ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
В исследованиях по возрастной физиологии проблема адаптации детей и подростков к учебным и физическим нагрузкам является одной из ведущих. Основная цель этих исследований состоит в том, чтобы изучить физиологические механизмы адаптации и получить возможность влиять на нее средствами педагогики и гигиены. Первоначально рассмотрим ряд общих теоретических вопросов проблемы адаптации. Первый из таких общих вопросов касается основного определения адаптации. Насчитывается большое количество определений термина «адаптация». Согласно определению, которое дается в Большой медицинской энциклопедии, «адаптация (от лат. adapto - приспособляю) - морфофизиологические приспособления животных и растительных организмов к конкретным условиям существования во внешней среде». Это определение относится к биологической адаптации. Физиологическая адаптация понимается «как совокупность физиологических реакций, лежащая в основе приспособления организма к изменению окружающих условий и направленная к сохранению относительного постоянства его внутренней среды - гомеостаза» (БСЭ, 3-е изд., т. 1, с. 624). Постоянство внутренней среды организма - непременное условие существования.
Для возрастной физиологии широкое понятие «приспособление» недостаточно информативно. Необходимо попытаться раскрыть физиологическое содержание этого понятия. Для этого надо обратиться к рассмотрению основных свойств жизни. Согласно материалистической теории, основой биологической формы движения является система самоорганизации обмена веществ, энергии и информации, происходящей в сложных высокомолекулярных и аминонуклеиновых соединениях и телах, способных к устойчивому самосохранению, самовоспроизведению и постоянному взаимодействию с внешней природой. Адаптация - следствие этих фундаментальных свойств жизни и ее эволюции, а также общий показатель степени их совершенства, дифференциации, интеграции и возможности стабилизации изменений.
При рассмотрении основ жизни материалистическая теория подчеркивает в них наличие движения в виде трех потоков: 1) потока веществ - ассимиляции и диссимиляции; 2) потока энергии - живые существа являются открытыми термодинамическими системами и накопляют в себе энергию, противодействуют рассеянию энергии, энтропии, увеличивают негэнтропию; 3) потока информации, накопление которой способствует усложнению структуры живых существ, совершенствует и разнообразит способы взаимодействия их с внешней средой, способы поддержания гомеостаза. Ассимиляция, негэнтропия и информация составляют условия активного взаимодействия живых существ со средой.
Об универсальности приспособления живых существ к среде свидетельствуют обобщения материалистической философии. Согласно этим обобщениям, «раздражение протоплазмы и реакция протоплазмы, - по словам Ф. Энгельса, - имеются налицо всюду, где есть живая протоплазма. А так как протоплазма, благодаря действию медленно изменяющихся раздражений, сама в свою очередь изменяется, - иначе она бы погибла, - то ко всем органическим телам необходимо применить одно и то же выражение, а именно: приспособление». Таким образом, свойство всего живого приспособляться к среде есть одно из общих свойств жизни и основное условие развития жизни. Как же следует понимать развитие? Развитие объектов, тождественное, согласно диалектической концепции, с развитием их противоречий, осуществляется, по словам В. И. Ленина, как «раздвоение единого на взаимоисключающие противоположности и взаимоотношение между ними». В чем же заключается противоречие, которое заложено в приспособлении? Это противоречие, можно полагать, есть противоречие между активностью живых существ, источником которой являются три потока движения в живой среде, и охранительной реактивностью живых существ в ответ на необычные и сверхсильные воздействия раздражителей из внешней среды. Активность живых существ выражается в повышении скоростей процессов жизнедеятельности. Реактивность на сверхсильные раздражения выражается в замедлении процессов жизнедеятельности. Характер ответа живой ткани на раздражения из внешней среды зависит от адекватности раздражения состоянию ткани и от интенсивности раздражителя.
