Понятие о биоадаптации

Биологиче­ским системам на различных уровнях организации свойственна адаптация. Под адаптацией понимается процесс приспособления к условиям среды. Все живые существа и их сообщества при­способлены к географическим, физиче­ским, химическим и биологическим ус­ловиям среды.

Наличие в живой природе адаптации было известно уже давно. В XVIII в. господствовало представление об изна­чальной целесообразности, вложенной в организмы сверхъестественными си­лами. Учение об изначальной целесо­образности было опровергнуто лишь во второй половине XIX в. эволюционной теорией Дарвина. Адаптация не есть заранее данное организму свойство, она возникает и развивается на основе наследственной программы организма и свойства изменчивости под влиянием естественного отбора. В результате от­бора в каждой среде обитания выживали только те формы организмов, генотип которых обеспечивал существование и оставление потомков в данных конкрет­ных условиях. Так появилась приспо­собленность организмов к существова­нию, например, в горах, пустынях или океане, в полярных или экваториальных широтах.

С другой стороны, обитание в любых условиях связано с колебаниями фак­торов окружающей среды на протяже­нии индивидуальной жизни особи. Генотипически обусловлено, что все орга­низмы имеют адаптивные возможности изменяться в определенных преде­лах, приноравливаться к колеблющим­ся факторам среды, как правило, со­храняя постоянство гомеостаза. Часто адаптивные возможности в процессе индивидуальной жизни возрастают бла­годаря тренировке.

В основе адаптации на клеточном, органном и организменном уровнях ле­жат явления раздражимости с харак­терными для нее адекватными ответ­ными реакциями. Без адаптивных реакций невозможна жизнь.

На клеточном уровне адаптация к повреждающим факторам проявляет­ся изменением порога чувствительно­сти и метаболизма, например, при воз­растании функциональной активности ускоряется биосинтез АТФ. На орган­ном уровне повышенная нагрузка ве­дет к гипертрофии интенсивно функци­онирующих органов и тканей. На ор­ганизменном уровне при резком изме­нении окружающей среды адаптации позволяют выжить в результате пере­стройки физиологических функций и поведения. Они направлены на под­держание гомеостаза.

При резком ухудшении условий су­ществования (низкая температура, от­сутствие достаточной влажности) неко­торые организмы переходят в особое состояние анабиоза (гр. ana—вновь, bios—жизнь). При этом жизненные процессы временно прекращаются или эни настолько замедлены, что видимые проявления жизни отсутствуют. При наступлении благоприятных условий происходит восстановление нормаль­ного уровня жизнедеятельности. Явле­ние анабиоза встречается в различных формах у многих организмов.

Физиологическая адаптация у выс­ших организмов.

У высших организ­мов, особенно у млекопитающих и че­ловека, важнейшую роль в процессах адаптации играют нервные механизмы, гипоталамо-гипофизарная и симпатико-адреналовая системы.

При физиологической адаптации на­блюдается совокупность реакций, способствующих приспособлению организ­ма к изменению окружающих условий и направленных на сохранение гомео­стаза. В результате повышается устой­чивость организма к низкой и высокой температуре, изменениям давления, увеличенной физической нагрузке и другим факторам. При действии значи­тельных по силе и продолжительности раздражителей в организме возникает комплекс неспецифических реакций — так называемый общий адаптационный синдром. Понятие об адаптационном синдроме и учение о стрессе (англ. stress — напряжение) было разрабо­тано канадским эндокринологом Г. Селье в 1936 г. Факторы, вызывающие развитие этих реакций, могут быть раз­личными: мышечное и нервное перена­пряжение, эмоциональное возбуждение, травма, инфекция, высокая или низ­кая температура. Каждое из этих воз­действий вызывает специфическую от­ветную реакцию и, кроме того, неспе­цифический стереотипный ответ в виде стресса.

Селье, описавший эту реакцию, счи­тал, что реакция эндокринных желез является автономной. В действительно­сти начальный этап включения адапта­ционных механизмов связан с нервной системой — возбуждением ее симпати­ческого отдела. Адаптационное трофи­ческое значение симпатической нерв­ной системы в защитных реакциях организма было установлено совет­ским физиологом академиком Л. А. Орбели.

