Адаптация к действию высокой температуры

Высокая температура может действовать на организм человека в искусственных и есте­ственных условиях. В первом случае речь идет о работе, связанной с высокой температу­рой помещения, что также чередуется с пребыванием в условиях комфортной температу­ры. Первая фаза адаптации в этом примере связала с отсутствием баланса*между теплопро­дукцией и основным механизмом теплоотдачи — потоотделением. По мере того как работа в горячем цехе становится перманентной, приспособление, т. е. адаптация идет за счет сни­жения теплопродукции, формирования стойкого перераспределения кровенаполнения со­судов, так что с поверхности тела отдача тепла облегчается. Потоотделение из избыточного - в аварийную фазу — превращается в адекватное высокой температуре. Потеря воды и солей с потом компенсируется питьем подсоленой воды. Пребывание в условиях комфорт­ной температуры помогает восстановительным процессам и облегчает адаптацию к услови­ям высокой температуры.

Степени гипокинезии в естественных условиях и в опыте могут быть различными, начи­ная от небольшого ограничения подвижности до почти полного ее прекращения. Полной гипокинезии можно добиться, используя лишь фармакологические вещества типа миоре-лаксина (имеются в виду препараты, которые препятствуют распространению импульсов с нервов на мышцы и, таким образом, выключают деятельность скелетной мускулатуры).

Можно говорить о различных видах гипокинезии. К числу таковых относятся: отсутст­вие необходимости движения, невозможность двигаться в связи со спецификой внешних условий, запрет движений при режиме покоя в связи с заболеванием, невозможность дви­гаться в связи с заболеванием.

Примером гипокинезии, связанной с отсутствием необходимости в, двигательной актив­ности, является режим нашей повседневной жизни. Разумеется, речь идет о людях, занима­ющихся умственным трудом, ведущих так называемый «сидячий образ жизни». Однако со­временная высокоразвитая техника, используемая на производстве, приводит к тому, что человек в процессе трудовой деятельности прилагает все меньше и меньше физических уси­лий, так как его труд постепенно заменяется работой различных машин. Таким образом, научно-техническая революция несет с собой гипокинезию, являющуюся отрицательным моментом для человека как биологической системы.

Аварийная фаза адаптации к гипокинезии отличается первоначальной мобилизацией реакций, компенсирующих недостаток двигательных функций. В реакцию организма на ги­покинезию вовлекается прежде всего нервная система с ее рефлекторными механизмами. Взаимодействуя с гуморальными механизмами, нервная система и организует защитные реакции адаптации на действие гипокинезии.

Исследования показали, что к числу таких защитных реакций относится возбуждение симпато-алреналовой системы, связанное большей частью с эмоциональным напряжением при гипокинезии. Во вторую очередь защитные реакции включают гормоны адаптации.

Симпато-адреналовая система обусловливает временную частичную компенсацию на­рушений кровообращения в виде усиления сердечной деятельности, повышения сосудисто­го тонуса и, следовательно, кровяного давления, усиления дыхания (повышение вентиля­ции легких). Выделение адреналина и возбуждение симпатической системы способствуют повышению уровня катаболизма в тканях. Однако эти реакции кратковременны и быстро угасают при продолжающейся гипокинезии.

Дальнейшее развитие гипокинезии можно представить себе следующим образом. Непо­движность прежде всего способствует снижению катаболитических процессов. Выделение энергии уменьшается, и интенсивность окислительных реакций становится незначитель­ной. Поскольку в крови снижается содержание углекислоты, молочной кислоты и других продуктов метаболизма, в норме стимулирующих дыхание и кровообращение (интенсив­ность деятельности сердца, скорость кровотока и кровяное давление), то эти показатели также снижаются. У людей в состоянии гипокинезии уменьшается вентиляция легких, час­тота сердечных сокращений, ниже становится кровяное давление. Если при этом питание остается таким же, как при активной деятельности, наблюдается положительный баланс, кумуляция в организме жиров и углеводов. При продолжающейся гипокинезии такое повы­шение ассимиляции довольно скоро приводит к ожирению. Характерным изменениям под­вергается сердечно-сосудистая система. Постоянная недогрузка сердца в связи с уменьше-нием "венозного возврата» в правое предсердие служит причиной недорастяжения его кро­вью, уменьшения минутного объема. Сердечная мышца начинает работать ослабленно. В во­локнах сердечной мышцы снижается интенсивность окислительных реакций, и это приводит к изменению по типу_атрофии (слово «атрофия» означает отсутствие питания). Уменьшается масса мышц, снижается их энергетический потенциал и, наконец, возникают деструктивные измене­ния. В опытах на кроликах, подвергавшихся длительное время действию гипокинезии, уста' новлено, что сердце уменьшается в объеме на 25% по сравнению с сердцем контрольных кроликов.