Универсальная модель противоречия активности и охранительной реактивности дана в классической физиологии в учении о парабиозе и об усвоении ритма как общем принципе работы нервной системы. Известно, что усвоение ритма и парабиоз классиками физиологии демонстрируются на нервно-мышечном препарате. При умеренной интенсивности повторяющихся раздражений препарат обнаруживает признаки усвоения ритма - повышение возбудимости и лабильности, или функциональной подвижности. Если же интенсивность раздражений становится выше оптимального уровня, то дальнейший рост возбудимости и лабильности останавливается и начинается обратный процесс - снижение возбудимости и лабильности, парабиотические стадии замедления жизнедеятельности. Н. Е. Введенский предполагал, что его теория парабиоза имеет всеобщее значение «как реакция живой материи».
Диалектическое единство активности, порожденной процессами негэнтропии и накоплением энергии и информации в организме по законам, свойственным живой материи, и закономерной реактивности должно быть раскрыто в конкретных проявлениях на разных ступенях развития жизни, в том числе и развития человека на различных этапах онтогенеза.
Процессы приспособления живых организмов к условиям внешней среды условно подразделяют на активные и пассивные формы адаптации. Пассивная адаптация характеризуется снижением чувствительности и охранительной реактивностью. Примеры пассивной адаптации человека к условиям производства демонстрируют привыкание к различным неблагоприятным факторам среды (высокие температуры, перепады температуры и атмосферного давления, шум, вибрация и т. п.). Проявление активной адаптации, как было показано в исследованиях трудовых процессов у лиц разной квалификации и возраста, - это концентрация мышечной силы и нервных процессов на основе суммации следов нервного возбуждения. Благодаря тому что при повторении активности в моменты экзальтации следового возбуждения происходит суммация этих следов, достигается более эффективное взаимодействие организма со средой за счет интенсивных и продуктивных видов этого взаимодействия с накоплением информации и негэнтропии.
Однако суммация следов возбуждения при продолжительном воздействии раздражителей после достижения высокого, оптимального функционального состояния (характеризующегося возбудимостью, лабильностью, интегративностью) не может безгранично повышать активность живого существа. Чрезвычайно продолжительная и интенсивная суммация возбуждения ведет не к усвоению ритма и формированию рефлекторных систем, а к противоположному эффекту - к снижению возбудимости и функциональной подвижности в связи с начинающимся функциональным истощением. Закономерности пассивной адаптации, вызванной начальными моментами функционального истощения, можно проследить на различных уровнях жизнедеятельности: на клеточном, тканевом, организменном у животных и у человека в разные возрастные периоды.
Наблюдения жизни во всем ее многообразии раскрывают конкретные формы адаптации к условиям существования на организменном уровне. В этом отношении весь животный мир может быть разделен на несколько групп. У некоторых (например, насекомых) поведение строго фиксировано наследственностью, доведено до крайней степени совершенства и передается от поколения к поколению. У других живых существ наряду с наследственными формами поведения используются формы поведения, приобретенные в течение жизни отдельной особи. У млекопитающих животных в особенности развиты приобретенные формы поведения и приспособления к условиям внешней среды. Физиологическим механизмом приспособления на основе наследственных форм поведения является безусловный рефлекс - ответ нервных центров на раздражения из внешней и внутренней среды организма. Физиологический механизм приобретенных форм поведения - условный рефлекс.
Биологическая адаптация со времен создания Ч. Дарвином теории происхождения видов понимается как движущая сила эволюции органического мира с постоянным приспособлением развивающегося организма к сложным и изменяющимся условиям жизни. В дальнейшем ведущее значение адаптивных модификаций и филогенетической эволюции отводилось главным образом развитию морфологических изменений, адекватных условиям обитания видов.
Одним из первых исследователей, который сделал попытку оценить реакции организма на воздействие факторов внешней среды с точки зрения изменения метаболических процессов, был В. Кеннон. Он считал, что эти изменения, протекающие с эмоциональными сдвигами, сопровождаются выделением катехоламинов и обеспечивают организму самозащиту. Впоследствии адаптация связывалась большинством исследователей прежде всего с проблемой стресса. При этом подчеркивалось, что стрессовые ситуации являются двигателем жизни. Однако три фазы А, по Г. Селье (стадия тревоги, резистентности, истощения), представляют собой далеко не физиологическую реакцию, а реакцию на патологический стресс, тогда как рост и нормальное индивидуальное развитие организма возможны лишь в условиях физиологических форм раздражений. В связи с этим критически рассматривается и понимание адаптивных реакций, осуществляемых исключительно через гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему, ибо в приспособлении организма участвуют все физиологические системы.
Среди теоретических представлений об адаптации выдающееся место занимают работы Л. А. Орбели по обоснованию учения об адаптационно-трофической функции симпатической нервной системы. Сущность влияний этой системы состоит, по мнению Л. А. Орбели, в постоянном приспособлении обменных и физико-химических процессов в организме к функциональным потребностям данного момента. Исследованиями Л. А. Орбели и его учеников установлено, что адаптационно-трофические влияния симпатической нервной системы распространяются на скелетные мышцы, рецепторы и всю ЦНС.
Особое место в учении об адаптации имеют труды И. П. Павлова по высшей нервной деятельности (ВНД). Открытие им условных рефлексов, работы по пищеварению и кровообращению позволили с объективных позиций объяснять физиологические механизмы приспособления функций организма к условиям среды.
В исследованиях последних лет понятие «адаптация» организма сближается с понятием «надежность», под которой понимается такой уровень регулирования и такое соотношение элементов физиологического процесса, при котором обеспечивается оптимальная деятельность организма и его систем. В этом значении надежность может служить мерой адаптивности организма при сохранении его нормальной жизнедеятельности в условиях воздействия различных факторов среды.
В результате А возникает перестройка функций, становление их на новый уровень регулирования, повышается устойчивость организма к воздействию факторов внешней среды, уравновешивание организма с внешней средой, возрастание надежности биологической системы.
Не все воздействия могут включать механизмы адаптации, а только те, которые обладают определенной силой, временем действия и определенной скоростью нарастания. При чрезмерных воздействиях включаются все механизмы адаптации, и процесс этот проходит через несколько фаз (периодов). Первая фаза - возбуждение, декомпенсация, нарушение функций - ориентировочно-приспособительная; вторая фаза - неустойчивого, неполного приспособления, активного поиска организмом устойчивых состояний, соответствующих новым условиям среды, видам деятельности и их режимам; третья фаза - относительно устойчивого приспособления, устойчивой А, которая спустя большее или меньшее время сопровождается нарастанием утомления. Каждая из фаз в разных условиях воздействия может проявляться в относительно коротком временном отрезке (2 - 10 дней), в годовом цикле и периодах, охватывающих 5 - 10 лет.
Быстро возникающие реакции кратковременной адаптации обеспечиваются эволюционно-детерминированными приспособлениями. Для осуществления реакций долговременного приспособления готовые механизмы отсутствуют, они формируются постепенно, в условиях длительного действия экзогенных факторов, но лишь на основе детерминированных предпосылок. Хотя учебные и физические нагрузки, а также условия, в которых идут занятия, далеки от экстремальных, все же есть основания полагать, что в условиях таких влияний адаптационный процесс протекает на всех уровнях организма: от субклеточного-молекулярного до целостного организма.
Ведущее место среди системных механизмов адаптации принадлежит ЦНС. Эта система реагирует на воздействие внешних факторов не только как всякая живая ткань, но и как специализированная управляющая система, координирующая процесс адаптации целостного организма. Функциональное состояние как результат динамического взаимодействия организма с внешней средой отражает, по П. К. Анохину, «состояние организованного целого», имеет первостепенное значение для любой деятельности взрослого человека и ребенка. Параметры биоэлектрической активности (БА) мозга, теснейшим образом связанные с механизмами регуляции функционального состояния ЦНС в целом, отражают характер регулирования церебрального гомеостаза по разным переменным. Наиболее информативные показатели функционального состояния - изменения БА коры больших полушарий, возникающие в ответ на афферентные раздражения (звуковая и цветовая стимуляция).
