26

Приспособление человека к окружающей среде

1. Понятие адаптации

В словаре, составленном Н.Ф.Реймерсом, адаптация определяется с трех позиций (биологической, медицинской и экологической): «1) эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выражающееся в из­менении их внешних и внутренних особенностей; 2) любое приспособление органа, функции или организма (в том числе человека) к изменяющимся условиям среды; 3) сово­купность реакций любой живой системы (организма, со­общества, биоценоза и т.д.), поддерживающих ее функциональную устойчивость при изменении условий среды, окружающих эту систему. Потеря свойства адаптации называют дезадаптацией. Адаптация к ранее существовавшим условиям носит название реадаптации.

2. Механизмы приспособления организма человека к окружающей среде

Чтобы понять взаимодействие в системе «человек - окружающая среда», необходимо иметь представление о тех механизмах, которые обеспечивают его гармоничное единство с окружающей средой, и о возможностях их нарушения в условиях воздействия неблагоприятных экологических факторов.

Способность организма поддерживать свое устойчи­вое состояние долгое время оставалась загадкой. Первым, кто внес большой вклад в разработку этого вопроса, был французский ученый Клод Бернар. Он справедливо считал, что жизнь нельзя объяснить только на основе обычных химических и физико-химических процессов, что имеется тесная связь живого организма с окружающей средой, ко­торая выражается в различных формах приспособления.

Даже при резких изменениях в окружающей среде жизнь человека не прекращается. К.Бернар впервые выска­зал предположение, что это связано с тем, что внутренняя среда человека, окружающая клетки и ткани, практически не меняется. У живого организма есть две среды: внешняя, в которой он живет, и внутренняя, в которой живут эле­менты его тканей. К внутренней среде относятся кровь, тканевая жидкость, лимфа. К.Бернару принадлежит такой афоризм: «Постоянство внутренней среды есть условия свободной и независимой жизни».

Если Клод Бернар дал широкое биологическое объ­яснение вопроса, то американский ученый Уолтер Кэннон сказал свое слово о постоянстве внутренней среды орга­низма с точки зрения физиологии.

У.Кэннон впервые употребил понятие гомеостаза (греч. homoios - подобный, одинаковый и stasis - состоя­ние) к постоянству внутренней среды организма. Он один из первых представил живой организм как сложную, от­крытую систему, имеющую множество связей с окружаю­щей средой. Эти связи осуществляются через органы ды­хания, рецепторы кожи и слизистых, пищеварительный тракт, нервно-мышечные органы и др. Действие факторов окружающей среды через указанные пути передается соот­ветствующим физиологическим системам, которые спо­собны изменять свои функции в определенных пределах.

Одним из механизмов приспособления организма к окружающей среде является саморегуляция - основа резистентности организма к воздействующим факторам.

Рис. 1. Взаимосвязь интенсивности воздействия и включения адаптивных механизмов в организме человека (Алексеев, 2000)

Взаимосвязь интенсивности воздействия и включения адаптивных механизмов представлена на рис.1.

Проиллюстрировать приведенную схему можно на следующем примере. При снижении уровня сахара в крови срабатывает гомеостатический механизм в печени, кото­рый может повысить содержание сахара в крови до опре­деленного предела. Если снижение сахара больше этого предела, включается следующий этап регуляции, теперь уже за счет инсулина и глюкагона, гормонов поджелудоч­ной железы. Глюкагон усиливает распад гликогена из бел­ков и жиров, обеспечивает ткани глюкозой, а инсулин спо­собствует быстрейшей ее утилизации. Резкое падение уровня сахара в крови при воздействии экстремального фактора (например, тяжелой физической работы) включает высшие центры регуляции: гипофиз - промежуточный мозг.

Таким образом, процессы, обеспечивающие гомео­стаз, направлены на поддержание стабильного состояния организма и устранение вредных факторов или их ограни­чение.

Большой вклад в изучение механизмов приспособле­ния организма к окружающей среде внес П.К. Анохин. Он является основоположником физиологической кибернети­ки, создателем теории функциональных систем. Функцио­нальная система - это такое сочетание процессов и меха­низмов, которое, формируясь в зависимости от данных условий, непременно приводит к эффекту адаптации к этим условиям. Функциональная система всякий раз создается заново, при­менительно к воздействующему фактору, т.е. организм как бы соз­дает «скорую неотложную по­мощь», способную в наикратчай­ший срок, наиболее экономно и ра­ционально вывести организм из экстремальной ситуации.

