Концепция здоровья в аспекте теории адаптации

В настоящее время проблема взаимодействия организма человека с окружающей средой не теряет своей актуальности. Сложный комплекс внешних воздействий, включая большой спектр антропогенных влияний, предъявляет высокие требования к организму. Сохранение здоровья человека, предупреждение заболеваний становится не только частной проблемой медицины, но и естествознания в целом, а также одной из общегуманитарных ценностей .

Приспособление строения и функций организма к условиям окружающей среды происходит в процессе адаптации. Согласно концепции Г. Селье, адаптация - одно из фундаментальных качеств живой материи, которое нередко отождествляется с самим понятием жизни . В современном понимании адаптация - это процесс формирования оптимального структурно-функционального соответствия, обеспечивающий наиболее выгодное функционирование организма в определенных условиях. В данном случае проблема взаимодействия организма со средой рассматривается в рамках системно-функционального подхода, учитывающего не только внешние связи, но и комплекс изменений внутри организма, направленный на сохранение гомеостаза .

В этой связи главное содержание адаптации - это внутренние процессы в системах, которые обеспечивают сохранение ее внешних функций по отношению к среде . Эта цель достигается за счет адаптивных и компенсаторных реакций. Адаптивные реакции заключаются в том, что система, реагируя на изменение существенных для нее параметров среды, перестраивает свои структурные связи для сохранения функций, обеспечивающих ее существование как целого. Компенсаторные реакции направлены на сохранение функции системы даже в случае нарушения дея тельности функционального элемента. Таким образом, компенсаторные реакции осуществляются не элементом, а системой в отношении элемента.

Понятие адаптации используется в разных аспектах. Существует гено-типическая адаптация - процесс, составляющий основу эволюции, при котором вследствие наследственной изменчивости, мутаций и естественного отбора сформировались современные виды животных и растений. Комплекс видовых наследственных признаков лежит в основе другого вида адаптации, приобретаемой в ходе индивидуального развития организма, - фенотипиче-ской адаптации, которая формирует индивидуальный облик организма .

Концепция фенотипической адаптации была сформулирована Ф. 3. Меерсоном . Согласно этой теории, в развитии большинства адаптационных реакций прослеживаются два этапа: начальный этап - срочная, но несовершенная адаптация и последующий этап - совершенная, долговременная адаптация.

Срочная адаптационная реакция возникает сразу после начала действия раздражителя. Наибольшее значение в поддержании гомеостаза на ранних этапах адаптации имеют компенсаторные реакции организма. Типичными проявлениями срочного этапа адаптации служат рефлекторные реакции, возникающие при действии гипоксии, холода, тепла и т. д. Важнейшая черта этого этапа состоит в том, что деятельность организма протекает на пределе его физиологических возможностей - при почти полной мобилизации функциональных резервов - и оказывается недостаточной . Важное место в начальный период приспособления занимают неспецифические механизмы повышения устойчивости организма, т. е. стресс-реакция.

Долговременная адаптация развивается постепенно, в результате многократного или длительного действия факторов среды, на основе многократной реализации срочной адаптации. Основу долговременной адаптации составляют структурные изменения в органах и системах, наиболее вовле ченных в компенсаторные реакции срочного этапа. Исследования, проведенные на самых различных объектах, однозначно показали, что увеличение функции органов и систем закономерно влечет за собой активацию синтеза нуклеиновых кислот и белков в клетках, образующих эти органы и системы . Это приводит к комплексу структурных изменений, которые принципиально увеличивают мощность систем, ответственных за адаптацию, что и составляет основу перехода от срочного этапа адаптации к долговременному.

По мнению Ф. 3. Меерсона , основоположника направления «адаптационная медицина», фенотипическая адаптация у человека имеет более важное значение, чем у других видов животных, поскольку у человека данный процесс является более содержательным и эффективным. В соответствии с этими представлениями Р. П. Казначеев определил адаптацию (приспособление) как процесс поддержания функционального состояния го-меостатических систем и организма в целом, обеспечивающий его сохранение, развитие, работоспособность, максимальную продолжительность жизни в неадекватных условиях среды. Неадекватными считаются экологические условия, не соответствующие в данный момент генофенотипическим свойствам организма как биосистемы. Использование адаптации организма к различным факторам среды делает возможным расширение зоны существования человека и позволяет сохранить здоровье в неблагоприятных условиях .

Условия проведения исследований, контроль теплового состояния испытуемых

Перед проведением исследования каждый испытуемый был ознакомлен с протоколом электромиографического исследования и характером температурного воздействия. Группу сравнения составили испытуемые-добровольцы, практически здоровые к моменту исследования, при наличии хронических заболеваний вне обострения. Отбор испытуемых осуществляли на основании данных анамнеза и стандартного обследования непосредственно перед сеансом электромиографии (измерение температуры, артериального давления). Исследование детей проведено с согласия родителей в присутствии медицинского персонала. Испытуемые по собственному желанию могли прекратить участие в исследовании в любое время.

Электронейромиографические исследования, анализ вызванного кожного вегетативного потенциала (ВКВП) и спирометрические тесты проведены в лаборатории (температура воздуха +22 - 24С, влажность 50-60%; скорость движения воздуха менее 0.1 м/с) после 30-минутного нахождения испытуемого в помещении для стабилизации температуры кожи.

Для контроля теплового состояния испытуемых измеряли центральную температуру (Тц) сублингвально или ректально и средневзвешенную температуру кожи (СВТК) по N. L. Ramanathan . Для этого измеряли температуру колеи в 4 точках - под ключицей (Ті), на латеральной поверхности середины плеча (Тг), на латеральной поверхности середины бедра (Тз) и на медиальной поверхности середины голени (Т4). Дальнейший расчет СВТК производили по формуле : СВТК = 0.3 (Т, + Т2) + 0.2 (Т3 + Т4), где коэффициент перед значениями температур означает примерную площадь поверхности данных участков кожи. СВТК определяли каждые 5 - 10 мин. На рисунке 2.1 представлены графики регистрации СВТК при проведении электронейромиографических исследований у взрослых испытуемых. Центральную температуру измеряли сублингвально, так как она достаточно точно отражает ее изменения и проста в практическом применении .

У детей в возрасте от 7 дней до 3 лет измеряли температуру кожи только в одной точке (на бедре), поскольку, во-первых, она достаточно точно отражает изменения СВТК и, во-вторых, обилие электродов (электромиографических и температурных) вызывало значительное эмоционально-двигательное беспокойство ребенка, что неизбежно повлияло бы на характер ЭМГ.

Для измерения температуры использованы температурные датчики, изготовленные на основе медно-константановых термопар. Изменения электрических свойств термопары преобразовывались в цифровые значения с помощью 5-канального индикатора.

Силу максимального произвольного сокращения (maximal voluntary contraction - MVC) двухглавой мышцы плеча (га. biceps brachii) определяли следующим образом. Испытуемый стоял, его рука находилась в положении локтевого сгибания (плечо расположено вдоль грудной клетки, суставной угол 90). Испытуемый в таком положении должен был осуществлять максимальное давление на динамометр, укрепленный на нижней поверхности неподвижной. Динамометрию проводили перед каждым сеансом ЭМГ.

MVC мышц предплечья определяли при давлении кистью на динамометр, укрепленный на нижней поверхности неподвижной балки. При этом локтевой сустав был фиксирован в лонгете для избежания вовлечения мышц плеча.

Дозирование статического усилия (изометрическое сокращение) т. biceps brachii создавали грузами весом 4, 6, 8 и 10 кг, подвешенными на манжете, укрепленной на предплечье, на 2 - 3 см проксимальнее лучезапя-стного сустава, в течение 3 - 5 с. Испытуемых в положении стоя просили удерживать руку в положении локтевого сгибания (плечо расположено вдоль грудной клетки, суставной угол 90).

Утомление т. biceps brachii было вызвано динамической нагрузкой до отказа. Стоящий испытуемый должен был совершать движения в локтевом суставе типа «сгибание - разгибание» с грузом, составляющим 30% от MVC, до неспособности выполнять полноценные движения с использованием исключительно мышц руки или до появления болевых ощущений.

Дозирование статического усилия мышц предплечья (т. flexor carpi radialis, т. flexor carpi radialis) создавали грузами весом 4, 6, 8 и 10 кг, подвешенными на манжете, укрепленной на кисти, в течение 3 - 5 с. Испытуемых в положении сидя просили поддерживать нагруженную кисть на одном уровне с предплечьем, при этом рука находилась в положении локтевого сгибания, локтевой сустав фиксирован на подлокотнике. Утомление мышц предплечья вызывали движениями в лучезапястном суставе типа «сгибание - разгибание» с грузом, составляющим 30% от MVC.

Функциональные показатели системы внешнего дыхания у лиц с различной адаптированностью к условиям Европейского Севера

Парамеры, характеризующие легочные объемы и проходимость дыхательных путей в зависимости от пола и адаптированности к условиям Европейского Севера, представлены в таблице 4.1. По данным функциональных исследований системы внешнего дыхания нарушения вентиляции легкой степени документированы у 9 человек (30%).

Исследование функции внешнего дыхания выявило тенденцию к формированию нарушений легочной вентиляции у мигрантов (см. табл. 4.1, рис. 4.2, 4.3). Так, ЖЕЛ (% от должного значения) в группе мужчин, постоянно проживающих в Северо-Западном регионе РФ (СЗ - м), составила 96,96±8,54, в группе женщин, постоянно проживающих в Северо-Западном регионе РФ (СЗ - ж), - 98,81±16,27, в группе мужчин, прибывших из других регионов (Юг - м), -76,43±13,98 (р 0,05 по сравнению с СЗ), в группе женщин, прибывших из других регионов (Юг - ж), - 95,13±13,10 (р 0,05 по сравнению с м); объем вдоха (л) в группе СЗ - м составил 3,60±0,35, СЗ - ж - 2,60±0,34 (р 0,001 по сравнению с м), Юг - м - 2,83±0,11 (р 0,001 по сравнению с СЗ), Юг - ж - 2,28±0,36 (р 0,05 по сравнению с Юг - м).

Таким образом, анализ легочных объемов установил рестриктивные нарушения вентиляции у мужчин-мигрантов.

Исследования параметров форсированного выдоха обнаружили об-структивные нарушения вентиляции, также более характерные для мигрантов-мужчин. Так, ФЖЕЛ (% от должного значения) в группе СЗ - м составила 81,64±14,89, СЗ - ж - 84,05±12,06, Юг - м - 71,43±15,29, Юг - ж - 67,20±9,72; ОФВ0,5 (л) в группе СЗ - м составила 3,33±0,31, СЗ - ж - 2,26±0,47 (р 0,001 по сравнению с м), Юг - м - 2,58±0,16 (р 0,01 по сравнению с СЗ), Юг - ж - 2,03±0,44 (р 0,05 по сравнению с м); проба Тиффно, рассчитанная как отношение ОФВі/ФЖЕЛ, в группе СЗ - м составила 99,10±1,40, СЗ - ж - 96,41±3,63, Юг - м - 96,47±3,29, Юг - ж - 99,18±1,28; пиковая объемная скорость во время выдоха (ПОС, % от должного значения) в группе СЗ - м составила 110,19±6,60, СЗ - ж - 90,14±25,85, Юг - м - 74,03±6,83 (р 0,01 по сравнению с СЗ), Юг - ж - 89,48±30,15; SOS25-75 (средняя объемная скорость выдоха, определяемая в процессе выдоха от 25 до 75% ФЖЕЛ), характеризующая проходимость мелких и средних бронхиол, в группе СЗ - м составила 131,71±18,66, СЗ - ж - 109,43±26,06, Юг-м - 88,73±9,00 (р 0,01 по сравнению с СЗ), Юг-ж - 110,30±26,18.

