2 курс / Нормальная физиология / Физиологические_основы_жизнедеятельности_человека_в_экстремальных

Благодаря использованию индивидуальных средств защиты и сокращению до минимума объема наружных работ в холодные месяцы, отморожения в последнее время встречаются довольно редко (0,8%), а смерть от замерзания — чрезвычайное событие, и случается только в результате несчастных случаев (при авариях самолетов, потерялись во время пурги, провалились в ледяные трещины).

Указанные обстоятельства выдвигают на первый план необходимость изучения особенностей механизмов адаптации человека к различным условиям в зависимости от индивидуальных свойств систем регулирования функций, их реактивности и устойчивости, пластичности и функциональных резервов. Важнейшее прикладное значение приобретают исследования, связанные с разработкой критериев оценки адаптивности и прогнозирования состояний.

Проблема единства организма и внешней среды получила научное обоснование в классических работах русской физиологической школы И. М. Сеченова, И. П. Павлова, Л. А. Орбели, К. М. Быкова. К настоящему времени в отечественной и зарубежной литературе накоплены многочисленные факты по различным аспектам адаптации, однако ряд вопросов остается малоизученным. Отмечается явный дефицит в разработке адекватных методологических подходов в решении узловых вопросов проблемы адаптации, среди которых на первое место следует выдвинуть проблему изучения индивидуальных особенностей адаптации человека. Это является особенно важным при изучении адаптации человека в условиях Антарктиды, космических полетов, глубоководных станций, где индивидуальная устойчивость и адаптационные возможности организма имеют решающее значение в механизмах приспособления к целому комплексу экстремальных факторов.

Одним из перспективных подходов к изучению индивидуальной типологии адаптационных реакций является оценка способности различных систем организма к адаптивным перестройкам и их длительному поддержанию на новом уровне. Эта способность определяется пластичностью и устойчивостью механизмов регуляции. Изучение особенностей биоритмики той или иной функциональной системы организма с позиций теории адаптации должно предусматривать анализ не только его временной (частотной) организации и выраженности отдельных составляющих, но и их динамических диапазонов, способности к направленным перестройкам, стабильности и устойчивости параметров в различных функциональных режимах. Разные функциональные системы обладают неодинаковым диапазоном ритмических

колебаний, а, следовательно, и разной индивидуальной пластичностью функций.

Ранее в наших исследованиях было показано, что во время зимовки в Антарктиде происходит снижение устойчивости центральных механизмов регуляции практически у всех полярников, однако диапазон этих изменений неодинаков и имеет индивидуальные отличия. Наименьшим запасом устойчивости обладали лица со слабой нервной системой.

На рис. 12 представлены результаты исследования устойчивости систем регуляции у зимовщиков антарктической станции Молодежная. Годографы амплитудно-фазовых характеристик, построенные по оценке регуляционных параметров, усредненных для 30-секундных отрезков 122 человек, свидетельствуют о снижении запаса регуляционной устойчивости к концу зимовки. Для большей наглядности исходный уровень показателя регуляционной устойчивости принят за 100. Видно, что устойчивость систем регуляции постепенно снижается вплоть до 6-го месяца зимовки, т.е. до конца полярной ночи. Появление естественной освещенности (7-й месяц) и наступление полярного дня (8-й месяц) вызывает некоторое увеличение регуляционной устойчивости, однако в дальнейшем сохраняется прежняя тенденция ее постепенного снижения. Указанная динамика центральных механизмов регуляции свидетельствует о том, что причина изменений регулирующих функций мозга кроется не только в снижении активирующего влияния естественной освещенности на различные структуры мозга, как этот предполагал П. В. Бундзен (1971). Она отражает общие внутрицентральные перестройки, происходящие под влиянием целого комплекса природных и социальных факторов. Наступление полярного дня влечет за собой не только увеличение естественной освещенности, но и появление возможности прогулок вокруг станции, увеличение объема общестанционных работ, возможность более широкого межличностного общения и т.д. Однако весь комплекс факторов зимовки остается и продолжает оказывать свое влияние на человека, вызывая у большинства лиц дальнейшее снижение запаса устойчивости механизмов саморегуляции. Снижение запаса устойчивости к концу зимовки сопровождается уменьшением диапазона регуляции и увеличением инерционности.

Исследования показали, что неустойчивость систем регуляции связана с резким снижением автостабилизирующих влияний тормозных механизмов, о чем свидетельствует падение значений коэффициента демпфирования и в ряде случаев смена его знака на противоположный. В результате система центральных механизмов регуляции оказывается

Рис. 12. Динамика показателей устойчивости регулирующих функций нервной системы полярников в процессе зимовки в Антарктиде: А – годографы Найквиста; Б – динамика средних показателей регуляционной ( ) устойчивости по месяцам зимовки для всей популяции полярников; ВУ – изменения информационно-регуляционных характеристик ЭЭГ у лиц с высоким (а), средним (б) и низким (в) уровнями адаптивной пластичности. На А и Б: О – фоновое обследование в Ленинграде, I – в начале, II – в середине, III – в конце зимовки. На графиках: по оси абсцисс – время, в сек., по оси ординат – регуляционная устойчивость ( , за 100% принят фоновый уровень); по оси Z – энтропийная устойчивость.

