М 41 Меерсон Ф. 3., Пшенникова М. Г

Книга посвящена механизму адаптации организма к физическим нагрузкам и стрессорным ситуациям, использованию этой адаптации и её химических "медиаторов"для предупреждения и лечения неинфекционных заболеваний, составляющих открытую проблему современной медицины. Обосновано новое представление о стресс-лимитирующих системах организма и показано, что при помощи метаболитов этих систем и их синтетических аналогов могут быть успешно предупроеждены многообразные стрессорные повреждения организма – от язвенных поражений слизистой оболочки желудка до сердечной аритмии и фибрилляции сердца при инфаркте миокарда. Книга предназначена для патофизиологов, кардиологов, терапевтов.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В течение последнего столетия структура заболеваемости и смертности в развитых странах принципиально изменилась. Инфекционные заболевания, за исключением некоторых вирусных болезней, отодвинулись на второй план, а главное место заняли рак, ишемическая болезнь сердца, гипертония, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, психические болезни, диабет и др. При всем разнообразии этих так называемых эндогенных, или неинфекционных, болезней в их этимологии и патогенезе имеются общие черты. Как свидетельствуют эпидемиологические и экспериментальные исследования, в возникновении всех этих заболеваний важную, а иногда и решающую роль играет чрезмерно интенсивная и длительная стресс-реакция, вызванная определенными факторами окружающей среды. Это означает, что изучение принципов профилактики стрессорных повреждений составляет необходимый этап в решении ключевой проблемы современной медицины — повышения, резистентности здорового организма и профилактики основных неинфекционных заболеваний. Именно в этом направлении развиваются в течение последнего десятилетия исследования Ф. 3. Меерсона и его сотрудников. Важно, что они сосредоточили внимание на важнейшем обстоятельстве, которое состоит в том, что большинство людей и животных, поставленных в безвыходные стрессорные ситуации, не погибают, а приобретают ту или иную степень резистентности к этим обстоятельствам. Это означает, что организм должен обладать механизмами, обеспечивающими совершенную адаптацию к стрессорным воздействиям, возможность выживания в тяжелых стрессорных ситуациях.

На основе этого исходного положения развернулись многообразные экспериментальные исследования, которые позволили Ф. 3. Меерсону сформулировать новое представление о так называемых стресс-лимитирующих системах организма и использовать метаболиты этих систем с целью экспериментальной профилактики многообразных стрессорных, ишемических и других повреждений организма.

Предлагаемая читателю книга Ф. 3. Меерсона и М. Г. Пшенниковой представляет собой систематическое изложение проблемы адаптации к стрессорным ситуациям и концепции стресс-лимитирующих систем. При этом впервые доказан защитный эффект адаптации, а также метаболитов и активаторов стресс-лимитирующих систем не только при стрессорных, но также при ишемических повреждениях сердца, нарушениях его электрической стабильности, аритмиях и фибрилляции желудочков, составляющей причину внезапной сердечной смерти.

3

Эти данные имеют первостепенное значение для клинической кардиологии.

Монография Ф. 3. Меерсона и М. Г. Пшенниковой является примером эффективного использования результатов изучения такой фундаментальной биологической проблемы, как адаптация, для того, чтобы катализировать решение прикладных вопросов современной медицины. Она представляет несомненный интерес для биологов, физиологов, кардиологов, специалистов в области экстремальных состояний и спортивной медицины.

Академик П. Г. Костюк

Академик АМН СССР

Герой Социалистического Труда

В. X. Василенко

ВВЕДЕНИЕ

Индивидуальную адаптацию можно определить как развивающийся в ходе жизни процесс, в результате которого организм приобретает устойчивость к определенному фактору окружающей среды и, таким образом, получает возможность жить в условиях, ранее несовместимых с жизнью, и решать задачи, прежде не разрешимые.

Очевидно, определение «жить в условиях, ранее несовместимых с жизнью», может соответствовать полной адаптации, которая в условиях холода или недостатка кислорода обеспечивает возможность сохранения широкого диапазона поведенческих реакций и продолжения рода, или, напротив, далеко не полной адаптация, которая позволяет в течение более или менее длительного времени сохранить лишь саму жизнь. Аналогичным образом возможность «решать задачи, прежде не разрешимые», охватывает решение самых примитивных и самых сложных задач — от умения избежать встречи с хищником путем пассивного оборонительного рефлекса замирания до решения математических задач и сознательного управления процессами жизнедеятельности организма. Такое преднамеренно широкое определение соответствует реальному значению процесса адаптации, который составляет неотъемлемую принадлежность всего живого и характеризуется таким же многообразием, как сама жизнь.

Поэтому проблема адаптации стала традиционным предметом дискуссий по вопросам философии и теоретической биологии. В последние десятилетия содержание таких дискуссий и самой проблемы существенно изменилось. Помимо теоретического, она приобрела большое практическое значение. Два обстоятельства делают ее исключительно важной для современной медицины: 1) необходимость адаптации больших контингентов людей к условиям холода, высоты, больших нагрузок, интенсивной операторской деятельности, т. е. к стрессорным по своему существу ситуациям, выдвигает на первый план вопрос об управлении адаптационным процессом как за счет правильной тактики адаптации, так и путем применения химических факторов и 2) развитие главной открытой проблемы современной медицины — профилактики и лечения неинфекционных болезней, таких как ишемическая болезнь сердца, гипертония, психические и онкологические заболевания, — привело к появлению множества лекарственных препаратов, которые далеко не всегда эффективны. При некритическом отношении к этой ситуации может возникнуть реальная угроза формирования homo pharmacologicus. Естественной альтернативой такому развитию событий является использование с целью профилактики рационально дозированной адаптации к определенным факто-

5

рам окружающей среды или таких химических веществ, которые в организме являются своеобразными «медиаторами» адаптации.

С таких позиций в данной книге рассмотрены и сопоставлены между собой две во многом различные, но одинаково важные приспособительные реакции организма — адаптация к физическим нагрузкам и адаптация к стрессорным ситуациям окружающей среды. Для того чтобы осуществить такое сопоставление, мы предварительно рассмотрим основные понятия теории и индивидуальной адаптации, сформулированные в последние годы [Меерсон Ф. 3., 1981-1986].

В развитии большинства адаптационных реакций определенно прослеживается два этапа: начальный этап — «срочная», ио несовершенная адаптация и последующий этап — совершенная долговременная адаптации.

Начальный этап адаптационной реакции возникает непосредственно после начала действия раздражителя и, следовательно, может реализоваться лишь на основе готовых, ранее сформировавшихся физиологических механизмов. Очевидными проявлениями «срочной» адаптации являются бегство животного в ответ на причиняемую боль, увеличение теплопродукции в ответ на холод, увеличение теплоотдачи в ответ на тепло, рост легочной вентиляции и минутного объема сердца в ответ на недостаток кислорода и т. д. Важнейшая черта этого этапа адаптации состоит в том, что деятельность организма протекает на пределе его физиологических возможностей, при почти полной мобилизации функционального резерва и далеко не в полной мере обеспечивает необходимый адаптационный эффект. Так, бег неадаптированного животного или человека (происходит при близких к максимуму величинах минутного объема сердца и легочной вентиляции, при максимальной мобилизации резерва гликогена в печени, увеличенном содержании лактата в крови, который лимитирует интенсивность работы, двигательная реакция не может быть ни достаточно быстрой, ни достаточно длительной. Таким образом, адаптация реализуется «с места», но оказывается несовершенной.

Аналогичным образом при адаптации к новым сложным ситуациям окружающей среды, реализуемой на уровне головного мозга, этап «срочной» адаптации осуществляется посредством готовых, уже имеющихся механизмов и проявляется известным в физиологии высшей нервной деятельности периодом «генерализованных двигательных реакций», или «периодом эмоционального поведения». При этом необходимый адаптационный эффект, диктуемый потребностями организма в пище или самосохранении, может остаться неосуществленным или обеспечивается случайным удачным движением, т. е. является непостоянным.

«Долговременный» этап адаптации возникает постепенно, в результате длительного или многократного действия на организм факторов окружающей среды. Он развивается на основе многократной реализации «срочной» адаптации и характеризуется тем, что в итоге постепенного количественного накопления каких-то

6

изменений организм приобретает новое качество — из неадаптированного превращается в адаптированный. Такова адаптация, обеспечивающая осуществление организмом ранее недостижимой по своей интенсивности физической работы, развитие устойчивости организма к значительной высотной гипоксии, которая ранее была несовместима с жизнью, приобретение устойчивости к холоду, теплу, большим дозам ядов, введение которых ранее было несовместимо с жизнью. Такова же качественно более сложная адаптация к окружающей действительности, развивающаяся в процессе обучения на основе памяти мозга и проявляющаяся возникновением новых устойчивых временных связей и их реализацией в виде соответствующих поведенческих реакций.