У лиц с одышкой на холоде выявлено достоверное снижение показателей легочной вентиляции (рис. 4.4). Так, объем вдоха был наименьшим у мигрантов с юга при наличии данного симптома (р 0,001), в этой же группе показатели, характеризующие проходимость дыхательных путей (ФЖЕЛ в % от должного значения, ОФВо,5 (л) и ОФВ] в % от должного значения), были также ниже по сравнению с показателями у постоянных жителей СЗ и лиц без одышки (р 0,05).

При высокой чувствительности к холоду в форме усиленной холод-индуцированной вазоконстрикции (феномен Рейно) наблюдались значимые изменеия параметров легочной вентиляции, что свидетельствует об участии нарушений микроциркуляции в патогенезе расстройств внешнего дыхания. Корреляционные связи, показывающие взаимоотношения факторов риска и параметров, характеризующих вентиляцию, показаны на рисунке 4.5.

Показатели артериального давления и пульса значительно не отличались между исследованными группами и составляли в среднем: АДС - 113,41±3,01 мм рт. ст., АДД - 67,00±1,96 мм. рт. ст., ЧСС - 77,64±2,37 уд/мин"1 (табл. 4.2).

Уровень адаптационных возможностей, рассчитанный на основании ИФИ, в исследованной группе в целом соответствовал верхней границе нормальных значений (см. табл. 4.2). Отмечено также, что в группе мужчин уровень ИФИ был выше (р 0,05), что находится на границе значений между удовлетворительной адаптацией и напряжением механизмов адаптации .. Интегральные характеристики функциональных возможностей сердечнососудистой системы на основании индекса ПДП в исследованных группах в целом соответствовали значениям не ниже удовлетворительных оценок, с более высокими показателями у мужчин (рис. 4.6).

Установлена корреляция ИФИ и ПДП с наличием у испытуемых усиленной холод-индуцированной вазоконстрикции (р 0,05). Лица с признаками усиленной холод-индуцированной вазоконстрикции демострировали ИФИ и ПДП, соответствующие напряжению механизмов адаптации . Так, в группе с данным симптомом ИФИ составлял 2,12±0,07 (р 0,05 по сравнению с группой без усиленной холод-индуцированной вазоконстрикции 1,86±0,09); ПДП в группе с данным симптомом был равен 94,41±4,37 (р 0,05 по сравнению с группой без усиленной холод-индуцированной вазоконстрикции 79,85±5,68). Самые высокие показатели ИФИ отмечены у мужчин при наличии усиленной холод-индуцированной вазоконстрикции (2,21±0,09,р 0,05).

Оценка нервно-мышечного статуса с помощью турн-амплитудного анализа ИЭМГ

Определение нервно-мышечного статуса на основе анализа турн-амплитудных параметров ЭМГ проводилось у больных с дифтерийными поражениями периферической нервной системы. Диагностика дифтерийных поражений нервной системы основывалась на данных, установленных клиническим исследованием больных, результатах бактериологического и серологического методов, а также результатах дополнительных методов, позволяющих уточнить выраженность и локализацию поражений нервной системы. Исследования выполнены совместно с А. М. Сергеевым

Электронейромиография (ЭНМГ) проведена 17 больным (6 м., 11 ж.) в возрасте от 18 до 61 года (средний возраст 35,9±3,3 года) через 1 - 18 месяцев после перенесенной дифтерийной инфекции, сопровождавшейся развитием полиневропатии.

Диагноз дифтерии в 15 случаях был подтвержден бактериологически в острый период заболевания, а у 2 больных был поставлен ретроспективно на основании анамнеза, характерной клиники, неблагоприятной эпидемиологической обстановки. У обследованной группы больных симптомы генерализованной сенсорно-моторной полиневропатии появлялись через 9 - 45 дней (в среднем через 26±3 дня) от начала основного инфекционного заболевания, у 6 человек заболевание протекало в виде полирадикулонейропатии по типу синдрома Гийена - Барре.

На момент исследования на основании клинической оценки функции периферической нервной системы больные были разделены на 2 группы. Первая группа включала 6 пациентов (2 м., 4 ж.) в возрасте 18 - 46 лет, об следованных через 10 - 18 месяцев после перенесенной дифтерии, У этой группы больных при клиническом обследовании не обнаруживали нарушений моторной функции. Однако были выявлены расстройства чувствительности по дистальному типу. Ко второй группе нами отнесены 11 больных (4 м., 7 ж.) в возрасте 30 - 56 лет, которые обследованы через 4 - 9 месяцев после начала основного инфекционного заболевания. На момент обследования у этих больных выявляли признаки нарушения моторной функции в виде умеренно выраженного вялого тетрапареза (п=6) или минимальной мышечной слабости в дистальных отделах конечностей, преимущественно в сгибателях кисти (п=5). Это соответствует I - II степени двигательного дефицита по североамериканской шкале .

Контрольную группу составили 7 неврологически здоровых испытуемых-добровольцев (4 м., З ж.) в возрасте от 18 до 39 лет (средний возраст 28,5±2,4 года). Характеристика электронейромиограммы у здоровых испытуемых Скорость распространения возбуждения (СРВ) по моторным волокнам локтевого нерва у здоровых лиц составляла 60 - 70 м/с (в среднем 66,42±2,87 м/с).

У здоровых испытуемых с помощью накожных электродов зарегистрирован 41 потенциал двигательных единиц (ПДЕ) т. triceps brachii. ПДЕ у здоровых лиц характеризовались длительностью 24 - 30 мс, амплитудой, не превышающей 250 мкВ (в основном 90- 150 мкВ), числом фаз, как правило, менее Зх. Число псевдополифазных ПДЕ составляло менее 10%. Средние характеристики ПДЕ представлены в таблице 6.1.

Исследование характеристик интерференционной ИЭМГ у здоровых испытуемых выявило закономерное увеличение амплитуды (RMS) и числа «поворотов» (турнов) ЭМГ т. flexor carpi radialis по мере возрастания нагрузки (табл. 6.2).

В двухмерной системе координат, где ось абсцисс отражает значения предъявляемой нагрузки в кг, а ось ординат - соответствующие значения параметров ЭМГ, зависимость параметров ИЭМГ т. flexor carpi radialis от нагрузки выражалась линейными уравнениями.

Коэффициенты регрессии, отражающие прирост параметров ЭМГ и показывающие наклоны графиков к оси х, практически не отличались у отдельных испытуемых. Значения коэффициентов регрессии находились в пределах 12,9-15,5 для амплитуды ИЭМГ, для числа турнов ЭМГ они составляли 12,0-14,5 (табл. 6.3, рис. 6.1). Обращает на себя внимание практически четырехкратное увеличение как амплитудных характеристик (RMS, рис. 6.1, А), так и числа турнов (рис. 6.1, Б) при возрастании нагрузки с 2 до 8 кг.

Анализ параметров ИЭМГ без учета нагрузки с помощью исследования отношения количества турнов ЭМГ к средней амплитуде ЭМГ за 1 с (метод Виллисона) выявил, что максимальное значение этого отношения для т. flexor carpi radialis наблюдается в интервале амплитуды от 200 до 260 мкВ, для т. gastrocnemius - от 190 до 240 мкВ, составляя в среднем 0,4 - 0,5 и 0,6 - 0,7 соответственно (табл. 6.4, рис. 6.2).

Терентьева Надежда Николаевна

Белгородская региональная общественная организация

МБОУДОД «Центр детского-юношеского туризма и экскурсий»

Г. Белгорода

Методическая разработка

Тема: «Физиологически основы адаптации организма спортсмена к новым климатическим условиям»

тренер-преподаватель ЦДЮТЭ

г. Белгород, 2014

1. Понятие адаптации

2. Адаптация и гомеостаз

3. Адаптация к холоду

4. Акклиматизация. Горная болезнь

5. Развитие специфической выносливости как фактор, способствующий высотной акклиматизации

1. Понятие адаптации

Адаптация - это процесс приспособления, который формируется в течение жизни человека. Благодаря адаптационным процессам человек приспосабливается к непривычным условиям или нового уровня активности, т. е. повышается устойчивость его организма против действия различных факторов. Организм человека может адаптироваться к высокой и низкой температурам, эмоциональным раздражениям (страх, боль и т. д.), к низкому атмосферному давлению или даже некоторым патогенным факторам.

Например, адаптированный к недостатку кислорода альпинист может подняться на горную вершину высотой 8000 м и более, где парциальное давление кислорода приближается к 50 мм рт. ст. (6,7 кПа). Атмосфера на такой высоте столь разрежена, что нетренированный человек погибает за несколько минут (из-за нехватки кислорода) даже в состоянии покоя.

Люди, живущие в северных или южных широтах, в горах или на равнине, во влажных тропиках или в пустыне по многим показателям гомеостаза отличаются друг от друга. Поэтому ряд показателей нормы для отдельных регионов земного шара может отличаться.

Можно сказать, что жизнь человека в реальных условиях является постоянным адаптационным процессом. Организм его адаптируется к воздействию различных климатогеографических, природных (атмосферное давление и газовый состав воздуха, продолжительность и интенсивность инсоляции, температура и влажность воздуха, сезонные и суточные ритмы, географическая долгота и широта, горы и равнина и др.) и социальных факторов, условий цивилизации. Как правило, организм адаптируется к действию комплекса различных факторов. Потребность в стимулировании механизмов, приводящих в действие процесс адаптации, возникает по мере нарастания силы или продолжительности воздействия ряда внешних факторов. Например, в естественных условиях жизни такие процессы развиваются осенью и весной, когда организм постепенно перестраивается, адаптируясь к похолоданию, или при потеплении.

Адаптация развивается и тогда, когда человек изменяет уровень активности и начинает заниматься физкультурой или каким-либо нехарактерным видом трудовой деятельности, т. е. нарастает активность двигательного аппарата. В современных условиях в связи с развитием скоростного транспорта человек часто меняет не только климатогеографические условия, но и часовые пояса. Это накладывает свой отпечаток на биоритмы, что также сопровождается развитием адаптационных процессов.

2. Адаптация и гомеостаз

Человек вынужден постоянно приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды, сохраняя свой организм от разрушения под действием внешних факторов. Сохранение организма возможно благодаря гомеостазу - универсальному свойству сохранять и поддерживать стабильность работы различных систем организма в ответ на воздействия, нарушающих эту стабильность.

