Биологическая адаптация

Адаптация к физическим нагрузкам систем регуляции движений - особенности функций гипофиза

Адаптация (от лат. adaptatio - приспособление) в общем виде обозначает способность всего живого приспосабливаться к условиям внешней среды. Адаптация выступает как свойство организма, которое обеспечивается автоматизированными системами. В каждой из этих систем выделяется несколько уровней адаптации - от субклеточного до органного. Но ее конечный эффект - повышение устойчивости системы к факторам внешней среды - сохраняется на каждом из уровней. Адаптация содержит в себе эффективную, экономную и адекватную приспособительную деятельность организма к воздействию различных факторов. В адаптации выделяются две противоборствующие особенности. С одной стороны, это отчетливые изменения, которые в той или иной мере затрагивают все системы организма, а с другой стороны - это сохранение гомеостаза, перевод организма на новый уровень функционирования при обязательном условии - сохранении динамического равновесия.

При рассмотрении адаптации необходимо отметить два  важных фактора:

- возникновение адаптации  происходит под влиянием раздражителя, который действует на протяжении  некоторого времени, от нескольких  минут до многих поколений;

- адаптация характеризуется  адекватными нарушениями в организме  (включая морфологические) которые  происходят в результате изменений  внешней среды. 

Принято различать  две стадии адаптации:

1. функциональная адаптация,  характеризующаяся развитием адаптационных  реакций в системах организма,  когда приспособление идет на  функциональном уровне, а морфологические  изменения незначительные.

2. морфофункциональная адаптация,  которая отвечает такому состоянию  систем, когда наряду с гиперфункцией  имеет место выраженная морфологическая  перестройка органов.

Выделяется генотипическая и фенотипическая адаптация.

Генотипическая  адаптация, которая лежит в основе эволюции, является процессом приспособления к условиям внешней среды популяций (совокупности особей одного вида) с помощью наследственных изменений и природного отбора и происходит на протяжении нескольких поколений.

Фенотипическая  адаптация - приспособительский процесс, который развивается у отдельной особи на протяжении жизни в ответ на действие различных факторов внешней среды.

Основным механизмом адаптации  организма является механизм стресс-реакции.

Стресс - это неспецифическая, приспособительная реакция организма на действие сверхпорогового раздражителя. Различают следующие стресс-фазы:

1. Ориентировочная фаза, или фаза тревоги. Под влиянием АТГ происходит выброс адреналина. Наблюдается увеличение ЧСС, увеличение МОК, увеличение ЧДД, увеличение МОД, ДО. Происходит распад триглицеридов лейкоцитоз, тромбоцитоз. После того, как организм определится с характером угрозы, наступает 2я фаза.

2. Фаза резистентности или устойчивости. Происходит нормализация уровня адреналина, увеличивается количество кортизола (гормон коры надпочечников) - противовоспалительного гормона. Под его влиянием увеличивается синтез белка, что называется состоянием резистенции.

3. Фаза истощения. Происходит истощение надпочечников, уменьшается толщина коркового слоя, мозгового слоя.

У человека адаптация происходит в результате повторных действий стресса.

Процесс адаптации  по механизмам развития разделяется  на срочную и долговременную адаптации.

Срочная адаптация - это процесс срочного функционального приспособления организма к совершаемой им работе.

Долговременная  адаптация - это процесс структурных перестроек в организме, которые происходят в результате накопления в нем эффектов многократно повторенной срочной адаптации.

В результате долговременной адаптации происходит увеличение мощности внутриклеточных систем транспорта кислорода, питательных и биологически активных веществ, завершается формирование доминирующих функциональных систем, наблюдаются морфологические изменения  во всех органах, ответственных за адаптацию.

Срочная адаптация  происходит в три стадии:

1. Активизируется деятельность  различных компонентов функциональной  системы, которая обеспечивает  выполнение данной работы. Это  выражается в резком увеличении  ЧСС, уровня вентиляции легких, потребления кислорода и т.  д. 

2. Деятельность функциональной  системы протекает при стабильных  характеристиках основных параметров  ее обеспечения, в так называемом  устойчивом состоянии.

3. Происходит нарушение  установившегося баланса между  запросом и его удовлетворением.  Это происходит в результате  утомления нервных центров, которые  обеспечивают регуляцию движений  и исчерпанием углеводных ресурсов  организма.

