абота 1. Исследование физиологических механизмов адаптации организма к низким температурам.

сновная часть.

еоретический раздел.

рганизм и внешняя среда.

Целостный организм неразрывно связан с окружающей его внешней средой, и поэтому, как писал еще И. М. Сеченов [http://www.bibliotekar.ru/447/4.htm], в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него. Физиология целостного организма изучает не только внутренние механизмы саморегуляции физиологических процессов, но и механизмы, обеспечивающие непрерывное взаимодействие и неразрывное единство организма с окружающей средой. Непременным условием и проявлением такого единства является адаптация организма к данным условиям. Однако понятие адаптации имеет и более широкий смысл и значение.

Адаптация - процесс приспособления строения и функций организмов (особей, популяций, видов) и их органов к условиям среды. Этим термином пользуются для характеристики широкого круга приспособительных процессов: от адаптивного синтеза белков в клетке и адаптации рецепторов к длительно действующему раздражителю до социальной адаптации человека и адаптации народов к определенным климатическим условиям. На уровне организма человека под адаптацией понимают его приспособление к постоянно меняющимся условиям существования.

Организм человека адаптирован к адекватным условиям среды в результате длительной эволюции и онтогенеза, создания и совершенствования в ходе их адаптивных механизмов (адаптогенез) в ответ на выраженные и достаточно длительные изменения окружающей среды. К одним факторам внешней среды организм адаптирован полностью, к другим — частично, к третьим — не может адаптироваться из-за их крайней экстремальности. В этих условиях человек погибает без специальных средств жизнеобеспечения (например, в космосе без скафандра вне космического корабля). К менее жестким — субэкстремальным влияниям человек может адаптироваться, однако длительное нахождение человека в субэкстремальных условиях ведет к перенапряжению адаптационных механизмов, болезням, а иногда и смерти.

Типы адаптации:

Различают многие виды адаптации. Физиологической адаптацией называют достижение устойчивого уровня активности организма и его частей, при котором возможна длительная активная деятельность организма, включая трудовую активность в измененных условиях существования (в том числе социальных) и способность воспроизведения здорового потомства. Физиология исследует формирование и механизмы индивидуальной адаптации.

Различные люди с разной скоростью и полнотой адаптируются к одним и тем же условиям среды. Скорость и полнота адаптации обусловлена состоянием здоровья, эмоциональной устойчивостью, физической тренированностью, типологическими особенностями, полом, возрастом конкретного человека.

Адаптационные реакции также делят на общие, или неспецифические, происходящие под влиянием практически любого достаточно сильного или длительного стимула и сопровождающиеся однотипными сдвигами функций организма, систем и органов в ответ на различные по характеру воздействия. И частные, или специфические, проявляющиеся в зависимости от характера и свойств воздействующего фактора или их комплекса.

Неспецифический ответ организма на любое интенсивное воздействие на него Г. Селье [http://big-archive.ru] назвал стрессом (напряжение, давление), а вызывающий его фактор — стрессором. По Селье, общий адаптационный синдром как ответная реакция на стрессор включает в себя усиление деятельности гипоталамуса, гипофиза с увеличением продукции АКТГ, гипертрофию коры надпочечников, атрофия вилочковой железы, изъязвление слизистой оболочки желудка. В дальнейшем были доказаны участие в стрессорной реакции практически всего организма и ведущая роль в этом центральной нервной системы.

В общем адаптационном синдроме Г. Селье выделил три фазы изменения уровня сопротивления организма стрессору: 1) реакция тревоги, когда сопротивление снижалось; 2) фаза повышенного сопротивления; 3) фаза истощения механизмов сопротивления. В повседневной жизни встречаются все эти фазы реакций организма — ощущение трудности перенесения сложной ситуации, «втягивание» — привыкание к ней, затем ощущение невозможности дальнейшего нахождения в этой ситуации, острая потребность выхода из нее.

Каждая реакция адаптации имеет некую «стоимость», за которую «платит» организм затратой веществ, энергии, различных резервов, в том числе защитных. Истощение этих резервов приводит к фазе дизадаптации, для которой характерны состояние сдвигов гомеостаза, мобилизация вспомогательных физиологических систем, неэкономная трата энергии.

Если организм возвращается к исходным условиям, то он постепенно утрачивает приобретенную адаптацию, т. е. реадаптируется к исходным условиям. Повторная адаптация возможна. Если организм вновь окажется в неких условиях, к которым он был адаптирован. При этом в одних случаях способность к повторной адаптации может быть повышена, в других — понижена в зависимости от истощенности или тренированности механизмов адаптации. Тренировка механизмов адаптации благоприятна для мобильности и стойкости адаптации. Готовность к адаптации и ее эффективность динамичны и зависят от многих факторов, в числе которых состояние здоровья, рациональное питание, режим сна и бодрствования, труда и отдыха, физическая активность и тренировка, закаливание, адаптирующие лекарственные средства (адаптогены), воздействие гипоксии.

