- •Елена Петровна Гора Экология человека
- •Елена Петровна Гора Экология человека Введение
- •Часть I. Общий курс экологии человека
- •Глава 1. Взаимодействие организма со средой обитания
- •1.1. Общие закономерности адаптации
- •1.1.1. Факторы воздействия окружающей среды
- •1.1.2. Физиологическая адаптация
- •1.1.3. Генотипическая и фенотипическая адаптация. Пределы адаптивных возможностей (норма реакции)
- •1.1.4. Адаптивные формы поведения
- •1.1.5. Неспецифические и специфические компоненты адаптации. Перекрестная адаптация
- •2. Стадия резистентности:
- •1.2. Механизмы адаптации
- •1.2.1. Фазовый характер адаптации. Нервные и гуморальные механизмы. Цена адаптации
- •1.3. Эффективность адаптации. Кратковременная и долговременная адаптация
- •1.3.1. Экологические аспекты заболеваний
- •1.3.2. Оценка эффективности адаптационных процессов
- •1.3.3. Методы увеличения эффективности адаптации
- •1.3.4. Зависимость адаптационных процессов от длительности проживания в измененных условиях среды
- •1.3.5. Аборигены. Физиологические механизмы их приспособления к среде. Адаптивные типы и среда
- •Глава 2. Адаптация к природным и климатогеографическим условиям
- •2.1. Природные факторы и их воздействие на организм
- •2.1.1. Природная радиация. Магнитные поля
- •2.1.2. Метеорологические факторы и их влияние на организм
- •2.1.3. Метеопатология
- •2.2. Экологические аспекты хронобиологии
- •2.2.1. Биологические ритмы
- •2.2.2. Характеристики биоритмов
- •2.2.3. Классификация биоритмов
- •2.2.4. Циркадианные ритмы
- •2.2.5. Сезонные (циркануальные) ритмы
- •2.2.6. Влияние гелиогеофизических факторов на биоритмы человека
- •2.2.7. Адаптационная перестройка биологических ритмов
- •2.3. Общие вопросы адаптации организма человека к различным климатогеографическим регионам
- •2.3.1. Адаптация человека к условиям Арктики и Антарктики
- •2.3.2. Адаптация человека к пустынной (аридной) зоне
- •2.3.3. Адаптация человека к условиям тропической (юмидной) зоны
- •2.3.4. Адаптация человека к условиям высокогорья
- •2.3.5. Адаптация человека к условиям морского климата
- •Глава 3. Адаптация человека к экстремальным условиям среды
- •3.1. Экстремальное состояние
- •3.2. Этапы адаптации
- •3.3. Психофизиологическая адаптация
- •3.4. Гравитация
- •3.4.1. Механизмы действия ускорений (перегрузок)
- •3.4.2. Реакции организма на невесомость
- •3.5. Влияние вибраций
- •3.6. Влияние длительных и интенсивных звуковых нагрузок
- •3.7. Острая гипоксия
- •3.7.1. Высотная болезнь
- •3.8. Высотные декомпрессионные расстройства
- •3.9. Физиологические реакции организма на избыток кислорода
- •3.10. Гиперкапния
- •3.11. Адаптация к условиям высоких и низких температур
- •3.12. Влияние электромагнитных излучений
- •3.13. Действие ионизирующих излучений
- •3.14. Адаптация человека к последствиям чрезвычайных ситуаций (катастроф)
- •4. Механизм действия холода, нарушающего физиологические функции.
- •5. Механизмы и пределы физиологической адаптации к острому охлаждению.