Гомеостаз - относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Любые физиологические, физические, химические или эмоциональные воздействия, будь то температура воздуха, изменение атмосферного давления или волнение, радость, печаль, могут быть поводом к выходу организма из состояния динамического равновесия. Автоматически, при помощи гуморальных и нервных механизмов регуляции осуществляется саморегуляция физиологических функций, обеспечивающая поддержание жизнедеятельности организма на постоянном уровне. Гуморальная регуляция осуществляется через жидкую внутреннюю среду организма с помощью молекул химических веществ, выделяемых клетками или определенными тканями и органами (гормонов, ферментов и т. д.). Нервная регуляция обеспечивает быструю и направленную передачу сигналов в виде нервных импульсов, поступающих к объекту регуляции.

Важным свойством живого организма, влияющим на эффективность механизмов регуляции, является реактивность. Реактивность - это способность организма отвечать (реагировать) изменениями обмена веществ и функции на раздражители внешней и внутренней среды. Компенсация изменений факторов среды обитания оказывается возможной благодаря активации систем, ответственных за адаптацию (приспособление) организма к внешним условиям.

Гомеостаз и адаптация - два конечных результата, организующих функциональные системы. Вмешательство внешних факторов в состояние гомеостаза приводит к адаптивной перестройке организма, в результате которой одна или несколько функциональных систем компенсируют возможные нарушения и восстанавливают равновесие.

3. Адаптация к холоду

В высокогорье в условиях повышенных физических нагрузок наиболее существенны процессы акклиматизации – адаптации к холоду.

Оптимальная микроклиматическая зона соответствует диапазону температур 15...21 °С; она обеспечивает хорошее самочувствие человека и не вызывает сдвигов со стороны систем терморегуляции;

Допустимая микроклиматическая зона соответствует диапазону температур от минус 5,0 до плюс 14,9°С и 21,7...27,0°С; обеспечивает сохранение здоровья человека в течение длительного времени воздействия, но вызывает неприятные ощущения, а также функциональные сдвиги, не выходящие за пределы его физиологических приспособительных возможностей. При нахождении в этой зоне организм человека способен сохранять температурный баланс за счет изменения кожного кровотока и потоотделения длительное время без ухудшения состояния здоровья;

Предельно допустимая микроклиматическая зона, эффективные температуры от 4.0 до минус 4,9°С и от 27,1 до 32,0°С. Поддержание относительно нормального функционального состояния в течение 1-2 ч достигается за счет напряжения сердечно - сосудистой системы и системы терморегуляции. Нормализация функционального состояния происходит через 1,0-1,5 ч пребывания в условиях оптимальной среды. Частые повторные воздействия приводят к нарушению объемных процессов, истощению защитных сил организма, снижению его неспецифической сопротивляемости;

Предельно переносимая микроклиматическая зона, эффективные температуры от минус 4,9 до минус 15,0 ºС и от 32,1 до 38,0°С.

Выполнение нагрузки при температурах в указанных диапазонах приводит через 30-60 мин. к выраженному изменению функционального состояния: при низких температурах в меховой одежде прохладно, руки в меховых перчатках мерзнут: при высоких температурах теплоощущение «жарко», «очень жарко», появляется вялость, нежелание работать, головная боль, тошнота, повышенная раздражительность; пот, обильно стекаемый со лба, попадает в глаза, мешает; при нарастании симптомов перегревания нарушается зрение.

Опасная микроклиматическая зона ниже минус 15 и выше 38°С, характеризуется такими условиями, которые уже через 10-30 мин. Могут привести к ухудшению состояния здоровья.

Время сохранения работоспособности

при выполнении нагрузки в неблагоприятных микроклиматических условиях

4 . Акклиматизация. Горная болезнь

С подъемом на высоту падает давление воздуха. Соответственно, падает давление всех составных частей воздуха и том числе кислорода. Это значит, что количество кислорода попадающего в легкие при вдохе меньше. И молекулы кислорода менее интенсивно присоединяются к эритроцитам крови. Уменьшается концентрация кислорода в крови. Недостаток кислорода в крови называется гипоксией . Гипоксия приводит к развитию горной болезни .

Типичные проявления горной болезни:

· повышенный пульс;

· одышка при нагрузке;

· головная боль, бессонница ;

· слабость, тошнота и рвота;

· неадекватность поведения.

В запущенных случаях горная болезнь может привести к тяжелым последствиям.

Для безопасного нахождения на больших высотах необходима акклиматизация - приспособление организма к условиям высокогорья.

Акклиматизация невозможна без горной болезни. Легкие формы горной болезни запускают механизмы перестройки организма.

Выделяют две фазы акклиматизации:

· Краткосрочная акклиматизация - это быстрый ответ на гипоксию. Изменения в основном касаются систем транспорта кислорода. Увеличивается частота дыхания и сердцебиения. Из депо крови выбрасываются дополнительные эритроциты. Происходит перераспределение крови в организме. Увеличивается мозговой кровоток, т. к. мозг требует кислорода. Это и приводит к головным болям. Но такие механизмы адаптации могут быть эффективны только непродолжительное время. Организм при этом испытывает стресс и работает на износ.

· Долговременная акклиматизация - это комплекс глубоких изменений в организме. Именно она является целью акклиматизации. В этой фазе смещается акцент с механизмов транспорта на механизмы экономного использования кислорода. Разрастается капиллярная сеть, увеличивается площадь легких. Изменяется состав крови - появляется эмбриональный гемоглобин, который легче присоединяет кислород при низком его парциальном давлении. Увеличивается активность ферментов расщепляющих глюкозу и гликоген. Изменяется биохимия клеток миокарда, что позволяет эффективней использовать кислород.

Ступенчатая акклиматизация

При подъеме на высоту организм испытывает недостаток кислорода. Начинается легкая горная болезнь. Включаются механизмы краткосрочной акклиматизации. Для эффективной акклиматизации после подъема лучше спустится, что бы изменения в организме происходили в более благоприятных условиях и не происходило истощение организма. На этом построен принцип ступенчатой акклиматизации - последовательности подъемов и спусков, в которой каждый последующий подъем выше предыдущего.

Рис. 1. Пилообразный график ступенчатой акклиматизации

Иногда особенности рельефа не дают возможности для полноценной ступенчатой акклиматизации. Например, на многих треках в Гималаях, где ежедневно происходит набор высоты. Тогда дневные переходы делают небольшие, что бы рост высоты не происходил слишком быстро. Очень полезно в таком случае искать возможность сделать пусть и небольшой выход верх от места ночевки. Часто можно вечером прогуляться на близлежащий холм или отрог горы, и набрать хоть пару сотен метров.

Что нужно делать, что бы акклиматизация была успешной до поездки?

Общефизическая подготовка . Тренированному спортсмену легче переносить нагрузки связанные с высотой. Прежде всего, следует развивать выносливость. Это достигается продолжительными нагрузками низкой интенсивности. Наиболее доступным средством развития выносливости является бег .

Практически бесполезно бегать часто, но по малу. Лучше пробежать раз в неделю 1 час, чем каждый день по 10 мин. Для развития выносливости длина пробежек должна быть больше 40 мин, частота - по ощущениям. Важно следить за частотой пульса и не перегружать сердце. В общем, тренировки должны быть приятными, фанатизм не нужен.

Здоровье. Очень важно приехать в горы здоровым и отдохнувшим. Если вы тренировались, то за три недели перед поездкой снизить нагрузки и дать организму отдохнуть. Обязателен полноценный сон и питание. Питание можно дополнить приемом витаминов и микроэлементов. Минимизировать, а лучше отказаться от алкоголя. Не допускать стрессов и переутомления на работе. Нужно вылечить зубы.

В первые дни организм подвержен большим нагрузкам. Иммунитет слабеет и легко заболеть. Необходимо не допускать переохлаждения или перегрева. В горах происходят резкие перепады температур и поэтому нужно соблюдать правило - раздеваться до того как вспотел, одеваться до того как замерз.

Аппетит на высоте может быть снижен, особенно если происходит заезд сразу на большие высоты. Есть через силу не нужно. Отдавайте предпочтение легкоусвояемым продуктам. В горах в связи с сухостью воздуха и большими физическими нагрузками человеку требуется большое количество воды - пейте много .

Продолжайте прием витаминов и микроэлементов. Можно начать принимать аминокислоты, обладающие адаптогенными свойствами.

Режим движения. Бывает, только приехав в горы, туристы, испытывая эмоциональный подъем и ощущая переполняющие их силы, слишком быстро идут по тропе. Нужно себя сдерживать, темп движения должен быть спокойным и равномерным. В первые дни на высокогорье пульс в покое в 1,5 раза выше, чем на равнине. Организму и так тяжело, поэтому не нужно гнать, особенно на подъемах. Небольшие надрывы могут быть незаметны, но имеют свойство накапливаться, и могут привести к срыву акклиматизации.

Если вы пришли на место ночевки, и чувствуете себя неважно, не нужно ложиться спать. Лучше погуляйте в спокойном темпе по окрестностям, поучаствуйте в обустройстве бивуака, в общем, займитесь чем-нибудь.

Движение и работа - отличное лекарство от легких форм горной болезни. Ночь - очень важное время для акклиматизации. Сон должен быть крепкий. Если вечером болит голова - примите обезболивающее. Головная боль дестабилизирует организм, и терпеть ее нельзя. Если не удается заснуть - примите снотворное. Терпеть бессонницу тоже нельзя.

Контролируйте свой пульс перед сном и утром сразу после пробуждения. Утренний пульс должен быть ниже - это показатель того, что организм отдохнул.

При хорошо спланированной подготовке и правильном графике набора высоты удается избежать серьезных проявлений горной болезни и получить удовольствие от покорения больших высот.

5. Развитие специфической выносливости как фактор, способствующий высотной акклиматизации

"Если альпинист (горный турист) в межсезонный и предсезонный период будет повышать свой "кислородный потолок" плаванием, бегом, велосипедом , лыжами, греблей, - он обеспечит совершенствование своего организма, успешнее будет затем справляться с большими, но увлекательными трудностями при штурме горных вершин".

Эта рекомендация – и правда, и неправда. В том плане, что готовиться к горам, конечно, необходимо. Но велосипед, гребля, плавание и другие виды тренировок дают разное "совершенствование своего организма" и, соответственно, разный "кислородный потолок". Когда речь идет о двигательных актах организма, следует четко представлять, что нет "движения вообще" и любой двигательный акт предельно специфичен. А с определенного уровня развитие одного физического качества всегда происходит за счет другого: силы за счет выносливости и скорости, выносливости – за счет силы и скорости.

При тренировках к интенсивной работе расход кислорода и субстратов окисления в мышцах в единицу времени столь велик, что быстро восполнить их запасы усилением работы транспортных систем нереально. Чувствительность дыхательного центра к углекислому газу снижена, что защищает дыхательную систему от ненужного перенапряжения.

Мышцы, способные к выполнению такой нагрузки, фактически работают при этом в автономном режиме, рассчитывая на собственные ресурсы. Это не устраняет развития тканевой гипоксии и приводит к накоплению больших количеств недоокисленных продуктов. Важным аспектом адаптивных реакций в этом случае является формирование толерантности, то есть устойчивости к сдвигу рН. Это обеспечивается увеличением мощности буферных систем крови и тканей, возрастанием т. н. щелочного резерва крови. Увеличивается также мощность системы антиоксидантов в мышцах, что ослабляет или предотвращает перекисное окисление липидов клеточных мембран - один из основных повреждающих эффектов стресс-реакции. Увеличивается мощность системы анаэробного гликолиза за счет повышенного синтеза гликолитических ферментов, повышаются запасы гликогена и креатинфосфата - источников энергии для синтеза АТФ.

