ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА

Развитие науки обусловлено успехами применяемых методов. Павловский метод хронического эксперимента создавал принципи­ально новую науку — физиологию целостного организма, синтети­ческую физиологию, которая смогла выявить влияние внешней среды на физиологические процессы, обнаружить изменения функций раз­личных органов и систем для обеспечения жизни организма в раз­личных условиях.

С появлением современных технических средств исследования процессов жизнедеятельности появилась возможность изучения без предварительных хирургических операций функций многих внут­ренних органов не только у животных, но и у человека. «Физио­логическая хирургия» как методический прием в ряде разделов физиологии оказалась вытесненной современными методами бес­кровного эксперимента. Но дело не в том или ином конкретном техническом приеме, а в методологии физиологического мышления. И. П. Павлов создал новую методологию, благодаря чему физиология стала развиваться как синтетическая наука и ей органически стал присущ системный подход.

Целостный организм неразрывно связан с окружающей его внеш­ней средой и поэтому, как писал еще И. М. Сеченов, в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него. Физиология целостного организма изучает не только внутренние механизмы саморегуляции физиологических процессов, но и меха­низмы, обеспечивающие непрерывное взаимодействие и неразрывное единство организма и окружающей среды.

Физиология и кибернетика. Кибернетика (от греч. kybernetike — искусство управления) — наука об управлении автоматизирован­ными процессами. Процессы управления, как известно, осуществ­ляются путем сигналов, несущих определенную информацию. В ор­ганизме такими сигналами являются нервные импульсы, имеющие электрическую природу, а также различные химические вещества. Кибернетика изучает процессы восприятия, кодирования, пере­работки, хранения и воспроизведения информации. В организме для этих целей существуют специальные структуры и системы (рецеп­торы, нервные волокна, нервные клетки и т. д.).

Технические кибернетические устройства позволили создать мо­дели, воспроизводящие некоторые функции нервной системы. Однако работа мозга в целом такому моделированию еще не поддается, и необходимы дальнейшие исследования.

Союз кибернетики и физиологии возник всего лишь четыре десятилетия назад, но за это время математический и технический арсенал современной кибернетики обеспечил значительные успехи изучения и моделирования физиологических процессов.

Математика и компьютерная техника в физиологии. Одновре­менная (синхронная) регистрация физиологических процессов по­зволяет изучать взаимодействие различных явлений. Для этого не­обходимы точные математические методы, использование которых также знаменовало новую важную ступень в развитии физиологии. Математизация исследований позволяет использовать в физиологии компьютерную технику, что не только увеличивает скорость обра­ботки информации, но и дает возможность производить такую об­работку непосредственно в момент эксперимента, позволяет менять ход и задачи самого исследования в соответствии с получаемыми результатами.

Таким образом, как бы завершился виток спирали в развитии физиологии. На заре возникновения этой науки исследование, ана­лиз и оценка результатов производились экспериментатором одно­временно в процессе наблюдения, непосредственно во время самого эксперимента. Графическая регистрация позволила разделить эти процессы во времени и обрабатывать и анализировать результаты после окончания эксперимента. Радиоэлектроника и кибернетика сделали возможным вновь соединить анализ и обработку результатов с проведением самого опыта, но на принципиально иной основе: одновременно исследуется взаимодействие множества различных фи­зиологических процессов и количественно анализируются результа­ты такого взаимодействия. Это позволило производить так называ­емый управляемый автоматический эксперимент, в котором компь­ютер помогает исследователю не просто анализировать результаты, но и менять ход опыта и постановку задач, равно как и типы воздействия на организм, в зависимости от характера реакций ор­ганизма, возникающих непосредственно в ходе опыта. Физика, ма­тематика, кибернетика и другие точные науки перевооружили фи­зиологию и представили врачу могучий арсенал современных тех­нических средств для точной оценки функционального состояния организма и для воздействия на организм.

Математическое моделирование в физиологии. Знание физио­логических закономерностей, количественных характеристик раз­личных физиологических процессов, взаимоотношений между ними позволило создать их математические модели. С помощью таких моделей физиологические процессы воспроизводят на компьютерах, исследуя различные варианты реакций, т. е. возможных будущих их изменений при тех или иных воздействиях на организм (лекар­ственные вещества, физические факторы или экстремальные условия окружающей среды). В настоящее время союз физиологии и кибер­нетики оказался полезным при проведении сложных хирургических операций, в чрезвычайных условиях, требующих точной оценки как текущего состояния важнейших физиологических процессов ор­ганизма, так и предвидения возможных их изменений. Такой подход позволяет значительно повысить надежность «человеческого факто­ра» в трудных и ответственных звеньях современного производства.