- •3.15. Проблема адаптации человека к условиям авиакосмических полетов
- •3.15.1. Космическая биология и авиакосмическая медицина
- •3.15.2. Адаптация к космическим полетам
- •3.16. Влияние подводных погружений
- •3.16.1. Подводная биология и медицина
- •3.16.2. Биологические проблемы погружения
- •3.17. Искусственная газовая атмосфера
- •Глава 4. Социальная адаптация
- •4.1. Адаптация к антропогенным факторам среды
- •4.2. Адаптация к городским и сельским условиям
- •4.3. Проблема стресса
- •4.3.1. Современные представления о механизмах стресса
- •4.3.2. Стрессовая устойчивость
- •4.3.3. Адаптация к стрессовым условиям
- •4.3.4. Способы предотвращения и снятия состояния стресса
- •4.4. Демографические процессы
- •4.5. Адаптация к различным видам трудовой деятельности. Характеристика основных типов работы
- •4.5.1. Физическая работа
- •4.5.2. Умственная работа
- •4.5.3. Утомление
- •4.6. Рациональная организация учебного и трудового процессов
- •4.7. Профессиональный отбор
- •4.8. Адаптация студентов к условиям обучения в вузе
- •4.9. Адаптация к различным видам профессиональной деятельности
- •4.9.1. Адаптация к профессиональной деятельности учителя
- •4.9.2. Адаптация к профессиональной деятельности врача
- •4.9.3. Адаптация к профессиональной деятельности предпринимателя
- •4.9.4. Адаптация к операторской деятельности
- •4.10. Психологические аспекты адаптации
- •4.10.1. Этапы психической адаптации и дезадаптации (рис. 4.4)
- •1. Подготовительный этап
- •2. Этап стартового психического напряжения
- •3. Этап острых психических реакций входа
- •4. Этап завершающего психического напряжения
- •5. Этап острых психических реакций выхода
- •6. Адаптация к новой культуре
- •Часть II. Возрастные аспекты экологии человека
- •Глава 5. Общие закономерности адаптации организма ребенка
- •5.1. О механизмах адаптации детского организма
- •5.2. Фазовый характер адаптации
- •5.3. Особенности адаптивных процессов у детей
- •Глава 6. Адаптация ребенка к различным природным и климатогеографическим условиям
- •6.1. Влияние природных факторов на развивающийся организм
- •6.2. Биологические ритмы растущего организма
- •6.3. Адаптация детского организма к климатогеографическим регионам
- •6.3.1. Адаптация ребенка к условиям высоких широт
- •6.3.2. Адаптация детей к пустынной зоне
- •6.3.3. Адаптация детского организма к условиям тропиков
- •6.3.4. Адаптация детей к условиям высокогорья
- •Глава 7. Социальные аспекты адаптации детей
- •7.1. Влияние антропогенных факторов на функциональное состояние организма ребенка
- •7.1.1. Влияние шума
- •7.1.2. Электромагнитные излучения
- •7.1.3. Действие радиации на ребенка
- •7.1.4. Химическое загрязнение окружающей среды и его воздействие на растущий организм
- •7.1.5. Урбанизация и детский организм
- •7.2. Адаптация детей к социальным факторам
- •7.2.1. Детский организм и стресс
- •7.2.2. Социальные факторы, негативно влияющие на детский организм
- •7.2.3. Адаптация детей к физическим нагрузкам
- •7.2.4. Адаптация детей к умственным нагрузкам
- •7.2.5. Воздействие телевизора и компьютера
- •7.2.6. Психологические аспекты адаптации детей к школе
- •7.2.7. Рациональная организация учебного процесса
- •7.2.8. Профессиональная ориентация подростков
- •Заключение
- •Литература
1.3.2. Оценка эффективности адаптационных процессов
С целью определения эффективности адаптационных процессов биокибернетиками были разработаны определенные критерии и методы диагностики функциональных состояний организма.
Р.М. Баевским (1981) предложено учитывать пять основных критериев:
1.Уровень функционирования физиологических систем.
2.Степень напряжения регуляторных механизмов.
3.Функциональный резерв.
4.Степень компенсации.
5.Уравновешенность элементов функциональной системы.
Методы диагностики функциональных состояний направлены на оценку каждого из перечисленных критериев.
1.Уровень функционирования отдельных физиологических систем определяется традиционными физиологическими методами.
2.Степень напряжения регуляторных механизмов исследуется: косвенно методами математического анализа ритма сердца, путем изучения минерало-секреторной функции слюнных желез и суточной периодики физиологических функций.
3.Для оценки функционального резерва наряду с известными функционально-нагрузочными пробами изучают «цену адаптации», которая тем ниже, чем выше функциональный резерв.