Сопоставляя «срочный» и «долговременный» этапы адаптации, нетрудно сделать вывод, что переход от «срочного» этапа к «долговременному» знаменует собой узловой момент адаптационного процесса, так как именно этот переход делает возможной постоянную жизнь организма в новых условиях, расширяет сферу его обитания и свободу поведения в меняющейся биологической и социальной среде.

Механизм данного перехода, очевидно, должен рассматриваться на основе принятого в физиологии представления о том, что реакции организма на факторы окружающей среды обеспечиваются не отдельными органами, а организованными определенным образом и соподчиненными между собой системами. Это представление, получившее многостороннее развитие в трудах Р. Декарта, В. Гарвея, И. М. Сеченова, И. П. Павлова, А. А. Ухтомского, Н. Винера, Л. Бертоламфи, П. К. Анохина, Г. Селье, не является предметом специального изложения в данной книге. Однако именно оно дает нам сегодня возможность констатировать, что реакция на любое новое и достаточно сильное воздействие среды — на любое нарушение гомеостаза — обеспечивается, во-первых, системой, специфически реагирующей на данный раздражитель, и, во-вторых, стрессреализующими адренергической и гипофизарно-адреналовой системами, неспецифически реагирующими на самые различные изменения в среде обитания.

Оперируя понятием «система» при изучении индивидуальной— фенотипической адаптации, целесообразно подчеркнуть, что ближе всего к раскрытию существа такого рода систем, обеспечивающих решение главной задачи организма на определенном этапе его индивидуальной жизни, подошел создатель учения о доминанте, один из величайших физиологов нашего века А. А. Ухтомский (1923). Он детально исследовал роль внутренних потребностей организма, реализуемых через гормоны, роль интероцептивной и экстроцептивной афферентной сигнализации в формировании доминант и при этом рассматривал доминанту как систему — констелляцию нервных центров, подчиняющих себе исполнительные органы, определяющую направление поведенческих реакций организма — его вектор. По существу адаптация это формирование определенной функциональной доминирующей системы.

7

Рассматривая переход «срочной» адаптации в «долговременную» в плане представления о функциональной системе, нетрудно заметить важное, но не всегда учитываемое обстоятельство, которое заключается в том, что наличие функциональной системы или ее образование само по себе еще не означает устойчивой, эффективной адаптации.

Действительно, первоначальный эффект любого безусловного раздражителя, вызывающего значительную и длительную двигательную реакцию, состоит в возбуждении соответствующих афферентных и моторных центров мобилизации скелетных мышц, а также кровообращения и дыхания, которые в совокупности образуют единую функциональную систему, специфически ответственную за реализацию данной двигательной реакции. Однако эффективность этой системы невелика — бег не может быть ни длительным, ни интенсивным, он становится таким только после многократных повторений ситуации, мобилизующей функциональную систему, т. е. после тренировки, которая приводит к развитию «долговременной» адаптации.

При действии недостатка кислорода влияние гипоксемии на хеморецепторы, непосредственно на нервные центры и исполнительные органы влечет за собой реакцию, в которой роль функциональной системы, специфически ответственной за устранение недостатка кислорода в организме, играют регуляторно связанные воедино и осуществляющие повышенную функцию органы кровообращения и внешнего дыхания. Первоначальный результат мобилизации этой функциональной системы после подъема неадаптированного человека на высоту 5 тыс. м заключается в том, что гиперфункция сердца и гипервентиляция легких выражены весьма резко, но все же оказываются недостаточными для устранения гипоксемии и сочетаются с более или менее выраженной адинамией, явлениями апатии, эйфории, а в итоге со снижением физической и интеллектуальной работоспособности. Для того чтобы эта «срочная», но несовершенная адаптация сменилась совершенной, «долговременной», необходимо, длительное или многократное пребывание на высоте, т. е. длительная или многократная мобилизация функциональной системы, ответственной за адаптацию.

Аналогичным образом при введении в организм яда, например нембутала, роль механизма, специфически ответственного за его разрушение, играет мобилизация системы микросомального окисления, локализованной в клетках печени. Активация этой системы ограничивает повреждающее действие яда, но не устраняет его полностью. В результате картина интоксикации достаточно выражена и адаптация соответственно несовершенна. В дальнейшем после многократного введения нембутала первоначальная доза перестает вызывать интоксикацию.

Таким образом, наличие функциональной системы, ответственной за адаптацию к данному фактору, и моментальная активация этой системы сами по себе не обеспечивают совершенной адаптации, она развивается значительно позже, после того как в «ответ-

8

ственной» системе возникают какие-то важные изменения, обеспечивающие увеличение ее функциональных возможностей.

При действии на организм более сложных ситуаций окружающей среды (например, не встречавшихся ранее раздражителей или ситуаций, возникающих в процессе обучения новым навыкам) в организме не бывает готовых функциональных систем, способных обеспечить соответствующую требованиям окружающей среды реакцию. Ответ организма обеспечивается уже упомянутой генерализованной ориентировочной реакцией на фоне достаточно сильного стресса. В подобной ситуации некоторые из многочисленных двигательных реакций организма оказываются адекватными, получают подкрепление. Это становится началом образования в головном мозге новой функциональной системы — системы временных связей, которая становится основой новых навыков и поведенческих реакций. Однако непосредственно после своего возникновения система эта обычно весьма непрочна, она может быть выключена торможением, вызванным возникновением других поведенческих доминант, периодически реализующихся в деятельности организма, сравнительно легко угашена повторным подкреплением и т. д. Для того чтобы сложилась устойчивая, гарантированная в будущем адаптация, необходимо время и некоторое количество повторений, т. е. упрочение нового стереотипа.

Таким образом, наличие готовой функциональной системы при относительно простых приспособительных реакциях и возникновение такой системы при более сложных реакциях, реализуемых на уровне коры головного мозга, сами по себе не приводят к моментальному возникновению устойчивой адаптации, а являются основой начального, так называемого срочного, несовершенного этапа адаптации. Для перехода «срочной» адаптации в гарантированную, «долговременную», внутри возникшей функциональной системы должен реализоваться некоторый важный процесс, обеспечивающий фиксацию сложившихся адаптационных систем и увеличение их мощности до уровня, диктуемого средой. Исследования, выполненные в течение последних 25 лет лабораторией патофизиологии сердца НИИ общей патологии и патологической физиологии АМН СССР, руководимой Ф. 3. Меерсоном, а также многими другими лабораториями, показали, что таким процессом является активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, возникающая в клетках, ответственных за адаптацию систем, обеспечивающая формирование там системного структурного «следа». Было показано, что увеличение функции органов и систем приводит к активации синтеза нуклеиновых кислот и белков в клетках, образующих эти органы и системы. Поскольку в ответ на требование окружающей среды возрастает функция ответственных за адаптацию, т. е. доминирующих, систем, то именно в них развивается активация синтеза нуклеиновых кислот и белков. Активация приводит к формированию структурных изменений, которые увеличивают мощность систем, ответственных за адаптацию, что и составляет основу перехода от «срочной» адаптации к «долговременной» — ре-

9

шающий фактор формирования структурного базиса «долговременной» адаптации.

Последовательность явлений при процессе формирования долговременной адаптации состоит в том, что увеличение физиологической функции клеток систем, ответственных за адаптацию, вызывает в качестве первого изменения увеличение скорости транскрипции РНК на структурных генах ДНК в ядрах этих клеток.

Рост количества информационной РНК приводит к увеличению программированных этой РНК рибосом и полисом, на которых интенсивно протекает синтез клеточных белков. В результате масса структур увеличивается и происходит увеличение функциональных возможностей клетки, составляющих основу «долговременной» адаптации.