Объективное изучение высшей нервной деятельности. На про­тяжении тысячелетий было принято считать, что поведение человека определяется влиянием некой нематериальной сущности («души»), познать которую физиолог не в силах. Физиология XX века имеет существенные успехи не только в области раскрытия механизмов процессов жизнедеятельности и управления этими процессами, но осуществила прорыв в самую сложную и таинственную область — в область психических явлений. Физиологическая основа психики — высшая нервная деятельность человека и животных, стала одним из важных объектов физиологического исследования.

И. М. Сеченов был первым из физиологов мира, который рискнул представить поведение на основе принципа рефлекса, т. е. на основе известных в физиологии механизмов нервной деятельности. В своей знаменитой книге «Рефлексы головного мозга» он показал, что сколь бы сложными ни казались нам внешние проявления психической деятельности человека, они рано или поздно сводятся лишь к од­ному — мышечному движению. «Улыбается ли ребенок при виде новой игрушки, смеется ли Гарибальди, когда его гонят за излишнюю любовь к родине, создает ли Ньютон мировые законы и пишет их на бумаге, дрожит ли девушка при мысли о первом свидании, всегда конечным итогом мысли является одно — мышечное движение», — писал И. М. Сеченов.

Сеченовская попытка обосновать механизмы мозговой деятель­ности была чисто теоретической. Необходим был следующий шаг — экспериментальные исследования физиологических механизмов, ле­жащих в основе психической деятельности и поведенческих реакций. И этот шаг был сделан И. П. Павловым.

То, что именно И. П. Павлов, а не кто-нибудь другой стал на­следником идей И. М. Сеченова и первым проник в основные тайны работы высших отделов мозга, не случайно. К этому привела логика проводимых им экспериментальных физиологических исследований. Изучая процессы жизнедеятельности организма в условиях естест­венного поведения животного, И. П. Павлов обратил внимание на важную роль психических факторов, влияющих на все физиологи­ческие процессы. От наблюдательности И. П. Павлова не ускользнул тот факт, что слюна, желудочный сок и другие пищеварительные соки начинают выделяться у животного не только в момент еды, а задолго до еды, при виде еды, звуке шагов служителя, который обычно кормит животное. И. П. Павлов обратил внимание на то, что аппетит, страстное желание еды является столь же мощным сокоотделительным агентом, как и сама еда. Аппетит, желание, настроение, переживания, чувства — все это психические явления. Они до И. П. Павлова физиологами не изучались. И. П. Павлов же увидел, что физиолог не вправе игнорировать эти явления, так как они властно вмешиваются в течение физиологических процессов, меняя их характер. Поэтому физиолог обязан был их изучать. Но как? До И. П. Павлова эти явления рассматривались наукой, которая называется зоопсихологией.

Обратившись к этой науке, И. П. Павлов должен был отойти от твердой «почвы» физиологических фактов и войти в область гаданий относительно кажущегося психического состояния животных. Для объяснения поведения человека правомерны методы, используемые в психологии, ибо человек всегда может сообщить о своих чувствах, настроениях, переживаниях и т. д. Зоопсихологи слепо переносили на животных данные, полученные при обследовании человека, и также говорили о «чувствах», «настроениях», «переживаниях», «же­ланиях» и т. д. у животного, не имея возможности проверить, так это или нет на самом деле. Впервые в павловских лабораториях по поводу механизмов одних и тех же фактов возникало столько мне­ний, сколько наблюдателей видело эти факты. Каждый из наблю­дателей трактовал факты по-своему, и не было возможности про­верить правильность любой из трактовок. И. П. Павлов понял, что подобные трактовки бессмысленны и поэтому сделал решительный, поистине революционный, шаг. Не пытаясь гадать о тех или иных внутренних психических состояниях животного, он начал изучать поведение животного объективно, сопоставляя те или иные воздей­ствия на организм с ответными реакциями организма. Этот объек­тивный метод позволил выявить законы, лежащие в основе пове­денческих реакций организма.

Метод объективного изучения поведенческих реакций создал но­вую науку — физиологию высшей нервной деятельности с ее точным знанием процессов, происходящих в нервной системе при тех или иных воздействиях внешней среды. Эта наука много дала для понима­ния сущности механизмов психической деятельности человека.