Феномен адаптации - это са­мостоятельная категория биологи­ческих явлений, результат эволюционно-исторического развития. Недостаточность механизмов адаптации означает снижение возможности биологической системы.

Важную роль в механизмах адаптации играет общий адаптационный синдром, так называемая стресс- реакция. Особое внимание к стрессу появилось после ра­бот Г.Селье (1936 год), в одной из которых он отмечает: «Стресс является неспецифическим физиологическим от­ветом организма на любое требование, которое к нему предъявляется».

Стресс как адаптивная реакция организма возникает под влиянием необычных для повседневной жизни воздей­ствий окружающей среды. Стресс-реакция протекает в три этапа: реакция тревоги, когда мобилизуются все силы ор­ганизма; стадия устойчивости, при которой включаются механизмы долговременной адаптации; стадия истощения, при которой нарушаются адаптационные механизмы.

Последствия стресс-реакции могут быть различными: либо стресс приводит к первоначальному состоянию, либо может быть началом развития болезни и гибели организма.

В адаптации организма важная роль принадлежит иммунной системе.

Иммунитет (от лат. immunitas - избавление от чего- либо) - невосприимчивость организма к заразным болез­ням, зависящая от естественных или приобретенных в те­чение жизни свойств организма, препятствующих разви­тию в нем инфекции. Врожденный иммунитет (видовой или наследственный) - это устойчивость организма к оп­ределенным факторам (невосприимчивость людей к чуме крупного рогатого скота и собак, куриной халере и т.д.). Это свойство передается по наследству и присуще опреде­ленному виду. Приобретенный иммунитет развивается в результате перенесения инфекционного заболевания или создается искусственно - прививкой соответствующей сы­воротки или вакцины.

Адаптация организма к изменениям окружающей среды осуществляется за счет еще одного очень важного фактора - большого «запаса прочности» организма. Как читал Кэннон, организм устроен по плану ограниченного лимита и принципу строжайшей экономии. Примеров это­му можно привести множество. Например, сердце может в любой момент увеличить число сокращений в 2 раза, а ар­териальное давление повыситься на 30-40%. Артериальная кровь содержит кислорода примерно в 3.5 раза больше, чем используется тканями. Последние данные из геноми- ки, говорят о том, что геном человека содержит большую часть «молчащих» генов. Почему эти гены не функциони­руют? На этот вопрос ученые отвечают по-разному. Одна из версий предполагает, что эти гены необходимы при стрессовых ситуациях, когда организму нужны дополни­тельные силы.

Организм переносит удаление печени на 3/4, полное удаление селезенки. Удаление 2/3 каждой почки перено­сится без серьезных нарушений почечной функции. Уста­новлено, что 1/10 части надпочечников достаточно для поддержания жизни. Запас прочности в живом организме достигается различными путями: резервными возможно­стями организма, изменением обмена веществ, включени­ем других систем организма, изменением структуры клет­ки (гипертрофия, регенерация) и т.д. В ходе эволюции со­вершенствовалось «экономное и выгодное» расходование энергии и вещества. Принцип парности органов, принцип дублирования функций, детоксическая функция печени, принципы системности и саморегуляции лежат в основе адаптации организма к факторам окружающей среды. Но любая защитно-приспособительная организация - понятие относительное. Действующий фактор может предъявлять требования выше предела приспособительных возможно­стей организма.

Несоответствие приспособительных возможностей человека к влиянию факторов внешней среды может но­сить количественный характер, когда интенсивность воз­действия выше допустимого предела, или качественный характер, когда на организм действуют факторы, по отно­шению к которым в нем не выработаны защитно- приспособительные механизмы. Это несоответствие может существовать длительное время в необычном для организ­ма ритме (временной аспект). Особое внимание следует уделять индивидуальной повышенной чувствительности организма к изменениям окружающей среды (индивиду­альный аспект).