Долговременные  адаптации тоже формируются стадийно.

1. Происходит систематическая  мобилизация функциональных ресурсов  организма спортсмена в процессе  выполнения тренировочных программ  определенной направленности с  целью стимуляции механизмов  долговременной адаптации на основе многократно повторяющейся срочной адаптации.

2. На фоне планомерно  возрастающих и систематически  повторяющихся нагрузок происходит  интенсивное протекание структурных  и функциональных преобразований  в органах и тканях соответствующей  функциональной системы. В конце  этой стадии происходит необходимая  гипертрофия органов, слаженность  деятельности различных звеньев  и механизмов, которые обеспечивают  эффективную деятельность функциональной  системы в новых условиях.

3. Происходит процесс  устойчивой долговременной адаптации,  которая выражается в наличии  необходимого резерва для обеспечения  нового уровня функционирования  системы, стабильности функциональных  структур, тесной взаимосвязи регуляторных  и исполнительных механизмов.

4. Происходит изнашивание  отдельных компонентов функциональной  системы в результате нерационально  построенной, часто излишней тренировке, неполноценном питании и восстановлении.

Механизмы срочной  адаптации являются врожденными, наследственно  обусловленными. На проявлении срочной  адаптации сказываются типологические особенности нервной системы. Поэтому у одних спортсменов стартовое состояние проявляется в высокой готовности к предстоящей работе, а у других как апатия или лихорадочно-возбужденное состояние.

Для адаптационных изменений  долговременного характера характерно как проявление генетически обусловленных, так и не запрограммированных  природой механизмов.

В общих чертах, механизм реакции человеческого организма  на выполнение физических нагрузок выглядит так: в результате действия сигналов, которые воспринимаются рецепторами, в кору головного мозга поступает  афферентная импульсация, там возникают возбуждающие и тормозящие процессы, которые формируют функциональную систему, объединяющую определенные структуры головного мозга. Эта руководящая система мобилизирует определенные мышечные группы. В этом процессе участвуют все моторные уровни мозга: корковый моторный уровень (моторная кора), подкорковый моторный уровень, столбовой моторный уровень, в который входят двигательные центры продолговатого и среднего мозга, сегментарный моторный уровень, объединяющий двигательные центры спинного мозга и конечное звено - мотонейроны. Одновременно с мобилизацией мышц, эта цепочка управления действует и на центры кровообращения, дыхания и другие вегетативные функции.

В неадаптированном организме центральная руководящая система действует неэффективно: координация движений, интенсивность и длительность работы недостаточны. В первую очередь это связано с недостаточными межцентральными связями и их малым количеством. В этом случае происходит неэффективная импульсация, стимулирующая не только мышцы, которые должны быть включены в работу, но и мышцы антагонисты. Одновременно происходит дискоординация в деятельности дыхания, кровообращения и мышц.

Благодаря систематическим  тренировкам, происходит расширение межцентральных связей всех моторных уровней мозга, формирование динамического стереотипа как налаженной системы нервных процессов, которые формируются по принципу условных рефлексов. При этом создается действующая система целостного регулирования выполнения определенной мышечной работы.

Адаптация центральной  регулирующей системы проявляется в автоматизации движений, что проявляется в выполнении хорошо закрепленных движений без контроля нервных центров, что является проявлением экономии. Благодаря накоплению фонда условных рефлексов, во время тренировок происходит расширение возможностей центральной нервной системы мгновенно создавать алгоритмы моторных актов, которые необходимы для эффективного решения неожиданных двигательных заданий.

К системе регуляции  движений относятся - центральная нервная система, периферическая нервная система и железы внутренней секреции.

Для регуляции большинства  движений человека простейшей рефлекторной дуги недостаточно. К различным моторным структурам ЦНС должна постоянно поступать информация от соответствующих рецепторов о положении, скорости, ускорении движения отдельных звеньев двигательной системы. Все это обеспечивает формирование обратной связи, что значительно повышает точность движений. Кроме этого человек может выполнять целенаправленные, осознанные движения, команды для которых зарождаются в коре больших полушарий.

Двигательными центрами спинного мозга являются его передние рога. В них каждой отдельной мышце соответствует популяция (пул) альфа- и гамма-мотонейронов, которые лежат в непосредственной близости друг от друга. В каждом сегменте спинного мозга расположены мотонейроны, которые иннервируют мышцы строго определенного участка тела. Основные функции пула это - замыкание рефлекса который выполняется самим спинным мозгом и преобразование управляющих сигналов от ЦНС в команды к мышечным волокнам.