Созданная И. П. Павловым физиология высшей нервной деятель­ности стала естественно-научной основой психологии. Она имеет важ­нейшее значение в философии, медицине, педагогике и во всех нау­ках, которые так или иначе сталкиваются с необходимостью изучать внутренний (духовный) мир человека. Учение И. П. Павлова о вы­сшей нервной деятельности имеет огромное практическое значение.

1.4. ОРГАНИЗМ И ВНЕШНЯЯ СРЕДА. АДАПТАЦИЯ

Целостный организм неразрывно связан с окружающей его внеш­ней средой, и поэтому, как писал еще И. М. Сеченов, в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него. Физиология целостного организма изучает не только внутренние механизмы саморегуляции физиологических процессов, но и меха­низмы, обеспечивающие непрерывное взаимодействие и неразрывное единство организма с окружающей средой. Непременным условием и проявлением такого единства является адаптация организма к данным условиям. Однако понятие адаптации имеет и более широкий смысл и значение.

Адаптация (от лат. adaptatio — приспособление) — все виды врожденной и приобретенной приспособительной деятельности, которые обеспечиваются на основе физиологических процессов, про­исходящих 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.

Организм человека адаптирован к адекватным условиям среды в результате длительной эволюции и онтогенеза, создания и совер­шенствования в ходе их адаптивных механизмов (адаптогенез) в ответ на выраженные и достаточно длительные изменения окружа­ющей среды. К одним факторам внешней среды организм адапти­рован полностью, к другим — частично, к третьим — не может адаптироваться из-за их крайней экстремальности. В этих условиях человек погибает без специальных средств жизнеобеспечения (на­пример, в космосе без скафандра вне космического корабля). К менее жестким — субэкстремальным влияниям человек может адап­тироваться, однако длительное нахождение человека в субэкстре­мальных условиях ведет к перенапряжению адаптационных меха­низмов, болезням, а иногда и смерти.

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 (в том числе социальных) 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, 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.

Неспецифический ответ организма на любое интенсивное воздей­ствие на него Г. Селье назвал стрессом (напряжение, давление), а вызывающий его фактор — стрессором. По Селье, общий адаптацион­ный синдром как ответная реакция на стрессор включает в себя уси­ление деятельности гипоталамуса, гипофиза с увеличением продук­ции АКТГ, гипертрофию коры надпочечников, атрофию вилочковой железы, изъязвление слизистой оболочки желудка. В дальнейшем бы­ли доказаны участие в стрессорной реакции практически всего орга­низма и ведущая роль в этом центральной нервной системы.

В общем адаптационном синдроме Г. Селье выделил три фазы изменения уровня сопротивления организма стрессору: 1) реакция тревоги, когда сопротивление снижалось; 2) фаза повышенного сопротивления; 3) фаза истощения механизмов сопротивления. В повседневной жизни встречаются все эти фазы реакций организма — ощущение трудности перенесения сложной ситуации, «втягивание» — привыкание к ней, затем ощущение невозможности дальнейшего нахождения в этой ситуации, острая потребность выхода из нее.

Предложены и другие классификации фаз адаптации организма человека, о которых будет сказано в соответствующих главах учеб­ника.

Каждая реакция адаптации имеет некую «стоимость», т. е. цену адаптации, за которую «платит» организм затратой веществ, энер­гии, различных резервов, в том числе защитных. Истощение этих резервов приводит к фазе дизадаптации, для которой характерны состояние сдвигов гомеостаза, мобилизация вспомогательных физи­ологических систем, неэкономная трата энергии.

Если организм возвращается к исходным условиям, то он посте­пенно утрачивает приобретенную адаптацию, т. е. реадаптируется к исходным условиям. Повторная адаптация возможна. Если орга­низм вновь окажется в неких условиях, к которым он был адапти­рован. При этом в одних случаях способность к повторной адаптации может быть повышена, в других — понижена в зависимости от истощенности или тренированности механизмов адаптации. Трени­ровка механизмов адаптации благоприятна для мобильности и стой­кости адаптации. Готовность к адаптации и ее эффективность ди­намичны и зависят от многих факторов, в числе которых состояние здоровья, рациональное питание, режим сна и бодрствования, труда и отдыха, физическая активность и тренировка, закаливание, адап­тирующие лекарственные средства (адаптогены), воздействие гипо­ксии.

Состояние стресса может быть тем фоном, на котором на организм действуют иные раздражители. Такая ситуация является типичной для повседневной жизни. Реакция на такой добавочный раздражи­тель может усилиться, что рассматривают как перекрестную сен­сибилизацию, а может быть ослаблена — это обозначают как пе­рекрестная резистентность.