4.Степень компенсации можно определить по соотношению специфических и неспецифических компонентов стрессорной реакции.
5.Для оценки уравновешенности элементов функциональной системы важное значение имеют такие математические методы, как корреляционный и регрессионный анализ, моделирование методами пространства состояний, системный подход.
В настоящее время разрабатываются измерительно-вычислительные комплексы, позволяющие осуществлять динамический контроль за функциональным состоянием организма и прогнозирование его адаптационных возможностей.
1.3.3. Методы увеличения эффективности адаптации
Они могут быть неспецифическими и специфическими.
Неспецифические методы увеличения эффективности адаптации: активный отдых, закаливание, оптимальные (средние) физические нагрузки, адаптогены и терапевтические дозировки разнообразных курортных факторов, которые способны повысить неспецифическую резистентность, нормализовать деятельность основных систем организма и тем самым увеличить продолжительность жизни.
Рассмотрим механизм действия неспецифических методов на примере адаптогенов.
Адаптогены– это средства, осуществляющие фармакологическую регуляцию адаптивных процессов организма, в результате чего активизируются функции органов и систем, стимулируются защитные силы организма, повышается сопротивляемость к неблагоприятным внешним факторам.
Увеличение эффективности адаптации может достигаться различными путями: с помощью стимуляторов-допингов либо тонизирующих средств.
• Стимуляторы,возбуждающе влияя на определенные структуры центральной нервной системы, активизируют метаболические процессы в органах и тканях. При этом усиливаются процессы катаболизма. Действие данных веществ проявляется быстро, но оно непродолжительно, поскольку сопровождается истощением.
• Применение тонизирующих средствприводит к преобладанию анаболических процессов, сущность которых заключается в синтезе структурных веществ и богатых энергией соединений. Эти вещества предупреждают нарушения энергетических и пластических процессов в тканях, в результате происходит мобилизация защитных сил организма и повышается его резистентность к экстремальным факторам.
Механизм действия адаптогенов,приводящий к адаптационной перестройке функций органов, систем и организма в целом, предложенныйЕ. Я. Капланом и др. (1990), представлен на рисунке 1.6. На приведенной схеме показаны некоторые направления влияния адаптогенов на клеточный метаболизм. Они, во-первых, могут действовать на внеклеточные регуляторные системы – ЦНС (путь 1) и эндокринную систему (путь 2), а также непосредственно взаимодействовать с клеточными рецепторами разного типа, модулировать их чувствительность к действию нейромедиаторов и гормонов (путь 3). Наряду с этим адаптогены способны непосредственно воздействовать на биомембраны (путь 4) влияя на их структуру, взаимодействие основных мембранных компонентов – белков и липидов, повышая стабильность мембран, изменяя их избирательную проницаемость и активность связанных с ними ферментов. Адаптогены могут, проникая в клетку (пути 5 и 6), непосредственно активизировать различные внутриклеточные системы.
Таким образом, вследствие адаптационных превращений, происходящих на разных уровнях биологической организации, в организме формируется состояние неспецифически повышенной сопротивляемости к различным неблагоприятным воздействиям.
Рис. 1.6. Предполагаемый механизм адаптационной перестройки организма под влиянием адаптогенов(по: Е. Я. Каплан и др., 1990)
По своему происхождению адаптогены могут быть разделены на две группы: природные и синтетические. Источниками природных адаптогеновявляются наземные и водные растения, животные и микроорганизмы. К наиболее важным адаптогенам растительного происхождения относятсяженьшень, элеутерококк, лимонник китайский, аралия маньчжурская, заманиха и др. Большой интерес представляют различные видышиповника. Помимо обильного содержания витамина С, в нем находятся каротин, Р-активные продукты, фолиевая кислота и другие биологически активные вещества. По рецептам тибетской медицины приготавливают растительные сборы. Особой разновидностью адаптогенов являются биостимуляторы. Это экстракт из листьевалоэ, сок из стеблейкаланхоэ, пелоидин, отгоны лиманной и иловой лечебных грязей, торфот (отгон торфа),гумизоль (раствор фракций гуминовых кислот) и т. п. Из зарубежных препаратов, обладающих адаптогенным действием, можно назвать«Цернильтон» и«Полиитабс Спорт» (Швеция). Основу этих препаратов составляют водо– и жирорастворимые экстракты пыльцы растений. К препаратам животного происхождения относятся:пантокрин, получаемый из пантов марала;рантарин– из пантов северного оленя,апилак– из пчелиного маточного молочка.
Широкое применение получили вещества, выделенные из различных микроорганизмов и дрожжей, – продигиозан, зимозан и др.
Многие эффективные синтетические адаптогены получены из природных продуктов (нефти, угля и т. п.). Высокой адаптогенной активностью обладают витамины.
Специфические методы увеличения эффективности адаптации. Эти методы основаны на повышении резистентности организма к какому-либо определенному фактору среды: холоду, высокой температуре, гипоксии и т. п.
Рассмотрим некоторые специфические методы на примере адаптации к гипоксии. Интенсивные поиски путей повышения устойчивости к высотной гипоксии на протяжении последних десятилетий проводились Н. Н. Сиротининым, В. Б. Малкиным и его сотрудниками,М. М. Миррахимовым и др. Были разработаны различные режимы гипоксической тренировки (высокогорной и барокамерной), показана эффективность противогипоксических фармакологических средств. Представлены материалы о защитном эффекте сочетанного воздействия на организм гипоксической тренировки и приема фармпрепаратов.
• В течение почти 50 лет делались попытки использовать адаптацию в условиях высокогорья для повышения адаптационных резервов организма. Было отмечено, что пребывание в горах увеличивает «высотный потолок», т. е. устойчивость (резистентность) к острой гипоксии. К настоящему времени накоплен большой опыт проведения высокогорных тренировок альпинистов. Был выдвинут принцип активной ступенчатой адаптации, который лег в основу построения рациональной тактики высотных восхождений, обеспечившей покорение высочайших горных вершин. При этомВ. Б. Малкиным и др. (1989) впервые было установлено значение индивидуальной фоновой высотной резистентности. По сути дела, были отмечены различные типы индивидуальной адаптации к гипоксии, в том числе и диаметрально противоположные, направленные в конечном счете как на экономизацию, так и на гиперфункцию сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
• Применение различных режимов барокамерной гипоксической тренировки имеет ряд преимуществ по сравнению с высокогорной тренировкой, поскольку является одним из наиболее доступных методов повышения высотной устойчивости. При этом доказано, что адаптационные эффекты после тренировки в горах и в барокамере при одинаковой величине гипоксического стимула и равной экспозиции весьма близки.
В настоящее время используются так называемые стационарные и дробные режимы барокамерной адаптации к гипоксии. К стационарным относят режимы тренировки, при которых человек находится постоянно на одной и той же высоте, причем, как правило, пребывание на высоте достаточно длительное. Дробные режимы тренировки включают ступенчатые барокамерные подъемы на различные высоты (Н. Н. Сиротинин, 1958). И в том и в другом случае такие режимы тренировки, как и многочисленные их модификации, требуют сравнительно больших затрат времени – от 2 до 5–6 недель.
В. Б. Малкиным и др. (1977, 1979, 1981, 1983) предложен метод ускоренной адаптации к гипоксии, позволяющий за минимальный срок повысить высотную резистентность. Этот метод получил названиеэкспресс-тренировки. Он включает многократные ступенчатые барокамерные подъемы с «площадками» на различных высотах и спуск до «земли». Такие циклы повторяют несколько раз.
Установлено, что при моделировании острой формы горной болезни в барокамере на «высоте» 4200 м в течение суток у обследуемых, подвергавшихся экспресс-тренировке к острой гипоксии, ее симптомы были выражены значительно слабее или не развивались вовсе. Об этом свидетельствовали и субъективная оценка самочувствия, и результаты физиологических исследований. Экспресс-тренировка оказалась достаточно эффективным средством защиты от горной болезни.
