Чтение онлайн

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 для 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 °C), чтобы такое воздействие организм воспринял как существенное. Если вода будет близка по температуре к термонейтральной зоне (28–30 °C), 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 того, 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 «проадаптироваться» 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 восстановление 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 выигрыш 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 совершенства 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 нед 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 гормональной 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 норадреналин. Эта функция, находящаяся под 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 ее начала требуется активация гипоталамических нейромедиаторных влияний на гипофиз, в ответ на которые передняя доля гипофиза выбрасывает в кровь адренокортикотропный 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 катаболическим действием. Функция кортизола и ему подобных гормонов состоит в том, чтобы усиливать образование гликогена в печени за счет использования аминокислот. 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. Еще 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 стрессогенному 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 не 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 катехоламины не оказывают действия на стенки сосудов мышц. Наоборот, в условиях стресса сосуды мышц начинают сокращаться, что приводит к существенному усилению кровотока через мышцы, и обильно поступающая туда кровь приносит с собой дополнительные порции кислорода, глюкозы, жирных кислот и аминокислот, которые высвободились из тканей под воздействием тех же гормонов. Таким образом, создаются оптимальные условия для напряженной мышечной деятельности, когда предстоит борьба или бегство, — в этом и состоит биологический смысл описанных гормональных реакций.