2 курс / Нормальная физиология / Физиологические_основы_жизнедеятельности_человека_в_экстремальных

80	Физиологические основы жизнедеятельности человека в экстремальных условиях

Большую роль в пластичности компенсаторных перестроек струк- турно-функциональных систем обеспечения внутренней среды организма играет наличие в этих системах не только жестких, но и гибких звеньев (Бехтерева Н. П., 1974). Использование специальных тестов, направленных на оценку пластичности нервной системы, позволило выявить лиц с высоким, средним и низким уровнем пластичности (Сороко С. И., 1984). Оказалось, что пластичность нервной системы человека определяется индивидуальными особенностями структурно-временной организации биоритмики мозга.

Именно наличием определенной закономерности функционального взаимодействия между отдельными ритмами и их выраженностью

вЭЭГ и определяется характер и динамика адаптационных перестроек

вновых условиях внешней среды. При этом ведущую роль в адаптивных перестройках играют медленные ритмы (альфа и тета). Формирование новой структуры взаимодействия биоэлектрической активности мозга

впроцессе адаптации происходит лучше у тех индивидуумов, у которых

висходной ЭЭГ имелись выраженные периодические составляющие. Причем более устойчивыми к внешним воздействиям оказываются

лица, имеющие во временной структуре ЭЭГ наличие статистически устойчивых динамических связей отдельных ритмов с альфа-ритмом. В процессе адаптации человека в Антарктиде вероятность статистического взаимодействия альфа-ритма с другими ритмами существенно повышается, что свидетельствует об увеличении, роли тормозных механизмов в компенсаторно-приспособительных реакциях.

У лиц. с отсутствием выраженной периодичности в ЭЭГ и нечеткой структурой временной динамики ритмов адаптивная пластичность значительно ниже, адаптивные перестройки осуществляются с трудом и отличаются большой неустойчивостью. В течение зимовки и длительной экспериментальной изоляции у этих лиц чаще возникают дезадаптационные нарушения, срывы высшей нервной деятельности. Мы полагаем, что указанные свойства нервной системы являются в большинстве своем генетически детерминированными, хотя в процессе индивидуального развития, могут происходить некоторые их изменения. Об этом свидетельствует не только установленная индивидуальная зависимость адаптивных свойств нервной системы, но и литературные данные, касающиеся связи физиологических механизмов адаптации с генотипическими особенностями (Казначеев В. П., 1973; Слоним А. Д., 1980, и др.), индивидуальных особенностей биоритмологического статуса человека (Алякринский Б. С., 1972; Баевский Р. М., 1977; Степанова С. И., 1979),

Глава 2	81

в том числе и генетической обусловленности индивидуального характера ЭЭГ (Vogel F., 1970; Хамаганова Т. Г., 1972; Равич-Щербо И. В., 1978,

идр.). Определенная связь исходного профиля ЭЭГ с индивидуальнотипологическими свойствами нервной системы человека показана в работах многих авторов (Gastaut H., 1954; Mundy-Castle A. C., 1957; Небылицын В. Д., 1966; Зимкина А. М., 1975 и др.).

Таким образом, проведенные исследования показали, что способность человека к адаптации в экстремальных условиях внешней среды во многом определяется адаптивной пластичностью и устойчивостью нейродинамических процессов, отражающих свойства центральных механизмов саморегуляции, их способность к направленным перестройкам функций соответственно потребностям организма в данных конкретных условиях. Оценка этих свойств нервной системы может осуществляться с помощью системных методик с биологическими обратными связями. Как показали наши исследования, пластичность и устойчивость нейродинамических процессов относятся к основным индивидуально-ти- пологическим свойствам нервной системы человека и могут являться одним из прогностических критериев адаптоспособности к экстремальным условиям внешней среды.

Кнастоящему времени накоплен большой опыт исследований по адаптации человека в Антарктиде. Разработаны практические рекомендации по организации системы жизнеобеспечения, медицинскому отбору, профилактике и лечению различных заболеваний и травм в необычайно суровых климатических условиях. На большинстве антарктических станций построены новые сборные жилые дома с центральным отоплением и водоснабжением, создана специальная антарктическая климатическая одежда, транспортные средства для передвижения вглубь материка.

Установлены современные средства связи с Большой землей, организована централизованная компьютерная обработка научной информации. Однако, несмотря на это, труд полярника был и пока остается тяжелым, сложным, часто опасным, требующим от человека не только значительных физических затрат, выносливости, но и большой собранности, высокого морального духа, способности к самопожертвованию. В связи с этим в полярные экспедиции должны направляться только абсолютно здоровые лица, обладающие высоким или средним уровнем адаптивности, низкой невротизацией, высокой, коммуникабельностью

исоциальной совместимостью, умением быстро разрешать личностные

имежличностные конфликты.

82	Физиологические основы жизнедеятельности человека в экстремальных условиях

Результаты исследований функциональных состояний организма человека в экстремальных условиях Антарктиды могут быть использованы в авиакосмической, морской, спортивной медицине, практическом здравоохранении, т. е. там, где требуется оценка адаптивных возможностей человека, контроль за его состоянием, профилактика и коррекция угрожающих состояний.

2.4.Иммунофизиологические механизмы адаптации

кэкстремальным воздействиям

Адаптация – необходимое условие существования живого, выражение диалектического единства организма с внешней средой. Она присуща всем известным формам жизни и настолько всеобъемлюща, что нередко отождествляется с самим понятием «жизнь». «Идя путем объективных исследований, – подчеркивал И. П. Павлов (1951), – мы постепенно дойдем до полного анализа того беспредельного приспособления во всем его объеме, которое составляет жизнь на Земле», При этом необходимо понять, – отмечал Л. А. Орбели (1961), «в чем заключается эволюционный процесс и как он сложился, почему именно так протекал эволюционный процесс на основе тех функциональных превращений, которые возникают в живых организмах». Следовательно, понятия «жизнь» и «адаптация», как и определяемые ими явления, если не идентичны, то существенно перекрывают друг друга.

Проблема адаптации многогранна и комплексна; с ней связаны понимание многих вопросов здоровья и патологии человека, решение важных, проблем физиологии труда. Не случайно поэтому даже само понятие «адаптация» трудноопределимо, и разные авторы вкладывают в него далеко не один и тот же смысл, хотя общее мнение об адаптации как приспособлении к среде разделяется ведущими специалистами. Исходя из данных литературы и результатов собственных исследований мы полагаем, что общебиологическое явление адаптации заключается в диалектическом взаимодействии организма с внешней средой, которым обеспечиваются стабильность и в то же время адаптивность живых систем за счет гено- и фенотипически обусловленной нормы реакции.

Становлению доминирующих тенденций в учении об адаптации способствовало развитие общей и эволюционной физиологии, физиологии труда, подводной и космической физиологии, полярной медицины, других направлений физиологии и медицины. Общей фундаменталь-

Глава 2	83

ной проблемой для всех этих направлений является проблема единства организма и среды, а главной задачей практического приложения – использование закономерностей процессов приспособления к факторам среды с целью ослабления и предотвращения ее отрицательного воздействия на организм (Новиков В. С., Сапов И. А., 1987).

При трактовке понятия «адаптация» необходимо подчеркивать, о какой стороне этого явления идет речь, ибо термин «адаптация» используется для обозначения, во-первых, процесса при котором организм приспосабливается к новой среде; во-вторых, равновесия (относительного соответствия), которое устанавливается между организмом и средой; в-третьих, результата эволюционного процесса.

Адаптация как процесс – одна из фундаментальных биологических закономерностей. Он осуществляется за счет усиления активности отдельных элементов функциональной системы (процесс актуализации) и включения в состав функциональной системы новых элементов (процесс мобилизации). Для процесса адаптации характерны два важнейших свойства: непрерывность течения и периодичность процессов, лежащих

вего основе. Не менее важное значение имеет способность организма поддерживать определенный уровень устойчивости к действию разнообразных по своей природе факторов, в том числе носящих экстремальный характер, которая определяется неспецифической резистентностью организма. По С. Итон (цит. по Слоним А. Д., 1979), это адаптация резистентности. В качестве своего результата адаптация имеет повышение или снижение устойчивости к адаптирующему фактору (факторам), сопровождающееся расширением или сужением диапазона защитноприспособительных возможностей организма. Но во всех случаях адаптация – относительное соответствие живых систем с условиями их обитания (жизнедеятельности для человека).

При изучении теоретических основ адаптации и перспектив использования ее закономерностей в интересах практической медицины

вкачестве главных направлений учения об адаптации рассматривают определение динамической структуры, исследование физиологии экстремальных воздействий и физиолого-экологических аспектов, а также механизмов, лежащих в основе адаптации.

Базисным направлением динамической структуры адаптации могут быть заключения К. М. Быкова (1953) и П. К. Анохина (1968) об эволюции рефлекторной деятельности и корковой регуляции вегетативных систем. Важнейшими проблемами физиологии экстремальных воздействий и физиолого-экологических аспектов адаптации являются

84	Физиологические основы жизнедеятельности человека в экстремальных условиях

определение и обоснование критериев различения адекватных и неадекватных внешних раздражителей, и физиологических закономерностей процессов адаптации к факторам окружающей среды.

В целом любой фактор (доза, интенсивность, время или градиент изменения мощности) при воздействии которого превышается определенная критическая величина, может выступать в качестве экстремального. С точки зрения системного подхода, понятие «экстремальный фактор» является функциональным, т. е. экстремальность определяется только в процессе взаимодействия конкретного индивида и конкретного фактора среды.

Признание сложности и многогранности процесса адаптации позволило выделить ряд компонентов, обеспечивающих приспособление организма к окружающей среде. К ним относятся регуляторные, пластические, энергетические и неспецифические компоненты адаптации (Меерсон Ф. З., 1981, Медведев В. И., 1982, Сапов И. А., Новиков В. С., 1984). При этом эффект неспецифических адаптационных изменений нередко отождествляется с механизмом общей адаптации, поскольку принцип мобилизации защитных приспособлений служит основным условием сохранения нормального уровня жизненно важных констант.

Исследования закономерностей и механизмов адаптации человека к различным экстремальным воздействиям являются для Военно-меди- цинской академии традиционными и по ряду направлений приоритетными. К их числу могут быть отнесены установленные сотрудниками академии основные механизмы и закономерности изменений при гипоксии (Сеченов И. М., 1861; Пашутин В. В., 1881; Альбицкий П. М., 1984; Орбели Л. А., 1940; Петров И. Р., 1949; Гурвич Г. И., 1961; Лустин С. И., 1994), радиальных ускорениях (Бресткин М. П., Комендантов Г. Л., Лаврентьев В. И., 1962; Савин Б. М., 1970; Комендантов Г. Л., 1989), укачивании (Воячек В. И., 1927; Хилов К. Л., 1952; Копанев В. И., 1969; Комендантов Г. Л., 1983), гипербарии и гиперкапнии (Функции организма …, 1955; Жиронкин А. Г., 1972; Граменицкий П. М., 1974; Организм …, 1984; Сулимо-Самуйлло З. К., 1979), адаптации к трудовой деятельности (Медведев В. И, 1982; Добротворский Н. М., 1930; Загрядский В. П., 1969; Физиология …, 1993; Новиков В. С., 1992; Новиков В. С., Деряпа Н. Р., 1992), условиям Арктики и Антарктики (Сапов И. А., Новиков В. С., 1984; Деряпа Н. Р., 1965; Борискин В. В., 1973; Яковлев Г. М., Новиков В. С., Хавинсон В. Х., 1990).

Исследование процесса адаптации у 451 человека в возрасте 19– 45 лет с длительностью пребывания в Арктике от 1 мес. до 15 лет по-

Глава 2	85

зволило установить закономерности изменений состояния защитных функций организма в экстремальных природных условиях. Обнаружено, что самые неблагоприятные изменения защитных функций организма происходят в начальный период адаптации, продолжительность которого колеблется в пределах года. В это время наблюдаются дестабилизация многих защитных функций и развитие дисфункций, в механизмах возникновения, которых ведущее значение имеют метаболические изменения внутриклеточных процессов и нарушения фагоцитарной и бактерицидной функций полиморфных ядерных лейкоцитов (ПМЯЛ) и мононуклеарной фагоцитирующей системы (МФС) (рис. 18).

Через год пребывания в Арктике заметно снижаются и гуморальные факторы защиты, но наименьших значений они достигают через 2–3 года, когда активность клеточных факторов начинает возрастать. Это свидетельствует о неразрывной связи механизмов резистентности и о компенсации снижения активности в одном звене повышением в другом.

Наблюдающиеся впоследствии относительная стабилизация и синхронизация гомеостатических процессов продолжаются на протяжении 2–3 лет и заканчиваются выходом обеспечивающих защиту организма систем на новый уровень функционирования. Через 6–9 лет проживания в Арктике происходит повторное снижение ряда показателей защитных функций организма. Указанные изменения связаны скорее всего с формированием новых структурно-системных отношений на клеточном уровне, обусловленных минимизацией функций при длительном хронофизиологическом напряжении.

Хронофизиологическая адаптация человека в Арктике сопровождается сложной функциональной перестройкой ритмической организации физиологических процессов, проявляющейся изменением воспро-

Рис. 18. Изменение поглотительной (1, отн. ед.) и переваривающей (2, %) способности лейкоцитов у человека при адаптации в Арктике. По оси абсцисс – время, годы (k – контроль в средних широтах).

86	Физиологические основы жизнедеятельности человека в экстремальных условиях

изводимости суточных амплитудно-фазовых соотношений факторов неспецифической защиты и рассогласованием циркадианного и цирканнуального ритмов защитных функций организма по сезонам года. Главное отличие суточной ритмики защитных функций организма в условиях высоких широт – иная периодичность изменений. В условиях высоких широт суточная ритмика показателей внутриклеточного обмена нейтрофилов, фагоцитарной активности лейкоцитов, бактерицидной способности лизоцима слюны, сыворотки крови и кожи, характеризуется наиболее высокими показателями в первой половине дня, а в средних широтах – во второй.

В структуре цирканнуальных ритмов существенно изменяются уровень функционирования факторов неспецифической защиты и характер их колебаний в разное время года. Большее содержание количества лейкоцитов и высокая антимикробная устойчивость кожных покровов в условиях Арктики отмечаются зимой, максимальные значения уровня лизоцима и бактерицидной активности кожи – зимой и летом, физикохимической устойчивости и фагоцитарной активности лейкоцитов – в осенне-зимний период. Весной уменьшаются количество лейкоцитов и их физико-химическая устойчивость, снижаются интенсивность фагоцитоза, активность лизоцима слюны и бактерицидной активности сыворотки крови, антимикробная устойчивость кожи, что существенно повышает восприимчивость организма к ОРВИ и другим заболеваниям. Это говорит, прежде всего, об отсутствии синхронизации внутренней периодичности физиологических процессов с факторами внешней среды, которое при длительном рассогласовании нормальных фазовых соотношений может рассматриваться как скрытый десинхроноз.

Результаты исследования и данные литературы позволяют считать, что в процессе адаптации к экстремальным условиям Арктики формируется новый уровень функционирования физиологических систем организма. При этом одни показатели могут достигать первоначальных значений, а другие – существенно от них отличаться. Новое состояние резистентности организма в условиях Арктики формируется в основном через 3–4 года после прибытия человека из средних широт. Такую «норму» резистентности, если исходить из географического принципа, можно назвать «арктическим адаптивным типом». В более ранние сроки изменения резистентности носят неустойчивый характер, отражая текущий процесс уравновешивания функций организма с внешней средой.

Процесс адаптации человека к условиям жаркого климата горнопустынной местности при ведении боевых действий характеризуется

Глава 2	87

Рис. 19. Содержание (пг/мл) в спинномозговой жидкости мет-энкефалина (А) и бета-эндорфина (Б), а – контроль; б – экстремальные условия.

через 1–1,5 года изменением характерологических свойств личности, активацией стресс-лимитирующей опиоидной системы мозга, межполушарной асимметрией. Результаты исследования у 20 человек в возрасте 18–22 лет личностных особенностей свидетельствуют о повышении у них контроля за своим поведением, неудовлетворенности собой и своими возможностями, склонности к внутренней напряженности, неуверенности, тревоге, пессимистической оценке перспектив, снижении настроения, демонстративном поведении, повышенной чувствительности, эмоциональной холодности, определенной отчужденности и замкнутости в межличностных контактах. Выявленные признаки являются следствием развившегося хронического психоэмоционального стресса в процессе хроно-физиологической адаптации к действию экстремальных климатогеографических факторов и профессиональной деятельности.

Увеличение синтеза опиоидных пептидов в структурах головного мозга сопровождается повышением концентрации бета-эндорфина и мет-энкефалина в спинномозговой жидкости (рис. 19).

В среднем по группе регистрировался отрицательный межполушарный баланс вследствие недостаточности активации субдоминантного полушария (рис. 20). У аборигенов данного региона средние значения пространственно-временной структуры интракортикального взаимодействия соответствовали среднестатистическим показателям здоровых лиц.

Представленные данные показывают, что воздействие экстремальных факторов жаркого климата горно-пустынной местности сопровождается нарушением межполушарных взаимоотношений и формированием психосоматических нарушений. Общим итогом работы по изучению механизмов адаптации человека в экстремальных экологиче-

88	Физиологические основы жизнедеятельности человека в экстремальных условиях

Рис. 20. Пространственно-временная структура интракортикального взаимодействия у адаптированных (А) и неадаптированных (В) лиц в экстремальных условиях жаркого климата горно-пустынной местности. Цифрами в скобках обозначены значения межполушарного баланса (МБ).

ских условиях стали выполнение ряда диссертационных исследований (Карпищенко А. И., 1995; Цыган В. Н., 1995), разработка рекомендаций для практической медицины, создание в ВмедА МО РФ лаборатории физиологии экстремальной медицины.

Исследования по изучению механизмов адаптации организма к периодической гипобарической гипоксии, проведенные при участии 152 мужчин в возрасте от 18 до 35 лет в декомпрессионной барокамере СБК-80, позволили установить, что курсовое применение ГБГ, включающее 10–15 барокамерных подъемов на высоту 3000–3500 м, приводит

кзначительному расширению физиологических резервов кардиореспираторной системы и регуляции тонуса сосудов головного мозга, повышению статокинетической устойчивости и толерантности к дыханию под избыточным давлением, улучшению операторской и физической работоспособности.

Впроцессе адаптации к ГБГ показатели функциональной пробы Штанге возросли на 50–70%, PWC170 на 30–40% (рис. 21), приток крови

кголове во время проведения антиортостатической пробы уменьшился на 30–45%, переносимость ускорений Кориолиса возросла в среднем в 2 раза и более (рис. 22) при значимом уменьшении времени поствращательного нистагма.

Время переносимости дыхания под избыточным давлением ИД 2000 мм вод. ст. увеличилось в среднем на 20%, а частота сердечных сокращений и дыхания уменьшились при этом соответственно на 18 и 24%. Лабильность и пропускная способность зрительного анализатора увеличились на 12–23%.

Порог цветовосприятия красного, синего, зеленого цветов уменьшился на 28–46%, что сопровождалось улучшением психофизиологиче-

Глава 2	89

Рис. 21. Динамика PWC170 при периодической гипобарической гипоксии (Н = 3500 м, n = 58. По оси абсцисс – количество сеансов ГБГ.

Рис. 22. Время переносимости пробы прерывистой кумуляции ускорений Кориолиса при периодической гипобарической гипоксии (Н = 3500 м, n = 58. По оси абсцисс – количество сеансов ГБГ.

ских реакций, определяющих качество профессиональной деятельности операторов.

Анализ изменений Т- и В-систем иммунитета и неспецифической защиты организма выявил, что после 5 сеансов ГБГ происходит активация фагоцитоза и системы комплемента. Активность аэробных и анаэробных процессов фагоцитоза увеличилась в среднем на 5–10%. Уровень ключевого компонента системы комплемента – С3 превысил исходный фон на 20–26%. Одновременно с этим уменьшилось количество «активных» Т-лимфоцитов, что отражает перераспределение в организме клеток иммунной системы в пользу эритропоэза.