Физиология адаптации

ФИЗИОЛОГИЯ АДАПТАЦИИ

Слово адаптация происходит от латинского “adaptacio”, обозначающее приспособление. Вся жизнь человека как здорового, так и больного сопровождается адаптацией. Адаптация имеет место к смене дня и ночи, времени года, изменения атмосферного давления, физических нагрузок, при длительных перелетах и смене климата.

В 1975 году на симпозиуме в Москве было принято следующее определение адаптации: адаптация - это процесс достижения устойчивости уровня активности механизмов управления функциональных систем, органов и тканей, который обеспечивает возможность длительной активной жизнедеятельности организма животного и человека в измененных условиях существования и способность к воспроизведению здорового потомства.

Всю сумму разнообразных воздействий на организм человека и животного принято делить на две категории: экстремальные и субэкстремальные. Воздействие экстремальных факторов несовместимо с жизнью, приспособление к ним невозможно. В условиях действия экстремальных факторов жизнь возможна только при наличии специальных средств жизнеобеспечения. Например, полет в космос возможен только в специальных космических кораблях, в которых поддерживается необходимое давление, температура и т.д. Адаптироваться к условиям космоса человек не может. Жизнь при действии субэкстремальных факторов факторов возможна за счет перестройки физиологически адаптивных механизмов, которыми располагает сам организм.

При чрезмерной силе и длительности действия раздражителя субэкстремальный фактор может превратиться в экстремальный.

Процесс приспособления во все времена существования человека играет решающую роль в сохранении человечества и развитии цивилизации. Адаптация к недостатку пищи и воды, холоду и жаре, физической и интеллектуальной нагрузке, социальная адаптация к друг другу и, наконец, адаптация к безвыходным стрессовым ситуациям, которая красной нитью проходит через жизнь каждого человека.

Существует генотипическая адаптация, когда на основе наследственности мутаций и естественного отбора происходит формирование современных видов животных и растений. Генотипическая адаптация стала основой эволюции потому, что ее достижения закреплены генетически и передаются по наследству.

Комплекс видовых наследственных признаков - генотип - становится пунктом следующего этапа адаптации, приобретаемой в процессе индивидуальной жизни. Эта индивидуальная или фенотипическая адаптация формируется в процессе взаимодействия особи с окружающей средой и обеспечивается глубокими структурными изменениями организма.

Фенотипическую адаптацию можно определить как развивающийся в ходе индивидуальной жизни процесс, в результате которого организм приобретает отсутствовавшую ранее устойчивость к определенному фактору внешней среды и таким образом получает возможность жить в условиях, ранее несовместимых с жизнью и решать задачи, ранее неразрешимые.

При первой встрече с новым фактором среды в организме нет готового, вполне сформированного механизма, обеспечивающего современное приспособление. Имеются только генетически детерминированные предпосылки для формирования такого механизма. Если фактор не подействовал, механизм остается несформированным. Иными словами, генетическая программа организма предусматривает не заранее сформировавшуюся адаптацию, а возможность ее реализации под влиянием среды. Это обеспечивает реализацию только тех адаптационных реакций, которые жизненно необходимы. В соответствие с этим следует считать выгодным для сохранения вида тот факт, что результаты фенотипической адаптации не передаются по наследству.

В быстро меняющейся среде следующее поколение каждого вида рискует встретиться с совершенно новыми условиями, в которых потребуется не специализированные реакции предков, а потенциальная, оставшаяся, до поры и времени неиспользованная возможность адаптации к широкому спектру факторов.

Срочная адаптация - немедленный ответ организма на действие внешнего фактора - осуществляется путем ухода от фактора (избегание) или мобилизацией функций, которые позволяют существовать, несмотря на действие фактора.

Долговременная адаптация – это постепенно развивающийся ответ организма на многократное или длительное действие внешнего фактора. Она обеспечивает осуществление реакций, которые ранее были невозможны в условиях, несовместимых с жизнью.

Развитие адаптации происходит через ряд фаз.

1. Начальная фаза адаптации. Она развивается в самом начале действия как физиологического, так и патогенного фактора. В первую очередь, при действии какого-либо фактора возникает ориентировочный рефлекс, который сопровождается торможением многих видов деятельности, проявлявшихся до этого момента. После торможения наблюдается реакции возбуждения. Возбуждение ЦНС сопровождается повышенной функцией эндокринной системы, особенно мозгового слоя надпочечников. При этом усиливаются функции кровообращения, дыхания и других систем, возрастают катаболические реакции. Однако, все процессы протекают в эту фазу не координировано, недостаточно синхронизировано, не экономно и характеризуются срочностью реакций. Чем сильнее факторы, действующие на организм, тем больше выражена эта фаза адаптации. Характерным для начальной фазы является эмоциональный компонент. Причем от силы эмоционального компонента зависит “запуск” вегетативных механизмов, которые опережают соматические.