Существенно, что активирующее влияние увеличенной функции, опосредованное через механизмы внутриклеточной регуляции, адресовано именно в генетический аппарат клетки. Введение животным актиномицина — антибиотика, который делает невозможной транскрипцию, лишает генетический аппарат клеток возможности отреагировать на увеличение функции. В результате переход «срочной» адаптации в «долговременную» становится неосуществимым: адаптация к физическим нагрузкам, гипоксии, образование новых временных связей и другие адаптационные реакции оказываются невыполнимыми при действии нетоксичных доз актиномицина, которые не нарушают осуществления готовых, ранее сложившихся адаптационных реакций. На основании этих и других фактрв механизм, через который функция регулирует количественный показатель активности генетического аппарата — скорость транскрипции, был обозначен нами как «взаимосвязь между функцией и генетическим аппаратом клетки» [Меероон Ф. 3., 1963]. Важно, что формирование на основе этой взаимосвязи структурных изменений в доминирующей системе, ответственной за адаптацию, всегда происходит при решающем участии нейрогуморальных механизмов целого организма, прежде всего механизмов стресс-реакции, которую Г. Селье (1960) прозорливо обозначил как общий адаптационный синдром. Достаточно известная теперь концепция о механизме индивидуальной адаптации организма к внешней среде [Меерсон Ф. 3., 1981] определяет стресс-реакцию как звено этого механизма. Нарушение гомеостаза, вызванное фактором окружающей среды, или сигнал возможности такого нарушения через высшие уровни регуляции активирует системы, ответственные за адаптацию. В результате возникают две цепи явлений: 1) мобилизация функциональной системы, которая доминирует в адаптации к данному конкретному фактору, например, к физической нагрузке, холоду, недостатку кислорода; 2) совершенно неспецифическая, возникающая при действии любого нового или сильного раздражителя стандартная активация стресс-реализующей системы. В дальнейшем в клетках доминирующей функциональной системы, специфически ответственной за адаптацию, увеличенная физиологическая функция активирует генетический аппарат; воз-

10

никает активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, образующих ключевые структуры клеток, лимитирующих функцию. В итоге избирательного роста этих ключевых структур формируется так называемый системный структурный след, который приводит к увеличению функциональной мощности системы, ответственной за адаптацию, и создает возможность превращения первоначальной, «срочной», но ненадежной адаптации в устойчивую, «долговременную». Формирование системного структурного «следа» и устойчивой адаптации осуществляется при потенцирующем участии стресс-реакции, которая играет важную роль именно на этапе перехода «срочной» адаптации в «долговременную». Существенно, что после того, как системный структурный «след» полностью сформировался и стал основой адаптации, например к физической нагрузке, к холоду или гипоксии, устойчивая адаптация устраняет нарушения гомеостаза, и как следствие исчезает ставшая излишней стресс-реакция. Два момента этой концепции, а именно значение системного структурного следа и адаптивная роль стресс-реакции, требуют специальных разъяснений.

Системный структурный «след» — комплекс структурных изменений, развивающихся в системе, ответственной за адаптацию, — обладает несколькими чертами, которые имеют определяющее значение для понимания природы адаптации.

1. Формирование системного структурного «следа» обеспечивает увеличение физиологических возможностей доминирующей системы отнюдь не за счет глобального роста массы ее клеток, а, напротив, за счет избирательного увеличения экспрессии определенных генов и роста именно тех клеточных структур, которые лимитируют функцию доминирующей системы. Так, при адаптации к физическим нагрузкам на выносливость в скелетных мышцах избирательно в 1¹/₂—2 раза возрастает число митохондрий, активность цитохромоксидазы и других ферментов дыхательной цепи, при адаптации к гипоксии происходит увеличение числа альвеол в логких и концентрации миоглобина в миокарде и гемоглобина в кровя.

При адаптации к повторным стресоорным воздействиям быстро возрастает активность ключевого фермента синтеза катехоламинов — тирозингидроксилазы в надпочечниках и в нервиых центрах и тем самым увеличивается мощность стресс-реализующей адренергической системы. При этом одновременно возрастает активность ферментов биосинтеза таких стресс-лимитирующих факторов, как γ-аминомасляная кислота (ГАМК), опиоидные пептиды, простагландины, — увеличивается эффективность систем, ограничивающих интенсивность и длительность стресс-реакции. При адаптации к увеличивающимся дозам ядов происходит не только простая гипертрофия печени, но и возрастает активность ферментов микросомального окисления, которые играют роль в ее дезинтоксикационной функции.

11

Таким образом, избирательное увеличение экспрессии определенных генетических комплексов и селективный рост лимитирующих функцию структур — основа формирования системного структурного «следа».

2. Системный структурный «след» образуется при адаптации к самым различным факторам окружающей среды и вместе с тем конкретная архитектура этого «следа» различна для каждого из этих факторов. Так, например, при адаптации к физическим нагрузкам системный структурный «след» обладает разветвленной архитектурой. На уровне центральной регуляции он характеризуется консолидацией целого стереотипа временных связей, обеспечивающих устойчивую реализацию вновь приобретенных навыков, а также прямой гипертрофией двигательных нейронов. На уровне гормональной регуляции — гипертрофией коркового и мозгового вещества надпочечников, на уровне сердца — умеренной гипертрофией миокарда, ростом АТФазной активности миозина, увеличением числа коронарных капилляров и емкости коронарного русла и т. д. Наконец, на уровне двигательного аппарата развивается гипертрофия скелетных мышц и увеличение в них числа митохондрий, последнее изменение имеет исключительное значение, так как в сочетании с увеличением мощности систем кровообращения и внешнего дыхания оно обеспечивает увеличение аэробной мощности организма — рост его способности утилизировать кислород и осуществлять аэробный ресинтез АТФ, необходимый для интенсивного функционирования аппарата движения. В результате увеличения числа митохондрий рост аэробной мощности организма сочетается с большей способностью мышц утилизировать пируват, образующийся при нагрузках вследствие активации гликолиза. Это предупреждает повышение концентрации лактата в крови адаптированных людей и животных. Лактат, как известно, является ингибитором липаз и, соответственно, увеличение его концентрации в крови тормозит использование жиров. При развитой адаптации увеличение использования пирувата в митохондриях предотвращает избыточный рост концентрации лактата в крови, обеспечивает мобилизацию и использование в митохондриях жирных кислот и в итоге повышает максимальную интенсивность и продолжительность работы.

При адаптации к достаточно длительному и интенсивному действию холода в результате активации синтеза нуклеиновых кислот и белков формируется системный структурный «след» также характерной архитектуры, выражающийся гипертрофией симпатических нейронов и щитовидной железы, значительным ростом числа митохондрий в бурой жировой ткани и скелетных мышцах, а также большей пропускной способностью всех звеньев системы транспорта кислорода. В результате мощность систем энергообеспечения организма оказывается достаточной для одновременного обеспечения увеличенной теплопродукции и нормальной поведенческой активности.

12

В процессе высших адаптационных реакций организма, реализующихся на уровне головного мозга, архитектура структурного «следа» совершенно иная. В настоящее время известно, что в нейронах головного мозга весьма интенсивно и с большой срочностью осуществляется взаимосвязь между функцией и генетическим аппаратом. Возбуждение определенных корковых нейронов в процессе выработки временной связи сопровождается активацией в них синтеза РНК и белка. Белки, образующиеся в результате этой активации, поступают из тела нейрона в его отростки и предопределяют реорганизацию межнейронных синаптических связей. В результате формируется определенная система структурно связанных между собой нейронов. Этот структурный системный «след» составляет основу [консолидации памяти, основу фиксации временной связи.

При некоторых адаптационных реакциях структурный «след» относительно прост и может иметь ограниченную локализацию. Это наблюдается при компенсаторном процессе, развивающемся после удаления или заболевания одного из парных органов — почки, легкого, надпочечника: гиперфункция оставшегося органа вызывает в нем активацию синтеза нуклеиновых кислот и белков, развитие компенсаторной гипертрофии, в результате которой орган приобретает способность выполнять ту же работу, которую раньше осуществляли два органа. Таким образом, основа формирования всех структурных «следов» едина, а именно взаимосвязь функции и генетического аппарата клетки, но функциональные системы, в которых формируются эти «следы», и соответственно их архитектура специфичны для каждого фактора окружающей среды.

3. Системный структурный «след» определенное время сохраняет результаты взаимодействия организма с факторами окружающей среды и в этом смысле представляет собой памятный «след»; как таковой он почти всегда содержит некоторые «избыточные» компоненты, которые влияют на резистентность организма не только к тому фактору, к которому шла адаптация, но и к другим. Если при этом резистентность к другим факторам возрастает, то речь идет о положительной перекрестной адаптации, а если резистентность снижается, мы встречаемся с отрицательной перекрестной адаптацией.

Так, при адаптации к физической нагрузке или высотной гипоксии, помимо повышения эффективности транспорта кислорода и других черт адаптации, закономерно наблюдается увеличение мощности регуляторной системы опиоидных пептидов и, по-видимому, других стресс-лимитирующих систем. В результате повышается резистентность организма к стрессорным повреждениям. Одновременно при адаптации к высотной гипоксии развивается частичная атрофия супраоптического ядра, ответственного за образование антидиуретического гормона, и клубочковой зоны надпочечников, где образуется альдостерон. В итоге облегчается выделение из ор-

13

ганизма воды и хлористого натрия, а как следствие — возрастает резистентность ко всем факторам, вызывающим гипертонию. При адаптации к повторным стрессорным ситуациям увеличение мощности стресс-лимитирующих систем, т. е. антиоксидантной системы, системы синтеза простагландинов, ГАМК-ергической, опиоид-ергической систем и т. д., повышает резистентность организма к таким факторам, как ишемия, ионизирующая радиация, и даже к химическим факторам, вызывающим прямое повреждение клеточных структур. Явления такой положительной перекрестной резистентности весьма многообразны и составляют основу адаптационной профилактики многих болезней.