Описанные фазы неспецифической адаптации характеризуют активность адаптационных реакций, которые должны быть дополнены еще и адаптивным поведением, целью которых является ускорение адаптации и уменьшение отрицательных влияний адаптогенных факторов.

Существует и пассивная форма адаптации по принципу «экономии активности», которая проявляется в гипореактивности или ареактивности. Ее выражением может быть такое общее состояние организма, как сон. Физиологический сон выступает в роли экономизирующего энергетические затраты фактора, «охранительное» его значение отмечал И.П.Павлов [http://arsob.narod.ru]. Известно лечебное применение различных видов сна.

Ареактивность может быть результатом снижения реактивности рецепторов (адаптация рецепторов), торможения центральной части рефлекторной дуги. В механизме адаптации может принять участие и эффекторный компонент, когда с помощью различных механизмов снижается интенсивность или исключаются реакции эффекторов — органов-исполнителей.

Климат проявляется в погоде. Ее явления могут вызвать в организме как слабые, благоприятные раздражения, так и сильные — вредные, способствующие обострению болезни или замедляющие выздоровление.

Однако надо иметь в виду, что реакции организма на погоду зависят не только от интенсивности климатических раздражителей, но и от состояния организма: не все люди одинаково реагируют на одни и те же раздражители. Тепло, холод, ветер, свет, барометрические колебания, электрическое состояние атмосферы, окружающая природа - могут у одних людей вызывать повышение работоспособности всех органов и систем, а у других — отсутствуют реакции даже на довольно сильные раздражения, у третьих возникают отрицательные реакции: ухудшение деятельности организма и состояния всех органов и систем. Климат, в отличие от других курортных факторов, которые используются в виде повторных кратковременных воздействий на организм, является постоянной средой, в которой больной находится длительное время. Переход больного от привычных климатических условий к новым всегда сопровождается общей и местной реакцией. Поэтому проходит 3—5 дней, прежде чем приехавшие на курорт, как принято говорить, «акклиматизируются», то есть их организм привыкнет к деятельности в новых условиях.

Огромное участие в этих процессах принимают зрение, слух и обоняние. Раздражения с нервных окончаний кожи и слизистых оболочек передаются по нервным путям в высшие отделы нервной системы — к головному мозгу, к коре головного мозга, а отсюда уже поступают сигналы по другим нервным путям во все органы и системы организма. Эти раздражения через нервные пути вызывают общие, а затем и местные реакции со стороны различных органов.

Нередко головная боль, общая слабость и вялость, боль в пояснице, суставах, в области сердца бывают обусловлены нарушением кровообращения, вызванного сменой погоды. Состояние многих больных может ухудшаться и при резких снижениях барометрического давления.

Влияние температуры окружающей среды на организм связано с процессами терморегуляции, то есть правильным и равномерным распределением тепла.

Как известно, температура тела у любого здорового человека всегда постоянна — 36—37°. Эта температура не зависит от погоды, времени года, температуры воздуха, одежды человека. Постоянство температуры обеспечивает беспрерывная деятельность нервной системы. Она регулирует тепло работой различных органов и систем. Повышение температуры тела свидетельствует о том, что какой-то орган, выделяя излишнее тепло, работает неправильно, является симптомом болезни организма.

При воздействии на человека крайних температур воды, воздуха и солнца может наступить перегревание или переохлаждение организма, то есть нарушение регуляции тепла. В это время организм уменьшает или увеличивает отдачу тепла. Процесс непрерывного выведения организмом тепла носит название теплоотдачи.

Тепловая энергия в организме образуется при окислении пищевых веществ в клетках-теплопродукции. При воздействии разнообразных температур на организм меняется тепловой баланс тела и разность между теплоотдачей и теплопродукцией.

Таким образом, если температура тела является величиной постоянной, то величины теплоотдачи и теплопродукции меняются в зависимости от воздействия окружающей среды и тренированности организма.

При длительном и чрезмерном охлаждении способность организма к терморегуляции может иссякнуть; наступают разнообразные осложнения: простуда, нарушение кровообращения и т. д.

Именно этим целям служат солнечные ванны, разумеется, правильно дозируемые.

Об адаптированности организма человека к новым условиям свидетельствуют восстановление полноценной физической и умственной работоспособности; достаточно совершенная адаптированность к временным факторам; нормальный иммунный статус организма человека; воспроизведение здорового потомства; устойчивый уровень активности реакций и взаимодействия функциональных систем.