При тренировках к умеренной работе разрастание сосудистой сети в мышцах, сердце, легких, увеличение числа митохондрий и изменение их характеристик, возрастание синтеза окислительных ферментов, усиление эритропоэза, ведущее к увеличению кислородной емкости крови, позволяют снизить уровень гипоксии или предотвратить ее. При систематическом выполнении умеренных физических нагрузок, сопровождающихся усилением легочной вентиляции , дыхательный центр, напротив, повышает чувствительность к СО 2 , что обусловлено понижением его содержания вследствие вымывания из крови при усиленном дыхании.

Поэтому в процессе адаптации к интенсивной (как правило, кратковременной) работе в мышцах развивается иной спектр адаптивных приспособлений, чем к длительной умеренной работе. Поэтому, например, при гипоксии при нырянии невозможной становится активация внешнего дыхания, типичного для адаптации к высотной гипоксии или гипоксии при мышечной работе. А борьба за поддержание кислородного гомеостаза проявляется в увеличении запасов кислорода, уносимого под воду. Следовательно, спектр адаптивных приспособлений при разных видах гипоксии – различается, следовательно - далеко не всегда полезный для высоких гор.

Так, у нетренированных и у представителей скоростно-силовых видов спорта общее содержание в крови гемоглобина составляет 10-12 г/кг (у женщин - 8-9 г/кг), а у выносливых спортсменов - г/кг (у спортсменок - 12 г/кг).

У спортсменов, тренирующих выносливость, обнаруживается усиленная утилизация образующейся в мышцах молочной, кислоты. Этому способствует повышенный аэробный потенциал всех мышечных волокон и особенно высокий, процент медленных мышечных волокон, а также увеличенная масса сердца. Медленные мышечные волокна, как и миокард, способны активно использовать молочную кислоту, в качестве энергетического субстрата. Кроме того, при одинаковых аэробных нагрузках (равном потреблении О 2 ) кровоток через печень у спортсменов - выше, чем у нетренированных, что также может способствовать более интенсивной экстракции печенью молочной кислоты из крови и ее дальнейшему превращению в глюкозу и гликоген. Таким образом, тренировка аэробной выносливости не только повышает аэробные возможности, но и развивает способность выполнять большие длительные аэробные нагрузки без значительного увеличения содержания молочной кислоты в крови.

Очевидно, что зимой лучше заниматься лыжами, в межсезонье – стайерским бегом по пересеченной местности. Этим тренировкам должна быть посвящена львиная доля физической подготовки тех, кто собирается в высокие горы. Не так давно ученые ломали копья по поводу того, какая раскладка сил при беге является оптимальной. Одни считали, что переменная, другие - равномерная. На самом деле это зависит от уровня тренированности.

Литература

1. Павлов. – М., "Паруса", 2000. – 282 с.

2. Физиология человека в условиях высокогорья: Руководство по физиологии. Под ред. . – Москва, Наука, 1987, 520 с.

3. Хочачка П., Сомеро Дж. Биохимическая адаптация. М.: Мир, 19с

4. Кислородно-транспортная система и выносливость

5. А. Лебедев . Планирование спортивных походов

Лекция 38. ФИЗИОЛОГИЯ АДАПТАЦИИ (А.А. Грибанов)

Слово адаптация происходит от латинского adaptacio - приспособление. Вся жизнь человека, как здорового, так и больного сопровождается адаптацией. Адаптация имеет место к смене дня и ночи, временам года, изменениям атмосферного давления, физическим нагрузкам, длительным перелетам, новым условиям при смене места жительства..

В 1975 году на симпозиуме в Москве была принята следующая формулировка: физиологическая 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 факторы несовместимы 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 же к условиям космоса человек не может. Субэкстремальные факторы - жизнь при действии этих 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 в результате 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 - постепенно развивающийся ответ фактора обеспечивает осуществление реакций, которые ранее были невозможны и существование в условиях, которые ранее были несовместимыми с жизнью.

Развитие адаптации происходит через ряд фаз.

1. Начальная фаза адаптации - 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, проявляющихся 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, катоболические реакции. Однако, все процессы протекают в эту фазу некоординированно, недостаточно синхронизированно, неэкономно 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 "запускание" вегетативных механизмов, которые опережают соматические.

2. Фаза - переходная от начальной к устойчивой адаптации. 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 относительно мало изучены.

3. 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 гомеостазиса, адекватного организма и к другим неблагоприятным факторам - 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 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, наиболее истощаемым звеном являются гормональные механизмы.

Вследствие истощения физиологических резервов и нарушения взаимодействия нейрогормональных и метаболических механизмов адаптации возникает состояние, которое получило название дезадаптация . Фаза дезадаптации 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 чрезмерно 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 адаптации. При повторном воздействии субэкстремального фактора способность организма к адаптации может быть повышена и адаптивные сдвиги при этом могут быть более совершенными. 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 последовательно развивающиеся стадии.

1. Реакция тревоги, мобилизации . Это аварийная фаза, для которой характерно нарушение гомеостаза, усиление процессов распада тканей (катаболизм). Об этом свидетельствует уменьшение общего веса, сокращение жировых депо, 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, направленных на образование органических веществ, процессов. 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 с резким усилением распада тканей. При чрезмерно сильных воздействиях первая аварийная стадия может сразу перейти в стадию истощения.

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, СТЧ, кортикостероиды, адреналин.

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 и структурных 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. Внутренние факторы - это нейро - гуморальные процессы, протекающие в определенном, наследственно закрепленном ритме и темпе. Частота биоритмов - от нескольких секунд до нескольких лет.

Биологические ритмы, вызываемые внутренними факторами изменения активности с периодом от 20 до 28 часов называются околосуточными или циркадными. Если период ритмов совпадает с периодами геофизических циклов, а также близок или кратен 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) ритмы и эндогенные (привычные).

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 частоты сердечных сокращений, минутного объема крови, АД, температуры тела, потребление кислорода, содержание сахара в крови, физической и умственной работоспособности и т.д.

Под действием меняющихся с суточной периодичностью факторов происходит внешнее согласование циркадных ритмов. Первичным синхронизатором у животных и растений служит, как правило, солнечный свет, у человека им становятся также социальные факторы.

Динамика суточных ритмов у человека обусловлена не только врожденными механизмами, но и выработанным в течение жизни суточным стереотипом деятельности. По мнению большинства исследователей, регуляция физиологических ритмов у высших животных и человека осуществляется в основном гипоталамо - гипофизарной системой.

Адаптация к условиям длительных перелетов

В условиях длительных полетов и поездок при пересечении многих временных поясов организм человека вынужден приспосабливаться к новому циклу смены дня и ночи. Организм получает информацию о пересечении временных поясов за счет воздействий, связанных также с изменениями влияний как магнитного, так и электрического полей Земли.

Разлад в системе взаимодействия биоритмов, характеризующих протекание различных физиологических процессов в органах и системах организма получил название десинхроноза. При десинхронозе типичны жалобы на плохой сон, уменьшение аппетита, раздражительности, отмечается снижение работоспособности и рассогласование по фазе с датчиками времени частоты сокращений, дыхания, АД, температуры тела и др. функций, изменяется реактивность организма. Это состояние имеет существенное неблагоприятное значение для процесса адаптации.

Ведущее значение в процессе адаптации в условиях формирования новых биоритмов имеет функция ЦНС. На субклеточном уровне в ЦНС отмечается деструкция митохондрий и других структур.

Одновременно в ЦНС развиваются процессы регенерации, которые обеспечивают восстановление функции и структуры к 12-15 дню после перелета. Перестройка функции ЦНС при адаптации к изменению суточной периодики сопровождается перестройкой функций желез внутренней секреции (гипофиза, надпочечников, щитовидной железы). Это приводит к изменению в динамике температуры тела, интенсивности обмена веществ и энергии, активности систем, органов и тканей. Динамика перестройки такова, что если в начальной стадии адаптации эти показатели в дневные часы снижены, то при достижении устойчивой фазы они переходят в соответствие с ритмом дня и ночи. В условиях космоса также происходит нарушение привычных и формирование новых биоритмов. Различные функции организма перестраиваются на новый ритм в разные сроки: динамика высших корковых функций в течение 1-2 суток, ЧСС и температура тела в течение 5-7 суток, умственная работоспособность в течение 3-10 суток. Новый или частично измененный ритм остается непрочным и довольно быстро может быть разрушен.

Адаптация к действию низкой температуры .

Условия, при которых организм должен адаптироваться к холоду могут быть различными. Одним из возможных вариантов таких условий - работа в холодных цехах или холодильниках. При этом холод действует прерывисто. В связи с усиленными темпами освоения Крайнего Севера в настоящее время актуальным становится вопрос адаптации организма человека к жизни в северных широтах, где он подвергается не только воздействию низкой температуры, но также изменению режима освещенности и уровня радиации.

Холодовая адаптация сопровождается большими перестройками в организме. В первую очередь на снижение температуры окружающей среды реагирует перестройкой своей деятельности сердечно - сосудистая система: увеличивается систолический выброс, частота сердечных сокращений. Наблюдается спазм периферических сосудов, вследствие чего снижается температура кожи. Это приводит к уменьшению теплоотдачи. По мере адаптации к холодовому фактору изменения кожного кровообращения становятся менее выраженными, поэтому у акклиматизированных людей температура кожи на 2-3" выше, чем у не акклиматизированных. Кроме того, у

них наблюдается снижение температурного анализатора.

Уменьшение теплоотдачи при холодовом воздействии достигается путем снижения влагопотерь с дыханием. Изменение ЖЕЛ, диффузной способности легких сопровождается повышением количества эритроцитов и гемоглобина в крови, т.е. увеличением кислородной емкости крои - все мобилизуется на достаточное обеспечение тканей организма кислородом в условиях повышенной метаболической активности.

Так как наряду со снижением теплопотерь возрастает окислительный метаболизм - так называемая химическая терморегуляция, в первые дни пребывания на Севере основной обмен повышается, по мнению некоторых авторов, на 43% (в последующем, по мере достижения адаптации, основной обмен снижается почти до нормы).

Установлено, что охлаждение вызывает реакцию напряжения - стресс. В осуществлении которой прежде всего участвуют гормоны гипофиза (АКТГ, ТТГ) и надпочечников. Катехоламины оказывают калоригенное действие за счет катаболического эффекта, глюкокортикоиды способствуют синтезу окислительных ферментов, тем самым повышают теплопродукцию. Тироксин обеспечивает повышение теплопродукции, а также потенцирует калоригенное действие норадреналина и адреналина, активизирует систему митохондрий - главных энергетических станций клетки, разобщает окисление и фосфорилирование.

Стойкая адаптация достигается благодаря перестройке метаболизма РНК в нейронах и нейроглии ядер гипоталамуса, усиленно идет липидный обмен, что выгодно организму для интенсификации энергетических процессов. У людей, живущих на Севере, повышено содержание в крови жирных кислот, уровень глюкозы несколько

снижается.

Становление адаптации в Северных широтах сопряжено часто с некоторыми симптомами: отдышка, быстрая утомляемость, гипоксические явления и др. Эти симптомы являются проявлением так называемого "синдрома полярного напряжения".

