Аллостаз и гомеостаз единство или противоположности

Аллостаз и гомеостаз: единство или противоположности?
Современные концепции психофизиологии и ВНД
Проблема адаптации человека, её специфический характер, связанный с опосредованным
характером функционирования биологических закономерностей, а также их зависимость от
социальной сущности, показывает, что адаптация у человека качественно отличается от адаптации
у животного, так как связана не со специализированным приспособлением морфологического
характера, а строится на способности универсального сознательного преобразования среды в
трудовом процессе. Вместе с тем, адаптация человека, все же сохраняет свои общие
гомеостатические механизмы, но в ходе экспоненциального ускорения социальных
трансформаций происходит их нарушение с возникновением ситуации комплексного стресса, что
приводит к десинхронизации социального и биологического.
С данной точки зрения весьма интересен такой образ, который приводит в книге
«Психология стресса» Роберта М. Сапольски: «…если вы зебра, бегущая изо всех сил, чтобы
спасти свою жизнь, или лев, бегущий изо всех сил, чтобы не умереть с голоду,
физиологические механизмы реакций вашего тела позволяют прекрасно справляться с
такими краткосрочными физическими чрезвычайными ситуациями. Для огромного
большинства животных на этой планете стресс — это прежде всего краткосрочный кризис.
После этого кризиса они или живут дальше, или умирают. А когда мы сидим без дела и
беспокоимся, у нас включаются те же самые физиологические реакции. Но если эти реакции
становятся хроническими, то они могут привести к катастрофе. Научные данные показывают,
что стрессогенные заболевания обычно возникают из-за того, что мы слишком часто
активируем физиологическую систему, предназначенную для реакции на острые физические
чрезвычайные ситуации. Но мы оставляем эту систему «включенной» в течение многих
месяцев, без конца беспокоясь об ипотеке, отношениях с близкими и продвижении по службе.
Это различие — между тем, что означает стресс для нас и для зебры, — позволяет нам перейти
к некоторым определениям. Для начала я должен вспомнить теорию, которой вас мучили на
уроках биологии в девятом классе и которую, я надеюсь, вы благополучно забыли. Это
гомеостаз. Этот смутно знакомый термин означает, что у каждого организма есть идеальный
уровень насыщенности крови кислородом, идеальная кислотность, идеальная температура
тела и т. д. Все эти разные переменные находятся в состоянии гомеостатического равновесия,
когда все физиологические параметры поддерживаются на оптимальном уровне. Мозг, как нас
учили в школе, развивался как раз для того, чтобы поддерживать гомеостаз.»
То, что сама реакция на стресс может стать вредной, имеет определенный смысл, особенно
если исследовать, что происходит в процессе этой реакции. Все это по большей части
недальновидные, неэффективные, мелочные, избыточные, но очень дорогостоящие вещи,
которые приходится делать нашему телу, чтобы эффективно действовать в чрезвычайной
ситуации. А если чрезвычайная ситуация возникает каждый день, то цена становится непомерной.
Если мы постоянно мобилизуем энергию, не успевая ее накапливать, то у нас никогда не
будет ее запаса. Мы начнем быстро уставать, а это повышает риск развития диабета. Последствия
хронической активации сердечно-сосудистой системы не менее разрушительны: если ваше
артериальное давление повышается до отметки 180/100, когда вы удираете от льва, вы
действуете адаптивно. Но если это 180/100 каждый раз, когда вы видите беспорядок в спальне
сына-подростка, то вы на пути к сердечно-сосудистым заболеваниям. Если вы постоянно
откладываете долгосрочные строительные проекты, то ничего никогда не построите. По неким
парадоксальным причинам, которые будут прояснены в следующих главах, вы подвергаетесь
большему риску развития язвенной болезни. Дети в такой ситуации могут перестать расти и даже
получить редкое, но хорошо известное педиатрам эндокринное расстройство — стрессогенную
карликовость, — а у взрослых могут замедлиться процессы «ремонта» и обновления костей и
других тканей. Если стресс длится постоянно, может возникнуть множество расстройств
репродуктивной системы. У женщин менструальный цикл может стать нерегулярным или вообще
прекратиться; у мужчин могут снизиться количество спермы и уровень тестостерона. И у людей
обоего пола падает интерес к сексуальному поведению.
Но это лишь начало наших проблем в ответ на действие хронических или повторяющихся
стрессоров. Если мы слишком долго и сильно подавляем свою иммунную систему, то с легкостью
можем стать жертвами инфекционных заболеваний и менее способны с ними бороться.
