ГоловнаЗворотній зв'язок

Возрастная физиология

Физиология адаптации

Адаптация: процесс и результат. Слово «адаптация» происходит от латинского слова, означающего приспособление. Процесс адап­тации — это процесс морфологических и функциональных пре­образований в организме, в результате которых действующий фак­тор среды ослабляет или вовсе прекращает свое негативное воз­действие не потому, что он устранен, а потому, что организм уже не воспринимает этот фактор как нечто неблагоприятное. Резуль­татом адаптации является способность организма нормально функ­ционировать в новых для него условиях при сохранении важней­ших параметров гомеостаза и высокой работоспособности. Здесь в полной мере вступает в силу принцип Ле Шателье, согласно ко­торому сложная система под воздействием оказанного на нее дав­ления изменяется таким образом, чтобы минимизировать послед­ствия этого воздействия.

На протяжении жизни человеку неоднократно приходится пе­реживать периоды адаптации. Первый из них — момент рожде­ния, сразу после которого организм должен достаточно быстро приспособиться к множеству таких вновь возникших факторов, как сила тяжести, переменная температура, воздушная среда, мик­робные агрессии и т.п. Поскольку внешняя среда постоянно ме­няется и задает свои условия организму, постольку жизнь есть непрерывная адаптация к физическим, химическим, биологиче­ским и социальным факторам окружающей среды.

Срочная и долговременная адаптация. Впервые столкнувшись с действием какого-либо фактора, способного нарушить гомеостаз или привычную деятельность физиологических систем, организм бурно реагирует, пытаясь найти выход из создавшегося положе­ния. Бурная реакция организма проявляется в виде активации множества физиологических функций. Такая срочная адаптация базируется на том функциональном диапазоне, который характе­рен для каждой из участвующих в этом процессе физиологиче­ских функций. Эта порой хаотическая активность обычно позво­ляет решить задачу срочного приспособления, хотя его физиоло­гическая цена может быть чрезвычайно высока. Поэтому, если такое же воздействие возникает вновь и вновь, организм переходит к другой стратегии адаптации, которая требует значительно более глубоких перестроек и во много раз больше времени, но позволя­ет решить возникшую задачу гораздо эффективнее. Такая долго­временная адаптация обязательно включает в себя этап актива­ции генетического аппарата клеток тех органов и тканей, кото­рые наиболее активно участвуют в процессах срочной адаптации. Доказано, что сам процесс срочной адаптации через образующиеся при этом промежуточные продукты обмена веществ (в частности, циклический АМФ) как раз и запускает активацию клеточного генома, что необходимо для начала синтезов новых белков и дру­гих структурных и функциональных молекул в клетках адаптиру­ющегося организма. Постепенно, по мере многократного повто­рения воздействия фактора, к которому приспосабливается орга­низм, его структурные и функциональные возможности становятся все в большей мере пригодными дія наиболее эффективного и экономичного реагирования на каждое такое воздействие. И на­конец, наступает момент, когда организм воспринимает воздей­ствие этого фактора как нечто совершенно обычное, не ведущее к какому-либо значительному увеличению функциональной ак­тивности. Считается, что для человека этот период обычно со­ставляет около 6 нед.

Следует подчеркнуть, что сила действия фактора, вызываю­щего адаптацию, должна превысить некий порог, иначе организм не прореагирует на это воздействие. Так, если мы хотим закалить ребенка с помощью обливания его ног водой, т.е. вызвать у него температурную адаптацию, то температура воды должна быть до­статочно низкой (22—24 °С), чтобы такое воздействие организм воспринял как существенное. Если вода будет близка по темпера­туре к термонейтральной зоне (28—30 °С), то никакой адаптации не произойдет, сколько бы мы ни применяли эту водную про­цедуру.

Согласованность структурно-функциональных изменений, прин­цип симморфоза. В процессе адаптивной перестройки организма не может произойти так, что один орган изменится, а все другие останутся прежними. Любое изменение структуры и функции ча­сти организма ведет к адекватным изменениям целого, поскольку организм — это единая система, и на подобные воздействия он реагирует как одно целое. Другое дело, что не обязательно все органы или ткани должны, например, гипертрофироваться (уве­личиваться в размере) — адаптация всегда протекает целесооб­разно, в соответствии с принципом разумной достаточности. Изу­чая разнообразные проявления адаптации в процессе эволюции, в условиях различной среды обитания и в онтогенезе, физиологи выдвинули принцип симморфоза, т.е. согласованных морфологи­ческих и функциональных адаптивных изменений. Согласно этому принципу, изменения в системе дыхания связаны с адекватными изменениями в системе кровообращения, а те в свою очередь — с аналогичными изменениями в системе гормональной регуляции и т.д. Таким образом, гармоничное приспособление за счет изме­нения только одной структуры невозможно — при этом обяза­тельно изменится многое.