Выделяют три типа реагирования на воздействие ка­кого-либо фактора:

спринтер - выдерживает воздействие кратковре­менных сильных нагрузок, но не способен проти­востоять слабым, длительно действующим раз­дражителям;

стайер - выдерживает длительное воздействие слабых раздражителей и крайне неустойчив привоздействии сильных кратковременных раздра­жителей;

микст - смешанный тип реагирования проявляет­ся в сочетании реакций обоих типов реагирова­ния.

Естественно, у человека как у биологического вида, находящегося в ряду всех млекопитающих на высшем уровне эволюционного развития, спектр адаптационных процессов шире, чем у животных. Но и он при адаптации сталкивается с теми же проблемами, что и другие биосистемы. Именно поэтому чем необычнее и сложнее для человека новые экологические условия, тем тяжелее протекает у него адаптация. В экстремальных условиях адаптация идет по общим биологическим законам и имеет ту же "цену", что и у животных, несмотря на усилия со стороны общества путем создания адекватных систем жизнеобеспечения, к которым относятся жилая среда, одежда, соответствующее питание и т.д.

Многочисленные научные исследования различных ученых дали возможность установить общую для теплокровных (и для человека, и для животных) зависимость, или экологические правила адаптации.

1. Правило Бергмана - размеры тела тем меньше, чем теплее климат, и тем больше, чем он холоднее.

В районах сурового климата (антарктического и арктического) размеры тела животных больше, чем в тропической зоне. Установлено, что длина тела и его вес связан со средней годовой температурой отрицательной корреляцией. Малорослые люди - пигмеи живут в центральных поясах Земли, высокорослые - скандинавы - в холодном.

2. Правило Аллена - выступающие части тела в холодном климате короче, чем в теплом.

С климатом связаны не размеры, а пропорции тела. В холодном климате - плотное телосложение и укороченные конечности. Люди, живущие в умеренном и холодном поясах, имеют укороченные пропорции тела. У людей, которые принадлежат к монголоидной расе, которая сформировалась в суровом климате Центральной Азии, конечности сравнительно короче, чем у представителей других рас. В противоположность монголоидам для темнокожих племен, населяющих тропические и субтропические саванны, характерны сильно удлиненные по сравнению с туловищем конечности.

3. Правило Глогера - интенсивность окраски кожи (пигментация) в холодном и сухом климате светлее, чем в теплом и влажном.

Окраска связана с широтой местности: чем ближе к тропикам, тем она интенсивнее. Известно, что темнокожие народы, изначально жившие в экваториальных районах, не так сильно загорают на солнце и менее склонны к раку кожи. В коже белых людей отсутствует пигмент меланин, который принимает ультрафиолетовое солнечное излучение прежде чем оно достигнет чувствительных слоев кожи.

4. Правило Томсона и Бакстона - существует связь между шириной носа и интенсивностью средней годовой температуры и солнечной радиации.  Наблюдения показали, что в тропиках такая связь максимальна. Это правило оказалось справедливым только для человека.

Механизмы А. ч. весьма различны, поэтому применительно к человеческим общностям выделяют: 1) биологическую, 2) социальную и 3) этническую (как особый вариант социальной) адаптацию. 1) Биологическая адаптация человека - эволюционно возникшее приспособление организма человека к условиям среды, выражающееся в изменении внешних и внутренних особенностей органа, функции или всего организма к изменяющимся условиям среды. В процессе приспособления организма к новым условиям выделяют два процесса — фенотипическую адаптацию, или индивидуальную адаптацию, которую более правильно называть акклиматизацией, и генотипическую адаптацию, осуществляемую путем естественного отбора полезных признаков.

На практике выделяют типы адаптаций, различающиеся по длительности их формирования. Один из них - это генетически детерминированная биологическая адаптация и второй – акклиматизация. Под первой понимается адаптация, возникшая в ходе эволюционного процесса приспособления человека к условиям окружающей среды. Она наследственно закреплена, т.е. передается из поколения в поколение. Акклиматизация – это негенетическая биосоциальная адаптация к сложному комплексу условий внешней среды, где центральное место занимает климатический фактор.

Другими словами под акклиматизацией понимают однотипные индивидуальные реакции, которые являются первой и непосредственной приспособительной реакцией на изменяющиеся условия среды, а под адаптацией — новую наследственно закрепленную форму реакции.