Бесспорно, важную роль в адаптации играет эндокринная система, но она фактически выступает в роли рабочего механизма нервной системы. В условиях как экстремальных, так и неэкстремальных физиологических воздействий на организм наблюдаются изменения в реакциях гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. Известно, что физиологическая роль симпато-адреналовой системы (САС) состоит в постоянном приспособлении интенсивности обменных процессов и физико-химических соотношений в тканях к функциональным потребностям данного момента. Катехоламины - важнейшие регуляторы приспособительных реакций организма. Они ускоряют обменные процессы в организме, стимулируют распад гликогена и жиров, вызывают накопление в крови глюкозы и способствуют окислению жирных кислот, повышают потребление кислорода тканями, увеличивают работоспособность сердца и скелетной мускулатуры, вызывают перераспределение крови, приводящее к наилучшему снабжению тканей энергетическими субстратами, усиливают возбуждение ЦНС, участвуют в развитии эмоциональных реакций, а также стимулируют образование циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) - передатчика регуляторных взаимодействий гормонов и медиаторов, трансформирующего межклеточные сигналы во внутриклеточные. В литературе подробно описаны адренергические механизмы мозга, участвующие в организации центральных регуляторных координирующих и компенсаторных реакций организма. Выявлена роль катехоламинов в функции ретикулярной формации и в регуляции активности нейронных систем мозга. Эти адренергические механизмы осуществляют связь различных отделов ЦНС, и в первую очередь гипоталамуса с железами внутренней секреции.
Адренергические структуры в ЦНС, с одной стороны, определяют настройку и уровень физиологической активности высших вегетативных центров, с другой - осуществляют пусковую роль, обеспечивающую включение регулирующих механизмов и активацию гормонального звена, осуществляя тем самым неспецифические ответы организма на внешние раздражители. Катехоламинам принадлежит роль в процессах саморегулирования деятельности САС по принципу обратной связи и облегчения. Отмечены основные этапы изменения обмена катехоламинов при развитии состояния стресса. Имеются данные об участии норадреналина в выработке временных связей и консолидации процессов.
В адаптации человека к меняющимся требованиям среды и видам деятельности необходимое звено составляет сердце, состояние центральной, регионарной и периферической гемодинамики. В изменениях функционального состояния сердечно-сосудистой системы особенно четко прослеживаются реакции срочной и долговременной адаптации. Быстро возникающие срочные адаптивные реакции - это реакции, для осуществления которых в организме имеются готовые сформировавшиеся механизмы. Долговременная адаптация охватывает реакции, для осуществления которых в организме нет вполне сформировавшихся механизмов, а имеются лишь генетически детерминированные предпосылки к их возникновению при многократном включении механизмов срочной адаптации.
В последние годы развивается новое направление в изучении адаптации человека, в котором адаптационные перестройки рассматриваются с позиций принципа единства симметрии - асимметрии в системе «человек - среда». Выдвигается положение о том, что функциональная асимметрия полушарий головного мозга может быть связана с особенностями протекания адаптивных реакций. В случае несоответствия между психофизиологическими и соматическими возможностями конкретного организма и требованиями среды, когда возникает биологическая асимметрия в системе «человек - среда», возможен срыв адаптации.
Функциональная асимметрия головного мозга оказывается связанной с изменениями отдельных звеньев и всей системы кровообращения в целом в процессе долговременной адаптации. Показано, что у детей основной особенностью мозгового кровообращения является асимметрия полушарного пульсового кровотока, характер которой тесно связан с уровнем нервной активности полушарий головного мозга. Помимо этого, размеры сосудов бульбоконъюнктивы коррелируют с величиной кровотока контралатерального полушария. Сопоставление измерений функционального состояния сердечно-сосудистой системы и степени асимметрии мозгового полушарного кровотока показало, что напряженное функционирование системы кровообращения в отдельные периоды учебного года сочетается с периодами резкого увеличения степени асимметрии.
В достаточно обширной литературе по вопросам адаптации имеется большое количество работ, посвященных частным вопросам адаптации к различным факторам среды. Так, обширная литература имеется по адаптации к климатическим условиям. Показано, что при большой интенсивности климатических воздействий на организм возникает стрессовая реакция различных функциональных систем. Климатические условия, в том числе и микроклимат, могут явиться одной из наиболее вероятных причин снижения умственной и физической работоспособности.