Процесс адаптации при перемещении в южные широты имеет больше специфики. При постоянном действии высокой температуры (в зависимости от влажности) главные измене­ния в организме — дегидратация и потеря солей, в частности NaCl. Соответственно про­цесс адаптации идет в направлении повышения выработки АДГ и альдостерона. В результа­те устанавливается экономичное выделение этих гормонов, позволяющее снизить потерю воды и NaCl и в то же время сохранить механизм потоотделения как основу для повышен­ной отдачи тепла. В этих условиях активно функционирует гипоталамический центр термо­регуляции, которому принадлежит роль в управлении теплопродукцией и теплоотдачей.

В тканях при участии гистамина и серотонина облегчается отдача воды из коллоидного промежуточного вещества, растет лимфоток, в связи с чем увеличивается объем циркули­рующей крови. Эти изменения создают предпосылки для притока большего количества крови к поверхности кожи, что способствует потоотделению. У людей при адаптации к гипертер­мии отмечается повышенное содержание азота в крови и низкий уровень кровяного давле­ния. В случаях дезадаптации человеку в условиях высокой температуры угрожает перегре­вание — повышение кровенаполнения сосудов мозга, потеря сознания и другие патологи­ческие явления.

АДАПТАЦИЯ К РАЗЛИЧНЫМ РЕЖИМАМ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ

Повышенная активность. Двигательная активность — основное свойство животных и человека, неотъемлемая часть жизни и развития каждого организма. В течение жизни не­редко влиянием каких-либо требований внешней среды уровень двигательной активности изменяется в сторону его повышения или понижения.

Если человек изменяет образ жизни так, что его двигательная активность по необходимости становится высокой, то его организм должен приспосабливаться к новому состоянию (напри­мер, тяжелая физическая работа, систематические занятия спортом и т. д.). В этих случаях раз­вивается специфическая адаптация, сводящаяся к перестройке структуры мышечной ткани. точ­нее, ее массы в соответствии с повышенной функцией.

В основе этого механизма лежит активация синтеза мышечных белков. Ф. 3. Меерсон описал закономерность в соотношении функции органа и генетического аппарата составля­ющих его клеток. Увеличение функции на единицу массы ткани вызывает изменение актив-ности генетического аппарата: повышается количество информационной РНК, что приво-дит к увеличению числа рибосом и полисом, в которых происходит синтез белков. В конеч ном итоге, клеточные белки растут в объеме и количестве, нарастает масса мышечной тка­ни, другими словами, возникает гипертрофия. При этом в митохондриях мышечных клеток увеличивается использование пирувата, что предотвращает повышение содержания лакта-та в крови и обеспечивает мобилизацию и использование жирных кислот, а это, в свою очередь, приводит к повышению трудоспособности. В результате объем функции приходит в соответствие с объемом структуры органа и организм в целом становится адаптирован­ным к нагрузке данной величины. Если человек проводит усиленную тренировку в объеме, значительно превышающем физиологический, то структура мышц подвергается особенно

выраженным изменениям. Объем мышечных волокон возрастает в такой степени, что кро­воснабжение не справляется с задачей столь высокого обеспечения мышц. Это приводит к обратному результату: энергетика мышечныхсокращений ослабевает (так, например, мо­жет быть при занятиях культуризмом). Такое явление можно считать дезадаптацией.

В целом, хорошо дозируемые нагрузки способствуют повышению неспецифической ре-зистентности к действию самых различных факторов. Наряду с повышенной двигательной активностью человек и животное бывают вынуждены адаптироваться и к пониженной дви­гательной активности, т. е. к гипокинезии.

Пониженная активность. Ограничения двигательной активности живого организма на­зывают гипокинезией (синоним термина «гиподинамия»).

Изменения происходят и в сосудистой системе. В условиях гипокинезии, когда выброс крови из сердца снижается и количество циркулирующей крови уменьшается в связи с ее депонированием и застаиванием в капиллярах, тонус сосудов постепенно ослабляется. Это снижает кровяное давление, что, в свою очередь, приводит к плохому снабжению тканей кислородом и падению в них интенсивности обменных реакций (порочный круг).

Застой крови в капиллярах и емкостном отделе сосудистого русла (мелких венах) спо­собствует повышению проницаемости сосудистой стенки для воды и электролитов и вы-потеванию их в ткани. В результате возникают отеки различных частей тела. Ослабление работы сердца служит причиной повышения давления в системе полых вен, что, в свою очередь, ведет к застою в печени. Последнее способствует снижению ее обменной, барь­ерной и других очень важных для состояния организма функций. Кроме того, плохое кро­вообращение в печени вызывает застой крови в бассейне воротной вены. Отсюда — по­вышение давления в капиллярах кишечной стенки и уменьшение всасывания веществ из кишечника.