У некоторых лиц в условиях Севера защитные механизмы и адаптивная перестройка организма могут давать срыв - дезадаптацию. При этом проявляется ряд патологических симптомов, называемых полярной болезнью.

Адаптация человека к условиям цивилизации

Факторы, вызывающие адаптацию, во многом являются общими для животных и человека. Однако, процесс адаптации животных носит, по существу, в основном физиологический характер, в то время как для человека процесс адаптации тесно связан, к тому же, с социальными сторонами его жизни и его качествами личности.

Человек имеет в своем распоряжении разнообразные протективные (защитные) средства, которые дает ему цивилизация - одежду, дома с искусственным климатом и др., освобождающие организм от нагрузки на некоторые адаптивные системы. С другой стороны, под влиянием защитных технических и других мероприятий в человеческом организме возникает гиподинамия в деятельности различных систем и человек утрачивает тренированность и тренируемость. Адаптивные механизмы детренируются, становятся бездеятельными - в результате отмечается снижение сопротивляемости организма.

Возрастающая перегрузка различными видами информации, производственные процессы, для которых необходимо повышенное умственное напряжение, характерны для людей, занятых в любой отрасли народного хозяйства Факторы, вызывающие психическое напряжение, выдвигаются на первый план среди многочисленных условий, требующих адаптацию организма человека. Наряду с факторами, для которых необходима активизация физиологических механизмов приспособления, действуют факторы чисто социальные - отношения в коллективе, субординационные отношения и т.д.

Эмоции сопровождают человека при изменении места и условий жизни, при физических нагрузках и перенапряжениях и, наоборот, при вынужденном ограничении движений.

Реакция на эмоциональное напряжение неспецифична, она выработана в ходе эволюции и одновременно служит важным звеном, "запускающим" всю нейрогуморальную систему адаптационных механизмов. Адаптация к воздействию психогенных факторов протекает по разному у лиц с разным типом ВНД. У крайних типов (холериков и меланхоликов) такая адаптация часто нестойкая, рано или поздно факторы, воздействующие на психику, могут привести к срыву ВНД и развитию неврозов.

Адаптация к дефициту информации

Частичная утрата информации например, выключение одного из анализаторов или искусственное лишение человека одного из видов внешней информации приводит к адаптационным сдвигам по типу компенсации. Так, у слепых активируется тактильная и слуховая чувствительность.

Относительно полная изоляция человека от каких бы то ни было раздражений приводит к нарушению режима сна, появлению зрительных и слуховых галлюцинаций и другим психическим расстройствам, которые могут стать необратимыми. Адаптация к полному лишению информации невозможна.

II . Основная часть

1. Оптиум и пессиум. Сумма эффективности температур

2. Пойкилотермные организмы

2.1 Пассивная устойчивость

2.2 Скорость метаболизма

2.3 Температурные адаптации

3. Гомойотермные организмы

3.1 Температура тела

3.2 Механизм терморегуляции

Список литературы
I. Введение
Организмы – реальные носители жизни, дискретные единицы обмена веществ. В процессе обмена организм потребляет из окружающей среды необходимые вещества и выделяет в нее продукты обмена, которые могут быть использованы другими организмами; умирая, организм также становится источником питания определенных видов живых существ. Таким образом, деятельность отдельных организмов лежит в основе проявления жизни на всех уровнях ее организации.

Изучение фундаментальных процессов обмена веществ в живом организме – предмет физиологии. Однако эти процессы протекают в сложной, динамичной обстановке естественной среды обитания, находятся под постоянным воздействием комплекса ее факторов. Поддержание устойчивого обмена веществ в колеблющихся условиях внешней среды невозможно без специальных адаптаций. Изучение этих адаптаций – задача экологии.

Адаптации к средовым факторам могут основываться на структурных особенностях организма – морфааогические адаптации – или на специфических формах функционального ответа на внешние воздействия – физиологические адаптации. У высших животных важную роль в адаптации играет высшая нервная деятельность , на базе которой формируются приспособительные формы поведения – экологические адаптации.

В области изучения адаптаций на уровне организма эколог приходит в наиболее тесное взаимодействие с физиологией и применяет многие физиологические методы. Однако, применяя физиологические методики, экологи используют их для решения своих специфических задач: эколога в первую очередь интересует не тонкая структура физиологического процесса , а его конечный результат и зависимость процесса от воздействия внешних факторов. Иными словами, в экологии физиологические показатели служат критериями реакции организма на внешние условия, а физиологические процессы рассматриваются прежде всего как механизм, обеспечивающий бесперебойное осуществление фундаментальных физиологических функций в сложной и динамичной среде.
II. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1. Оптимум и пессимум. Сумма эффективных температур
Любой организм способен жить в пределах определенного диапазона температур. Диапазон температур на планетах Солнечной системы равен тысячам градусов, а пределы . В которых может существовать известная нам жизнь , очень узки- от -200 до +100°С. Большинство видов обитает в еще более узком температурном диапазоне.

Некоторые организмы. Особенно в стадии покоя, могут существовать при очень низких температурах, а отдельные виды микроорганизмов способны жить и размножаться в городских источниках при температуре, близкой к точке кипения. Диапазон колебаний температуры в воде обычно меньший, чем на суше. Соответственно изменяется и диапазон толерантности. С температурой часто связаны зональность и стратификация как в воде, так и в сухопутных местах обитания. Важны также степень изменчивости температуры и ее колебания , то есть если температура изменяется в пределах от10 до 20 С и среднее значение составляет 15 С, то это не значит, что колеблющаяся температура оказывает такое же действие, что и постоянная. Многие организмы лучше развиваются в условиях переменных температур.

Оптимальные условия те, при которых все физиологические процессы в организме или экосистемах идут с максимальной эффективностью. Для большинства видов температурный оптимум находится в пределах 20-25° С, несколько сдвигаясь в ту или другую стороны: в сухих тропиках он выше – 25-28°С, в умеренных и холодных зонах ниже – 10-20°С. В ходе эволюции, приспосабливаясь не только к периодическим изменениям температуры, но и к разным по теплообеспеченности районам, растения и животные выработали в себе различную потребность к теплу в разные периоды жизни. У каждого вида свой оптимальный диапазон температур, причем и для разных процессов (роста, цветения, плодоношения и др.) имеются тоже «свои» значения оптимумов.

Известно, что физиологические процессы в тканях растений начинаются при температуре +5°С и активизируются при +10°С и выше. В приморских лесах развитие весенних видов особенно четко связаны со среднесуточными температурами от -5°С до +5°С. За день-два до перехода температур через -5°С под лесной подстилкой начинается развитие весенника звездчатого и адониса амурского, а во время перехода через 0°С - появляются первые цветущие особи. И уже при среднесуточной температуре +5°С цветут оба вида. Из-за недостатка тепла ни адонис, ни весенник не образуют сплошного покрова, растут одиночно, реже - по нескольку особей вместе. Чуть-чуть позже них - с разницей в 1-3 дня, трогаются в рост и зацветают ветреницы.

Температуры, «лежащие» между летальными и оптимальными относятся к пессимальным. В зоне пессимумов все жизненные процессы идут очень слабо и очень медленно.

Температуры, при которых происходят активные физиологические процессы, называются эффективными, значения их не выходят за пределы летальных температур. Суммы эффективных температур (ЭТ), или сумма тепла, величина постоянная для каждого вида. Ее рассчитывают по формуле:
ЭТ = (t – t1) × n,
Где t – температура окружающей среды (фактическая), t1 – температура нижнего порога развития, часто 10°С, n – продолжительность развития в днях (часах).

Выявлено, что каждая фаза развития растений и эктотермных животных наступает при определенном значении этого показателя, при условии, что и другие факторы в оптимуме. Так, цветение мать-и-мачехи наступает при сумме температур 77°С, земляники – при 500°С. Сумма эффективных температур (ЭТ) для всего жизненного цикла позволяет выявить потенциальный географический ареал любого вида, а также сделать ретроспективный анализ распространения видов в прошлом. Например, северный предел древесной растительности, в частности лиственницы Каяндера, совпадает с июльской изотермой +12°С и суммой ЭТ выше 10°С – 600°. Для ранних с х культур сумма ЭТ составляет 750°, этого вполне достаточно для выращивания ранних сортов картофеля даже в Магаданской области. А для кедра корейского сумма ЭТ составляет 2200°, пихты цельнолистной – около 2600°, поэтому и растут оба вида в Приморье, и пихта (Abies holophylla) – только на юге края.
2. ПОЙКИЛОТЕРМНЫЕ ОРГАНИЗМЫ
К пойкилотермным (от греч. poikilos – изменчивый, меняющийся) организмам относят все таксоны органического мира, кроме двух классов позвоночных животных – птиц и млекопитающих. Название подчеркивает одно из наиболее за заметных свойств представителей этой группы: неустойчивость, температуры их тела, меняющейся в широких пределах в зависимости от изменений температуры окружающей среды.

Температура тела . Принципиальная особенность теплообмена пойкилотермных организмов заключается в том, что благодаря относительно низкому уровню метаболизма главным источником энергии у них является внешнее тепло. Именно этим объясняется прямая зависимость температуры тела пойкилотермных от температуры среды, точнее от притока теплоты извне, поскольку наземные пойкилотермные формы используют также и радиационный обогрев.

Впрочем, полное соответствие температур тела и среды наблюдается редко и свойственно главным образом организмам очень мелких размеров. В большинстве случаев существует некоторое расхождение между этими показателями. В диапазоне низких и умеренных температур среды температура тела организмов, не находящихся в состоянии оцепенения, оказывается более высокой, а в очень жарких условиях – более низкой. Причина превышения температуры тела над средой заключается в том, что даже при низком уровне обмена продуцируется эндогенное тепло – оно и вызывает повышение температуры тела. Это проявляется, в частности, в существенном повышении температуры у активно двигающихся животных. Например, у насекомых в покое превышение температуры тела над средой выражается десятыми долями градуса, тогда как у активно летающих бабочек, шмелей и других видов температура поддерживается на уровне 36 – 40"С даже при температуре воздуха ниже 10"С.

Пониженная по сравнению со средой температура при жаре свойственна наземным организмам и объясняется в первую очередь потерями тепла с испарением, которое при высокой температуре и низкой влажности существенно увеличивается.

Скорость изменений температуры тела пойкилотермов связана обратной зависимостью с их размерами. Это прежде всего определяется соотношением массы и поверхности : у более крупных форм относительная поверхность тела уменьшается, что ведет к уменьшению скорости потери тепла. Это имеет большое экологическое значение, определяя для разных видов возможность заселения географических районов или биотопов с определенными режимами температур. Показано, например, что у крупных кожистых черепах, пойманных в холодных водах, температура в глубине тела была -, на 18"С выше температуры воды; именно крупные размеры позволяют этим черепахам проникать в более холодные районы океана, что не свойственно менее крупным видам.
2.1 Пассивная устойчивость
Рассмотренные закономерности охватывают диапазон изменений температуры, в пределах которого сохраняется активная жизнедеятельность. За границами этого диапазона, которые широко варьируют у разных видов и даже географических популяций одного вида, активные формы деятельности пойкилотермных организмов прекращаются, и они переходят в состояние оцепенения, характеризующееся резким снижением уровня обменных процессов, вплоть до полной потери видимых проявлений жизни. В таком пассивном состоянии пойкилотермные организмы могут переносить достаточно сильное повышение и еще более выраженное понижение температуры без патологических последствий. Основа такой температурной толерантности заключена в высокой степени тканевой устойчивости, свойственной всем видам пойкилотермных и часто поддерживаемой сильным обезвоживанием (семена , споры, некоторые мелкие животные).