В развитии большинства адаптации прослеживается два этапа: начальный — «срочная» адаптация, и последующий — «долговременная» адаптация. «Срочная» адаптационная реакция развивается сразу с началом действия стрессора на основе готовых физиологических механизмов. Например, увеличение теплопродукции в ответ на холодовое воздействие или повышение легочной вентиляции при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе и т. д. «Срочная» адаптация мобилизует функциональные резервы и часто в неполной мере обеспечивает адаптационный эффект.

«Долговременная» адаптационная реакция развивается постепенно в результате длительного или многократного действия на организм факторов внешней среды. Эта адаптация происходит на основе многократной «срочной» адаптации. В итоге накопления структурных и функциональных изменений организм приобретает новое качество — из неадаптированного превращается в адаптированный. Именно переход от «срочной» адаптации к «долговременной» делает возможной стабильную жизнь организма в новых условиях.

Адаптации значительно отличаются у разных людей скоростью и выраженностью в зависимости от индивидуальных особенностей каждого человека.

На основании результатов исследования адаптации лиц, переселяющихся в район Сибири и Крайнего Севера, выявлены следующие конституционные типы: «спринтеры», «стайеры» и «миксты» (смешанный тип).

Организм «спринтера» способен осуществлять мощные физиологические реакции с высокой степенью надежности в ответ на действие значительных, но кратковременных факторов внешней среды. Высокий уровень надежности физиологических реакций может поддерживаться лишь относительно короткий срок. «Спринтеры» мало приспособлены к выдерживанию длительных и менее интенсивных нагрузок.

«Стайер» менее приспособлен к переносимости мощных кратковременных нагрузок. Однако после кратковременной перестройки его организм способен выдерживать продолжительные равномерные воздействия факторов внешней среды. Промежуточные варианты конституционных типов названы «микстами»

«Спринтеры» и «стайеры» различаются по ряду конституциональных, физиологических и биохимических показателей, а также заболеваемостью. В целом цикл адаптивной перестройки в новой экологической и климатической зоне с субэкстремальными условиями у людей длится 2—3 года. Это относительно короткий срок — у других биологических видов эквивалентные перестройки требуют смены нескольких поколений.

В настоящее время установлены и научно обоснованы и другие механизмы гомеостаза, обеспечивающие адаптацию организма к экстремальным факторам внешней среды. Это и наследственность, и иммунобиологическая реактивность — важное свойство организма, позволяющее посредством лимфоцитов отличать «свое» и «чужое» в организме и бороться с «чужим» (этот механизм гомеостаза важен в условиях гор для защиты от инфекционных и гнойно-восполительных заболеваний), и другие.

Физиологическим процессам, развивающимся под воздействием повреждающего агента (гипоксия и другие экстремальные факторы горной среды), присущи как общие закономерности — общая неспецифическая реакция организма, или стресс-реакция, так и специфические черты, обусловленные своеобразием действия раздражителя. Стресс-реакция, как впервые показал Г. Селье, представляет собой адаптивный механизм восстановления гомеостаза при воздействии необычных, экстремальных факторов. Однако эта реакция наряду с защитной и адаптивной ролью (стадия тревоги, устойчивости) может быть и причиной развития болезней (стадия истощения) в том случае, если воздействие повреждающего агента достаточно сильно и продолжительно. Это подтверждают наблюдаемые ежегодно случаи заболевания альпинистов в горах, порой с летальным (смертельным) исходом.

Реакция организма на низкое парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе определяется четырьмя факторами: внезапностью возникновения кислородного голодания, т. е. скоростью его развития; степенью кислородного голодания; его продолжительностью и физическим состоянием организма.

«Адаптация к высоте — физиологический процесс приспособления организма человека и животных к условиям существования и актив­ной деятельности при пониженном парциальном давлении кислорода во вдыхаемом воздухе. Адаптацию к высоте в естественных условиях высокогорья правильнее называть акклиматизацией»

Установлено, что акклиматизация к горной местности носит фазный характер. Существуют различные классификации акклиматизации. Так, одни авторы подразделяют ее на начальную и более позднюю, другие — выделяют три периода — острый, период восстановления функции отдельных систем и организма в целом и период отдаленной акклиматизации. М. М. Миррахимов выделяет также три фазы-неустойчивую акклиматизацию, относительную стабилизацию и полную акклиматизацию.

Процессы акклиматизации (адаптации) нередко сопровождаются сложными перестройками организма, включающими изменения дея­тельности многих систем и органов. После пребывания в горах отмечается повышение устойчивости человека к кислородному голоданию, однако и здесь наблюдается значительная вариабельность в уровне и эффективности акклиматизации, неодинаковое возрастание высотного «потолка».