Ухудшенные условия кровообращения в пищеварительной системе снижают интенсив­ность сокоотделения, вследствие чего возникают расстройства пищеварения. Уменьшение кровяного давления и объема циркулирующей крови является причиной снижения мочеоб-разования в почках. В организме при этом повышается содержание остаточного азота, не выводимого с мочой.

Специфические изменения возникают и в суставах при ограничении движений и подвиж­ности. Эти изменения касаются синовиальных оболочек. Уменьшается количество сустав­ной жидкости и суставы теряют свою подвижность.

Состояние, характерное для гипокинезии, может быть обратимым или необратимым. В по­следнем случае оно может закончиться гибелью, чаще всего в связи с присоединившимся пато­логическим процессом, так как сопротивляемость организма в условиях гипокинезии очень низка. Все вышеизложенное касается абсолютной вынужденной гипокинезии. В отличие от примеров адаптации к измененному газовому составу, низкой температуре и другим, адап­тация к абсолютной гипокинезии не может считаться полноценной. Вместо фазы резис-тентности идет медленное истощение всех функций. Если гипокинезия не абсолютная, а лишь относительная, устанавливается определенный низкоэнергетический гомеостазис — фаза резистентности. Она отличается нестабильностью, резким снижением неспецифичес­кой устойчивости, предрасположением к любым патологическим процессам.

АДАПТАЦИЯ К НЕВЕСОМОСТИ

Из факторов, наиболее неадекватных для организма, являются условия невесомости.

Человек рождается, растет и развивается в естественных условиях только под действи­ем сил земного притяжения. Сила притяжения формирует топографию функций скелетной мускулатуры и гравитационные рефлексы. Вся координированная мышечная работа фор­мируется в условиях сил земного притяжения. Вегетативное обеспечение мышечной актив­ности также во многом зависимо от силы гравитации. В частности, кровообращение пост­роено на факторе силы притяжения. Сила притяжения способствует току крови по артери­ям, но препятствует току крови по венам, в связи с чем в организме развиваются механиз­мы, способствующие венозному кровотоку.

Когда при космическом полете человек попадает в условия невесомости, это резко нару­шает как соматическую деятельность, так и работу внутренних органов. Экстеро- и интеро-рецепторы начинают сигнализировать о необычном состоянии скелетной мускулатуры и всех внутренних органов. Под влиянием такой необычной импульсации в фазу острой адап­тации отмечается высокая степень дезорганизации двигательной деятельности и работы внутренних органов.

Дезорганизация функций глубока и имеет тенденцию прогрессировать. Она характери­зуется изменением регионального тонуса сосудистой системы. В результате, в острый пе-

Рис. 106. Факторы, действующие на организм в условиях космического полета, и изменения в различных системах организма.

риод адаптации отмечается прилив крови к голове, целый ряд вестибулярных расстройств, изменение обмена веществ, которое проявляется в снижении уровня энергетического об­мена. В тяжелых условиях отмечают нарушение минерального, в том числе кальциевого обмена, что зависит от двигательной активности в условиях недогрузок костной системы конечностей, особенно нижних. По-видимому, отрицательный баланс Са2+ в условиях космических полетов может быть связан и с эндокринными сдвигами (дезорганизация в соотношениях паратгормона и тиреокальцитонина, нарушение обмена витамина Д, эти изменения ведут к деструкции костей). Изменяется не только координация движении, но даже почерк. В экспериментах были обнаружены нарушения структуры передних рогов серого вещества спинного мозга, показано также снижение устойчивости физиологичес­ких систем в условиях физических нагрузок. Адаптация в этих условиях возможна лишь при кардинальной перестройке управляющих механизмов центральной нервной системы, формировании новых функциональных систем при обязательном использовании комплекса технических и тренировочных защитных мероприятий. Необходимо применять различ­ные искусственные способы жизнеобеспечения в такой необычной и неадекватной для организма ситуации.

Возникает вопрос: возможна ли истинная адаптация к условиям невесомости, при кото­рой возникает перестройка системы регулирования, адекватной существованию в условиях на Земле. Этот вопрос еше требует своего решения.

Физиология человека

АДАПТАЦИЯ К ГИПОКСИИ

Недостаток кислорода — один из часто встречающихся факторов внешней среды; в са­мом деле, гипоксия сопровождает очень многие физиологические и патологические про­цессы (подъем в горы и дыхание разреженным воздухом — классические примеры гипо­ксии); при интенсивных физических нагрузках также возникает недостаток кислорода, вслед­ствие того, что мышцы поглощают кислород интенсивнее, чем он приносится кровью; ане­мия вследствие кровопотери или любой другой причины также вызывает гипоксию тканей; почти все болезни сердца и дыхания, как правило, сопровождаются развитием гипоксии.