Для человека как социального вида характерна внебиологическая социальная адаптация, которая осуществляется как в материальной, так и в духовной сфере. Особенно активна и многообразна производственно-адаптирующая деятельность, которая направлена на изоляцию человека от природной среды, неблагоприятной для него по каким-либо параметрам, на ее преобразование и создание новых свойств среды. Важной формой социальной адаптации являются системы организации здравоохранения, правового законодательства, социального обеспечения.

Решение проблемы оценки адаптивных возможностей человеческого общества связано с пониманием как биологической, так и социальной (внебиологической) адаптации. Актуальность этой проблемы определяется отмечаемыми нарушениями адаптированности человека (социальная дезадаптация) в условиях научно-технического прогресса. Теория социальной дезадаптации, развиваемая с 50-х гг. XX в., рассматривает появление "болезней цивилизации" (сердечно-сосудистые, нервно-психические, онкологические) как результат далеко зашедшего несоответствия современных условий жизни человека условиям его формирования как биологического вида. Однако следует учитывать, что человек адаптируется к изменяющейся среде не в одиночку, а вместе с другими людьми и через общество, структура и способ производственной и социальной деятельности которого накладывают отпечаток на все взаимосвязи каждого отдельного человека с окружающей средой. Общество стремится создать свою оптимальную для существования среду, расширяя адаптивные возможности человека. Правда, пока успехи в этом направлении не столь значительны по сравнению с сопутствующими данному процессу негативными эффектами.

При рассмотрении социальной адаптации выделяют ряд особенностей социальной адаптации человека. Первая заключается в активном отношении человека к окружающему его миру - в творческом преобразовании и приспосабливании его к себе. Вторая — в расширении и обогащении своих биологических адаптивных возможностей благодаря развитию техники, науки, культуры. Третья — в сознательном отношении человека к труду, природе и совершенствованию материальных, а также духовных средств адаптации. Четвертая — во всестороннем развитии каждого человека, направленном в том числе на восстановление и изменение его возможностей посредством медицины, физической и духовной культуры общества.

С большой определенностью можно сказать, что система адаптации общества состоит из двух подсистем: экологической и социальной. Первая включает человека на фенотипическом (индивидуальном) и популяционном уровнях и природную среду. Вторая система — качественно более сложная и состоит из человека (социального существа), способов производства и общественных отношений, средств и продуктов труда в их социальном значении, природы (объекта приложения труда и результата деятельности человека и общества). Эти две подсистемы находятся в тесном взаимодействии.

Таким образом, внебиологическая адаптация отличается от биологической содержанием, формой, организацией и направленностью. Она оказывает влияние на формирование и видоизменение специфической человеческой биологической популяционной адаптации, так как влияние окружающей среды на человека опосредовано рядом социальных моментов.

ИНДИВИДУАЛЬНАЯ (ФЕНОТИПИЧЕСКАЯ) АДАПТАЦИЯ ЧЕЛОВЕКА

Индивидуальная адаптация обеспечивает постоянство гомеостаза организма человека при изменениях, произошедших в окружающей среде.

Организм человека в результате длительной эволюции и онтогенеза адаптирован к адекватным условиям среды. Приспособление к периодическим колебаниям таких условий осуществляется с помощью готовых адаптивных механизмов. При неадекватных условиях окружающей среды процессы адаптации в организме человека тоже возникают и развиваются. Однако к одним особенностям среды организм может полностью адаптироваться, а к другим — только частично. В таких случаях обстановка заставляет человека искать более подходящую среду, и возникают процессы миграции и ремиграции. Длительное пребывание в крайне экстремальных условиях ведет к болезни.

Адаптационная реакция организма в ответ на воздействие неблагоприятных факторов включается практически мгновенно. В развитии большинства фенотипических адаптационных реакций прослеживается два этапа: срочный (начальный) этап - несовершенная адаптация, и долговременный - совершенная адаптация.

Срочный этап наступает сразу после начала действия раздражителя и реализуется на основе готовых (ранее сформировавшихся) физиологических механизмов. При этом деятельность организма протекает на пределе его физиологических возможностей и не совсем обеспечивает адаптационный эффект.