В развитии реакции стресса имеются три стадии: в первой стадии «тревоги» — происходит раздражение рецепторов, возбуждается симпатико-адреналовая система, усиливается выделение адре­налина мозговым веществом надпочечников. Это сразу же оказывает мощ­ное действие на организм: повышается уровень сахара в крови, усиливаются и учащаются сокращения сердца, воз­растает артериальное давление. Все это способствует повышению активных двигательных реакций, дает возмож­ность интенсивной деятельности.

Вторая стадия стрессорной реак­ции — стадия резистентности отно­сительно устойчивого приспособления. Адреналин, действуя через гипотала­мус, стимулирует выработку специ­альными клетками нейрогормона (ли-берина). Этот нейрогормон влияет на переднюю долю гипофиза, которая вы­деляет адренокортикотропный гормон (АКЛТ) и усиливает продукцию гор­монов коры надпочечников, повышаю­щих устойчивость организма к дейст­вию стрессорных раздражителей: акти­визируются обменные процессы, моби­лизуется жир из жировых депо, в кро­ви нарастает содержание аминокислот и глюкозы.

Третья стадия — истощения— насту­пает в тех случаях, когда напряжение настолько велико, что, несмотря на гипертрофию, кора надпочечников не в состоянии дать необходимое количе­ство гормона. Это может привести к смерти. Адаптационный синдром яв­ляется физиологической мерой против возникновения болезни.

Биологические ритмы.

Живые орга­низмы существуют в пространстве и времени, которые с точки зрения диа­лектического материализма являются объективными реальными формами бы­тия. Окружающая нас неживая при­рода ритмична: смена дня и ночи, вре­мен года связана с основными ритмами Земли — ее вращением вокруг своей оси и вокруг Солнца. Живые организ­мы зависят от этих ритмов; в течение сотен миллионов лет эволюции шел про­цесс приспособления к ним, вырабаты­вались ритмичные процессы жизнедея­тельности — биоритмы. Изучением их занимается хронобиология (гр. chronos - время). В изучение биологических рит­мов большой вклад внесли отечествен­ные ученые. Над проблемой восприя­тия времени животными и человеком работали И. П. Павлов, В. М. Бехтерев, С. С. Корсаков. Экологические и физиологические стороны ритмических процессов изучал А. Д. Слоним. Роль биоритмов в регуляции функций орга­низма и их изменения в условиях кос­мического полета изучались В. В. Ла­риным и его сотрудниками.

Биоритмы — результат естественно­го отбора. В борьбе за существование выживали лишь те организмы, которые могли воспринимать время и реагиро­вать на него. В результате постепенно выработался эндогенный ритм орга­низма, синхронный с периодическими процессами внешней среды. Наиболее изучены суточные ритмы (24-часовые) и околосуточные, или циркадные (от 20 до 28 часов; лат. circa — вокруг, около, dias — день).

Периодическим колебаниям в течение суток подвергается большинство физиологических процессов у человека. Из­вестно около 300 функций, имеющих суточную периодичность. Разные функ­ции организма имеют неодинаковый ритм интенсивности. Время, на кото­рое приходится максимум величины процесса, называют акрофазой суточ­ного ритма. Знание этих периодов име­ет большое значение для теории и прак­тики медицины. Еще до систематиче­ского изучения биоритмов в клиниче­ской практике было установлено, что температура тела человека ритмично изменяется в течение суток: в дневные часы она повышена (максимальное зна­чение — в 18 ч.), ночью снижается. Самый низкий уровень между 1 ч но­чи и 5 ч утра, амплитуда колебаний составляет 0,6—1,3°.

Хотя современный человек создал вокруг себя искусственную темпера­турную среду, но температура его тела в течение суток колеблется, как и мно­го лет назад. Дело в том, что темпера­тура тела зависит от скорости протека­ния биохимических процессов. В днев­ное время обмен веществ идет более ин­тенсивно, и это определяет большую активность человека. Суточный ритм температуры тела является очень проч­ным стереотипом. Однако в экстремаль­ных условиях герметичности и малоподвижности (длительное пребывание в изолированной камере с искусственной атмосферой) происходит извраще­ние суточной температурной кривой.

Появление суточного ритма темпе­ратуры тела, позволяющего чередовать степень активности, было одним из важнейших факторов в эволюции жи­вотного мира. Ритмичные суточные ко­лебания испытывает и артериальное давление: днем оно выше, а ночью снижается. При патологии отмеча­ется нарушение многих ритмов. На­пример, у больных гипертонической болезнью в ночное время происходит не снижение, а наоборот, повышение артериального давления, что приво­дит к ухудшению их состояния.