Примеры отрицательной перекрестной резистентности при напряженной адаптации к интенсивному действию факторов окружающей среды также могут оказаться достаточно выраженными. Так, при адаптации к холоду увеличение мощности системы, ответственной за теплопродукцию, может сочетаться с частичной атрофией печени, которая выполняет дезоинтоксикационную функцию и реализует окисление холестерина. В результате снижается резистентность организма к химическим факторам и потенцируется развитие атеросклероза. Аналогичным образом адаптация к чрезмерным физическим нагрузкам или гипоксии может нарушить эффективность функционирования системы иммунитета и снизить резистентность к простудным инфекциям, а адаптация к стрессорным ситуациям и некоторым видам физической нагрузки тормозит функцию половых желез.

Такого рода явления отрицательной перекрестной адаптации или «цены» адаптации повышают значимость правильного «дозирования» факторов окружающей среды и управления адаптационным процессом и подробнее рассматриваются в последующих главах.

4. Системный структурный «след» обеспечивает экономичность функционирования системы, ответственной за адаптацию. Так, например, при адаптации к физическим нагрузкам на выносливость значительное увеличение числа митохондрий в скелетных мышцах приводит к тому, что как в покое, так и при нагрузках мускулатура извлекает на каждого литра притекающей крови большую, чем в нетренированном организме, долю кислорода и в результате чрезмерное увеличение минутного объема сердца при нагрузке оказывается излишним и обеспечивается экономность функционирования кровообращения. Далее при адаптации к физическим нагрузкам наблюдается увеличение числа адренорецепторов в сердечной мышце и усиление положительной инотропной реакции сердца на стандартную дозу катехоламинов — обеспечивается экономичное функционирование адренергической регуляции.

При адаптации к другому фактору — повторным стрессорным ситуациям, которых нельзя избежать, благодаря постепенному увеличению эффективности стресс-лимитирующих систем происходит постепенное угасание стресс-реакции, оказываются устраненными

14

чрезмерный катаболический эффект стресса и стрессорные повреждения. В результате исчезает необходимость в последующих интенсивных регенераторных процессах за счет активации синтеза нуклеиновых кислот и белков — структурная «цена» адаптации оказывается значительно сниженной. Таким образом, системный структурный «след» не просто увеличивает возможности физиологической системы, ответственной за адаптацию, но делает ее функционирование более экономичным и, следовательно, более надежным.

В плане данного изложения целесообразно конкретизировать второе положение теории индивидуальной адаптации — об основных механизмах, за счет которых стресс-реакция потенцирует формирование системных структурных «следов» при адаптации к самым различным факторам окружающей среды.

Рассмотрим некоторые адаптивные эффекты стресса. Первый, наиболее известный из них, — мобилизация энергетических и структурных ресурсов организма, проявляющаяся резким повышением концентрации в крови глюкозы, аминокислот, жирных кислот, нуклеотидов; по существу она обеспечивает большую доступность для тканей и органов субстратов окисления. Однако это генерализованное явление едва ли могло бы играть большую адаптивную роль, если бы не существовало второго адаптивного эффекта, который заключается в том, что организм избирательно направляет все эти освободившиеся ресурсы в ответственную за адаптацию доминирующую систему — туда, где формируется системный структурный «след». Это происходит вследствие избирательного расширения сосудов работающих мышц, активных центров и внутренних органов при одновременном сужении сосудов в других органах, а также за счет реализации в доминирующей системе активации синтеза нуклеиновых кислот и белков, в то время как в других органах метаболический эффект стресса приводит к увеличению распада и подавлению синтеза белков. Такое векторное перемещение ресурсов организма в доминирующую систему, ответственную за адаптацию, легко прослеживается при любом долговременном приспособлении; оно означает, что стресс-реакция обеспечивает сосредоточение ресурсов организма в функциональной системе, ответственной за адаптацию, за счет других систем и является «инструментом» перепрограммирования ресурсов организма на решение новых задач, выдвигаемых средой. Другие адаптивные эффекты стресса являются результатом прямого действия стрессорных гормонов — катехоламинов, глюкокортикоидов и др. — в клетках системы, ответственной за адаптацию. В последнее время особое внимание привлекает липотронный эффект стресса в биомембранах, который осуществляется путем активации липаз, фосфолипаз, перекисного окисления липидов и, таким образом, меняет липидное микроокружение жизненно важных мембраносвязанных белков: рецепторов, каналов ионного транспорта таких ключевых ферментов, как Na, К-АТФаза, Са-АТФаза, аденилатциклаза. Липидзависимое увеличение активности этих белков может иметь шажное адаптивное значение в начальной, «срочной», стадии адап-

15

тации. Аналогичную роль играет и стрессорная активация гликолиза, которая при использовании коротких стрессорных воздействий повышает резистентность органов к гипоксии.

Несомненное адаптивное значение имеет описанная в последние годы постстрессорная генерализованная активация синтеза нуклеиновых кислот и белков. Эта довольно длительная активация, наступающая вскоре после однократного стресоорного воздействия вслед за сравнительно короткой катаболической фазой стресса, потенцирует развитие различных системных структурных «следов» и соответственно активирует формирование всевозможных адаптационных реакций — от фиксации временной связи до иммунного ответа.

Вышеизложенное не исчерпывает современных представлений о роли стресса в адаптации, но позволяет подчеркнуть, что стрессреакция является важным достижением эволюции и составляет необходимое звено в адаптации. Однако в так называемых безвыходных условиях, когда действующий на организм фактор необычайно силен или ситуация, возникающая в окружающей среде, слишком сложна, приспособительная реакция оказывается неосуществимой. Эффективная функциональная система и системный структурный «след» в ней не формируются. В результате первоначальные нарушения гомеостаза сохраняются, а стимулируемая ими стресс-реакция достигает чрезмерной интенсивности и длительности. Именно в этой ситуации стресс-реакция может превращаться из общего звена адаптации в общее звено патогенеза многочисленных заболеваний. При этом переход стресса из звена адаптации в звено повреждения осуществляется главным образом за счет чрезмерного увеличения адаптивных эффектов стресса. Действительно, большая мобилизация структурных и энергетических ресурсов организма при отсутствии доминирующей функциональной системы, в которой эти ресурсы можно использовать, приводит к их утрате в истощению, типичному для затянувшейся стресс-реакции. Чрезмерно длительное и значительное сужение артерий, первоначально необходимое для перераспределения крови, перерастает в контрактурный спазм, который может стать основой таких различных на первый взгляд повреждений, как стрессорные язвы слизистой желудочно-кишечного тракта, некроз миокарда или нарушение мозгового кровообращения. Наконец, обусловленная избытком катехоламинов активация липаз, фосфолипаз, перекисного окисления липидов, достигая чрезмерного уровня, приводит уже не к интенсификации обновления и физиологически выгодным изменениям состава липидного бислоя мембран, а к повреждению мембран.

Это превращение стресса из звена адаптации в звено патогенеза является основным примером перехода адаптационной реакции в патологическую. Действительно, факты свидетельствуют, что стреесорные ситуации окружающей среды могут вызвать или потенцировать развитие язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, гипертонической болезни, атеросклероза, ишемической болезни сердца, диабета, психических и кожных за-

16

болеваний и, как доказано в последнее время, бластоматозного роста.

Таким образом, чрезмерная по интенсивности и длительности стресс-реакция и превращение ее из звена адаптации в звено патогенеза играет важную, а может быть и решающую роль в возникновении эндогенных, а точнее, неинфекционных заболеваний, профилактика и терапия которых составляет главную нерешенную проблему современной медицины. Соответственно, разработка методов предупреждения стрессорных повреждений составляет необходимый этап в развитии проблемы профилактики неинфекционных болезней — одну из главных задач; медицины.

При решении этого вопроса следует учитывать, что положение о роли стресса в патологии нередко мешает сосредоточить внимание на важном обстоятельстве, которое состоит в том, что большинство людей и животных, поставленных в так называемые безвыходные ситуации, не погибают, а приобретают ту или иную степень резистентности к стрессорным факторам.

Стрессорные ситуации в форме длительных периодов голода, холода, стихийных бедствий, межвидовых и внутривидовых конфликтов всегда широко представлены в естественной среде обитания животных. В среде обитания человека (качественно более сложные социально детерминированные стрессорные ситуации представлены не менее широко. Только в течение последнего, сравнительно короткого отрезка своей истории человечество прошло через периоды рабства, крепостного права, мировых войн и при этом отнюдь не деградировало, продемонстрировав таким образом высокую эффективность адаптации к стрессорным ситуациям.

Это означает, что временное превращение стресс-реакции из звена адаптации в звено патогенеза — не конец жизненного процесса, а его промежуточный этап. Этим переходом дело не ограничивается— большинство животных и людей не умирают от длительных и повторных стрессорных воздействий, и следовательно, организм обладает механизмами, обеспечивающими адаптацию к стрессорным ситуациям. Таким образам, мы встречаемся с двумя различными вариантами адаптационных реакций организма:

1)    приспособительные реакции, выражающиеся появлением устойчивости к совершенно конкретным факторам или формированием новых, нередко высокоспециализированных, поведенческих реакций. Ярким примером такой адаптации является приспособление к физической нагрузке, которое формируется в ответ на систематическое действие раздражителей или ситуаций, требующих значительной и упорядоченной двигательной активности — точной и вместе с тем интенсивной   и   длительной физической работы без отказа. Эта адаптация рассматривается в 1-й и 2-й главах книги;

2)    адаптация к стрессорным ситуациям, которая сама по себе не приводит к формированию каких-либо новых важных поведенческих реакций, но обеспечивает возможность бесперебойного функционирования организма в необычных условиях, которые, с одной стороны, сигнализируют о реальной опасности, вызывают боль,

17

страх, другие отрицательные эмоции, а с другой исключают всякую возможность быстрого избегания или избавления. В оптимальном варианте эта адаптация дает возможность поддерживать жизнь, здоровье, какую-то биологическую или социальную активность в экстремальных условиях и, таким образом, сохраняет организм, а тем самым и популяцию, для будущего, когда станет возможным устранение этих условий.

Адаптация к стреесорным, казалось бы безвыходным, ситуациям тысячелетиями используется в практике спортивного и военного воспитания. Однако изучение механизма адаптации к стрессорным ситуациям на строгом физиологическом и биохимическом уровнях, а также оценка возможностей использования такой адаптации для повышения резистентностя организма к повреждающим факторам имеют весьма короткую историю.

Рассмотрению этого по существу нового предмета — анализа адаптации к стреесорным ситуациям — посвящены 3-я и 4-я главы книги, где обосновано представление о модуляторных стресс-лимитирующих системах организма и показано, что активация таких систем сопряжена со стресс-реакцией, своевременно ограничивает интенсивность и длительность этой реакции и таким образом предупреждает стрессорные повреждения. Стресс-реакция, как известно, возникает в начальной стадии адаптации к любому новому фактору окружающей среды. Соответственно, в книге представлены данные о том, что активация и увеличение эффективности стресс-лимитирующих систем также реализуется при адаптации к самым различным факторам среды, например, при адаптации к высотной гипоксии и физическим нагрузкам, и составляет такое же неспецифическое и необходимое звено адаптации и повышения резистентности организма как сама стресс-реакция. На основе этих представлений во 2-й и 5-й главах книги рассмотрены возможности использования предварительной адаптации к физическим нагрузкам, стреесорным ситуациям и другим факторам для профилактики и терапии стрессорных и ишемических повреждений организма и прежде всего — нарушений электрической стабильности и фибрилляции сердца. Во многих случаях такого рода профилактика оказалась весьма эффективной. Поэтому в дальнейшем на основе принципа «подражания организму» метаболиты стресс-лимитирующих систем или их синтетические аналогии были успешно использованы для предупреждения или устранения сердечных аритмий. Рассмотрению результатов этих исследований посвящена 6-я глава книги.

Наметившиеся в настоящее время представления о физиологическом и биологическом значении стресс-лимитирующих систем резюмированы в заключении книги.

ГЛАВА 1.
МЕХАНИЗМ АДАПТАЦИИ К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ

Проблема адаптации к физическим нагрузкам, или «тренированности», с давних пор привлекала внимание исследователей и в настоящее время остается одной из актуальных проблем биологии и медицины. Существо ее заключается в раскрытии механизмов, за счет которых нетренированный организм становится тренированным, т. е. механизмов, лежащих в основе формирования положительных сторон адаптации, обеспечивающих тренированному организму преимущества перед нетренированным, и отрицательных сторон, которые составляют так называемую цену адаптации.  Преимущества тренированного организма достаточно хорошо изучены и характеризуются тремя основными чертами: 1) тренированный организм может выполнять мышечную работу такой продолжительности или интенсивности, которая не под силу нетренированному; 2) тренированный организм отличается более экономным функционированием физиологических систем в покое и при умеренных, непредельных физических нагрузках и способностью достигать при максимальных нагрузках такого высокого уровня функционирования этих систем, который недостижим для нетренированного организма; 3) у тренированного организма повышается резистентность к повреждающим воздействиям и неблагоприятным факторам.

Если первые иве черты отражают особенности выполнения тренированным организмом мышечной работы и представляют преимущественный интерес для физиологии труда и спорта, то третья черта, являющаяся выражением положительных перекрестных эффектов адаптации, имеет непосредственное значение для здоровья человека и составляет основу использования адаптации к физическим нагрузкам в медицине как средства профилактики заболеваний здоровых людей и как средства лечения и реабилитации больных.

«Цена» адаптации отражает общебиологическую закономерность, которая состоит в том, что все приспособительные реакции организма обладают лишь относительной целесообразностью. «Цена» адаптации к физическим нагрузкам может проявляться как в прямом «изнашивании» функциональной системы, на которую при адаптации падает главная нагрузка, так и в виде отрицательных перекрестных эффектов, т. е. в нарушении функционирования органов и систем, не связанных непосредственно с выполнением мышечной работы.

Очевидно, что понимание механизма формирования тренированности составляет необходимую предпосылку активного управления этим процессом, которое может обеспечить наиболее рациональное достижение преимуществ адаптации и снижение ее «цены».

19

Существенно, что в процессе развития адаптации к любому фактору среды определяются два основных этапа: начальный этап — «срочная», но несовершенная адаптация И последующий этап — «долговременная», устойчивая адаптация. Во всех случаях «срочная» адаптация реализуется мгновенно, но реакция организма протекает «на пределе», с утратой резервов, с низким, кратковременным результатом, и сопровождается выраженной стресс-реакцией. «Долговременная», устойчивая адаптация характеризуется более совершенной экономной реакцией организма на данный фактор среды, отсутствием выраженной стресс-реакции и возможностью нормальной жизнедеятельности в условиях действия этого фактора. В основе перехода «срочной» адаптации в «долговременную», устойчивую лежит обеспечиваемое активацией синтеза нуклеиновых кислот и белков формирование разветвленного структурного «следа» (структурного базиса адаптации) в функциональной системе, ответственной за адаптацию к данному фактору среды.

При адаптации к физическим нагрузкам ответственная за нее функциональная система формируется при первоначальном действии любого сигнала, вызывающего интенсивную и длительную двигательную реакцию. При этом в ответ на действие сигнала на рецепторы возникает возбуждение соответствующих афферентных, моторных и вегетативных центров, активация функции эндокринных желез, что приводит к мобилизации скелетной мускулатуры, непосредственно осуществляющей данную двигательную реакцию, а также органов дыхания и кровообращения, обеспечивающих энергетический метаболизм работающих мышц. Таким образом, функциональная система, ответственная за адаптацию к физическим нагрузкам, включает в себя афферентное звено — рецепторы, центральное регуляторное звено — центры нейрогуморалъной регуляции на разных уровнях ЦНС, и эффекторное звено — скелетные мышцы, органы дыхания, кровообращения. Переход от «срочного» этапа адаптации к устойчивой, «долговременной» основан на формировании структурных изменений, — «следа», — во всех этих звеньях.

Формирование структурного «следа» обеспечивается активацией синтеза нуклеиновых кислот и белков, закономерно возникающей в ответ на действие физической нагрузки в клетках органов и тканей, составляющих функциональную систему. Эти структурные изменения «расширяют» в процессе развития адаптации звенья, лимитирующие на этапе срочной адаптации интенсивность в длительность мышечной работы, и в результате — организм приобретает указанные выше преимущества.

В соответствии с изложенным в данной главе мы кратко¹ ознакомим читателей с основными стадиями процесса формирования адаптации к физическим нагрузкам и охарактеризуем особен-

¹Пшенникова М. Г. Адаптация к физическим нагрузкам. — В кн.: Физиология адаптационных процессов. Руководство по физиологии. М.; Наука. 1986, с. 124—221.

20

ности структурного «следа» адаптации, которые играют решающую роль как в приспособлении организма к выполнению мышечной работы, так и в повышении его резистентности к повреждающим воздействиям. На этой основе во 2-й главе будут подробно проанализированы возможности и пути использования адаптации к физическим нагрузкам как средства профилактики, лечения и реабилитации при различных заболеваниях.

Основные стадии адаптации к физическим нагрузкам. Структурный «след» адаптации

Приспособление организма к факторам, вызывающим интенсивную мышечную работу, представляет собой реакцию целого организма, направленную на решение двух задач — обеспечение мышечной деятельности и поддержание или восстановление постоянства внутренней среды организма, его гомеостаза. Эти задачи решаются путем мобилизации специфической функциональной системы, ответственной за выполнение мышечной работы, а также реализации неспецифической стресс-реакции организма. Эти процессы «запускаются» и регулируются центральным управляющим механизмом, имеющим два звена — нейрогенное и гормональное. В ответ на сигнал о необходимости совершения мышечной работы (сигнал о физической нагрузке) нейрогенное звено управления «включает» двигательную реакцию и вызывает мобилизацию кровообращения, дыхания и других компонентов функциональной системы организма, обеспечивающей выполнение такой работы. Одновременно происходит активация гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной и симпатико-адреналовой системы, т. е. гормонального звена управления адаптационным процессом. Это звено, которое можно определить как «стресс-реализующие» системы, обусловливает возникновение стресс-реакции организма и потенцирует мобилизацию и работу органов и тканей функциональной системы на клеточном и молекулярном уровнях.

Указанная совокупность процессов закономерно возникает в ответ на нагрузку в любом организме, однако их течение в нетренированном организме, т. е. на этапе «срочной» адаптации к нагрузке, будет отличаться от такового в организме, тренированном, т. е. при сформировавшейся долговременной адаптации.

«Срочная» адаптация, т.е. начальная «аварийная» стадия процесса приспособления к физической нагрузке характеризуется мобилизацией функциональной системы, ответственной за адаптацию, до предельно достижимого уровня, выраженной стресс-реакцией, сопровождающейся повреждениями, и вместе с тем — определенным «несовершенством» самой двигательной реакции. В зависимости от вида требуемой мышечной работы двигательный ответ нетренированного организма может быть либо недостаточно мощным по силе, либо менее продолжительным по времени, чем требуется, либо не совсем точным по координации движений и ритму исполнения и т. д. Не-

21

достаточно эффективной и рациональной на этом этапе обычно бывает реакция системы кровообращения, дыхания и др. Наиболее важная причина «несовершенства» реакции состоит в том, что «несовершенной» является в нетренированном организме центральная, «управляющая» система, т. е. аппарат нейрогормональной регуляции.

На этой стадии адаптации в ответ на нагрузку происходит интенсивное, избыточное по своему пространственному распространению (иррадиирующее) возбуждение корковых, подкорковых в нижележащих двигательных центров, которому соответствует генерализованная, с мобилизацией «излишних» мышц, но недостаточно координированная двигательная реакция. Этот процесс характеризует собой начальный этап, первую стадию формированияновых, условнорефлекторных по своей природе, динамических стереотипов, двигательных навыков [Зимкин Н. В., 1969; 1984; Виноградов М. И., 1983; Косилов С. А., 1983]. При этом нейрогенно детерминированная активация гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной и адренергической систем, т. е. стресс-реализующих систем, носит интенсивный, нередко избыточный характер и сопровождается ярко выраженной стресс-реакцией.

Это проявляется значительным по величине и длительности высвобождением соответствующих гормонов и медиаторов, и в том числе — кортиколиберина, АКТГ, соматолиберина, соматотропина и других тройных гормонов [Виру А. А., Кырге П. К., 1983; Shephard R., Sidney К., 1975], катехоламинов, глюкокортикоидов, минералокортикоидов [Кассиль Г. Н. и др., 1978; Виру А. А., 1981; Galbo H. et al., 1975]. Высвобождение тройных гормонов, катехоламинов и кортикостероидов приводит к стимуляции или угнетению секреции гормонов следующей линии регуляции. Стимулируется секреция глюкагона [Galbo Н. et al., 1975; 1976 b; Winder W. et al., 1982], тиреоидных гормонов [Виру А. А., Кырге П. К., 1983; Galbo Н. et al., 1977], альдостерона,. вазопрессина, ренина [Geyssant A. et al., 1981], тирокальцитонина [Држевецкая И. И., Лиманский Н. Н., 1978] и угнетается секреция инсулина [Galbo Н, et al., 1976a; James D. et al., 1983].

Главными результатами стресс-реакции являются: 1) мобилизация энергетических ресурсов организма и их перераспределение с избирательным направлением в органы и ткани функциональной системы адаптации; 2) потенциация работы самой этой системы; 3) формирование структурной основы долговременной адаптации. Ведущая роль в этих процессах принадлежит катехоламинам и кортикостероидам.

Катехоламины через α-адренорецепторы и β-рецептор-аденилатциклазный комплекс стимулируют ключевые ферменты гликолиза, гликогенолиза, липолиза и приводят к мобилизации углеводных и жировых депо [Виру А. А., Кырге П. К., 1983; Clark M. et al., 1983; Carlson К. et al., 1985]. Кроме того через те же механизмы катехоламины стимулируют сократительную функцию сердца [Пшенникова М. Г., 1979], облегчают нервно-мышечную передачу и увеличивают силу сокращения в скелетных мышцах [Добромыслова О. П. и др., 1980; Bowman W., Nott M., 1969].

Мощный липотропный эффект катехоламинов, связанный с их действием на ферменты липолиза и фосфолиполиза и активацией

22

перекисного окисления липидов, вызывает изменение липидного окружения мембраносвязанных ферментов ионных каналов и рецепторов, что при нечрезмерной интенсивности этого процесса активирует данные компоненты в клетках органов функциональной системы и способствует мобилизации функции этих органов на «срочном» этапе адаптации (подробно данный эффект катехоламинов рассмотрен в 3-й главе). Важная роль в мобилизации белкового обмена, создании фонда свободных аминокислот, их трансаминировании в нужных направлениях и в индукции синтеза ферментов, и в том числе транспортных АТФаз, принадлежит глюкокортикоидам [Виру А. А., Кырге П. К., 1983; Виру А. А. и др., 1984]. Это, в частности, играет важную роль в мобилизации и поддержании функции сердца и мышц [Кырге П. К., 1976]. Большое значение в формировании структурной основы будущей устойчивой адаптации имеет активация секреции соматотропина, тиреоидных гормонов, андрогенов, являющихся индукторами синтеза нуклеиновых кислот и белков.

Отмечая положительную роль стресс-реакции в реализации «срочного» этапа адаптации к физическим нагрузкам, следует подчеркнуть, что при продолжительных и интенсивных нагрузках, действующих на нетренированный организм, чрезмерная активация стресс-реализующих систем и главным образом адренергической системы нередко приводит к проявлению отрицательного, повреждающего эффекта стресс-реакции.

Этот эффект обусловлен вызванной под влиянием катехоламинов чрезмерной активацией перекисного окисления липидов в мембранах клеток скелетных мышц, миокарда и других тканей [Меерсон Ф. 3., Каган В. Е., Береснева 3. В. и др., 1983; Dillard С. et al., 1978; Quantanilha A., 1983; Jenkins R. et al., 1984]. В комплексе с другими причинами активации свободнорадикального окисления при интенсивных нагрузках — гипоксемией, тканевой гипоксией, ацидозом — это действие катехоламинов приводит к повреждению клеточных мембран, сопровождающемуся ферментемией [Меерсон Ф. 3., Красиков С. И. и др., 1982; Dunn R., Critz J., 1971; Quantanilha A., 1984], язвенными поражениями слизистой оболочки желудка [Nelson R., 1979] и другими повреждениями. В результате положительные эффекты катехоламинов, выражающиеся мобилизацией энергообеспечения и работоспособности системы, ответственной за адаптацию, переходят в повреждающие, отрицательные.

С определенной долей вероятности можно полагать, что одновременно с активацией стресс-реализующих систем происходит активация сопряженных с ними модуляторных регуляторных систем, которые можно назвать стресс-лимитирующими. Эти системы, к которым относятся ГAMК-ергическая, серотонинергическая системы, система опиоидных и других регуляторных пептидов, играют важную роль в приспособлении организма к меняющимся условиям среды и в том числе — в модулировании и ограничении активации стресс-реализующих систем.

В настоящее время применительно к действию физической нагрузки доказана активация системы опиоидных пептидов [Haier R. et al., 1981; Howlett Т. et al., 1984], обладающих способностью

23

ограничивать активность адренергической системы. Однако на этой стадии адаптации мощность данных систем, по-видимому, оказывается недостаточной для предупреждения выраженной стресс-реакции и ее отрицательных последствий при интенсивных нагрузках.

Таким образом, на этапе «срочной» адаптации активация нейрогуморального звена функциональной системы, ответственной за адаптацию, и возникающая стресс-реакция обеспечивают мобилизацию этой системы на данном этапе приспособления организма к мышечной нагрузке и играют важную роль в формировании следующего этапа процесса — устойчивой адаптации. Вместе с тем чрезмерно интенсивная стресс-реакция является причиной возникновения повреждений и тем самым в значительной степени определяет несовершенство приспособления организма на стадии «срочной» адаптации.

На уровне двигательного аппарата «срочная» адаптация характеризуется рекрутированием лишь части моторных единиц, т. е. моторных нейронов и связанных с ними мышечных волокон (примерно 30—50% имеющихся единиц, в то время как в состоянии тренированности число вовлеченных в сокращение моторных единиц достигает 80—90% и более), а также генерализованным включением «лишних» мышц [Зимкин Н. В., 1969, 1984]. В результате сила и скорость сокращений мобилизованных мышц оказываются ограниченными, хотя и максимально достижимыми для данной стадии адаптации, а координация движений — недостаточно совершенной. Интенсивность и длительность мышечной работы лимитированы на данном, «срочном», этапе адаптации также возможностями локализованной в мышечной клетке системы преобразования энергии, главным образом системы митохондрий, а также системы метаболизма аммиака.

Мышечная деятельность быстро приводит к снижению содержания в мобилизованных скелетных мышцах креатинфосфата, гликогена и в меньшей мере АТФ, росту концентрации аммиака и лактата [Яковлев Н. Н. и др., 1978а, 19786; Mutch В., Banister В., 1983; Tesch P., Karlsson J., 1984; Vollestad N., Blom P., 1985], что сопровождается быстрым развитием утомления. Лимитирующим мышечную работу фактором на данной стадии является также АТФазная активность миозина в работающих мышцах [Яковлев Н. Н., и др., 1978а; Holloszy J. et al., 1977].

Наряду с ростом концентрации лактата в крови наблюдается ферментемия, связанная, с повреждениями мембран мышечных клеток, обусловленными главным образом активацией перекисного окисления липидов. Эта стадия адаптации характеризуется также значительным распадом сократительных белков скелетных мышц, что проявляется ростом экскреции специфического метаболита этих белков 3-метилгистидина и в значительной мере обусловлено катаболическим эффектом избытка глюкокортикоидов [Виру А. А. и др., 1984; Варрик Э. В., Виру А. А., 1985]. Это явление наряду с увеличением распада белков в других органах приводит к развитию отрицательного азотистого баланса организма.

24

На уровне системы дыхания «срочный» этап адаптации характеризуется максимальной мобилизацией [внешнего дыхания, проявляющейся неэкономным ростом легочной вентиляции вследствие увеличения частоты, но не глубины дыхания, дискоординацией между регионарным кровотоком в легких и вентиляцией соответствующих участков легочной ткани, а также дискоординацией между дыханием и движениями [Маршак М. Е., 1973; Бреслав И. С., Глебовский В. Д., 1981]. В итоге — увеличение легочной вентиляции на этой стадии адаптации не избавляет от более или менее выраженной гипоксемии и гиперкапнии. Лимитирующими факторами являются анатомо-функционалъные возможности аппарата внешнего дыхания (емкость легких, выносливость дыхательных мышц и др.), а также функциональные возможности центрального аппарата регуляции дыхания [Шик Л. Л., 1962; Гудзь П. 3., 1975; Бреслав И. С., Глебовский В. Д., 1981], способность дыхательного центра поддерживать возбуждение.

На уровне системы кровообращения на этой стадии происходит значительное, но недостаточное для длительного поддержания высокого уровня работы увеличение минутного объема сердца, которое вследствие недостаточно полной диастолы и недостаточно увеличенной интенсивности сокращений сердечной мышцы достигается неэкономным, расточительным путем — за счет роста частоты сокращений сердца при ограниченном увеличении ударного объема. При этом увеличение частоты сокращений также ограничено недостаточно быстрым восстановлением энергетического резерва сердечной мышцы во время диастолы и скоростью реализации самой диастолы. Совершенство функционирования сердца на этой стадии адаптации лимитировано интенсивностью основных процессов, определяющих сократительные возможности сердечной мышцы, а именно — процессов возбуждения, сопряжения возбуждения с сокращением и расслаблением, сокращения и расслабления, энергообеспечения кардиомиоцита, а также мощностью структур, обеспечивающих эти процессы.

Одновременно на этой стадии происходит перераспределение кровотока в сторону преимущественного кровоснабжения работающей мускулатуры, сердца, мозга за счет внутренних органов и кожи. Вследствие ограниченного минутного объема это может приводить к повреждающей анемизации внутренних органов. Несмотря на указанное перераспределение кровотока, ограниченные возможности васкуляризации сердца и скелетных мышц в нетренированном организме могут быть одним из факторов, лимитирующих мышечную работу при нагрузке.

В целом эта «аварийная» стадия характеризуется максимальной по уровню и неэкономной гиперфункцией системы, ответственной за адаптацию, утратой функционального резерва данной системы, явлениями чрезмерной стреес-реакции и повреждения. В результате двигательные, т. е. по существу поведенческие реакции организма оказываются неадекватными по интенсивности, длительности и точности.

25

Вторая, переходная, стадия долговременной адаптации к физическим нагрузкам определяется тем, что возникающая в процессе тренировки активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, вызванная гормональными и другими факторами, приводит к избирательному росту определенных структур в клетках органов функциональной системы и таким образом «расширяет» звенья, лимитирующие интенсивность и длительность двигательной реакции на этапе «срочной» адаптации.

При этом на уровне нейрогормонального звена функциональной системы в результате активации синтеза белков [Меерсон Ф. 3., Кругликов Р. И., 1986] развивается консолидация временных связей и целых условнорефлекторных стереотипов, обеспечивающих формирование новых двигательных навыков. В соответствии с этим совершенствуется координация движений, участие «лишних» мышц исчезает, двигательная реакция становится в целом более точной и экономной. Наряду с формированием двигательных навыков образуются условнорефлекторные «навыки» дыхательной системы, системы кровообращения и т. д., обеспечивающие развитие координации между аппаратом движения и этими системами [Маршак М. Е., 1973; Виноградов М. И., 1983]. В результате управление деятельностью всей функциональной системы, ответственной за адаптацию, начинает экономизироваться, несмотря на более интенсивную двигательную реакцию. Одновременно активация синтеза нуклеиновых кислот и белков в скелетных мышцах, сердце, дыхательных мышцах и других органах, составляющих функциональную систему, приводит ж увеличению массы и функциональных возможностей клеточных структур, лимитирующих интенсивность работы этих органов и уровень двигательной реакции в целом. Таким образом происходит формирование разветвленного структурного «следа», приводящего к повышению мощности специфической системы, ответственной за адаптацию организма к физической нагрузке.

В результате повышения мощности системы митохондрий, аппарата гликолиза и синтеза гликогена, механизмов метаболизма аммиака в скелетных мышцах, сердечной мышце и печени лакцидемия, дефицит гликогена, креатинфосфата и другие изменения, приводящие к утомлению и нарушению гомеостаза, уменьшаются.

Вследствие этих изменений, а также в связи с вероятным повышением активности стресс-лимитирующих систем по всем показателям уменьшается стресс-реакция, т. е. высвобождение и повышение уровня в крови катехоламинов, кортикостероидов и других гормонов. В итоге рассмотренных сдвигов постепенно уменьшаются ферментемия, распад белков, нарушение азотистого баланса и другие явления повреждения, характерные для «срочного» этапа адаптации. Звенья, лимитирующие двигательную реакцию, постепенно начинают «расширяться», а ее интенсивность и длительность возрастать.

Третья стадия процесса — стадия «устойчивой» адаптации характеризуется завершением формирования

26

системного структурного «следа». Особенности этого структурного базиса адаптации—черты структурного «следа», играют решающую роль не только в приспособлении организма к физическим нагрузкам, но и в повышении его резистентности к повреждающим воздействиям, т. е. являются основой для использования тренированности как средства профилактики, лечения и реабилитации.