2. Вторая фаза – переходная. Она проявляется начальной устойчивостью к субэкстремальному фактору. Эта фаза характеризуется уменьшением возбудимости ЦНС, снижением интенсивности гормональных сдвигов, выключением ряда органов и систем, первоначально включенных в реакцию. В ходе этой фазы приспособительные механизмы организма как бы постепенно переключаются на более глубокий, тканевый уровень. Эта фаза и сопровождающие ее процессы мало изучены.

3. Третья фаза - фаза устойчивой адаптации. Является собственно адаптацией (приспособлением) и характеризуется новым уровнем деятельности тканевых, мембранных, клеточных элементов, органов и систем организма, перестроившихся под прикрытием вспомогательных систем. Эти сдвиги обеспечивают новый уровень гомеостаза, адекватного организму и к другим неблагоприятным факторам. В этом случае развивается, так называемая, перекрестная адаптация. Переключение реактивности организма на новый уровень функционирования не дается организму “даром”, а протекает при напряжении управляющих и других систем. Это напряжение принято называть ценой адаптации. Любая активность адаптированного организма обходится ему много дороже, чем та же активность в нормальных условиях. Например, при физической нагрузке в горных условиях требуется на 25% больше энергии.

Поскольку фаза устойчивой адаптации связана с постоянным напряжением физиологических механизмов, функциональные резервы во многих случаях могут истощаться, причем наиболее истощаемым звеном являются гормональные механизмы. Вследствие истощения физиологических резервов и нарушения взаимодействия нейрогормональных и метаболических механизмов адаптации возникает состояние, которое получило название дезадаптация - эта фаза адаптации характеризуется теми же сдвигами, которые наблюдаются в фазе начальной адаптации. Вновь в состояние повышенной активности приходят вспомогательные системы - дыхание и кровообращение, энергия в организме тратиться неэкономно. Чаще всего дезадаптация возникает в тех случаях, когда функциональная активность в новых условиях чрезмерна или действие адаптогенных факторов усиливается и они по силе приближаются к экстремальным.

В случае прекращения действия фактора, вызывавшего процесс адаптации, организм постепенно начинает терять приобретенные адаптационные сдвиги. При повторном воздействии субэкстремального фактора способность организма к адаптации может быть повышена и характер адаптационным сдвигов при этом может быть более совершенным. Таким образом, мы можем говорить о том, что адаптационные механизмы обладают способностью к тренировке и поэтому прерывистое действие адаптогенных факторов является более благоприятным и обусловливает наиболее стойкую адаптацию.

Ключевым звеном механизма фенотипической адаптации является существующая в клетках взаимосвязь между функцией и генотипическим аппаратом. Через эту взаимосвязь функциональная нагрузка, вызванная действием факторов среды, а также прямое влияние гормонов и медиаторов приводят к увеличению синтеза нуклеиновых кислот и белков и как следствие к формированию структурного следа в системах специфически ответственных за адаптацию организма к данному конкретному фактору среды. В наибольшей мере при этом растет масса мембранных структур ответственных за восприятие клеткой управляющих сигналов, ионный транспорт, энергообеспечение, т.е. именно те структуры, которые имитируют функцию клетки в целом. Формирующийся в итоге системный след представляет собой комплекс структурных изменений, обеспечивающих расширение звена имитирующего функцию клеток и тем самым увеличивающий физиологическую мощность доминирующей функциональной системы, ответственной за адаптацию. После прекращения действия данного фактора среды на организм активность генетического аппарата в клетках, ответственных за адаптацию системы, довольно резко снижается и происходит исчезновение системного структурного следа.

Стресс

При действии чрезвычайных или патологических раздражителей приводящих к напряжению адаптационных механизмов, возникает состояние, называемое стрессом.

Термин стресс введен в медицинскую литературу в 1936 году Гансом Селье, который определил стресс как состояние организма, возникающее при предъявлении к нему любых требований. Различные раздражители придают стрессу свои особенности обусловленные возникновением специфических реакций на качественно различные воздействия.

В развитии стресса отмечаются три последовательно развивающиеся стадии.