В течение суток меняется интенсив­ность митотического процесса: наиболь­шая скорость деления клеток в утрен­нее время; ночью она снижается. Рано утром (около 5 ч) отмечается наиболь­шая активность делений в костном моз­ге. Активность в почечных клубочках наиболее интенсивна между 3 ч ночи и 6 ч утра. У большинства людей наивысшая биоэлектрическая активность мозга наблюдается утром (с 8 до 12 ч) и вечером (между 17 и 19 ч). Однако есть индивидуумы, у которых наибо­лее высокая работоспособность при­ходится на вечерние и более поздние часы (особенно при умственном труде).

Количество кровяных пластинок в периферической крови у человека умень­шается ночью и увеличивается в утрен­ние и дневные часы. Установлено, что свертываемость крови выше в днев­ные часы. Отмечена периодичность содержания адреналина в крови: его уровень наиболее высок утром и сни­жается до минимума к 18 ч. Как вид­но из приведенных примеров, интенсив­ность большинства физиологических процессов повышается утром и пони­жается ночью. Данные по суточной пе­риодичности активности различных си­стем человека необходимо учитывать з клинике (время суток для проведения операций, назначение сильно действующих лекарственных веществ).

Кроме суточных выделяют и дли­тельные биоритмы: лунно-месячный ритм (28 суток), который наиболее выражен у обитателей моря. У человека этому ритму следует менструальный цикл у женщин (продолжительность беременности в акушерстве измеряют лунными месяцами).

В организме животных и человека наблюдаются и сезонные колебания, связанные с увеличением светового дня весной и уменьшением его осенью и зи­мой. Биоэлектрическая активность моз­га и мышечной системы выше весной и в летний период и понижается зимой. Изменение длины светового дня явля­ется важным фактором, позволяющим организму перестраивать свою деятель­ность, это осуществляется при участии гипоталамо-гипофизарной системы.

Перерезка зрительных путей у жи­вотных нарушает многие биоритмы, связанные с фотопериодизмом. У боль­шинства животных время размноже­ния приурочено к весенне-летнему сезону, когда наиболее благоприятные условия для выращивания потомства.

Полагают, что рассогласование не­которых биоритмов и изменение фотопериодизма в осеннее и весеннее вре­мя года является одной из вероятных причин обострения хронических забо­леваний органов дыхания, сердечно-со­судистой системы. Так, описана сезон­ная динамика обострений туберкулеза, гипертонической болезни, ревматизма. Трансмиссивные заболевания челове­ка имеют выраженную сезонную зависимость, связанную с периодами раз­множения членистоногих — переносчи­ков возбудителей заболеваний (клещи, комары, москиты, др.).

В середине прошлого века было уста­новлено, что изменения солнечной активности происходят периодически, причем длина среднего периода состав­ляет 11,1 года. Наблюдения за числом солнечных пятен и их площадью ведутся уже около 200 лет. При увеличении числа этих пятен, представляющих со­бой возмущенные участки, или активные области Солнца, на Землю посту­пают мощные потоки излучения, кото­рые оказывают влияние на ее магнитное поле и ионосферу.

Ритмические изменения солнечной ак­тивности оказывают влияние на живые организмы, изменяют их реактивность и функциональное состояние различ­ных систем. Советский ученый А. Л. Чижевский еще в 20-х годах этого века показал вероятность связи распространения некоторых инфекционных забо­леваний с уровнем солнечной радиации. Некоторые исследователи получили данные, что число больных, поступаю­щих в психиатрические клиники, резко возрастает в дни усиленной солнеч­ной активности. Клиницисты отмечают увеличение частоты сердечно-сосуди-:тых заболеваний и осложнений во вре­мя наибольшей активности Солнца (Гневышев, Сосунов, 1966). Одной из причин этого может быть происходящая в такие периоды активация свертываю­щей системы крови. По данным работы скорой помощи в Ленинграде и Сверд­ловске, в дни повышенной активности Солнца число инфарктов миокарда и приступов стенокардии на 20 % боль­ше (Куприянович, 1976). Установле­ние таких гелиобиологических связей было сделано на основе изучения как кратковременных (27-дневных), так и 11-летних циклов солнечной активно­сти. В настоящее время под руководст­вом Института кардиологии АМН СССР проводится работа по изучению влия­ния на организм человека гелиофизических и метеорологических факторов и разрабатываются профилактические мероприятия.