Переход в состояние оцепенения следует рассматривать как адаптивную реакцию: почти не функционирующий организм не подвергается многим повреждающим воздействиям, а также не расходует энергию, что позволяет выжить при неблагоприятных условиях температур в течение длительного времени. Более того , сам процесс перехода в состояние оцепенения может быть формой активной перестройки типа реакции на температуру. «Закаливание» морозостойких растений – активный сезонный процесс , идущий поэтапно и связанный с достаточно сложными физиологическими и биохимическими изменениями в организме. У животных впадение в оцепенение в естественных условиях часто также выражено сезонно и предваряется комплексом физиологических перестроек в организме. Есть данные, что процесс перехода к оцепенению может регулироваться какими-то гормональными факторами; объективный материал по этому поводу еще не достаточен для широких выводов.

При переходе температуры среды за пределы толерантности наступает гибель организма от причин, рассмотренных в начале этой главы.
2.2 Скорость метаболизма
Изменчивость температуры влечет за собой соответствующие изменения скорости обменных реакций. Поскольку динамика температуры тела пойкилотермных организмов определяется изменениями температуры среды интенсивность метаболизма также оказывается в прямой зависимости от внешней температуры. Скорость потребления кислорода , в частности, при быстрых изменениях температуры следует за этими изменениями, увеличиваясь при повышении ее и уменьшаясь при снижении. То же относится и к другим физиологическим функциям : частота сердцебиений, интенсивность пищеварения и т. д. У растений в зависимости от температуры изменяются темпы поступления воды и питательных веществ через корни: повышение температуры до определенного предела увеличивает проницаемость протоплазмы для воды. Показано, что при понижении температуры от 20 до 0"С поглощение воды корнями уменьшается на 60 – 70%. Как и у животных, повышение температуры вызывает у растений усиление дыхания.

Последний пример показывает, что влияние температуры не прямолинейно: по достижении определенного порога стимуляция процесса сменяется его подавлением. Это общее правило, объясняющееся приближением к зоне порога нормальной жизни.

У животных зависимость от температуры весьма заметно выражена в изменениях активности, которая отражает суммарную реакцию организма и у пойкилотермных форм самым существенным образом зависит от температурных условий. Хорошо известно, что насекомые , ящерицы и многие другие животные наиболее подвижны в теплое время суток и в теплые дни, тогда как при прохладной погоде они становятся вялыми, малоподвижными. Начало их активной деятельности определяется скоростью разогревания организма, зависящей от температуры среды и от прямого солнечного облучения. Уровень подвижности активных животных в принципе также связан с окружающей температурой, хотя у наиболее активных форм эта связь может “маскироваться” эндогенной теплопродукцией, связанной с работой мускулатуры.

2.3 Температурные адаптации

Известно, что растения тропических лесов повреждаются и погибают при температурах + 5...+ 8 0С, тогда как обитатели сибирской тайги выдерживают в состоянии оцепенения полное промерзание.

Различные виды карпозубых рыб показали отчетливую корреляцию верхнего летального порога с температурой воды в свойственных виду водоемах.

Арктические и антарктические рыбы , напротив, показывают высокую устойчивость к низким температурам и весьма чувствительны к ее повышению. Так, антарктические рыбы погибают при повышении температуры до 6"С. Аналогичные данные получены по многим видам пойкилотермных животных. Например, наблюдения на о-ве Хоккайдо (Япония) показали отчетливую связь холодоустойчивости нескольких видов жуков и их личинок с их зимней экологией : наиболее устойчивыми оказались виды, зимующие в подстилке; формы, зимующие в глубине почвы, отличались малой устойчивостью к замерзанию и относительно высокой температурой переохлаждения. В опытах с амебами было установлено, что их теплоустойчивость прямо зависит от температуры культивирования.
3. ГОМОЙОТЕРМНЫЕ ОРГАНИЗМЫ
К этой групп пе относят два класса высших позвоночных – птицы и млекопитающие . Принципиальное отличие теплообмена гомойотермныи животных от пойкилотермных заключается в том, что приспособления к меняющимся температурным условиям среды основаны у них на функционировании комплекса активных регуляторных механизмов поддержания теплового гомеостаза внутренней среды организма. Благодаря этому биохимические и физиологические процессы всегда протекают в оптимальных температурных условиях.

Гомойотермный тип теплообмена базируется на высоком уровне метаболизма, свойственном птицам и млекопитающим. Интенсивность обмена веществ у этих животных на один-два порядка выше, чем у всех других живых организмов при оптимальной температуре среды. Так, у мелких млекопитающих потребление кислорода при температуре среды 15 – 0"С составляет примерно 4 – тыс. см 3 кг -1 ч -1 , а у беспозвоночных животных при такой же температуре – 10 – 0 см 3 кг -1 ч -1 . При одинаковой массе тела (2,5 кг) суточный метаболизм гремучей змеи составляет 32,3 Дж/кг (382 Дж/м 2), у сурка – 120,5 Дж/кг (1755 Дж/м 2), у кролика – 188,2 Дж/кг (2600 Дж/м 2).

Высокий уровень метаболизма приводит к тому, что у гомойотермных животных в основе теплового баланса лежит использование собственной теплопродукции, значение внешнего обогрева относительно невелико. Поэтому птиц и млекопитающих относят к эндотермным" организмам. Эндотермия – важное свойство, благодаря которому существенно снижается зависимость жизнедеятельности организма от температуры внешней среды.
3.1 Температура тела
Гомойотермные животные не только обеспечены теплом за счет собственной теплопродукции, но и способны активно регулировать его производство и расходование. Благодаря этому им свойственна высокая и достаточно устойчивая температура тела. У птиц глубинная температура тела в норме составляет около 41"С с колебаниями у разных видов от 38 до 43,5"С (данные по 400 видам). В условиях полного покоя (основной обмен) эти различия несколько сглаживаются, составляя от 39,5 до 43,0"С. На уровне отдельного организма температура тела показывает высокую степень устойчивости: диапазон ее суточных изменений обычно не превышает 2 – ~4"С, причем эти колебания не связаны с температурой воздуха, а отражают ритм обмена веществ. Даже у арктических и антарктических видов при температуре среды до 20 – 50"С мороза температура тела колеблется в пределах тех же 2 – 4"С.

Повышение температуры среды иногда сопровождается некоторым возрастанием температуры тела. Если исключить патологические состояния, оказывается, что в условиях обитания в жарком климате некоторая степень гипертермии может быть адаптивной: при этом уменьшается разница температуры тела и среды и снижаются затраты воды на испарительную терморегуляцию. Аналогичное явление отмечено и у некоторых млекопитающих: у верблюда, например, при дефиците воды температура тела может подниматься от 34 до 40"С. Во всех таких случаях отмечена повышенная тканевая устойчивость к гипертермии.

У млекопитающих температура тела несколько ниже, чем у птиц, и у многих видов подвержена более сильным колебаниям . Отличаются по этому показателю и разные таксоны. У однопроходных ректальная температура составляет 30 – 3"С (при температуре среды 20"С), у сумчатых она несколько выше – около 34"С при той же внешней температуре. У представителей обеих этих групп, а также у неполнозубых довольно заметны колебания температуры тела в связи с внешней температурой: при снижении температуры воздуха от 20 – 5 до 14 –15"С регистрировалось падение температуры тела на два с лишним градуса, а в отдельных случаях – даже на 5"С. У грызунов средняя температура тела в активном состоянии колеблется в пределах 35 – 9,5"С, в большинстве случаев составляя 36 – 37"С. Степень устойчивости ректальной температуры у них в норме выше, чем у рассмотренных ранее групп, но и у них отмечены колебания в пределах 3 – "С при изменении внешней температуры от 0 до 35"С.

У копытных и хищных температура тела поддерживается весьма устойчиво на свойственном виду уровне; межвидовые отличия обычно укладываются в диапазон от 35,2 до 39"С. Для многих млекопитающих характерно снижение температуры во время сна; величина этого снижения варьирует у разных видов от десятых долей градуса до 4 – "С.

Все сказанное относится к так называемой глубокой температуре тела, характеризующей тепловое состояние термостатируемого «ядра» тела. У всех гомойотермных животных наружные слои тела (покровы, часть мускулатуры и т. д.) образуют более или менее выраженную «оболочку», температура которой изменяется в широких пределах. Таким образом, устойчивая температура характеризует лишь область локализации важных внутренних органов и процессов. Поверхностные же ткани выдерживают более выраженные колебания температуры. Это может быть полезным для организма, поскольку при такой ситуации снижается температурный градиент на границе организма и среды, что делает возможным поддержание теплового гомеостаза «ядра» организма с меньшими расходами энергии.
3.2 Механизмы терморегуляции
Физиологические механизмы, обеспечивающие тепловой гомеостаз организма (его «ядра»), подразделяются на две функциональные группы: механизмы химической и физической терморегуляции. Химическая терморегуляция представляет собой регуляцию теплопродукции организма. Тепло постоянно вырабатывается в организме в процессе окислительно-восстановительных реакций метаболизма. При этом часть его отдается во внешнюю среду тем больше, чем больше разница температуры тела и среды. Поэтому поддержание устойчивой температуры тела при снижении температуры среды требует соответствующего усиления процессов метаболизма и сопровождающего их теплообразования, что компенсирует теплопотери и приводит к сохранению общего теплового баланса организма и поддержанию постоянства внутренней температуры. Процесс рефлекторного усиления теплопродукции в ответ на снижение температуры окружающей среды и носит название химической терморегуляции. Выделение энергии в виде тепла сопровождает функциональную нагрузку всех органов и тканей и свойственно всем живым организмам. Специфика гомойотермных животных состоит в том, что изменение теплопродукции как реакция на меняющуюся температуру представляет у них специальную реакцию организма, не влияющую на уровень функционирования основных физиологических систем.

Специфическое терморегуляторное теплообразование сосредоточено преимущественно в скелетной мускулатуре и связано с особыми формами функционирования мышц, не затрагивающими их прямую моторную деятельность. Повышение теплообразования при охлаждении может происходить и в покоящейся мышце, а также при искусственном выключении сократительной функции действием специфических ядов.

Один из наиболее обычных механизмов специфического терморегуляторного теплообразования в мышцах – так называемый терморегуляционный тонус. Он выражен микросокращениями фибрилл, регистрируемыми в виде повышения электрической активности внешне неподвижной мышцы при ее охлаждении. Терморегуляционный тонус повышает потребление кислорода мышцей подчас более чем на 150 %. При более сильном охлаждении наряду с резким повышением терморегуляционного тонуса включаются видимые сокращения мышц в форме холодовой дрожи. Газообмен при этом возрастает до 300 – 400 % . Характерно , что по доле участия в терморегуляторном теплообразовании мышцы неравноценны. У млекопитающих наиболее велика роль жевательной мускулатуры и мышц, поддерживающих позу животного, т. е. функционирующих в основном как тонические. У птиц наблюдается сходное явление.

