ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. П. ОГАРЁВА» Факультет биотехнологии и биологии Кафедра биотехнологии, биоинженерии и биохимии Реферат По дисциплине: Физиология человека и животных. ВНД Тема: «Адаптация организма к условиям Крайнего Севера» Выполнила студентка 306 группы Рогожина Ирина Сергеевна Проверил: Пиняев Сергей Иванович Саранск 2022 Введение Жизнь в условиях Крайнего Севера сопровождается воздействием комплекса чрезвычайно неблагоприятных природно-климатических факторов, которые, в свою очередь, увеличивают функциональную нагрузку на организм, что особенно тяжело переносится детским организмом. Пребывание на Крайнем Севере характеризуется повышенным уровнем заболеваемости, значительной ее хронизацией, увеличением психофизиологического напряжения и нарушениями развития. На человеческий организм в условиях Крайнего Севера экстремальное влияние оказывается, в основном, длительной суровой зимой, коротким и холодным летом, резким нарушением фотопериодизма, неизбежно связанным с явлением “светового голода” во время полярной ночи и “светового излишества” во время полярного дня, а так же пустынностью и однообразием ланшафта, бедностью флоры и фауны. Среди факторов, отрицательно влияющих на организм человека, есть такие, от которых он может себя оградить (например - холод), от других же пока защититься невозможно. К последним, относятся колебания геомагнитного и электрического полей, атмосферного давления, и другие. 1. Адаптация человека к условиям внешней среды и её общие принципы. Адаптация (от лат. adaptatio — приспособление) — все виды врожденной и приобретенной приспособительной деятельности, которые обеспечиваются на основе физиологических процессов, про исходящих на клеточном, органном, системном и организменном уровнях. Этим термином пользуются для характеристики широкого круга приспособительных процессов: от адаптивного синтеза белков в клетке и адаптации рецепторов к длительно действующему раздражителю до социальной адаптации человека и адаптации народов к определенным климатическим условиям. На уровне организма человека под адаптацией понимают его приспособление к постоянно меняющимся условиям существования. Различают многие виды адаптации. Физиологической адаптацией называют достижение устойчивого уровня активности организма и его частей, при котором возможна длительная активная деятельность организма, включая трудовую активность в измененных условиях существования и способность воспроизведения здорового потомства. Физиология исследует формирование и механизмы индивидуальной адаптации. Различные люди с разной скоростью и полнотой адаптируются к одним и тем же условиям среды. Скорость и полнота адаптации обусловлена состоянием здоровья, эмоциональной устойчивостью, физической тренированностью, типологическими особенностями, полом и возрастом конкретного человека. Адаптационные реакции также делят на общие, или неспецифические, происходящие под влиянием практически любого достаточно сильного или длительного стимула и сопровождающиеся однотипными сдвигами функций организма, систем и органов в ответ на различные по характеру воздействия, и частные, или специфические, проявляющиеся в зависимости от характера и свойств воздействующего фактора или их комплекса. Проблема адаптации необычайно широка и многогранна, охватывает сферу интересов биологов, физиологов и медиков. Биология и экологическая физиология занимаются изучением видовой приспособляемости. Физиология исследует индивидуальную адаптацию, ее формирование и механизмы. Адаптация к любому фактору связана с затратой энергии. В зоне оптимума адаптивные механизмы не нужны и энергия расходуется только на фундаментальные жизненные процессы, организм находиться в равновесии со средой. При выходе значения фактора за пределы оптимума включаются адаптивные механизмы , требующие тем больше энергозатрат, чем дальше значение фактора отклоняется от оптимального. Нарушение энергетического баланса организма, наряду с повреждающим действием недостатка или избытка фактора, ограничивает диапазон переносимых человеком изменений. Если внешние условия в течении длительного времени сохраняются более или менее постоянными, либо изменяются в пределах определённого диапазона вокруг какого-то среднего значения, то жизнедеятельность организма стабилизируется на уровне, адаптивном по отношению к этому среднему, типичному состоянию среды. Именно такая «настройка», стабилизация и отражает положение зоны оптимума на шкале количественных изменений факторов. Так, разница климата определяет географические отличия индивидуальных параметров организма человека в северных и южных районах страны. 2. Адаптивные реакции у мигрантов к экстремальным условиям высоких широт. Адаптация человека к экстремальным условиям высоких широт обеспечивается перестройками всех видов обмена веществ, что приводит к возникновению «синдрома полярного напряжения». Наиболее значительными звеньями этого синдрома являются: синдром липидной гиперпероксидации, синдром северной тканевой гипоксии, синдром иммунной недостаточности, синдром регенераторно-пластической недостаточности, синдром психоэмоционального напряжения. В сложном комплексе адаптационных изменений в условиях Севера, важное место занимают сдвиги, характеризующиеся усилением реакций свободнорадикального окисления липидов и недостаточности антиоксидантной защиты, приводящие к снижению стабильности клеточных мембран, их большей уязвимости, что в свою очередь является пусковым моментом дальнейших метаболических нарушений на клеточном, тканевом и органном уровнях. Изменениями нейроэндокринных механизмов регуляции и у пришлого населения протекает фазно. Продолжительность основных фаз различна и зависит от места проживания, условий быта, питания и индивидуальных свойств организма мигрантов. Начальный период адаптации к суровым условиям Крайнего Севера продолжается в среднем до полугода и характеризуется дестабилизацией многих физиологических параметров. Во втором периоде (около2-3 лет), имеет место нормализация и синхронизация вегетативных и соматических функций в условиях физиологического покоя и при умеренных физических и психоэмоциональных нагрузках. В третьем периоде (последующие 10-15 лет), состояние относительно стабилизируется. Для поддержания должного уровня жизнедеятельности требуется постоянное напряжение нейроэндокринных регуляторных механизмов, что может привести к истощению резервных возможностей организма. Эндокринная система У людей прибывших в условия высоких широт, имеет место активация симпато-адреналовой системы, что сопровождается повышением концентрации в крови таких гормонов, как норадреналин и адреналин, а также увеличением их экскреции с мочой. В начальную фазу адаптации к холоду катехоламины повышают интенсивность обмена веществ в мышцах, активируют липолиз и увеличивают утилизацию свободных жирных кислот мышцами, а также бурой жировой тканью. В результате термогенного (калоригенного) эффекта катехоламинов происходит быстрое увеличение образования тепла и возрастание основного обмена у адаптирующихся к холоду людей. Термогенный эффект катехоламинов реализуется через ßадренорецепторы тканей и усиливается в присутствии тероидных гормонов, которые повышают чувствительность тканей к катехоламинам. В этот же период адаптации человека к холоду усиливается секреция тиреотропного гормона аденогипофизом, и гиперфункция щитовидной железы сопровождается увеличением потребления тканями тиреоидных гормонов. Последние же оказывают разобщающее действие на реакции окислительного фосфорилирования в митохондриях, благодаря чему, значительная часть высвобождающейся энергии выделяется в виде тепла. Таким образом, в раннюю фазу адаптации к холоду усиление функции щитовидной железы при одновременном возбуждении симпато-адреналовой системы обеспечивает активацию обменных процессов в мышцах, в бурой жировой ткани, во внутренних органах. В результате, увеличивается доля тепла, получаемая путём несократительного термогенеза. В раннюю стадию адаптации к низкой температуре происходит снижение секреции антидиуретического гормона и усиление мочеотделения до 7-15 раз в сутки. Эта реакция направлена на поддержание водно-солевого гомеостаза, поскольку испарение жидкости в условиях холода резко ограниченно, а количество образующейся в жировой ткани воды повышено. Уменьшение содержания воды в тканях снижает их теплопроводность и способствует сохранению тепла в организме. В условиях высоких широт организм человека реагирует на своеобразную светопериодику (фотопериодизм). Соответственно смене фаз света и темноты происходят ритмические колебания секреции тропных гормонов и гипофиза. В светлый период года у человека повышается активность надпочечников и увеличивается концентрация адреналина и кортикостероидов в крови, активируется симпатический отдел вегетативной нервной системы. В период полярной ночи преобладает активность парасимпатического отдела и повышается уровень меланотропного гормона. Система крови. Количество эритроцитов и гемоглобина у людей во время адаптации к холоду меняется неоднозначно. В процессе адаптации людей к условиям Севера снижается общая иммунная реактивность и уменьшается фагоцитарная активность крови, что увеличивает частоту простудных заболеваний. Всё это обусловлено влиянием на иммунитет высоких концентраций глюкокортикоидов в крови мигрантов. В ранний период адаптации здоровых лиц, прибывших в высокие широты из средней полосы России, замедляется начало и увеличивается время свёртывания и рекальцификации крови, снижается толерантность плазмы к гепарину. функциональная Повышается активность. Эти количество тромбоцитов изменения показателей и их системы свёртывания крови связаны со специфическими особенностями светового и солнечного режимов высоких широт, нарушением витаминного баланса организма. Сердечно-сосудистая система. Пребывание человека в условиях Крайнего Севера сопровождается изменениями показателей сердечно-сосудистой системы, которые зависят от сроков адаптации. В период кратковременной адаптации мигрантов к условиям Заполярья появляются разнообразные субъективные нарушения: одышка, особенно при быстрой ходьбе и физической нагрузке, сердцебиение, боли в области сердца. Наибольшее число жалоб у мигрантов появляется во время полярной ночи. Объективно в этот период мобилизуются приспособительные реакции системы кровообращения, что проявляется в ускорении частоты сердечных сокращений, повышении систолического, диастолического периферического и среднединамического сосудистого сопротивления давлений, и линейной увеличении скорости кровотока. Такая физиологическая стресс-реакция системы кровообращения, направленная на нейтрализацию отрицательных воздействий комплекса неблагоприятных факторов Крайнего Севера характерны для первых 2-2,5 лет проживания. При дальнейшем пребывании мигрантов в условиях Севера (3-6 лет) урежается частота пульса, снижаются систолический и минутный объём кровообращения, но артериальное давление и периферическое сопротивление сосудов остаются увеличенными. В результате длительного проживания в этих условиях (10 лет и более) устанавливаются брадикардия, сниженный систолический и минутный объём кровообращения, повышается артериальное давление и периферическое сосудистое сопротивление, возрастает проявление гипертонической болезни, характеризующейся более тяжёлым течением, чем в средних широтах. Система внешнего дыхания Влиянию низких температур, в первую очередь и в большей степени, подвергаются органы внешнего дыхания, которые в изменившихся условиях среды должны адекватно выполнять свою функцию – снабжать организм кислородом. Выделяют три стадии адаптации системы дыхания. В первой стадии адаптивного напряжения (3-6 месяцев) происходит перераспределение статических лёгочных объёмов, при котором часть резервного объёма выдоха переходит в остаточный объём. Это уменьшает объём вдоха и соответственно вентиляцию лёгких. Увеличение остаточного объёма лёгких способствует согреванию холодного вдыхаемого воздуха в тёплом альвеолярном, и предохраняет от холодового повреждения легких. В первую стадию адаптации человека к условиям высоких широт также имеет место уменьшение максимальной вентиляции и форсированной жизненной емкости легких. Это связано с воздействием охлажденного сухого воздуха на верхние дыхательные пути и бронхиальное дерево, приводящим к снижению температуры слизистых оболочек воздухоносных путей и рефлекторному сужению просвета гладко мышечного каркаса бронхов. В результате, проходимость воздухоносных путей становится меньше, что приводит к значительному напряжению дыхания и появлению "полярной одышки". Одышка у полярников при физической работе на открытом воздухе в первые месяцы их пребывания в высоких широтах рассматривается как следствие значительного увеличения расхода энергии по сравнению с такой же работой в средних широтах. Отсюда растет легочная вентиляция, необходимая для покрытия потребностей организма в кислороде и выведения углекислоты. Наблюдается временное несоответствие межу установившимися ранее функциональными связями, обеспечивающими определенный вид физической нагрузки адекватным газообменом, и новыми повышенными запросами к органам дыхания, обусловленными более высоким расходом энергии при том же объеме физической работы. Ощущение одышки имеет объективную причину, связанную с возрастанием легочной вентиляции. С увеличением срока пребывания людей в высоких широтах ощущение одышки при физической работе становится менее выраженным и со временем полностью исчезает. Следовательно вторая стадия – стадия стабилизации функции бронхолёгочного аппарата у северян соответствует становлению адекватного и более экономного режима деятельности органов дыхания. Имеет место тенденция к урежению дыхания, восстановлению до исходных значений резервного объёма вдоха и выдоха, нарастанию значений коэффициента использования кислорода. К 2-3году жизни человека на Севере исчезают признаки дыхательной недостаточности – «полярная одышка». Третья стадия проявляется как благоприятный исход стадии стабилизации и продолжается примерно 10-12 лет. На этой стадии проявляется обструктивный синдром, который проявляется в утолщении главных, долевых и сегментарных бронхов и гипертрофии пучков мелких бронхиол. В это же время происходит восстановление эффективности использования кислорода. Основной обмен, метаболизм, терморегуляция. В ранний период адаптации к серверу в течении полярного дня основной обмен у приезжих повышается на 13-17%. Одной из причин этого является увеличение липидного обмена за счёт жиров экзогенного происхождения и соответственно, повышение в диете белков и жиров. Имеет значение и продолжительное воздействие на организм холода. Во время полярной ночи основной обмен понижен не только из-за уменьшения степени освещённости, являющейся сильным стимулятором гипоталамуса, но и в связи с ограничением активности и сокращением времени пребывания людей на холоде. Длительное проживание мигрантов в Заполярье приводит к понижению основного обмена независимо от сезона. В условиях высоких широт возрастает роль жиров и понижается вклад углеводов в энергетическом обмене организма. Только в начальный период адаптации к Северу главным источником энергии являются углеводы, мобилизующиеся из печени, а уровень сахара в крови в это время повышается. В последующие сроки проживания в Заполярье понижается как скорость обмена глюкозы на конечных этапах гликолиза, так и уровень сахара в крови (на 40-50%). Нарушения углеводного обмена связаны с дефицитом витамина Вр .Имеет место дефицит и других водорастворимых витаминов (С, В2, В6, РР) в связи с их усиленной экскрецией с калом и мочой. Употребление водорастворимых витаминов в виде очищенных препаратов только увеличивает их экскрецию. Одной их причин дефицита витаминов в организме является недостаток микроэлементов, в частности, участвующего во всасывании водорастворимых магния, витаминов. Дефицит витаминов наиболее выражен в период полярного дня, что приводит к сдвигу углеводного обмена. Другие проявления гиповитаминоза не наблюдаются. В первые 3-4 месяца адаптации проявляется «холодовой диурез»: выделяется много воды, натрия, хлоридов, снижается удельный вес мочи. Возникает жажда, сухость кожи и слизистых. Потеря воды и натрия обусловлена гормональными сдвигами в гипоталамусе и надпочечниках. Исчезновение «холодового диуреза» - один из показателей развития акклиматизации к холоду. Морфо-функциональные особенности организма постоянных жителей Крайнего Севера. Из всего многообразия климатических факторов высоких широт холодовой стресс для ведущим, определившим, коренного населения Арктики является в конечном итоге, те формы морфофункциональной адаптации данной популяции людей, которые эволюционно закрепились в виде "арктического адаптивного типа". Характерными для него являются увеличение теплопродукции и изменения системе теплоотдачи, эффективно которые на обеспечивают Арктических широт. К клеточном и системном уровнях температурный особенностям гомеостазис их у аборигенов конституции относится коренастое телосложение массивного мускульного типа, с несколько измененными пропорциями в сторону укорочения конечностей относительно крупного цилиндрического торса. Это уменьшает удельную поверхность тела относительно его массы, снижая, тем самым интенсивность теплопотерь. Плотные, обезвоженные из-за гипосекреции антидиуретического гормона ткани, обладают пониженной теплопроводностью, способствуя удержанию тепла в организме. Возможность перераспределения кровотока между поверхностными и глубокими кровеносными сосудами тела, и особенно конечностей, более выраженная у аборигенов высоких широт, чем у постоянных ограничивает жителей теплопотери Земли через теплостабилизации "ядра" туловища. с относительно кожные теплым покровы и климатом, способствует Мягкие ткани лица, испытывающие у людей, особенно в зимние месяцы, прямое холодовое воздействие, приобрели специфические черты: округлый овал лица, уплощенный широкий нос, узкий разрез глазных щелей, плоские молярные области черепа, обеспечивающие формирование на них теплозащитных жировых подушек, большая степень ороговения кожного эпидермиса. Все это смягчает прямое холодовое воздействие на открытую лицевую поверхность. У коренных жителей Севера снижена чувствительность холодовых рецепторов, а температура кожи всегда более высокая, даже в сравнении с приезжими долгожителями высоких широт. Это обусловлено тем, что на холоде кожные сосуды периодически расширяются и усиленный кровоток согревает кожные покровы, предохраняя их от отморожений. Энергетические процессы у аборигенов Севера более интенсивны, чем у приезжих, и сопровождаются повышенной теплопродукцией, особенно при физической работе. Основной обмен у них повышен на 13-30% в сравнении со стандартными нормами умеренного пояса, что обусловлено гиперфункцией щитовидной железы и усилением липидного обмена с соответствующим увеличением доли жиров в пищевом рационе. Питание, как экологический фактор, оказывает определяющее влияние на тип обмена веществ, который закрепляется наследственно. Это — повышение липидного обмена – важная особенность метаболизма жителей Севера. Усиление окислительных процессов у жителей Севера осуществляется за счёт согласованной гиперфункции щитовидной железы и надпочечников. Тироксин ведёт к гипертрофии и новообразованию митохондрий в бурой жировой ткани, мышцах, миокарде, печени, головном мозге. Норадреналин повышает чувствительность тканей к гормонам щитовидной железы и активирует в них обмен веществ. У аборигенов Севера дополнительные резервы адаптации к холоду обнаруживаются на клеточном уровне системы транспорта кислорода и субстратов окисления к митохондриям. Это проявляется, прежде всего, в активации клеточного синтеза нуклеиновых кислот и белков, что ведёт к накоплению миоглобина в мышцах, увеличению количества дыхательных ферментов и митохондрий, т.е. включаются механизмы генетического уровня организации адаптивных процессов. Заключение Факт генетической сформированности в процессе длительной эволюции «полярного метаболического типа» коренного жителя северных широт считается адаптивного доказанным. процесса всегда Однако, качественная определяется сторона показателями этого здоровья человеческой популяции конкретного экологического региона. В этом плане адаптивное приспособление аборигенов к жизни в условиях высоких широт даётся «дорогой ценой»: задерживается на несколько лет период полового созревания, большой процент первичного бесплодия молодых женщин и преждевременных родов, частые патологии желудочно-кишечного тракта и лёгочные заболевания. Снижается функциональная и иммунологическая реактивность детского организма. Рассматривая питание коренных жителей Севера, как фактор определяющий ряд характерных признаков арктического типа в целом, следует считать необходимым потребление натуральной белково-жировой пищи, содержащей ненасыщенные жирные кислоты, введение в рацион овощей, фруктов, натуральных соков, богатых жиро- и водорастворимыми искусственные витаминами аналоги менее и микроэлементами, эффективны отрицательному результату в витаминном обмене. и даже поскольку приводят их к СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Агаджанян, Н. А. , Петрова П. Г. Человек в условиях Севера. М. : 1. КРУК, 1996. – 208с. Казначеев, В. П. Механизмы адаптации человека в условиях 2. высоких широт. М. : Наука, 1985. – 160с. Здоровье коренного населения Ямала. / Под ред. В. В. Мефодьева. 3. Новосибирск. : Наука, 1998. – 184с. Авцын, А. П. , Жаворонков А. А. и др. Патология человека на 4. Севере. М. ; Знание, 1985. – 416с. Физиология человека. Под ред. Покровского В.М., Коротько Г.Ф. 5. М.: Медицина, 1997. - Т2 - 368с. Казначеев, В. П. Современные аспекты адаптации. Новосибирск. : 6. Наука, 1980. – 192с. Фомин, Н.А. Физиология человека. – М.: Просвещение, Владос, 7. 1995.-416с. 8. Ткаченко, Б.И. Основы физиологии человека. Учебник для ВУЗов - М.: Медицина, 2005. - 928 с. 9. Койранский Б. В. , Дмитриев М. В. Здоровье человека на Крайнем Севере. М. : Наука, 1963. - 227 c. 10. Анисимов О.А. Оценка влияния изменений климата и деградации вечной мерзлоты на инфраструктуру в северных регионах России / О.А. Анисимов, М.А. Белолуцкая. – Метеорология и гидрология – 2002. – Т. 6 – С. 15-22. 11. Егоров И.Я. Природно-очаговые инфекции в Якутии / И.Я. Егоров, В.Ф. Чернявский, Г.Ф. Шахнович. – Якутск, 1996. – 20с.