Наконец, те же системы мозга, которые наиболее разумно функционируют во время
стресса, могут быть повреждены специфическими гормонами, вырабатывающимися во время
стресса. Как мы увидим, это в той или иной степени может определять, как быстро наш мозг
теряет клетки в процессе старения и насколько ухудшается наша память в старости.
Таким образом, реакция на стресс может быть мобилизована не только в ответ на
физические или психологические угрозы, но также и в их ожидании. Именно эта универсальность
реакции на стресс больше всего удивляет: физиологическую систему активируют не только
физические факторы, но и просто мысли о них. Впервые на эту универсальность примерно 65 лет
назад обратил внимание один из «крестных отцов» физиологии стресса Ганс Селье.
В 1926 году, будучи студентом второго курса, Ганс Селье впервые обнаружил
стереотипный ответ организма на раздражитель любого характера. Его заинтересовало, почему
у пациентов с разными диагнозами наблюдается совпадение множества симптомов.
Ставя лабораторные опыты на животных, ученый обнаружил, что процессы внутри
организма животного, вызванные инъекциями вытяжек из желез, идентичны процессам,
вызванным травмами, инфекциями, нервным перевозбуждением и другими заболеваниями.
Селье называет эту реакцию «синдром, вызываемый различными повреждающими агентами».
В дальнейшем этот синдром получил известность как «общий адаптационный синдром
(напряжение)», а также как «синдром биологического стресса».
Также Селье определил одну из наиболее часто встречающихся причин возникновения
стрессов — противоречие между реальностью и представлениями человека: Стрессовая
реакция одинаково легко запускается как реальными событиями, так и существующими лишь в
нашем воображении. В психологии это называется «закон эмоциональной реальности
воображения». Как подсчитали психологи, порядка 70 % наших переживаний происходят по
поводу событий, которые существуют не в реальности, а лишь в воображении.
Он обнаружил верхушку айсберга стрессогенных заболеваний. Легенда (по большей части
придуманная самим Селье) гласит, что Селье в попытках описать неспецифические неприятные
переживания, на которые реагировали крысы, позаимствовал термин из физики и объявил, что
крысы испытывают «стресс». На самом деле в 1920-х годах этот термин уже существовал в
медицине и означал примерно то же самое, что и сейчас. Ввел этот термин физиолог по имени
Уолтер Кеннон. А Селье формализовал эту концепцию, предложив две идеи.
1. Организм демонстрирует на удивление похожий набор реакций (Селье назвал его общим
адаптационным синдромом, но сегодня мы называем его «реакцией на стресс») на очень
широкий спектр стрессоров.
2. Если действие стрессоров продолжается слишком долго, это может привести к
физическим заболеваниям.
Эта первая идея, очевидно, важна с биологической точки зрения, но вторая идея намного
больше касается социальной стороны нашей жизнедеятельности: чаще всего стрессогенные
заболевания — это расстройства, вызванные чрезмерной реакцией на стресс, имеющий
«небиологическое» происхождение.
В связи с этим утверждением нужно сделать несколько важных замечаний.
На первый взгляд – мы заболеваем из-за того, что на нас действуют стрессоры, или мы
заболеваем из-за хронического или повторяющегося стресса. Но на самом деле правильнее было
бы сказать, что хронический или повторяющийся стресс потенциально может вызывать болезнь
или увеличить ее риск. Но стрессоры, даже если они очень сильные, повторяющиеся или
хронические, сами по себе не приводят к болезни.
Помещая несколько промежуточных шагов между стрессором и болезнью, мы можем
лучше объяснить индивидуальные различия — почему одни люди заболевают, а другие нет.
Кроме того, проясняя связь между стрессорами и болезнью, легче разрабатывать методы влияния
на эту связь.
Это объясняет, почему врачи часто считают концепцию стресса размытой или неясной –
такая позиция игнорирует роль стрессоров в возникновении или обострении заболеваний.
В последнее время медицина все более широко стала использовать концепцию аллостаза,
как развитие теории стресса, высказывая предположение, что стресс-агенты побуждают организм
отрабатывать индивидуальные стратегии выживания, направленные на поддержания здоровья
путём «достижения стабильности через изменения» или «аллостаза». В основу концепции
аллостаза легли 6 принципов, описывающих реакцию организма на изменения во внешней среде:
1) организм запрограммирован на будущий результат,
2) эффективность приспособительных действий требует компромисса между значениями
параметров разных систем организма,
3) эффективность адаптации требует предсказания изменений параметров среды,
4) предсказание возможных сдвигов во внешней среде меняет состояние сенсорных
системы в сторону повышения чувствительности к ожидаемому кругу воздействий,
5) предсказание внешних изменений меняет состояние эффекторов, приспосабливая их
действия к ожидаемым изменениям внешней среды,
6) такая предсказуемая регуляция определяется целями поведения, которые
контролируются центральной нервной системой.
По мнению авторов концепции, аллостаза и их последователей, термин «аллостаз»
относится к процессу, посредством которого организм поддерживает физиологическую
стабильность путем изменения параметров его внутренней среды, подгоняя их так, чтобы они
соответствовали требованиям окружающей среды. Традиционные гомеостатические модели
определяют здоровье как состояние, в котором все физиологические параметры лежат в пределах
нормальных значений, а те, которые не лежат в них, требуют регулирующего воздействия.
Эффективное поддержание постоянства внутренней среды при аллостазе достигается
напряжением регуляторных механизмов, которые должны обеспечить соответствие состояния
организма изменениям среды жизнедеятельности. Отражение этого напряжения проявляется
изменениями регулируемых переменных, значения которых могут выходить из коридора
гомеостатической нормы. При краткосрочной реакции на внешне воздействие, стресса, состояние
аллостаза является адаптационным, имеющим обратное развитие с возвратом к норме. Однако
при часто повторяющихся стрессорных воздействиях может происходить накопление
аллостатической нагрузки, в дальнейшем сопровождающееся патофизиологическим
последствиями и развитием патологии.
При появлении новой теории/концепции нельзя говорить о том, что одна теория «сменила»
другую, другая «заставила пересмотреть» предыдущую, а последующая «перевернула» прошлую.
Это касается и концепции аллостаза. В реальности она не «сменила», а развила представления о
гомеостазе. Не «пересмотрела», а дополнила ее с позиций практического применения. Не
«перевернула», а в определенной мере интегрировала ранее описанные формы неспецифических
системных приспособительных реакций: реакции тревоги У. Кэннона; стресс-реакции по Г. Селье;
срочной и долговременной адаптации по Ф. З. Меерсону; реакции тренировки,
нормальной/повышенной активации по Л. Х. Гаркави; адаптационной реакции по П. Н. Симонову,
донозологической диагностики по Р.М.Баевскому и В. П. Казначееву. 184 Опишем наши
представления о соотношении понятий «гомеостаз», «аллостаз» и «донозологическая
диагностика».
С позиций теории управления, иерархия целей в живых системах связана с их
самосохранением. Наименее приоритетной с позиций самосохранения целью живой системы
является высокое качество внутренних процессов ее функционирования: энергетическая
эффективность, максимальная надежность функционирования и др. Это называется оптимальным
функционированием и по важности является целью 3-го порядка. Для человека область
оптимального функционирования характеризуется очень низким уровнем напряжения
регуляторных механизмов организма, очень высоким уровнем адаптации к неблагоприятным
факторам среды жизнедеятельности, отсутствием функциональных и структурных нарушений в
органах и системах, высоким уровнем здоровья в целом. Цель 3-го порядка может быть
достигнута, если в живой системе созданы такие внутренние условий функционирования, которые
бы не зависели от изменения окружающей среды - гомеостаз. Наличие гомеостаза открывает (в
эволюции) возможность совершенствовать свойства управляющих механизмов в живых системах.
В частности, гомеостаз позволяет внутренним клеткам и органам живых систем работать в
наилучших возможных условиях и не расходовать энергию и управленческие ресурсы на
создание, и функционирование специальных сохранительных систем внутри организмов. Поэтому
с позиций самосохранения гомеостаз является целью 2-го порядка в живой системе. Нарушение
гомеостаза не приводит к разрушению живой системы, пока она способна обеспечивать приток
вещества и энергии извне, чтобы уравновесить их расход внутри себя, обеспечивая тем самым
стационарное неравновесное состояние. Это является целью 1-го порядка в живых системах. Без
ее достижения не возможна реализация остальных целей самосохранения. Если эта цель не
достигается, происходит разрушение (смерть) живой системы. Поддержание стационарного
неравновесного состояния может проходить на фоне напряжения и истощении регуляторных
механизмов организма, возникновения преобидных состояния и развития патологических
процессов, описываемых в рамках существующих нозологических форм заболеваний. По мере
ухудшения условий существования в системе происходит «отказ» от иерархически менее важных
целей, связанных с реализацией «оптимальных» характеристик. Дальнейшее ухудшение условий
приводит и к потере гомеостатических свойств, а затем к потере способности обеспечивать
стационарное неравновесное состояние. В этом случае жизнедеятельность системы может
поддерживаться лишь некоторое ограниченное время за счет запасов вещества и энергии,
имеющихся внутри нее, и трата которых временно позволяет охранять равенство темпов
расходования веществ из внутренних «депо».
Так, для медико-психофизиологического мониторинга особый интерес представляет
область между гомеостазом и возможности поддержания стационарного неравновесного
состояния, в которой лежат состояния между здоровьем и болезнью (рис.1). На рисунке цифрами
1-4 показаны условные границы областей реализации иерархических целей живой системы.
Область, нижней границей которой является гомеостаз, верхней – способность обеспечивать
стационарное неравновесное состояние, мы относим к аллостазу. На рисунке также условно
показана динамика аллостатической нагрузки при переходе состояния из одной области в другую.
В область аллостаза попадают все донозологические состояния, а также «болезни адаптации»,
реакция на тяжелый стресс и нарушения адаптации, связанные с длительным или
кратковременным, но сильным воздействием стрессорных факторов.
Рис.1. Иерархия целей в биосистеме. 1- граница области оптимального
функционирования, 2- граница области гомеостаза, 3 – граница области
стационарного неравновесного состояния, 4- граница области разрушения
жизнедеятельности. V1, V2 – переменные внешней среды.
С позиций концепции аллостаза, если воздействие факторов жизнедеятельности на
человека привело к нарушению сложившегося гомеостаза, организм стремится восстановить
равновесие на другом уровне, что ведет к формированию нового состояния. Этот уровень был
назван «аллостатическим состоянием». Признаком аллостаза является высокая активация
регуляторных систем, в том числе на поведенческом и психическом уровне, что обусловлено
появлением новых механизмов нейрогуморальной регуляции организма и форм поведения,
более соответствующим новым условиям жизнедеятельности. Однако если аллостатическая
нагрузка слишком высока или если среда постоянно и непредсказуемо меняется, достижение
равновесия невозможно, поскольку вновь возникающие структурные элементы системы
регуляции не успевают складываться в новые эффективные системы. Создаются условия для
патологических изменений в организме, приводящие к болезни, что
Несомненным достоинством концепции аллостаза является возможность количественной
оценки аллостатической нагрузки (АН). Она может рассматриваться как «цена» адаптации
работающих в неблагоприятных условиях к факторам жизнедеятельности и критерий принятия
своевременных управленческих решений (медицинских, психофизиологических,
организационных и др.). Поэтому представляется естественным использование концепции
аллостаза в задачах оценки состояния здоровья на основе расчета индекса аллостатической
нагрузки (ИАН) с оценкой для каждого выбранного биомаркера (БМ) с динамикой отклонений
показателей.
В качестве БМ до настоящего времени не используют характеристики психического
состояния, без которых оценка состояния здоровья, как конечного результата достаточности или
недостаточности механизмов регуляции аллостаза, не может считаться полной. Поэтому в
исследованиях, посвященных практическому применению концепции аллостаза, все больше
используются БМ, традиционно используемые при физиологических и психофизиологических
исследованиях. Кроме того, расчёт ИАН проводится на основе первичных показателей, число
которых может исчисляться десятками. Они, как правило, в разной степени коррелированы между
собой и имеют разную информативность. 190 Такая «избыточность» создаёт информационный
«шум» и может снижать точность оценки ИАН. Поэтому в качестве БМ целесообразно
использовать интегральные показатели.
В завершении темы необходимо также обратиться к проблематике отражения
биосоциального характера человеческой адаптации, в связи с чем, она должна рассматриваться,
как интегральный феномен, который имеет свою собственную иерархию и включает в себя
механизмы биологического приспособления. Психика человека в виду принципиальной
неизменности основных морфологических характеристик его тела является одним из главных
каналов осуществления такой адаптации. «...биологическая адаптация человека к среде обитания
является одновременно психологической... адаптацией в том смысле, что его адаптация
осуществляется с помощью психологических, в первую очередь познавательных, механизмов и
приводит к развитию и совершенствованию этих механизмов». Что примечательно,
применительно к человеку понятие «среда» приобретает новое содержание. Это в первую
очередь социальная среда, включающая не только естественное, но и искусственное,
порожденное самим человеком измерение. В отличие от природной эволюции общественное
развитие на порядки динамичнее: в условиях аккумуляции производительных сил, наличия и
постоянного совершенствования внегенетических (псевдогенетических) способов передачи и
обработки информации оно протекает в условиях постоянного ускорения, имеющего
экспоненциальный характер.
Несомненно, что нервная система и психика, несмотря на свою высокую лабильность,
существование механизма нейропластичности, в своей работе тоже основываются на гомеостатическом принципе, являющимся инвариантом приспособительного существования. У. Эшби дает
широкое определение адаптации как состояния, не выходящего за пределы «нормального»
диапазона: «...“адаптивное” поведение эквивалентно поведению стабильной системы область
стабильности которой совпадает с той областью фазового пространства, в которой все
существенные переменные не выходят из пределов нормы». Для нервной системы одним из
важнейших механизмов гомеостаза является поддержание баланса процессов возбужденияторможения.. Выход же гомеостатических переменных за пределы нормы сопровождается возникновением состояния стресса, который Г. Селье определил, как генерализованный (т.е. общий)
адаптационный синдром.
По-видимому, именно так объясняется основной парадокс современного общества:
несмотря на то что с повышением качества жизни общество во многом снижает уровень непосредственно отрицательного стресса (дистресса), простое ускорение темпов жизни при
достижении некоторых пороговых значений оборачивается чем-то противоположным.
Длительный стресс, как было показано во многих работах, ведет к искажению самого механизма
гомеостаза, его перерождению в аллостаз, который характеризуется ослаблением обратных
связей как основы управления. В конечном итоге это отражается в нарушениях здоровья, которое
является по своей сути ни чем иным, как оптимумом функционирования. У человека стресс
сопряжен с функциональными сбоями центральной нервной системы, связанными с нарушением
биосоциального баланса, которое имеет в первую очередь эмоционально-психологическую
природу. При этом отмечается, что человек эволюционно не приспособлен к переживанию
хронических стрессов. Опасность также состоит в том, что сбои ЦНС автоматически ввиду ее
регулирующей роли сказываются на других системах органов и ведут к возникновению ряда
психосоматических патологий. По мнению В.П. Казначеева, именно они составляют костяк
современной «эпидемии хронических заболеваний».
Вследствие того, что современное общество переходит в постиндустриальную (информационную) фазу развития с переходом в новую экосистему (среду обитания) «социальные
платформы» при одновременном снижении роли семьи в качестве носителя родовой
биологической информации, возникает опасность экологической катастрофы, представляющей
угрозу существования человека, как биологического вида. Именно социальная (средовая)
информация, являясь преобладающим ресурсом (в противоположность родовой) становится
одновременно и главным стрессирующим фактором. Действительно, нервная система как раз
специализируется на обработке информации, так что и ее явный переизбыток, очевидно, будет
являться наиболее чувствительным для нее.
В заключение можно констатировать, что Человек является творением и одновременно
создателем своей окружающей среды, которая обеспечивает его физическое существование и
предоставляет ему возможности для интеллектуального, нравственного, социального и духовного
развития. В ходе эволюции человечество на Земле приобрело способность преобразовывать свою
окружающую среду. Оба аспекта окружающей человека среды, как естественной, так и созданной
человеком, имеют решающее значение для его благосостояния и для осуществления основных
прав человека, включая даже право на саму жизнь.
Современный цивилизационный кризис является не столько экономическим или
политическим, сколько экологическим - антропогенным, поскольку сопряжен с обострением
противоречия социального и биологического с дестабилизацией последнего как подчиненного.
Основная проблема заключается не в принципиальной невозможности биологии человека к
адаптации в новых условиях, а скорее в запаздывании, «неуспевании» ее осуществления
относительно скорости развития информационных технологий. Поэтому мы можем говорить о
ситуации рассогласования социальной и биологической составляющей информационной
окружающей среды. Соответственно решение кризиса должно сводиться не к сворачиванию и
консервации информационно-технологического прогресса, или искусственному биологическому
отбору (евгенике) с внутривидовой сегрегацией, а к поиску более оптимального для
биологических основ формата развития вида в новой среде обитания.
С другой стороны, необходимо расширение способностей адаптации человека, избавление
его от «догоняющего» формата функционирования на основе гармонизации «биосоциального»,
благодаря развитию биологического информационного ресурса в его социальном носителе институте семьи.