Добавочный раздражитель сам по себе влияет на выраженность стрессорной реакции. Так, отрицательные эффекты распространенного в нашей жизни эмоционального стресса ослабляются или сни­маются интенсивной физической нагрузкой, любимым занятием, философией оптимизма и многими другими приемами.

Описанные фазы неспецифической адаптации характеризуют ак­тивность адаптационных реакций, которые должны быть дополнены еще и адаптивным поведением, целью которых является ускорение адаптации и уменьшение отрицательных влияний адаптогенных фак­торов.

Существует и пассивная форма адаптации по принципу «эконо-мизации активности», которая проявляется в гипореактивности или ареактивности. Ее выражением может быть такое общее состояние организма, как сон. Физиологический сон выступает в роли эконо-мизирующего энергетические затраты фактора, «охранительное» его значение отмечал И.П.Павлов. Известно лечебное применение раз­личных видов сна.

Ареактивность может быть результатом снижения реактивности рецепторов (адаптация рецепторов), торможения центральной части рефлекторной дуги. В механизме адаптации может принять участие и эффекторный компонент, когда с помощью различных механизмов снижается интенсивность или исключаются реакции эффекторов — органов-исполнителей.

Объективное определение адаптированности или неадаптирован-ности человека к субэкстремальным условиям вызывает значитель­ные затруднения. Тем не менее об адаптированности организма человека к новым условиям свидетельствуют восстановление пол­ноценной физической и умственной работоспособности; сохранение общей резистентности в ответ на действие дополнительного возму­щающего фактора, его переносимость в субэкстремальных условиях; достаточно совершенная адаптированность к временным факторам; нормальный иммунный статус организма человека; воспроизведение здорового потомства; устойчивый (без дрейфа) уровень активности реакций и взаимодействия функциональных систем.

В субэкстремальных условиях у человека проявляются не только неспецифические, но и специфические, частные, общие реакции, направленные на адаптацию организма к конкретным условиям внешней среды. В одних случаях эти условия созданы искусственно, например специфические условия производства, в других случаях это естественные условия, например климатические.

В развитии большинства адаптации прослеживается два этапа: начальный — «срочная» адаптация, и последующий — «долговре­менная» адаптация. «Срочная» адаптационная реакция развивается сразу с началом действия стрессора на основе готовых физиологи­ческих механизмов. Например, увеличение теплопродукции в ответ на холодовое воздействие или повышение легочной вентиляции при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе и т. д. «Срочная» адап­тация мобилизует функциональные резервы и часто в неполной мере обеспечивает адаптационный эффект.

«Долговременная» адаптационная реакция развивается посте­пенно в результате длительного или многократного действия на организм факторов внешней среды. Эта адаптация происходит на основе многократной «срочной» адаптации. В итоге накопления структурных и функциональных изменений организм приобретает новое качество — из неадаптированного превращается в адаптиро­ванный. Именно переход от «срочной» адаптации к «долговременной» делает возможной стабильную жизнь организма в новых условиях.

Адаптации значительно отличаются у разных людей скоростью и выраженностью в зависимости от индивидуальных особенностей каждого человека.

На основании результатов исследования адаптации лиц, пересе­ляющихся в район Сибири и Крайнего Севера, выявлены следующие конституционные типы (по В. П. Казначееву): «спринтеры», «стай­еры» и «миксты» (смешанный тип).

Организм «спринтера» способен осуществлять мощные физиологи­ческие реакции с высокой степенью надежности в ответ на действие значительных, но кратковременных факторов внешней среды. Высо­кий уровень надежности физиологических реакций может поддержи­ваться лишь относительно короткий срок. «Спринтеры» мало приспо­соблены к выдерживанию длительных и менее интенсивных нагрузок.

«Стайер» менее приспособлен к переносимости мощных кратко­временных нагрузок. Однако после кратковременной перестройки его организм способен выдерживать продолжительные равномерные воздействия факторов внешней среды. Промежуточные варианты конституционных типов названы «микстами».

«Спринтеры» и «стайеры» различаются по ряду конституцио­нальных, физиологических и биохимических показателей, а также заболеваемостью. В целом цикл адаптивной перестройки в новой экологической и климатической зоне с субэкстремальными услови­ями у людей длится 2—3 года. Это относительно короткий срок — у других биологических видов эквивалентные перестройки требуют смены нескольких поколений.

Вопросы адаптации человека к условиям гипоксии, различной по напряженности физической активности, временной, психосоци­альной и других видов адаптации изложены в соответствующих главах учебника.