Адаптивные возможности и их пределы. В геноме каждого чело­века заключены огромные возможности реализации самых разно­образных адаптивных вариантов, однако они не беспредельны. И пределы эти установлены наследственными характеристиками, которые специфичны для каждого биологического вида. Напри­мер, человек никогда без помощи технических средств не сможет находиться под водой десятки минут, как это могут делать кито­образные; не сможет пользоваться ультразвуком для ориентации в пространстве, как это умеют делать летучие мыши; не сможет впадать в спячку, как медведь, и т.п. Но и тех возможностей, которыми располагает человек благодаря его наследственности, вполне достаточно для тою, чтобы приспособиться к широчай­шему разнообразию экологических условий, встречающихся на Земле. Человек по своим биологическим свойствам — одно из са­мых выносливых существ, обладающих огромной для его разме­ров силой и быстротой, а уж в сфере мыслительных процессов он просто не имеет равных среди живущих на Земле организмов. Од­нако для того чтобы полностью реализовать любую из заложен­ных в генетическом коде человека потенциальных возможностей, необходима длительная и упорная тренировка, т.е. адаптация.

Непрерывность адаптации. Принципиальной особенностью био­логической адаптации является ее актуальность. Если то или иное свойство, возникшее в результате адаптации, никогда больше не использовалось или долго не использовалось, это свойство утра­чивается. Организм весьма расчетливо экономит свои ресурсы и не тратит их попусту на структуры и функции, на которые нет «спроса». Подтверждением этого могут служить результаты обсле­дований космонавтов, долгое время проведших на околоземной орбите при отсутствии силы тяжести. Их мышцы теряют свои свой­ства и даже отчасти деградируют, из костей вымывается кальций, они становятся хрупкими и мягкими. Только с помощью специ­ально организованных ежедневных физических тренировок на бе­гущей дорожке этому удается противостоять, и то не в полной мере. Точно так же невозможно раз и навсегда «проадаптировать-ся» к воздействию любого другого фактора. Человек, живущий в горах, адаптирован к низкому содержанию кислорода в атмосфе­ре: у него выше уровень гемоглобина в крови, более активны окис­лительные ферменты и т.д. Но стоит ему спуститься с гор и про­жить там несколько месяцев — все эти адаптивные особенности пропадают. Попав вновь в горы, человек вынужден адаптировать­ся к ним заново. Хотя в этом случае адаптация проходит обычно легче и быстрее, так как любая адаптация оставляет в организме след, который облегчает последующую нервную и гормональную перестройку.

Все это в полной мере относится к обучению, в котором роль физиологической адаптации чрезвычайно велика. Хорошо извест­но, что отсутствие практики приводит к утрате навыка использо­вания иностранного языка. Однако восстаноаление этого навыка в полном объеме для человека обученного — задача неизмеримо более легкая, чем обучение «с нуля».

Резервы организма: мифы и физиологическая реальность. В попу­лярной, а иногда и научной литературе периодически поднима­ется вопрос о необычайных возможностях, заложенных в орга­низме человека и нереализованных лишь потому, что мы не умеем этого делать. В частности, по мнению некоторых авторов, мозг человека используется только на 2—3 % (встречаются разные оцен­ки), а остальную часть составляют резервы, лежащие «мертвым грузом». Сказанное выше свидетельствует о том, что это не более чем миф. Никаких резервов, которые не используются и все же сохраняются, в организме человека нет. Другое дело, что с помо­щью грамотно построенной тренировки можно значительно улуч­шить многие характеристики деятельности в конкретных услови­ях. Надо лишь понимать, что если мы получаем вышрыш в одном направлении, то можем нечто потерять в другом направлении. Например, люди с мощной мускулатурой, много сил отдавшие тренировке своих мышц и демонстрирующие чудеса силовой под­готовки, как правило, почти полностью теряют гибкость позво­ночника и обладают низкой общей выносливостью, это — плата за чрезмерное развитие силовых возможностей. Разумеется, быва­ют всесторонне одаренные люди, которым удается довести до со-

 

вершенства не одну, а несколько сторон своих способностей. Но это уникальные случаи, как уникальна многогранная гениальность Леонардо да Винчи или М.В.Ломоносова.

Специфические и неспецифические компоненты адаптационного процесса. Выдающийся физиолог XX в. Г. Селье (канадец венгер­ского происхождения) в середине 50-х годов разработал концеп­цию, согласно которой адаптация имеет два компонента — спе­цифический и неспецифический.