• Принципиально новым режимом гипоксической тренировки, разработанным В. Б. Малкиным и др. (1980, 1989), следует признатьбарокамерную адаптацию в условиях сна. Факт формирования тренировочного эффекта во время сна имеет важное теоретическое значение. Он заставляет по-новому взглянуть на проблему адаптации, механизмы формирования которой традиционно и не всегда правомерно связываются лишь с активным бодрствующим состоянием организма. Действительно, в исследованиях с людьми в третью ночь их пребывания в барокамере на «высоте» 4200 м была отмечена некоторая нормализация фазовой структуры сна, увеличение числа завершенных циклов, тенденция к восстановлению количества эпизодов быстрого сна по отношению к их числу в нормальных условиях. Заметно снизилось и число пробуждений. Примечательно, что после проведения барокамерной тренировки во время сна у всех обследуемых «высотный потолок» повысился в среднем на 1000 м.
• При выборе фармакологических средств предупреждения горной болезни В. Б. Малкиным и др. (1989) учитывалось, что в ее патогенезе ведущая роль принадлежит нарушениям кислотно-щелочного равновесия в крови и тканях и связанным с ними изменением мембранной проницаемости.
С другой стороны, один из самых серьезных симптомов острой горной болезни – расстройство сна – также обусловлен нарушением кислотно-основного баланса вследствие развития гипокапнии. Последняя приводит к изменению чувствительности дыхательного центра к углекислоте и появлению так называемого сгруппированного периодического дыхания. Нарушения ритма дыхания в ночное время, в свою очередь, снижают величину легочной вентиляции, что способствует еще большему усилению кислородного голодания. Таким образом, прием лекарственных препаратов, нормализующих кислотно-щелочное равновесие, должен устранять и расстройства сна в гипоксических условиях, тем самым способствуя формированию адаптационного эффекта. Таким препаратом является диакарб из класса ингибиторов карбоангидразы.
Как показали исследования, использование диакарба для профилактики острой горной болезни при ее моделировании в барокамере в течение суток на «высоте» 4200 м способствовало нормализации фазовой структуры сна. Что особенно важно – во время сна сохранялось ритмичное дыхание. Вегетативные реакции у людей, принимавших диакарб, были изменены в меньшей степени, чем у обследуемых контрольной группы. О лучшей переносимости хронической гипоксии свидетельствовала и субъективная оценка самочувствия и сна. Профилактический эффект препарата, как полагают, связан с его влиянием на регуляцию дыхания, особенно в ночное время. Исследования, проведенные в условиях высокогорья Памира, подтвердили выраженный защитный эффект диакарба в профилактике острой горной болезни. На это указывали данные энцефалографии и других методов, включавших регистрацию кардиореспираторных показателей, а также результаты анкетирования.
Принцип интервальной гипоксической тренировки при дыхании газовой смесью, содержащей от 10 до 15 % кислорода, в последнее время стал использоваться не только для увеличения адаптационного потенциала человека, но и для повышения физических возможностей, а также для лечения различных заболеваний, таких как лучевая болезнь, ишемическая болезнь сердца, стенокардия и т. д. По мнению Е. А. Коваленко (1993), такой метод повышает активность системы антиоксидантных ферментов. Каждый «импульс» в процессе подобной гипоксической тренировки усиливает включение механизмов борьбы с гипоксией, а при переходе к нормоксии увеличивается мощность антиоксидантной защиты от возникновения свободнорадикальной патологии.
В наших исследованиях было предложено использовать комплекс дыхательных функциональных проб и дыхательной тренировки для прогнозирования адаптационного эффекта и управления адаптационным процессом в условиях острой и хронической гипоксии у людей с учетом их индивидуальных особенностей (Е. П. Гора, 1992). При этом различные режимы произвольного управления дыханием, применяемые на разных этапах адаптации к гипоксии, оказывали влияние на физиологические и биохимические процессы адаптации.
Разумеется, перечисленные методы повышения устойчивости к высотной гипоксии не исчерпывают всего многообразия подходов к решению этой проблемы. Однако уже сейчас ясно, что наиболее реальный путь повышения резистентности организма к недостатку кислорода – это использование рациональных режимов гипоксической тренировки в сочетании с комплексом фармакологических средств, регулирующих обменные процессы и направленных на предотвращение истощения нервных и гуморальных механизмов.