Долговременный этап проходит постепенно в результате длительного и многократного действия на организм факторов среды. Он развивается благодаря многократной реализации срочной адаптации, когда происходит накопление изменений в организме. Эта адаптация обеспечивает способность организма существовать в условиях, которые ранее были несовместимы с жизнью. Реакция на любое достаточно сильное воздействие среды (на любое нарушение гомеостаза) обеспечивается функциональной системой (системой органов), специфически реагирующей на данный раздражитель, и системами неспецифического реагирования на разные раздражители (стрессреализующими адренергической и гипофизарно-адреналовой системами).

Развитие адаптации от срочной к долговременной осуществляется путем перехода одних функциональных систем организма к другим, вновь организуемым системам. Так, например, попадание в организм человека яда приводит к мобилизации готовой функциональной системы микросомального окисления, локализованной в клетках печени, но это не устраняет полностью действие яда. В результате наблюдается картина интоксикации (т.е. адаптация несовершенна). При многократном введении яда формируется новая система, поэтому первоначальная доза яда уже не опасна.

Для перехода от срочной к долговременной адаптации внутри возникшей функциональной системы должен реализоваться процесс, обеспечивающий фиксацию адаптационных систем и увеличение их мощности до уровня, диктуемого средой. Этот процесс - активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, возникающая в клетках, ответственных за адаптацию органов, и обеспечивающая формирование так называемого системно-структурного следа. Такая активация приводит к структурным изменениям, которые принципиально увеличивают мощность систем, ответственных за адаптацию.

Переход от срочной к долговременной адаптации осуществляется при непосредственном участии генетического аппарата клетки. Вначале наблюдается увеличение скорости формирования информационных (матричных) РНК в клетках органов, ответственных за адаптацию. Рост количества РНК повышает интенсивность синтеза белков, необходимых для увеличения размеров этих органов. Увеличение органов повышает их функциональные возможности.

Чрезмерная по своей напряженности адаптация к определенному фактору имеет, как минимум, две опасности. Первая - функциональное истощение доминирующей системы, вторая — снижение структурного и функционального резерва других систем, которые непосредственно не участвуют в адаптации. В реальных условиях происходит замена одной системы адаптации другой системой.

Организм может одновременно приспосабливаться ко многим внешним факторам, разграничивая соответствующие специализированные реакции во времени. Однако его адаптационные возможности не безграничны. Поэтому важной предпосылкой к возникновению новых долговременных адаптаций является частичное или полное устранение ранее сложившейся адаптации — деадаптация — после прекращения действия фактора. Исключение фактора приводит к постепенному исчезновению долговременной адаптации, в основе чего лежит исчезновение системно-структурного следа.

Процесс деадаптации протекает медленнее, чем адаптации, - это основа накопления адаптационных изменений при периодических воздействиях среды. Следы этих воздействий не исчезают полностью, они, накапливаясь, составляют основу постепенно формирующейся адаптации.

При многократном повторении этапов адаптации и деадаптации (к одним и тем же факторам среды) может наступить так называемая стадия изнашивания (или локального старения). В этом случае, а также при очень сильной и длительной нагрузке способность генетического аппарата генерировать новые порции РНК может оказаться исчерпанной. В результате в гипертрофированных клетках органа или системы имеет место снижение скорости синтеза РНК и белка, а как следствие этого — гибель некоторых клеток и замещение их соединительной тканью (развитие органного или системного склероза и явления функциональной недостаточности). Таким образом, на этой стадии происходит превращение адаптационной реакции в патологическую, т. е. превращение адаптации в болезнь.

Выделяют физиологическую и патологическую деадаптацию. Физиологическая деадаптация - это процесс исчезновения структурного следа адаптации (и самой адаптации) с возвратом к норме, соответствующей данному виду и периоду онтогенеза. Патологическая деадаптация — процесс исчезновения адаптации, ведущий к необычному снижению массы и мощности ключевых структур клеток, эффективности целых функциональных систем. Такая деадаптация является предпосылкой многих заболеваний.

Предпосылкой болезни может быть не только патологическая деадаптация, но и физиологическая: например, если человек, в течение всей жизни адаптировавшийся к определенному фактору (или комплексу факторов), на позднем этапе онтогенеза меняет условия жизни и утрачивает системно-структурный след. При попытке вернуться к прежним условиям жизни адаптация затруднена в связи с тем, что в старости активность генетического аппарата дифференцированных клеток (необходимая для синтеза нуклеиновых кислот и белков) снижена, поэтому организм не может построить все необходимые структуры. Характерным примером является хроническая высотная болезнь у пожилых горцев, когда они после пребывания на равнине возвращаются в горы.