Таким образом, можно констатировать, что гипоксия — универсальный действующий фактор, и в организме на протяжении многих веков эволюции выработались эффективные приспособительные механизмы к данному экстремальному воздействию.

Охарактеризуем кратко гипоксические состояния. Наиболее известна классификация гипоксии, включающая 4 больших класса:

1. Гипоксяческая гипоксия (снижено содержание кислорода в атмосферном воздухе, а
значит, в альвеолах и артериальной крови).

2. Анемическая гипоксия (недостаток эритроцитов или гемоглобина как основного пере­
носчика кислорода).

3. Застойная, или цнркуляторная, гипоксия (возникает вследствие нарушений кровообра­
щения из-за сердечной недостаточности).

4. Гистотоксическая гипоксия (в результате действия ядов (цианиды) блокированы фер­
менты дыхательной цепи в тканях, в частности, конечное звено в переносе кислорода —
цитохромоксидаза).

Помимо этих классов, различают острую и хроническую гипоксию. Острая гипоксия возникает при резком уменьшении доступа кислорода в организм (при помещении исследу­емого в барокамеру, откуда выкачивается воздух, при отравлении окисью углерода, при остром нарушении кровообращения или дыхания). Хроническая гипоксия возникает при длительном пребывании в горах или при любых других условиях недостаточного снабже­ния кислородом.

Как же организмы реагируют на гипоксическое воздействие? Для простоты возьмем в качестве модели гипоксии подъем в горы. При этом в качестве ответных мер на недостаток кислорода организм усилит работу тех органов и систем, которые осуществляют транспорт кислорода к клеткам: усилится кровообращение и дыхание, увеличится кислородная ем­кость крови вследствие роста концентрации эритроцитов и гемоглобина, изменится форма кривой диссоциации оксигемоглобияа со сдвигом вправо, повысится активность ферментов дыхательной цепи, изменится центральная регуляция вегетативных функций, направлен­ная на более экономное использование кислорода, произойдет модификация поведения (ог­раничение двигательной активности, избегание воздействия высоких температур).

Ответные реакции на дефицит кислорода охватывают многие важнейшие физиологичес­кие системы организма. Остановимся более подробно на характеристике ответных реакций организма.

Первой компенсаторной реакцией на гипоксию является увеличение частоты сердечных сокращений, несколько увеличивается ударный объем сердца и минутный объем крови. Эта реакция направлена на ликвидацию недостатка кислорода в тканях. Так, если организм че­ловека потребляет в покое 300 мл кислорода в минуту, а его парциальное давление во вды­хаемом воздухе (а, следовательно, и в крови) уменьшилось на 1/3, достаточно увеличить на 30% минутный объем крови, чтобы к тканям было доставлено то же количество кислорода. Раскрытие дополнительных капилляров в тканях реализует увеличение кровотока, так как при этом повышается скорость диффузии кислорода.

Увеличение интенсивности дыхания при гипоксии незначительно и только при выра­женных степенях кислородного голодания (парциальное давление кислорода во вдыхае­мом воздухе менее 80 мм рт. ст.) возникает углубление и учащение дыхания (одышка).

Объясняется это тем, что усиление дыхания в гипоксической атмосфере сопровождается гипокапнией, которая сдерживает увеличение легочной вентиляции и только через опреде­ленное время (1—2 недели) пребывания в условиях гипоксии происходит существенное увеличение легочной вентиляции из-за повышения чувствительности центров дыхания к углекислому газу.

При гипоксии возрастает количество эритроцитов и концентрация гемоглобина в крови в первые 3—5 дней (острый период) за счет опорожнения кровяных депо и сгущения крови, а далее за счет интенсификации кроветворения (выяснено, что уменьшение атмосферного давления на 100 мм рт. ст. вызывает нарастание содержания гемоглобина в крови на 10%). Изменяются также кислородтранспортные свойства гемоглобина, увеличивается сдвиг кри­вой диссоциации оксигемоглобина вправо, что способствует более полной отдаче кислоро­да тканям. В клетках возрастает количество митохондрий, увеличивается содержание фер­ментов дыхательной цепи, что позволяет интенсифицировать процессы использования энер­гии в клетке. И, наконец, происходит перестройка в центральной регуляции дыхания и кро­вообращения. Наиболее демонстративно это проявляется в изменении чувствительности дыхательного центра к углекислому газу. При адаптации к гипоксии чувствительность по­вышается; это позволяет увеличить легочную вентиляцию, поднять содержание кислорода в крови, улучшить снабжение организма кислородом и, что не менее важно, ослабить ин­тенсивность работы сердечно-сосудистой системы и тем самым повысить резервные воз­можности организма.

Таким образом, в результате воздействия всех звеньев нейрогуморальной системы про­исходят структурно-функциональные перестройки в организме, в результате которых фор­мируются адаптивные реакции к данному экстремальному воздействию.