При длительном воздействии холода сократительный тип термогенеза может быть в той или иной степени замещен (или дополнен) переключением тканевого дыхания в мышце на так называемый свободный (нефосфорилирующий) путь, при котором выпадает фаза образования и последующего расщепления АТФ. Этот механизм не связан с сократительной деятельностью мышц. Общая масса тепла, выделяющегося при свободном дыхании, практически такая же, как и при дрожевом термогенезе, но при этом большая часть тепловой энергии расходуется немедленно, а окислительные процессы не могут быть заторможены недостатком АДФ или неорганического фосфата.

Последнее обстоятельство позволяет беспрепятственно поддерживать высокий уровень теплообразования в течение длительного времени.

У млекопитающих имеется еще одна форма недрожевого термогенеза, связанная с окислением особой бурой жировой ткани, откладывающейся под кожей в области межлопаточного пространства, шеи и грудной части позвоночника. Бурый жир содержит большое количество митохондрий и пронизан многочисленными кровеносными сосудами. Под действием холода увеличивается кровоснабжение бурого жира, интенсифицируется его дыхание , возрастает выделение тепла. Важно, что при этом непосредственно нагреваются расположенные вблизи органы: сердце , крупные сосуды, лимфатические узлы, а также центральная нервная система . Бурый жир используется, главным образом, как источник экстренного теплообразования, в частности при разогревании организма животных, выходящих из состояния спячки. Роль бурого жира у птиц не ясна. Долгое время считалось, что его у них вообще нет; в последнее время появились сообщения об обнаружении этого типа жировой ткани у птиц, но ни точной идентификации, ни функциональной оценки ее не проведено.

Изменения интенсивности обмена веществ вызванные влиянием температуры среды на организм гомойотермных животных, закономерны. В определенном интервале внешних температур теплопродукция, соответствующая обмену покоящегося организма, полностью скомпенсирована его «нормальной» (без активной интенсификации) теплоотдачей. Теплообмен организма со средой сбалансирован. Этот температурный интервал называют термонейтральной зоной. Уровень обмена в этой зоне минимален. Нередко говорят о критической точке, подразумевая конкретное значение температуры, при котором достигается тепловой баланс со средой. Теоретически это верно, но экспериментально установить такую точку практически невозможно из-за постоянных незакономерных колебаний метаболизма и нестабильности теплоизолирующих свойств покровов.

Понижение температуры среды за пределы термонейтральной зоны вызывает рефлекторное повышение уровня обмена веществ и теплопродукции до уравновешивания теплового баланса организма в новых условиях. В силу этого температура тела остается неизменной.

Повышение температуры среды за пределы термонейтральной зоны также вызывает повышение уровня обмена веществ, что вызвано включением механизмов активизации отдачи тепла, требующих дополнительных затрат энергии на свою работу. Так формируется зона физической терморегуляции , на протяжении которой температура такыре остается стабильной. По достижении определенного порога механизмы усиления теплоотдачи оказываются неэффективными, начинается перегрев и в конце концов гибель организма.

Видовые отличия химической терморегуляции выражаются в разнице уровня основного (в зоне термонейтральности) обмена, положения и ширины термонейтральной зоны, интенсивности химической терморегуляции (повышение обмена при снижении температуры среды на 1"С), а также в диапазоне эффективного действия терморегуляции. Все эти параметры отражают экологическую специфику отдельных видов и адаптивным образом меняются в зависимости от географического положения региона, сезона года, высоты над уровнем моря иряда других экологических факторов.

Физическая терморегуляция объединяет комплекс морфофизиологических механизмов, связанных с регуляцией теплоотдачи организма как одной из составных частей его общего теплового баланса. Главное приспособление, определяющее общий уровень теплоотдачи организма гомойотермного животного,– строение теплоизолирующих покровов. Теплоизоляционные структуры (перья, волосы) не обусловливают гомойотермию, как это иногда думают. В ее основе лежит высокий и что, уменьшая теплопотери, она способствует поддер гомойотермии с меньшими энергетическими затратами. Это особенно важно при обитании в условиях устойчиво низких температур, поэтому теплоизолирующие покровные структуры и прослойки подкожного жира наиболее выражены у животных из регионов холодного климата.

Механизм теплоизолирующего действия перьевого и волосяного покровов заключается в том, что определенным образом расположенные, различные по структуре группы волос или перьев удерживают вокруг тела слой воздуха, который и выполняет роль теплоизолятора . Адаптивные изменения теплоизолирующей функции покровов сводятся к перестройке их структуры, включающей соотношение различных типов волос или перьев, их длину и густоту расположения. Именно по этим параметрам отличаются обитатели различных климатических зон, они же определяют сезонные изменения теплоизоляции. Показано, например, что у тропических млекопитающих теплоизоляционные свойства шерстного покрова почти на порядок ниже, чем у обитателей Арктики. Тому же адаптивному направлению следуют сезонные изменения теплоизолирующих свойств покровов в процессе линьки.

Рассмотренные особенности характеризуют устойчивые свойства теплоизолирующих покровов, определяющие общий уровень тепловых потерь, и, по существу, не представляют собой активных терморегуляционных реакций. Возможность лабильной регуляции теплоотдачи определяется подвижностью перьев и волос, в силу чего на фоне неизменной структуры покрова возможны быстрые изменения толщины теплоизолирующей воздушной прослойки, а соответственно и интенсивности теплоотдачи. Степень распущенности волос или перьев может быстро меняться в зависимости от температуры воздуха и от активности самого животного. Такую форму физической терморегуляции обозначают как пиломоторную реакцию. Эта форма регуляции теплоотдачи действует главным образом при низкой температуре среды и обеспечивает не менее быстрый и эффективный ответ на нарушения теплового баланса, чем химическая терморегуляция, требуя при этом меньших затрат энергии.

Регуляторные реакции, направленные на сохранение постоянной температуры тела при перегреве, представлены различными механизмами усиления теплоотдачи во внешнюю среду. Среди них широко распространена и обладает высокой эффективностью теплоотдача путем интенсификации испарения влаги с поверхности тела или (и) верхних дыхательных путей. При испарении влаги расходуется тепло, что может способствовать сохранению теплового баланса. Реакция включается при признаках начинающегося перегрева организма. Итак, адаптивные изменения теплообмена у гомойотермных животных могут быть направлены не только на поддержание высокого уровня обмена веществ, как у большинства птиц и млекопитающих, но и на установку низкого уровня в условиях, грозящих истощением энергетических резервов.
Список литературы
1. Основы экологии : Учебник В.В.Маврищев. Мн.: Выш. Шк., 2003. – 416 с.

2. http :\\Абиотические факторы среды.htm

3. http :\\Абиотические факторы среды и организмы.htm

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство спорта и туризма Республики Беларусь

Учреждение образования

"Белорусский государственный университет физической культуры"

Институт туризма

Кафедра технологий в туристической индустрии

Кон трольная работа

по дисциплине "Физиология"

на тем у " Адаптация к действию низкой температуры "

Выполнила: студентка 2 курса 421 группы

заочной формы получения образования

факультета туризма и гостеприимства

Цинявская Анастасия Викторовна

Проверил: Бобр Владимир Матвеевич

• Введение
• 1. Адаптация к воздействию низкой температуры
• 1.1 Физиологические реакции на выполнение упражнений в условиях низкой температуры окружающей среды
• 1.2 Метаболические реакции
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

На организм человека влияет такой климатический фактор, как температура. Температура - один из важных абиотических факторов, влияющих на физиологические функции всех живых организмов. Температура зависит от географической широты, высоты над уровнем моря, и времени года.

Когда температурные факторы изменяются, то человеческий организм производит относительно каждого фактора специфические реакции приспособления. То есть адаптируется.

Адаптация - это процесс приспособления, который формируется в течение жизни человека. Благодаря адаптационным процессам человек приспосабливается к непривычным условиям или нового уровня активности, т.е. повышается устойчивость его организма против действия различных факторов. Организм человека может адаптироваться к высокой и низкой температуре, к низкому атмосферному давлению или даже некоторым патогенным факторам.

Люди, живущие в северных или южных широтах, в горах или на равнине, во влажных тропиках или в пустыне по многим показателям гомеостаза отличаются друг от друга. Поэтому ряд показателей нормы для отдельных регионов земного шара может отличаться.

1. Адаптация к воздействию низкой температуры

Приспособление к холоду - наиболее трудно - достижимый и быстро утрачиваемый без специальных тренировок вид климатической адаптации человека. Объясняется это тем, что, согласно современным научным представлениям, наши предки жили в условиях теплого климата и были гораздо больше приспособлены к защите от перегревания. Наступившее похолодание было относительно быстрым и человек, как вид, "не успел" приспособиться к этому изменению климата большей части планеты. Кроме того, к условиям низких температур люди стали приспосабливаться, в основном, за счет социальных и техногенных факторов - жилища, очага, одежды. Однако, в экстремальных условиях человеческой деятельности (в том числе в альпинистской практике) физиологические механизмы терморегуляции - "химическая" и "физическая" ее стороны становятся жизненно важными.

Первой реакцией организма на воздействие холода является снижение кожных и респираторных (дыхательных) потерь тепла за счет сужения сосудов кожи и легочных альвеол, а также за счет уменьшения легочной вентиляции (снижение глубины и частоты дыхания). За счет изменения просвета сосудов кожи кровоток в ней может варьировать в очень широких пределах - от 20 мл до 3 литров в минуту во всей массе кожи.

Сужение сосудов приводит к снижению температуры кожи, но когда эта температура достигает 6єС и возникает угроза холодовой травмы, развивается обратный механизм - реактивная гиперемия кожи. При сильном охлаждении может возникнуть стойкое сужение сосудов в виде их спазма. В этом случае появляется сигнал неблагополучия - боль.

Снижение температуры кожи кистей рук до 27 єС связано с ощущением "холодно", при температуре, меньшей 20єС - "очень холодно", при температуре меньше 15 єС - "невыносимо холодно".

При воздействии холода вазоконструкторные (сосудосуживающие) реакции возникают не только на охлажденных участках кожи, но и в отдаленных областях организма, в том числе во внутренних органах ("отраженная реакция"). Особенно выражены отраженные реакции при охлаждении стоп - реакции слизистой носа, органов дыхания, внутренних половых органов. Сужение сосудов при этом вызывает снижение температуры соответствующих областей тела и внутренних органов с активизацией микробной флоры. Именно этот механизм лежит в основе так называемых "простудных" заболеваний с развитием воспаления в органах дыхания (пневмонии, бронхиты), мочевыделения (пиелиты, нефриты), половой сферы (аднекситы, простатиты) и т.д.

Механизмы физической терморегуляции первыми включаются в защиту постоянства внутренней среды при нарушении равновесия теплопродукции и теплоотдачи. Если этих реакций недостаточно для поддержания гомеостаза, подключаются "химические" механизмы - повышается мышечный тонус, появляется мышечная дрожь, что приводит к усилению потребления кислорода и увеличению теплопродукции. Одновременно возрастает работа сердца, повышается кровяное давление, скорость кровотока в мышцах. Подсчитано, что для поддержания теплобаланса обнаженного человека при неподвижном холодном воздухе необходимо увеличение теплопродукции в 2 раза на каждые 10є снижения температуры воздуха, а при значительном ветре теплопродукция должна удваиваться на каждые 5є понижения температуры воздуха. У тепло одетого человека удвоение величины обмена будет компенсировать понижение внешней температуры на 25є.