1. Реакция тревоги (реакция мобилизации). Это аварийная фаза, для которой характерно нарушение гомеостаза, усиление процессов распада тканей (катаболизм). Об этом свидетельствует уменьшение общего веса и уменьшение некоторых органов и тканей (мышечной, тимуса и т.д.). Такая генерализованная мобильная адаптационная реакция не экономна, а лишь аварийная. Продукты распада тканей, видимо становятся строительным материалом для синтеза новых веществ, необходимых при формировании общей неспецифической устойчивости к повреждающему агенту.

2. Стадия резистентности. Характеризуется восстановлением и усилением анаболических реакций, направленных на образование органических веществ. Повышение уровня резистентности наблюдается не только к данному раздражителю, но и к любому другому. Этот феномен, как уже указывалось, получил название перекрестной резистентности.

3. Стадия истощения. Эта стадия характеризуется резким усилением обмена веществ в тканях. Эта стадия может наблюдаться сразу – в первую стадию адаптации, если имеет место чрезмерно сильное воздействие. Клинически общий адаптационный синдром проявляется гипертрофией коры надпочечников, атрофией тимико-лимфатической системы и кровоточащими язвами желудочно-кишечного тракта.

Более поздними работами Селье (1979) и его последователями установлено, что механизм реализации стресс-реакции запускается в гипоталамусе под влиянием нервных импульсов, поступающих из коры головного мозга, ретикулярной формации, лимбической системы. Происходит активация системы гипоталамус-гипофиз-кора надпочечников и возбуждается симпатическая нервная система. Наибольшее участие в реализации стресса принимают кортиколиберин, АКТГ, кортикостероиды, адреналин и др.

Гормонам, как известно, принадлежит ведущая роль в регуляции активности ферментов. Это имеет важное значение в условиях стресса, когда возникает необходимость в изменении качества какого-либо фермента или увеличении его количества, т. е. в адаптивном изменении обмена веществ. Установлено, например, что кортикостероиды могут влиять на все этапы синтеза и распада ферментов, обеспечивая тем самым “настройку” обменных процессов организма.

Основное направление действия этих гормонов заключается в срочной мобилизации энергетических и функциональных резервов организма. Причем, происходит направленная передача энергетических резервов организма в ответственную за адаптацию доминирующую функциональную систему, где формируется системный структурный след. При этом стрессовая реакция, с одной стороны, потенцирует формирование нового системного структурного следа и становление адаптации, а с другой - за счет своего катаболитического эффекта способствует “стиранию” старых, утративших биологическое значение структурных следов. Следовательно, эта реакция является необходимым звеном в целостном механизме адаптации организма в меняющейся среде обитания (перепрограммирует адаптационные возможности организма на решение новых задач).

Биологические ритмы

Колебания смены и интенсивности процессов и физиологических реакций, в основе которых лежат изменения метаболизма биологических систем, обусловленные влиянием внешних и внутренних факторов. К внешним факторам относятся изменение освещенности, температуры, магнитного поля, интенсивности космических излучений, сезонные и солнечно-лунные влияния и др. Внутренние факторы - это нейрогуморальные процессы, протекающие в определенном, наследственно закрепленном ритме и темпе. Частота биоритмов имеет размах от нескольких секунд до нескольких лет. Биологические ритмы, вызываемые внутренними факторами, сопровождаются изменением активности организма с периодом от 20 до 28 часов и называются околосуточными или циркадными. Если период ритмов совпадает с периодами геофизических циклов, а также близок им, их называют адаптивными или экологическими. К ним относятся суточные, приливные, лунные и сезонные ритмы. Если период ритмов не совпадает с периодическими изменениями геофизических факторов, их обозначают как функциональные (например, ритм сердечных сокращений, дыхания, циклы двигательной активности - ходьба).

По степени зависимости от внешних периодических процессов выделяют экзогенные (приобретенные) и эндогенные (привычные) ритмы.

Экзогенные ритмы обусловлены изменением факторов окружающей среды и могут исчезать при некоторых условиях (например, анабиоз при понижении внешней температуры). Приобретенные ритмы возникают в процессе индивидуального развития по типу условного рефлекса и сохраняется в течение определенного времени в постоянных условиях (например, изменения мышечной работоспособности в определенные часы суток).

Эндогенные ритмы являются врожденными, сохраняются в постоянных условиях среды и передаются по наследству (к ним относятся большинство функциональных и циркадных ритмов).

Для организма человека характерно повышение в дневные и снижение в ночные часы физиологических функций, обеспечивающих его физиологическую активность: частота сердечных сокращений, минутный объема крови, АД, температура тела, потребление кислорода, содержание сахара в крови, физическая и умственная работоспособности и т.д.