитель машины и другие). При преимущественно моторном виде к человеку поступает последовательная цепь сигналов или имеется уже заранее заданная последовательность действии, в ответ на которые производится большое количество статических или динамических реакций, часто автоматизированного характера; 3) логический тип - прием информации, ее переработка, выработка решений. Для этого типа характерно большое число логических условий, и его можно подразделить на следующие подтипы: а) со стандартным видом деятельности - работа ограничена определенным кругом заранее известных логических условий, в ответ на которые вырабатываются стандартные реакция; б) с нестандартным видом деятельности - имеется большое количество логических условий, которые не всегда могут быть заранее предусмотрены, введение которых нарушает обычную последовательность действий; в) преимущественно с эвристической деятельностью - процесс творческого мышления, позволяющий находить оптимальные решения из ряда логически обусловленных вариантов (поиск основан на сложных ассоциациях, связанных с опытом, знаниями, с типологическими особенностями нервной системы человека).

Процесс адаптации к умственной деятельности имеет свои особенности. Умственный труд отличается нагрузкой на высшие психические функции (память, внимание, мышление), высокими нервно-эмоциональными нагрузками, ограниченным двигательным режимом. Часто информационная и семантическая структура деятельности вплотную приближается к возможности человека по осуществлению операций переработки информации или даже превосходит ее, что в конечном итоге ведет к развитию состояния напряженности, когда, нарушается адекватность степени мобилизации функций выполняемой деятельности. Так, в умственном труде часто объем информации, подлежащей переработке, превосходит пропускную способность отдельных звеньев функциональной системы. Большой объем алфавита или сложность кода переработки информации создают высокую нагрузку на центральные звенья функциональных систем, что может проявляться в напряжении отдельных психофизиологических функций. Степень активации отдельных структур функциональных систем в основном обусловливается возникновением эмоциональных реакций, которые могут быть зарегистрированы по изменениям эндокринных функций, деятельности сердечно-сосудистой системы и т.д.