В реальных условиях существуют так называемые безвыходные ситуации, когда требования среды не могут быть удовлетворены с помощью поведенческих или иных реакций и адаптация не реализуется. В этих ситуациях нарушения гомеостаза, сохраняются долго. В результате могут возникнуть самые различные повреждения, относящиеся к так называемым стрессорным заболеваниям (явление поражения слизистой оболочки желудка, гипертоническая болезнь, атеросклероз, нарушения структуры и функции сердца, иммунодефицитные состояния).

Завершая рассмотрение вопросов, связанных с индивидуальной адаптацией, отметим, что не все люди могут одинаково быстро и полностью адаптироваться к одним и тем же условиям среды. В этом огромную роль играют пол, возраст, тип нервной системы, состояние здоровья, физическая тренированность, эмоциональная устойчивость.

Важная составная часть теории адаптации — концепция о биосоциальной плате за адаптацию. В экстремальных условиях, требующих максимального напряжения адаптационных систем организма, адаптированность человека достигается только ценой определенной биосоциальной платы. Высокая степень адаптированности к экстремальным условиям - это своеобразная биосоциальная специализация, сопровождающаяся крайним напряжением вполне определенных систем - от организменного до молекулярного. В результате такого напряжения индивидуум приобретает те или иные свойства. Однако это, как правило, достигается за счет утраты или существенного изменения его свойств, которыми он ранее располагал. 2) Социальная адаптация - процесс активного приспособления индивида (группы индивидов) к социальной среде, проявляющийся в обеспечении условий, способствующих реализации его потребностей, интересов, жизненных целей. Социальная адаптация включает в себя приспособление прежде всего к условиям и характеру труда (учебы), а также к характеру межличностных отношений, экологической и культурной среде, условиям проведения досуга, быту. Процесс социальной адаптации тесно связан с процессом социализации индивида, интериоризации общественных и групповых норм. Социальная адаптация предполагает как приспособление индивида к условиям жизнедеятельности (пассивная адаптация), так и активное целенаправленное их изменение (активная адаптация). Эмпирически установлено, что доминирование у индивида активной адаптации обусловливает более успешное протекание социальной адаптации. Выявлена также зависимость между характером ценностных ориентаций личности и типом адаптационного поведения. Так, у людей, ориентированных на проявление и совершенствование своих способностей, доминирует установка на активно-преобразовательное взаимодействие с социальной средой, у ориентированных на материальное благополучие — избирательность, целевая ограниченность социальной активности, у ориентированных на комфорт — приспособительное поведение. Ценностные ориентации определяют также требования индивида к характеру и условиям труда, быта, досуга, характеру межличностного общения. Например, монотонный труд на конвейере, как правило, угнетающе воздействует на людей с высоким образовательным уровнем, но удовлетворяет работников с низким уровнем образования и квалификации. 3) Этническая адаптация -приспособление этнических групп (общностей) к природной и социально-культурной среде районов их обитания. Изучение этого процесса и связанных с ним проблем входит главным образом в задачу этнической экологии. В социально-культурной адаптации этносов много своеобразного, обусловленного языково-культурными, политическими, экономическими и другими параметрами окружающей среды. Наиболее отчетливо это проявляется при этнической адаптации групп иммигрантов в странах их оседания, например, в США, Канаде, Аргентине и др. В настоящее время появились проблемы при реадаптации представителей единого этноса среди этнически однородного населения, но иной культурой. Таковы, например, немцы из бывшего СССР, переезжающие на жительство в Германию, или русские из Средней Азии и Казахстана, возвращающиеся в Россию. При этом принято выделять адаптацию, связанную с занятостью (устройством на работу), а также языково-культурную адаптацию, получившую название «аккультурация». Нормальный ход этнической адаптации может быть сильно осложнен и задержан проявлениями национализма и расизма в виде дискриминации, сегрегации и т. п. Резкое изменение среды обитания может привести к дезадаптации.