В мышцах имеется  два вида собственных рецепторов: мышечные веретена и сухожильные органы Гольджи. Оба типа проприорецепторов являются рецепторами растяжения. Выполняемые ими задачи различные. Сухожильные органы контролируют напряжение мышцы (силу сокращения), а мышечные веретена - ее длину. Мышечные веретена имеют более высокую возбудимость в сравнении с сухожильными органами, что обеспечивает выполнение рефлексов растяжения (сухожильные рефлексы), которые проявляются при растяжении мышцы.

Большинство рефлексов спинного мозга являются полисинаптическими. Среди них необходимо выделить тонические и фазные рефлексы. Тонические рефлексы постоянно поддерживают мышечный тонус. Фазные (быстрые) двигательные рефлексы возникают при раздражении разных рецепторв, даже внутренних органов. К ним относится сгибательный рефлекс (сокращение мышц сгибателей отдергивает конечность от раздражителя). Рефлекс, возникающий при раздражении кожи стопы давлением, обеспечивает контакт нижней конечности опорой при стоянии, а также первоначальное прижимание ее с последующим отталкиванием при ходьбе. Рефлекторное сгибание одной конечности сопровождается сокращением разгибателей контрлатеральной конечности, на которую в естественных условиях (при ходьбе) переносится дополнительный вес тела. Описанный рефлекс называется перекрестным разгибательным рефлексом. Шагательный рефлекс (согласованная двигательная активность верхних и нижних конечностей) является дальнейшим развитием ритмических рефлексов.

Самыми значительными  двигательными центрами ствола головного  мозга являются: латеральное вестибулярное  ядро моста, красное ядро среднего мозга, некоторые ядра ретикулярной формации. Стволовые рефлексы обеспечивают две  группы рефлексов - сохранение равновесия и нормальное вертикальное положение  тела в состоянии покоя (статические  рефлексы), и при движении тела в  пространстве (статокинетические рефлексы).

Статические рефлексы делятся на - позные (положение тела в пространстве) и выпрямительные.

Позные рефлексы поддерживают определенную позу, положение в пространстве.

Вестибулярные тонические рефлексы проявляются в повышении или снижении тонуса мышц всех четырех конечностей, которое направленно на предупреждение возможного падения.

Статические рефлексы выпрямления  направлены на восстановление естественного  положения туловища.

Таким образом, задачей спинного мозга является поддержание мышечного  тонуса, а с помощью стволовых  двигательных рефлексов осуществляется перераспределение тонуса мышц между  их различными группами. Позотонические рефлексы с помощью этого перераспределения обеспечивают поддержание определенного положения тела в пространстве, позы. Статические и статокинетические рефлексы обеспечивают изменение позы в покое или во время движения в пространстве. Важную роль в регуляции поддержания позы и координации всех сложных двигательных актов, в том числе и произвольных движений, играет мозжечок. Не смотря на то что он не имеет прямого выхода на мотонейроны спинного мозга, через моторные центры ствола мозга мозжечок участвует в регуляции мышечного тонуса, а через влияние на кору больших полушарий регулирует произвольные движения.

В прецентральной извилине коры больших полушарий располагается ее основная двигательная область, в которой имеется четко выраженная соматотопическая организация, заключающаяся в правильной пространственной проекции мышц контрлатеральной половины туловища в определенных зонах извилины. Участвующие в регуляции движений нейроны имеются и в других зонах коры больших полушарий. Например в глубине межполушарной щели располагается вторая моторная зона, в которой тоже представлены все мышечные зоны тела. В лобной зоне расположены нейроны, которые отвечают за сложные двигательные акты.

Двигательные области  коры больших полушарий отвечают за замысел врожденных и приобретенных  целенаправленных движений. Главной  задачей коры больших полушарий  является выбор группы мышц, ответственных за выполнение движения в каком-либо суставе, а не за непосредственную регуляцию силы и скорости их сокращения. Эту задачу выполняют нижележащие центры, вплоть до мотонейронов спинного мозга. Моторная область коры больших полушарий, в процессе выработки программы движения, получает информацию от базальных ядер и мозжечка, которые посылают к ней свои корректирующие сигналы.