При многократных контактах с холодом, локальных и общих, у человека вырабатываются защитные механизмы, направленные на предотвращение неблагоприятных последствий холодовых воздействий. В процессе акклиматизации к холоду повышается устойчивость к возникновению отморожений (частота отморожений у акклиматизированных к холоду лиц в 6-7 раз ниже, чем у неакклиматизированных). При этом, в первую очередь, происходит совершенствование сосудодвигательных механизмов ("физическая" терморегуляция). У лиц, длительно подвергающихся действию холода, определяется повышенная активность процессов "химической" терморегуляции - основной обмен; у них повышен на 10 - 15%. У коренных жителей Севера (например, эскимосов) это превышение достигает 15 - 30% и закреплено генетически.

Как правило, в связи с совершенствованием механизмов терморегуляции в процессе акклиматизации к холоду уменьшается доля участия скелетной мускулатуры в поддержании теплобаланса - становится менее выраженной интенсивность и продолжительность циклов мышечной дрожи. Расчеты показали, что за счет физиологических механизмов приспособления к холоду обнаженный человек способен переносить длительное время температуру воздуха не ниже 2°С. По-видимому, эта температура воздуха является пределом компенсаторных возможностей организма поддерживать теплобаланс на стабильном уровне.

Условия, при которых организм человека адаптируется к холоду, могут быть различными (например, работа в неотапливаемых помещениях, холодильных установках, на улице зимой). При этом действие холода не постоянное, а чередующееся с нормальным для организма человека температурным режимом. Адаптация в таких условиях выражена нечетко. В первые дни, реагируя на низкую температуру, теплообразование возрастает неэкономно, теплоотдача еще недостаточно ограничена. После адаптации процессы теплообразования становятся более интенсивными, а теплоотдача снижается.

Иначе происходит адаптация к условиям жизни в северных широтах, где на человека влияют не только низкие температуры, но и свойственные этим широтам режим освещения и уровень солнечной радиации.

Что же происходит в организме человека при охлаждении?

Вследствие раздражения холодовых рецепторов изменяются рефлекторные реакции, регулирующие сохранение тепла: сужаются кровеносные сосуды кожи, что на треть уменьшает теплоотдачу организма. Важно, чтобы процессы теплообразования и теплоотдачи были сбалансированными. Преобладание теплоотдачи над теплообразованием приводит к понижению температуры тела и нарушению функций организма. При температуре тела 35 єС наблюдается нарушение психики. Дальнейшее понижение температуры замедляет кровообращение, обмен веществ, а при температуре ниже 25 єС останавливается дыхание.

Одним из факторов интенсификации энергетических процессов является липидный обмен. Например, полярные исследователи, у которых в условиях низкой температуры воздуха замедляется обмен веществ, учитывают необходимость компенсировать энергетические затраты. Их рационы отличаются высокой энергетической ценностью (калорийностью).

У жителей северных районов более интенсивный обмен веществ. Основную массу их рациона составляют белки и жиры. Поэтому в их крови содержание жирных кислот повышено, а уровень сахара несколько понижен.

У людей, приспосабливающихся к влажному, холодному климату и кислородной недостаточности Севера, также повышенный газообмен, высокое содержание холестерина в сыворотке крови и минерализация костей скелета, более утолщенный слой подкожного жира (выполняющего функцию теплоизолятора).

Однако не все люди в одинаковой степени способны к адаптации. В частности, у некоторых людей в условиях Севера защитные механизмы и адаптивная перестройка организма могут вызвать дезадаптацию - целый ряд патологических изменений, называемых "полярной болезнью".

Одним из наиболее важных факторов, обеспечивающих адаптацию человека к условиям Крайнего Севера, является потребность организма в аскорбиновой кислоте (витамин С), повышающей устойчивость организма к различного рода инфекциям.

Теплоизоляционная оболочка нашего тела включает поверхность кожи с подкожным жиром, а так же расположенные под ним мышцы. Когда кожная температура понижается ниже обычного уровня, сужение кровеносных сосудов кожи и сокращение скелетных мышц повышают изоляционные свойства оболочки. Установлено, что сужение сосудов пассивной мышцы обеспечивает до 85% общей изоляционной способности организма в условиях экстремально низких температур. Эта величина противодействия теплопотерям в 3-4 раза превышает изоляционные способности жира и кожи.

1.1 Физиологические реакции на выполнение упражнений в условиях низкой температуры окружающей среды

метаболический температура адаптация

При охлаждении мышца становится более слабой. Нервная система реагирует на охлаждение мышц изменением структуры вовлечения в работу мышечных волокон. По мнению некоторых специалистов, это изменение в выборе волокон приводит к снижению эффективности мышечных сокращений. При пониженной температуре уменьшается и скорость и сила сокращения мышц. Попытка выполнить работу при температуре мышцы 25°С с такой же скоростью и производительностью, с каким она выполнялась, когда температура мышцы была 35°С, приведёт к быстрому утомлению. Поэтому приходится либо расходовать больше энергии, либо выполнять физическую нагрузку с меньшей скоростью.

Если одежда и метаболизм, обусловленный физической нагрузкой, достаточны, чтобы поддержать температуру тела в условиях пониженной температуры окружающей среды, уровень мышечной деятельности не понизится. Вместе с тем по мере появления утомления и замедления мышечной деятельности образование тепла постепенно уменьшится.

1.2 Метаболические реакции

Продолжительные физические нагрузки ведут к повышенному использованию и окислению свободных жирных кислот. Повышенный метаболизм липидов обусловлен, главным образом, выделением катехоламинов (адреналина и норадреналина) в сосудистую систему. В условиях пониженной температуры окружающей среды секреция этих катехоламинов заметно увеличивается, тогда как уровни свободных жирных кислот повышаются значительно меньше по сравнению с таковыми при выполнении продолжительной физической нагрузки в условиях более высокой температуры окружающей среды. Низкая температура окружающей среды вызывает сужение кровеносных сосудов кожи и подкожных тканей. Как известно, подкожная ткань - основное место хранения липидов (жировая ткань), поэтому сужение сосудов приводит к ограниченному кровоснабжению участков. Из которых мобилизуются свободные жирные кислоты, вследствие чего уровни свободных жирных кислот повышаются не столь значительно.

Глюкоза крови играет важную роль в развитии толерантности к условиям низкой температуры, а также поддержании уровня выносливости при выполнении физ. нагрузки. Гипогликемия (пониженное содержание глюкозы в крови), например, подавляет дрожь, и ведёт к значительному понижению ректальной температуры.

Многих интересует, не повреждаются ли дыхательные пути при быстром глубоком вдыхании холодного воздуха. Холодный воздух, проходя через рот и трахею, быстро согревается, даже если его температура ниже -25°С. Даже при такой температуре воздух, пройдя около 5см по носовому ходу, согревается до 15°С. Очень холодный воздух, попадая в нос, достаточно согревается, приближаясь к выходу из носового хода; таким образом, отсутствует опасность травмирования горла, трахеи или лёгких.

Заключение

Условия, при которых организм должен адаптироваться к холоду, могут быть различными. Одним из возможных вариантов таких условий - работа в холодных цехах. При этом холод действует прерывисто. В связи с усиленными темпами освоения Крайнего Севера в настоящее время актуальным становится вопрос адаптации организма человека к жизни в северных широтах, где он подвергается не только воздействию низкой температуры, но также изменению режима освещенности и уровня радиации.

Адаптационные механизмы позволяют компенсировать изменения фактора среды лишь в определенных пределах и определенное время. В результате воздействия на организм факторов, превышающих возможности адаптационных механизмов, развивается дезадаптация. Она приводит к дисфункции систем организма. Следовательно, происходит переход адаптационной реакции в патологическую - болезнь. Примером болезней дезадаптации являются сердечно-сосудистые заболевания у не коренных жителей Севера.

Список использованной литературы

1. Ажаев А.Н., Берзин И.А., Деева С.А., "Физиолого-гигиенические аспекты низких температур на организм человека", 2008г

2. http://bibliofond.ru/view.aspx?id=459098#1

3. http://fiziologija.vse-zabolevaniya.ru/fiziologija-processov-adaptacii/ponjatie-adaptacii.html

4. http://human-physiology.ru/adaptaciya-ee-vidy-i-periody

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Строение и функции кожи. Основные механизмы терморегуляции. Реакция кожи на температуру окружающей среды. Всегда ли организм способен компенсировать длительное воздействие низкой или высокой температуры. Первая помощь при тепловом и солнечном ударе.

презентация , добавлен 02.12.2013


Основные причины, вызывающие гибель растений от холода. Мгновенное и необратимое повреждение клеток при образовании внутриклеточного льда как указание на физическую природу процесса. Подверженность мембран воздействию гипотермии, пути его предотвращения.

реферат , добавлен 11.08.2009


Адаптация как одно из ключевых понятий в экологии человека. Основные механизмы адаптации человека. Физиологические и биохимические основы адаптации. Адаптация организма к физическим нагрузкам. Снижение возбудимости при развитии запредельного торможения.

реферат , добавлен 25.06.2011


Характеристика процессов адаптации человека к условиям окружающей среды. Исследование основных механизмов адаптации. Изучение общих мер повышения устойчивости организма. Законы и закономерности гигиены. Описания принципов гигиенического нормирования.

презентация , добавлен 11.03.2014


Изучение понятия физической и химической теплорегуляции. Изотермия - постоянство температуры тела. Факторы, влияющие на температуру тела. Причины и признаки гипотермии и гипертермии. Места измерения температуры. Виды лихорадок. Закаливание организма.

презентация , добавлен 21.10.2013


Особенности среды обитания земноводных (лягушек, жаб, тритонов и саламандр). Зависимость температуры тела земноводных от температуры окружающей среды. Польза земноводных для сельского хозяйства. Отряды земноводных: безногие, бесхвостые и хвостатые.

презентация , добавлен 28.02.2011


Перекрестная адаптация организма к одному фактору среды, ее способствование приспособлению к другим факторам. Молекулярные основы адаптации человека и ее практическое значение. Приспосабливаемость живого организма к повреждающим факторам внешней среды.

реферат , добавлен 20.09.2009


Адаптация организма к условиям среды в общебиологическом плане, ее необходимость для сохранения как индивидуума, так и вида. Способы защиты от неблагоприятных условий окружающей среды. Анабиоз, оцепенение, зимняя спячка, миграция, активация ферментов.

реферат , добавлен 20.09.2009


Адаптация как приспособление организма к среде обитания, к условиям его существования. Особенности условий жизни спортсмена. Биохимические и физиологические механизмы адаптации к физическим нагрузкам. Биологические принципы спортивной тренировки.

реферат , добавлен 06.09.2009


Влияние температуры на особенности прорастания и всхожести семян эфемеров в лабораторных и полевых условиях. Определение минимальной, оптимальной и максимальной температуры прорастания семян эфемерных растений Донбасса, их таксономический анализ.