1 – устойчивое, 2 – неустойчивое состояние.

высокочувствительной к внешним воздействиям, которые легко выводят ее из состояния равновесия. Кроме того, было обнаружено, что если у лиц с высоким уровнем пластичности к концу зимовки повышается инерционность систем регуляции, что при снижении запаса устойчивости предохраняет ее от резких кратковременных внешних воздействий, то у лиц с низкой пластичностью нейродинамических процессов отмечается высокая лабильность активирующих механизмов при истощении тормозных.

Очевидно, этими особенностями структурных и качественных перестроек механизмов регуляции мозгового гомеостаза и объясняется то обстоятельство, что одни и те же внешние воздействия вызывают у полярников неодинаковые изменения отдельных функций и разные поведенческие реакции.

Необычайная суровость климата Антарктиды, затрудняющая ее освоение, в то же время делает этот континент уникальной естественной лабораторией для проведения фундаментальных и прикладных медико-биологических исследований. Антарктида позволяет изучать в естественных условиях функциональные возможности человеческого организма, пределы его приспособляемости, устойчивости гомеостатических и регулирующих функций, отрабатывать способы и пути мобилизации защитных свойств, профилактики и коррекции возможных дезадаптационных нарушений.

Наши исследования показали, что адаптационные перестройки различных функциональных систем, возникающие у человека в Антарктиде, носят сложный многокомпонентный характер, включая периферические и центральные механизмы, и имеют выраженную индивидуальную зависимость. Прежде всего, следует отметить, что динамика адаптационных перестроек различных функциональных систем, возникающих у человека в Антарктиде, подчиняется общим закономерностям адаптации живых систем, но имеет некоторую специфику. По характеру изменений в организме весь процесс адаптации можно условно разделить на три периода.

Начальный, или первый, период дестабилизации функций характеризуется разнообразными изменениями в амплитудном и частотном спектрах ЭЭГ (часто противоположно направленными у разных лиц), отдельными функциональными нарушениями сердечно-сосудистой и дыхательной систем, большой вариабельностью реакций со стороны нервной системы. Длительность первого периода колеблется у разных лиц и в среднем составляет 2–2.5 мес., после чего наступает второй период — постепенной стабилизации функций. В этот период ранее отмечавшиеся функциональные нарушения и вариабельность реакций снижаются, начинает выявляться определенная тенденция в изменениях тех или иных показателей (рис. 13).

Индивидуальный маршрут (Казначеев, 1980) адаптационного процесса выявляется практически во всех функциональных системах и определяется их реактивностью, пластичностью и устойчивостью к внешним воздействиям. Наши исследования, выполненные в трех ан-

Рис. 13. Динамика показателей вегетативного статуса полярников в течение зимовки у лиц с высоким (I), средним (II) и низким (III) уровнями адаптивной пластичности нервной системы. По оси абсцисс — сезоны года: О — осень, 8 — зима, В — весна, Л — лето; по оси ординат— вегетативные показатели: АД — артериальное давление; ЧСС — частота сердечных сокращений; ЧД — частота дыхания; НГР — кожно-гальванпческая реакция;

Инд. Керде — вегетативный индекс.

тарктических экспедициях, показали, что в течение годичного пребывания человека в Антарктиде третьего, завершающего периода, или периода устойчивой стабилизации функции на новом адаптивном уровне, не наступает, что может быть связано как с недостаточностью времени для полного развития адаптационного процесса, так и со специфичностью условий. Эта специфичность, прежде всего, состоит в том, что на общий ход процесса адаптации накладываются возмущающие факторы, связанные с изменением светового режима, спецификой работы в разные периоды зимовки (преимущественно на улице или в помещении), динамикой развития социального статуса в изолированном мужском коллективе.

Смена сезонов «полярный день – полярная ночь» является новым дестабилизирующим воздействием на организм, требующим дополнительной коррекции перестроек формирующегося динамического стереотипа. В эти периоды чувствительность ЦНС по отношению к внешним воздействиям оказывается повышенной, а устойчивость регуляторных

Рис. 15. Перестройки частотного спектра ритмов ЭЭГ во время зимовки в Антарктиде у полярника Б-но, имеющего в исходной ЭЭГ выраженный тета-ритм: I – в начале, II – в середине, III – в конце годичной зимовки. Остальные обозначения те же, что и на рис. 15.