Обнаружены и более длительные цик­лы солнечной активности (80—90 лет, 600—800 лет). В конце XIX — начале XX вв. чешский психолог Г. Свобода и немецкий врач В. Флейс высказали гипотезу, что у каждого человека с мо­мента рождения имеются три цикла, связанные с физиологической активно­стью (23 дня), эмоциональной (28 дней) и интеллектуальной (33 дня). Посереди­не каждого цикла имеется критиче­ский, или нулевой, день. Первая поло­вина цикла, предшествующая этому дню, считается положительным перио­дом (подъем работоспособности, физи­ческого, эмоционального и интеллек­туального состояния). Вторая полови­на — отрицательный период, в течение которого состояние ухудшено.

Имеются наблюдения, что в нулевые дни физического цикла чаще происхо­дят несчастные случаи, в нулевые дни эмоционального цикла — эмоциональные срывы, интеллектуального — ухудшение умственной работы. Совпа­дение всех критических дней бывает один раз в году. Гипотеза о наличии стабильных биоритмов с момента рож­дения человека с интервалами 23, 28, 33 дня поддерживается рядом исследо­вателей. Однако она не нашла всеоб­щего признания. Высказывается кри­тическая точка зрения по поводу фатального влияния нулевых дней на ор­ганизм человека, системы которого об­ладают большим диапазоном приспосо­бительных возможностей, обеспечива­ющих сохранение гомеостаза. Вопрос о наличии и значении этих циклов нуж­дается в дальнейшем изучении.

Многие животные и человек имеют способность воспринимать время, про­водить как бы внутренний отсчет вре­мени. Это можно наблюдать и в обы­денной жизни (пробуждение почти в точно назначенное время). У собак удается вырабатывать условные реф­лексы на время, они способны опреде­лять различные интервалы, измеряемые секундами и минутами. Оказалось, что после разрушения одного участка моз­га (гиппокампа) эти рефлексы исчезают и животные не могут различать даже такие интервалы, как 30 и 300 секунд. На состояние других условных реф­лексов эта операция не повлияла. Предполагают, что этот древний участок мозга может участвовать в отсчете вре­мени. Нейроны гиппокампа отличают­ся способностью к очень длительным следовым реакциям.

Русский психиатр С. С. Корсаков в 1887 г. описал психопатологический синдром у больных хроническим алко­голизмом: потеря больными способно­сти к временной ориентации. Они не могут выполнять ритмические пробы, у них не вырабатываются условные рефлексы на время, хотя формальное значение времени сохраняется (они знают количество минут в часе, секунд в минуте). Имеются данные о пораже­нии у таких больных ядер, образую­щих стенку третьего желудочка и в об­ласти гиппокампа. Известно описание больного, у которого имелось двухстороннеее поражение области гиппокампа. Все события текущего года, дня мгновенно стирались в его памяти, он даже не помнил того, что сделал или сказал несколько минут назад. Каждый день бесследно исчезал из его памяти.

Кроме центральных механизмов вре­менной ориентации имеются и клеточ­ные; предполагают, что они связаны с периодическими процессами, происхо­дящими в мембранах клетки.

У человека наряду с биологическими факторами большое влияние на био­ритмы оказывают социальные факторы, трудовой распорядок. Перестройка рит­мов, связанная с изменением режима труда и отдыха, наблюдалась при дли­тельном пребывании в искусственно изолированной среде (сурдокамере). Пересечение нескольких часовых поясов на самолете нарушает естественную периодичность биоритмов организма. Наблюдается дезадаптация, нарушение сна и бодрствования, снижение работоспособности. Приспособление к новым условиям длится несколько дней; это следует учитывать при длительных перелетах.

Последнее время считается более це­лесообразным рекомендовать отдых и лечение выздоравливающих больных (в частности, при сердечно-сосудистой патологии) в санаториях этого же ре­гиона. Это диктуется тем, что прибыв­ший из другого часового пояса человек первые несколько дней (7—10) нахо­дится в состоянии десинхроноза, то же наблюдается при возвращении — пере­стройка биоритмов в обратном порядке.

Достижения хронобиологии начина­ют использоваться на практике. Учет особенностей биоритмов необходим для составления рационального режима труда и отдыха у представителей ряда профессий: рабочих ночных смен, пило­тов, космонавтов. Значение биоритмов, связанных с сезонными и гелиофизиче-гкими циклами активности, должно 5ыть использовано в профилактической медицине в борьбе за здоровье челозека.

Поиск по сайту: