Адаптация к периодической гипоксии

30 Ноября в 12:35 1381 0


Адаптация к периодической гипоксии - это один из методов восстановительной медицины.

Понятие об адаптации как о процессе приспособления организма к внешней среде или изменениям, происходящим в самом организме, очень широко используется в биологии и медицине.

Чтобы ограничить рамки нашего дальнейшего разговора, скажем, что существует генотипическая адаптация, в результате которой на основе наследственности, мутаций и естественного отбора формировались современные виды животных и растений.

Кроме того, существует фенотипическая адаптация. Ее можно определить как процесс, развивающийся в ходе индивидуальной жизни, в результате которого организм приобретает отсутствующую ранее устойчивость к определенному фактору внешней среды, и, таким образом, получает возможность жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью, решать задачи, ранее не разрешимые.

Исходя из этого вопрос, за счет какого конкретного механизма, за счет какой конкретной цепи явлений неадаптированный организм превращается в адаптированный, в настоящее время является главным в проблеме фенотипической адаптации.

Этапы адаптации

В развитии адаптационных реакций, которые являются ответом на значительную физическую, стрессорную, гипоксическую или любую другую нагрузку, наиболее определенно прослеживаются два этапа: этап срочной, но несовершенной адаптации и последующий этап относительно устойчивой и достаточно совершенной долговременной адаптации.

Срочный этап адаптационной реакции возникает непосредственно после начала действия раздражителя и, следовательно, реализоваться может лишь на основе готовых, ранее сформировавшихся биологических механизмов.

Очевидным проявлением срочной адаптации являются бегство животного в ответ на боль, увеличение теплопродукции в ответ на холод, увеличение теплоотдачи в ответ на тепло, рост легочной вентиляции и минутного объема кровообращения в ответ на недостаток кислорода.

Важнейшая черта этого этапа адаптации состоит в том, что деятельность организма протекает на пределе его физиологических возможностей — при полной мобилизации функционального резерва — и далеко не в полной мере обеспечивает необходимый адаптационный эффект.

Так, бег неадаптированного животного или человека происходит при близких к максимуму величинах минутного объема сердца и легочной вентиляции, при максимальной мобилизации резерва гликогена в печени; вследствие недостаточно быстрого окисления пирувата в митохондриях мышц уровень лактата в крови возрастает. Эта лактацидемия лимитирует интенсивность нагрузки — двигательная реакция не может быть ни достаточно быстрой, ни достаточно длительной.

Другим неотъемлемым компонентом срочной адаптации при достаточно интенсивном действии факторов среды является значительная стресс-реакция со всеми ее направлениями, то есть увеличением концентрации катехоламинов, кортикостероидов, эозинопенией и т.д.

Наконец, существенным компонентом срочной адаптации может оказаться более или менее выраженное повреждение организма, проявляющееся отрицательным азотистым балансом, ферментемией и т.д.

Таким образом, срочная адаптация либо обеспечивает быстрый выход из контакта с фактором среды, либо оказывается длительной с выраженной стресс-реакцией, явлениями повреждения и несовершенством функций организма в данных условиях — functio Lesa.

Долговременный этап адаптации возникает постепенно в результате длительного и многократного действия на организм факторов среды. По существу, он развивается на основе многократной реализации срочной адаптации и характеризуется тем, что в итоге постепенного количественного накопления каких-то изменений организм приобретает новое качество — из неадаптированного превращается в адаптированный.

Такова адаптация, обеспечивающая осуществление организмом ранее недостижимой по своей интенсивности физической работы, развитие устойчивости организма к значительной высотной гипоксии, которая ранее была несовместимой с жизнью, развитие устойчивости к холоду, теплу, большим дозам ядов, введение которых ранее также было несовместимо с жизнью.

Такова же качественно более сложная адаптация к окружающей действительности, развивающаяся в процессе обучения на основе памяти мозга и проявляющаяся в возникновении новых устойчивых временных связей и их реализации в виде соответствующих поведенческих реакций.

Сопоставляя срочный и долговременный этапы адаптации, нетрудно прийти к заключению, что переход от срочного, во многом несовершенного этапа к долговременному знаменует собой узловой момент адаптационного процесса, так как именно этот переход делает возможной жизнь организма в новых условиях, расширяет сферу его обитания и свободу поведения в меняющейся среде.

Наличие готовой функциональной системы при относительно простых приспособительных реакциях и возникновение такой системы при более сложных реакциях, реализуемых на уровне коры головного мозга, сами по себе не приводят к моментальному возникновению устойчивой адаптации, а являются основой начального, так называемого срочного, несовершенного этапа адаптации.

Для перехода срочной адаптации в гарантированную, долговременную внутри возникшей функциональной системы должен реализоваться какой-то процесс, обеспечивающий фиксацию сложившихся адаптационных систем и увеличение их мощности до уровня, диктуемого средой.

Таким процессом является активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, возникшая в клетках, ответственных за адаптацию систем, обеспечивающая формирование там системного структурного следа. Под ним подразумевается комплекс структурных изменений, развивающийся в доминирующей системе за счёт селективной экспрессии генов и роста клеточных структур.

По сути, он составляет материальную основу устойчивой адаптации. Упомянутая в этом определении доминирующая адаптационная система представляет систему нервных центров, эндокринных желез и исполнительных органов, увеличение функционирования которых обеспечивает адаптацию.

Формированию системного структурного следа способствует повышение интенсивности функционирования структур (ИФС) — среднесуточного «количества функций», выполняемого единицей массы клеточных структур в сочетании с действием гормонов и медиаторов.

ИФС детерминирует экспрессию генов, необходимую для интенсификации синтеза белка клеточных ультраструктур.

Стадии долговременной адаптации

Таким образом, становление долговременной адаптации проходит ряд стадий:
1) Аварийная, то есть срочная адаптация. За счет стресса возникает мобилизация ресурсов в неактивных системах и переброска их в доминирующую адапционную систему. Этот феномен носит название перепрограммирующего эффекта стресса.

2) Переходная, характеризующаяся активацией формирования системного структурного следа вследствие часто повторяющегося воздействия стрессорного фактора, приводящего к увеличению ИФС. То есть возникает анаболическая фаза стресс-реакции — длительный период генерализованной активации синтеза нуклеиновых кислот и белков, развивающейся вслед за кратковременным катаболическим эффектом однократного стресса, способствует формированию различных форм долговременной адаптации.

3) Устойчивая адаптация. В практической медицине важное значение имеет использование ее многочисленных благоприятных для организма эффектов. Необходимо отметить основные из них.

а) Прямой защитный эффект адаптации — ситуация, когда адаптация к умеренному действию определённого фактора предупреждает повреждение организма большой дозой того же самого фактора.

б) Перекрёстный защитный эффект адаптации — ситуация, когда адаптация к действию определённого фактора повышает резистентность организма к повреждающему действию совершенно других факторов.

Успешная реализация этих влияний в значительной степени определяет еще одно важное следствие долговременной адаптации:


в) Феномен адаптационной стабилизации структур — прямое увеличение устойчивости клеточных структур к повреждающему действию фактора среды, обеспечивается за счёт увеличения экспрессии генов, детерминирующих образование и накопление белков теплового шока (HSP), в феномене адаптационной стабилизации структур может играть роль активация систем про-стагландинов, антиоксидантов и т.д.

4) Стадия изнашивания.

Главными предпосылками ее возникновения являются следующие причины:
а) Трансформация стресс-реакции из звена адаптации в звено патогенеза — процесс, возникающий, когда устойчивая адаптация вследствие генетических причин или слишком сильного воздействия факторов среды не формируется.

Стресс-реакция достигает чрезмерной длительности и интенсивности и может индуцировать развитие болезни — от язвенной болезни двенадцатиперстной кишки и аритмий до иммунодефецита и бластоматозного роста. Во многом способствует ее развитию дефицит стресс-лимитирующих систем организма — центральных и локальных регуляторных систем, сопряжённых со стресс-реализующей ситемой, ограничивающих стресс-реакцию на уровне мозга и эффекты стрессорных гормонов и медиаторов на уровне органов-мишеней, предупреждающих стрессорные повреждения.

Генетическая или приобретённая неполноценность стресс-лимитирующих систем влечёт за собой стрессорные болезни, б) Структурная цена адаптации — сопряженная с адаптацией потеря клеточных структур и клеток организма, слагается из увеличенного распада нуклеиновых кислот и белков в доминирующей системе и атрофии клеточных структур вне доминирующей системы, резко возрастает при многократном формировании и утрате адаптации.

Кроме того, необходимо помнить, долговременная адаптация наряду с защитными влияниями способна вызвать и негативные перекрёстные эффекты, то есть ситуации, когда успешная адаптация организма к определённому фактору снижает его резистентность к повреждающему действию других факторов среды.

Поэтому формирование долговременной адаптации к различным стрессорам является сложным процессом, требующим тщательного врачебного контроля динамики функционального состояния организма для адекватного подбора дозы адаптирующего воздействия.

Она определяется как произведение интенсивности воздействия фактора на его длительность, зависит от наследственных — генетических особенностей организма, а также от темпа, в котором возрастает интенсивность воздействия.

Для максимального использования защитных эффектов и сведения к минимуму негативных должен соблюдаться принцип комбинированной адаптации — одновременной или последовательной адаптации организма к нескольким факторам среды, осуществляемой с учётом возможных перекрёстных эффектов и дозы адаптирующего воздействия.

Для решения этих и других сложных задач существует целое научное направление — адаптационная-медицина, которая занимается:
• изучением физиологических и генетических механизмов долговременной адаптации;
• клиническим использованием прямых и перекрестных защитных эффектов адаптации;
• воспроизведением защитных эффектов адаптации с помощью фармакологических средств.

Рассмотрим основные закономерности становления долговременной адаптации на примере формирования устойчивости организма к гипоксии.

Высотная или гипоксическая гипоксия, как известно, характеризуется снижением парциального давления кислорода в крови и вызывает кислородное голодание, то есть недостаточное снабжение кислородом клеток и тканей. В связи с этим приспособление к гипоксии представляет собой реакцию целостного организма, направленную на решение основной задачи — ликвидацию или уменьшение кислородной недостаточности.

Причем в отличие от действия физической нагрузки и других факторов среды недостаток кислорода первично не действует на экстеро-рецепторы и незаметно вторгается во внутреннюю среду, приводя к гипоксемии. После возникновения гипоксемии недостаток кислорода уже начинает действовать как раздражитель на хеморецепторы аортально-каротидной зоны сосудистого русла, непосредственно на центры, регулирующие дыхание, кровообращение и т.д.

В результате формируется функциональная система, специфически ответственная за адаптацию организма к недостатку кислорода. Развивается «комплекс событий», направленных на мобилизацию механизмов транспорта и утилизации кислорода, механизмов образования и утилизации энергии, охватывающий органы дыхания и кровообращения, энергетический метаболизм тканей, а также соответствующие нейроэндокринные регуляторные центры.

При достаточно длительном воздействии гипоксии в этой функциональной системе формируются структурные изменения — структурный «след», и развивается устойчивая адаптация организма к гипоксии.

Характерно, что системный структурный след адаптации к периодической гипоксии является наиболее разветвленным и многообразным по сравнению с изменениями, развивающимися в организме при адаптации к другим факторам внешней среды и, в том числе, к стрессорным ситуациям.

Механизм данного явления требует дальнейших исследований. Для нас важно подчеркнуть, что благодаря этому адаптация не только обеспечивает приспособление организма к недостатку кислорода, но и обладает широким спектром защитных эффектов.

Таблица 1. Отличия адаптации к непрерывной гипоксии в горах от адаптации к периодической гипоксии в барокамере

Непрерывная гипоксия

Периодическая гипоксия

1.Стрессорная стадия адаптации после подъема в горы

1. Подъём на высоту постепенный; стрессорная стадия минимальна или отсутствует.

2. Доза гипоксического воздействия весьма велика.

2. Доза гипоксического воздействия сравнительно мала.

3. Утрата адаптации к равнине; синдром деадаптации после спуска.

3. Адаптация к условиям равнины сохраняется; синдрома деадаптации не бывает.

4. Снижение активации главных антиоксидантных ферментов в мозгу, печени и сердце.

4. Повышение активности главных антиоксидантных ферментов в мозгу, печени и сердце.


Из таблицы 1 следует, по меньшей мере, 4 положения:
1) Только адаптация в барокамере позволяет постепенно увеличивать интенсивность гипоксического воздействия и более или менее полностью обойти аварийную стадию адаптации к гипоксии, которая связана со стрессом и расточительной тратой энергетических и структурных ресурсов организма.

2) Периодическая гипоксия позволяет точно определить и ограничить дозу гипоксического воздействия. Действительно, приблизительное определение дозы как произведения интенсивности воздействия на его длительность показывает, что в горах на небольшой высоте в 1 км ежедневная доза будет составлять 24 условных единицы, а в барокамере при высоте 3,5 км и длительности сеанса 3 часа доза будет составлять только 10,5 условных единиц. На этом основании мы применяли такого рода интенсивность и длительность гипоксии при адаптации людей с целью профилактики и терапии болезней.

3) Адаптация к периодической гипоксии обеспечивается сравнительно кратковременным пребыванием в барокамере от 1 до 4 часов в день. Это позволяет организму функционировать в условиях нормального кислородного режима в течение большей части суток и именно в таких условиях адаптироваться к физическим нагрузкам и другим факторам.

4) Адаптация к периодической гипоксии активирует антиоксидантные ферментные системы, а адаптация к непрерывной гипоксии, наоборот, снижает их активность.

В.Г. Лейзерман, О.В. Бугровой, С.И. Красикова
Похожие статьи
показать еще
 
Реабилитация и адаптация