ктиде, связаны с первичной акклиматизацией. В дальнейшем на первое место начинают выступать факторы, обусловленные длительностью воздействия сложного комплекса природных и социальных условий.

Это, прежде всего социальная изоляция, сенсорная недостаточность, дефицит информации, изменение светового режима (полярный день и полярная ночь), суровость климата и, наконец, выраженная стрессогенность социальных условий изолированного коллектива. Все это многообразие факторов, каждый из которых в отдельности уже сам по себе способен вызвать те или иные изменения в организме, оказывает постоянное, в основном отрицательное воздействие на человека в течение длительного периода. В результате процесс адаптации затягивается, постоянно подвергается возмущающим воздействиям, что ведет к длительному напряжению систем регулирования.

Полученные данные свидетельствуют о том, что в Антарктиде складывается особое функциональное состояние организма, которое характеризуется повышенным напряжением практически всех функциональных систем.

На особое состояние напряжения в условиях Севера указывает ряд авторов (Авцын А. П. и соавт., 1977; Короленко Ц. П., 1978; Казначеев В.П., 1980). Стремление различных авторов выделить это функциональное состояние в отдельный синдром: «синдром полярной зимовки» (Strange R. E., Кlеin W. J., 1973), «антарктический синдром» (Nаtani K., Shurley J. T., 1974), «синдром полярного напряжения» (Казначеев В. П., 1977) — свидетельствует о его специфичности, связанной с длительным пребыванием человека в условиях Крайнего Севера и Антарктики.

Описывая это состояние, все авторы приходят к одному и тому же заключению, что новое состояние организма отмечается повышенным напряжением различных механизмов регуляции как на организменном (Казначеев В. П., Баевский Р. М., 1974), системном (Бундзен П. В., 1972; Nаtani K., Shurley J. T., 1974), так и на клеточном уровнях (Казначеев В. П., 1980). Однако указанное состояние напряжения у полярников не укладывается полностью в понятие общего адаптационного синдрома напряжения, описанного Г. Селье (1960), так как имеет ряд специфических особенностей. Ганс Селье в своей концепции недооценивал роль центральной нервной системы в адаптации, отдавая первостепенное значение гипофизарно-адреналовой системе. Критика этой точки зрения приведена в соответствующей литературе (Горизонтов П. Д., Протасова Т. Н., 1966, и др.). Как в условиях Севера (Данишевский Г. М., 1968), так и в условиях Антарктиды реакция напряжения в виде классической реакции стресса по Г. Селье не наблюдалась. Особенностью синдрома полярного или антарктического напряжения является отсутствие четких изменений функции гипофизарно-адреналовой системы (Василевский Н. Н. и др., 1978).

Реакции, напоминающие «фазу истощения», могут иногда отмечаться в Центральной Антарктиде при быстром перемещении людей на самолетах с побережья в условия высокогорья.

Данные литературы (Слоним А. Д., 1964; Тихомиров И. И., 1965; Данишевский Г. М., 1968; Василевский Н. Н., 1979, и др.) и материалы наших исследований свидетельствуют о том, что определяющая роль в физиологических механизмах адаптации принадлежит центральной нервной системе. Нейрофизиологические исследования показали, что приспособительная деятельность организма осуществляется за счет направленных перестроек центральной организации функциональных систем (Анохин П. К., 1968; Судаков К. В., 1971;). Установление новых структурно-функциональных взаимоотношений в ЦНС и обеспечивает оптимально возможную в данных условиях адаптацию не только в нор-

Рис. 17. Отсутствие выраженных перестроек структуры взаимодействия основных ритмов ЭЭГ в разные периоды зимовки у лиц с низким уровнем пластичности нервной системы. Обозначения те же, что и на рис. 16.

в механизмах адаптации указывают в своих работах Н. Н. Василевский (1973), В. П. Казначеев и Р. М. Баевский (1974).

Обнаружено, что свойство пластичности нейрональной активности универсально, однако механизмы, обеспечивающие его в каждом конкретном случае, весьма разнообразны: изменения внутриклеточного метаболизма, электрических характеристик нейронных мембран, перестройки в системе тормозных и возбудительных межнейронных связей.

Можно полагать, что индивидуальная пластичность нервной системы обусловлена морфофункциональными свойствам, которые обеспечивают пластичность механизмов на разных уровнях организации: – хемочувствительных мембран, микросистем из групп нейронов, клеточных ансамблей (Сороко С. И., Трубачев В. В., 2010). Если, свойства пластичности у разных индивидуумов на отдельных уровнях нервной системы могут быть одинаковыми, то на уровне целого организма вследствие вариаций функциональной организации межструктурного и межсистемного взаимодействия и особенностей клеточного метаболизма возникают новые свойства, которые и обусловливают существенные различия индивидуального реагирования на внешние воздействия.