Среди различных контингентов можно выделить группу лиц, есть люди которые хорошо переносят гипоксию и быстро приспосабливаются к изменяющимся условиям, а есть и те, кто более чувствительны к недостатку кислорода и реагируют на его дефицит головной болью, бессонницей, тошнотой, нарушениями сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем, т. е. горной болезни.

Различны и приспособительные реакции организма — изменение минутного объема дыхания, минутного объема кровообращения, учащение сокращений сердца, увеличение объема циркулирующей крови, числа эритроцитов, гемоглобина и пр., направленные на сохранение адекватного снабжения тканей кислородом.

Основным поглотителем кислорода и его переносчиком является гемоглобин, который при соединении с кислородом переходит в окис­ленную форму. По мере подъема на высоту насыщение гемоглобина кислородом уменьшается — сначала незначительно и медленно, а потом все быстрее. В итоге в крови возникает гипоксемия — дефицит кислорода, что приводит к раздражению ряда рефлексогенных зон. В результате вступают в действие регулирующие системы, участвующие в компенсации недостатка кислорода в организме.

Когда человек попадает в среду со сниженным давлении кислорода, возникает ряд адаптивных реакций, которые создают и поддерживают эволюционно закрепленный оптимальный уровень напряжения кислорода в органах и тканях. Причем различные органы в функциональные системы по-разному адаптируются к недостатку кислорода. Еще Поль Бэр отметил, что основной формой адаптации является усиление функций всех систем, ответственных за доставку кислорода, в первую очередь дыхательной, сердечно-сосудистой системы и системы крови.

Климат Челябинской области резко-континентальный (продолжительная холодная зима, непродолжительное теплое лето). Температурный режим: ср.зимние -15° С, ср. летние +18° С. (крайние температуры в 1907 г -45,4 °С, в 1952 г +39,2°С). Давление зимой - 766 мм, господствуют юго-западные ветры, летом 758 мм, господствуют западные, северо-западные ветры.

сследовательская часть.

абота 1. Исследование физиологических механизмов адаптации организма к низким температурам.

Физиологические механизмы адаптации организма к низким температурам можно исследовать с помощью простой пробы – опускания руки в воду со льдом. Эта проба позволяет также измерить адаптивную реакцию организма на интенсивное холодовое раздражение.

В начале у испытуемого, который спокойно сидит на стуле, измеряют через каждую минуту систолитическое и диастолическое давление до тех пор, пока показания не станут стабильными. Частоту пульса у запястья подсчитывают за 10с., полученный результат умножают на 6.

Затем руку испытуемого погружают до кисти на 1мин. в холодную воду 0⁰С. Через 30 – 60 с. После этого измеряют систолитическое и диастолическое давление. Кроме того, на ощупь или при помощи специального прибора подсчитывают частоту пульса. После того, как вынут руку из воды, делают измерение через каждую минуту до тех пор, пока все измеряемые величины не вернуться к исходному уровню. Отмечают изменения цвета лица и рук испытуемого.

У молодых людей систолитическое давление может повышаться на 20-30 мм. рт. ст. Люди, привыкшие к холодному климату, показывают менее значительную реакцию и испытывают менее сильную боль.

Объяснение механизма: При охлаждении организма окружающим воздухом или водой поверхностные кровеносные сосуды суживаются: кожа бледнеет, а кровь направляется к внутренним органам и тканям. Затем, при продолжении действия холода, к коже приливает кровь из глубже лежащих органов, поверхностные сосуды расширяются и кожа начинает согреваться и краснеть. В случае продолжения влияния холода человек начинает испытывать озноб, кожа у него синеет, появляется «гусиная кожа», дрожь в теле, и благодаря мышечным сокращениям в организме начинает возрастать выработка тепла, то есть увеличивается телопродукция. При этом кровеносные сосуды вновь суживаются, по ним протекает меньше крови, поэтому замедляется охлаждение кожи и, таким образом, уменьшается теплоотдача.

При охлаждении в организме повышается выработка энергии, значительно увеличивается обмен веществ; дыхание у человека учащается, возрастает поступление в кровь различных химических веществ, которые способствуют сужению периферических кровеносных сосудов, повышению кровяного давления, расширению бронхов и усиливают мышечную активность. (См. Таблица№1 Изменение давления и пульса под влиянием холода. Приложение)

Выводы:

Согласно адаптационным изменениям давление может меняться на 20-30 мм рт. ст. У наших исследуемых показатели ниже, значит - это люди привыкшие к холодному климату и они показывают менее значительную реакцию, а значит и меньше испытывают сильную боль. (См. График 1 Изменение пульса под воздействием холода. Приложение)