Специфический компонент — это конкретные приспособления конкретных органов, систем, биохимических механизмов, кото­рые обеспечивают наиболее эффективную работу всего организма в данных конкретных условиях. Например, у жителей горных рай­онов, где содержание кислорода в атмосферном воздухе ниже, чем на уровне моря, отмечается целый ряд особенностей системы крови, в частности повышенная концентрация гемоглобина (что­бы можно было более эффективно извлекать кислород из прохо­дящего через легкие воздуха). Появление пигментации (загара) на коже у людей, находящихся достаточно длительное время в усло­виях сильной инсоляции (солнечной радиации), — также пример структурной специфической адаптации, позволяющей снизить риск повреждений избыточной лучистой энергией тех тканей, которые расположены ниже поверхностных слоев кожи. Таких примеров можно привести множество, и они хорошо известны уже давно. Специфические приспособления в организме образу­ются благодаря изменению активности определенных участков ге­нома в тех клетках, от которых такое приспособление зависит, и это происходит на протяжении довольно значительного времени. Обычно человеку необходимо 6—8 нел на то, чтобы полностью приспособиться к воздействию нового для него фактора.

Заслуга Г. Селье состоит в том, что он обратил внимание на неспецифические компоненты адаптации, которые выявляются все­гда, независимо от природы действующего фактора. Селье сумел так же разобраться в основных механизмах гормоначьной регуля­ции, формирующихся в начальный период адаптации, именуе­мый стресс-реакцией.

Регуляция адаптационного процесса. При воздействии любого стресс-фактора, прежде всего активируется мозговое вещество над­почечников, которое вырабатывает адреналин и норадрсналин. Эта функция, находящаяся пол контролем симпатического отдела ве­гетативной нервной системы, всегда первой активизируется в от­вет на любые неблагоприятные воздействия или просто на резкое изменение окружающей среды. Даже резкое слово, приказ или уп­рек могут вызвать у человека стресс, в результате которого в кровь выбрасывается большое количество катехоламинов. Механизм дей­ствия катехоламинов на клетки таков: мобилизуются запасы угле­водов в печени, которые могут потребоваться, если организму пред­стоят активные действия, а нервная ткань будет нуждаться в до­полнительном питании для выполнения своей функции.

Вслед за этим наступает вторая фаза эндокринной регуляции стресс-реакции. Для се начала требуется активация гииоталами-ческих нейромедиаторных влияний на гипофиз, в ответ на кото­рые передняя доля гипофиза выбрасывает в кровь адренокорти-котропный гормон. Этот гормон воздействует на кору надпочеч­ников, заставляя ее выделять повышенные количества гормона кортизола — одного из важнейших глюкокортиКоидов. Это назва­ние отражает тот факт, что гормоны данной группы, имеющие сходное химическое строение, участвуют в регуляции углеводно­го обмена в клетках организма, обладая сильно выраженным ка-таболическим действием. Функция кортизола и ему подобных гор­монов состоит в том, чтобы усиливать образование гликогена в печени за счет использования амин окислої. Поскольку образова­ние свободных аминокислот в организме происходит в основном за счет распада мышечных белков, в результате совместного дей­ствия гормонов надпочечников складывается такая метаболиче­ская ситуация: мышечные белки при распаде превращаются в ами­нокислоты; аминокислоты под действием кортизола превраща­ются в гликоген; гликоген под действием адреналина высвобождает глюкозу. В итоге быстро повышается уровень глюкозы в крови, что и обеспечивает энергетические потребности нервной и других тка­ней в условиях стресса. Кроме того, кортизол препятствует погло­щению глюкозы клетками тела (кроме нервной ткани, которая не чувствительна в этом отношении к действию инсулина и кортизо­ла), а также усвоению мышечными клетками свободных амино­кислот. Еше одно действие кортизола — усиленное расщепление жиров в клетках тела, в результате чего уровень жирных кислот в крови также повышается. Таким образом, гормональная регуля­ция на этом этапе стресса состоит в мобилизации всех важнейших субстратов, которые могут понадобиться любым тканям организ­ма для срочной и напряженной деятельности.

Следует отметить, что быстрое повышение уровня кортизола в крови в ответ на стрессовое воздействие происходит только при первом столкновении с новым фактором. Если такие воздействия повторяются, то степень повышения количества кортизола сни­жается — наступает своего рода привыкание организма к стрессо-геиному воздействию.

Еще одно важное действие кортизола в условиях стресса состо­ит в его взаимоотношениях с адреналином. Сам по себе кортизол на сокращения гладкой мускулатуры кровеносных сосудов в мыш­цах нс влияет, но зато в его присутствии такое влияние оказыва­ют катехоламины — адреналин и норадреналин. Если кортизола в крови нет, т.е. ситуация не напоминает стрессовую, то и катехо-ламины не оказывают действия на стенки сосудов мышц. Наобо-

 

 

51