Первая черта структурного «следа» характеризуется изменением аппарата нейрогормональной регуляции на всех его уровнях, которое выражается прежде всего в формировании устойчивого условнорефлекторного динамического стереотипа и увеличении фонда двигательных навыков. За счет так иазываемой экстраполяции эти изменения повышают возможность быстрой перестройки двигательной реакции в ответ на изменения требований среды [Зимкин Н. В., 1982]. На основе условнорефлекторных связей устанавливается устойчивая координация между циклами двигательной реакции и дыханием; за счет требующего изучения механизма такая же координация устанавливается между легочным кровотоком и вентиляцией различных отделов легких. В итоге образуется уравновешенная система целостного центрального регулирования, характеризующаяся экономизацией, облегчением процесса управления адаптационными реакциями и обеспечивающая адекватное выполнение мышечной работы [Виноградов М. И., 1983; Косилов С. А., 1983].

Существенные изменения формируются в гормональных звеньях регуляции, в стресс-реализующих системах. Они характеризуются двумя особенностями — повышением функциональной мощности структур, образующих эти системы, и экономностью их функционирования. Важным изменением такого рода является увеличение мощности основной стресс-реализующей системы — симпатико-адреналовой.

На уровне адренергического звена данной системы это выражается в развитии гипертрофии мозгового слоя надпочечников, повышении мощности аппарата синтеза катехоламинов и увеличение их запаса в этих железах [Горохов А. Л., 1969; Кассиль Г. Н. и др., 1978; Виру А. А., Кырге П. К., 1983], росте числа адренергических нервных волокон и плотности их терминалей в сердце [Unge G. et al., 1973] и вероятно других органах, а также повышении, по данным ряда авторов, числа β-адренорецепторов (или степени их мобилизуемости) и активности аденилатциклазы и фосфодиэстеразы в тканях [Яковлев Н. Н. и др., 1974; Wyatt Н. et al., 1978; Palmer W., Doukas S., 1983; Bunnan K. et al., 1985].

Эти изменения сопровождаются повышением адренореактивности тканей, что обусловливает уменьшение необходимых «расходов» катехоламинов при обеспечении мышечной работы и предполагает меньшую активацию адренергической системы в тренированном организме [Яковлев Н. Н. и др., 1974; Сауля А. И., 1985; Askew E. et al., 1975; Сох R. et al., 1976].

Указанные изменения, свидетельствующие о повышении мощности и эффективности функционирования адренергического звена, в значительной степени определяют другое важное проявление перестройки симпатико-адреналовой системы — уменьшение ее мобилизации при нагрузках и других ситуациях, приводящих к ее

27

Таблица  1. Содержание опиоидных пептидов в головном

активации, т. е. экономность функционирования. Эта экономность проявляется в том, что у тренированных людей и животных в ответ на одну и ту же стандартную нагрузку происходит значительно меньшее высвобождение катехоламинов и увеличение их содержания в крови и моче, чем у нетренированных [Горохов А. Л., 1970; Кассиль Г. Н. и др., 1978; Winder et al., 1979, и др.]. На уровне гипофизарно-адренокортикального звена адаптационная перестройка приводит также к повышению функциональных резервов и экономности функционирования. Это выражается в развитии гипертрофии коры надпочечников и в том числе — ее пучковой зоны, секретирующей глюкокортикоиды, что сопровождается изменениями ультраструктуры кортикоцитов, приводящими к повышению способности синтезировать кортикостероиды. Данные изменения обеспечивают возможность длительного поддержания в тренированном организме адекватного уровня гормонов при длительной интенсивной мышечной работе. Результаты перестройки заключаются в том, что при непредельных нагрузках степень активации этого звена и соответственно «выброс» кортикостероидов и повышение их содержания в крови в тренированном организме значительно меньше, «экономнее» [Кассиль Г. Н. и др., 1978; Виру А. А., 1981].

Важным следствием рассмотренных изменений, составляющих один из компонентов структурного «следа» адаптации и приводящих к уменьшению степени активации симпатико-адреналовой системы при нагрузках и других стрессорных ситуациях, является уменьшение выраженности стресс-реакции и исчезновение повреждающего компонента этой реакции, связанного с избыточным «выбросом» гормонов. Исследования последних лет позволяют полагать, что ограничение стресс-реакции в тренированном организме, играющее решающую роль в повышении его резистентности к по-

28

мозге и надпочечниках крыс (М±m) при адаптации (продолжение разворота Табл.1 )

вреждающим факторам, обусловлено двумя основными обстоятельствами. Первое из них состоит в том, что активация стресс-реализующих систем в таком организме может быть ограничена за счет уменьшения «потребности» функциональной системы, ответственной за адаптацию, в интенсивных регулирующих стимулах и в том числе — гормональных. Это связано с повышением в адаптированном организме мощности механизмов саморегуляции органов и их чувствительности к гормонам и медиаторам [Меерсон Ф. 3., Гибер Л. М., Капелько В. И., 1977; Пшенникова М. Г. и др., 1979]. Второе обстоятельство состоит в том, что ограничение активации стресс-реализующих систем в тренированном организме может быть связано с повышением функциональной мощности указанных выше модуляторных стресс-лимитирующих систем. В настоящее время имеются данные, свидетельствующие об увеличении у тренированных людей и животных содержания опиоидных пептидов в крови [Fraioli F. et al., 1980; Colt E. et al., 1981]. В исследованиях, проведенных А. Д. Дмитриевым и Э. X. Орловой совместно с нами (1987), было также установлено, что тренировка крыс плаванием приводит к существенному повышению содержания опиоидных пептидов в головном мозге и надпочечниках. Результаты этих исследований представлены в табл. 1. Дальнейшие исследования позволят судить о состоянии других стресс-лимитирующих систем в тренированном организме. Однако уже теперь на основании значительного сходства компонентов структурного «следа» адаптации к физическим нагрузкам и к высотной гипоксии можно с большой долей вероятности предполагать, что при тренированности развивается увеличение функциональной мощности ГАМК-ергической системы, доказанное для адаптации к высотной гипоксии.

Перестройка гормонального звена регуляции при тренированности приводит также к повышению резервной мощности эндо-

29

кринной функции поджелудочной железы и ее экономизации. В отношении секреции глюкагона это проявляется увеличением в тренированном организме числа и размеров α-клеток железы, секретирующих гормон [Гудзь П. 3. и др., 1969], что сопровождается повышением способности поддержания адекватного содержания гормона в крови при длительной мышечной работе. В ответ на стандартную нагрузку в тренированном организме происходит меньший рост секреции глюкагона, чем в нетренированном, что может быть обусловлено ограничением активации адренергической системы и соответственно меньшим стимуляторным действием катехоламинов [Winder W. et al., 1979, 1982].

Важным проявлением адаптационной перестройки эндокринной функции поджелудочной железы является также снижение секреции инсулина и его концентрации в крови в покое, а также уменьшение инсулиновой реакции на введение глюкозы, углеводную пищу и нагрузку у тренированных людей и животных [Lohmann D. et al., 1978; Winder W. et al., 1982; Le Blanc J. et al., 1983].

Данные изменения инсулинового обмена связаны с повышением чувствительности к гормону скелетных мышц и других тканей в тренированном организме, что обусловлено как ростом чувствительности инсулиновых рецепторов, так и увеличением эффективности пострецепторных внутриклеточных процессов, «запускаемых» инсулином, в том числе повышением активности инсулинзависимых ферментов [Mondon, С. et al., 1980; Soman V. et al., 1980; Koivisto V., Groop L., 1982; James D. et al., 1984]. Эти изменения играют важную роль в благоприятном действии тренированности на жировой обмен, а также в предупреждении ожирения и развития атеросклероза, так как уменьшение секреции инсулина в ответ на углеводную пищу уменьшает стимуляцию в печени синтеза триглицеридов, особенно липопротеинов низкой плотности [Zavarony I. et al., 1981]. Кроме того, эти изменения являются основой использования тренированности как средства предупреждения и лечения гиперинсулинемии ожирения и диабета.

Имеющиеся в настоящее время данные свидетельствуют, что в процессе формирования устойчивой долговременной адаптации организма к физическим нагрузкам в различных звеньях аппарата нейрогормональной регуляции функциональной системы, ответственной за адаптацию, развиваются определенные структурные изменения, повышающие функциональную мощность этого аппарата и обеспечивающие его устойчивое экономное функционирование при мышечной работе.

Вторая черта системного структурного «следа» адаптации состоит в увеличении мощности и одновременно экономности функционирования двигательного аппарата. Структурные изменения в аппарате управления мышечной работой на уровне ЦНС создают возможности мобилизовать большее число моторных единиц при нагрузке и приводят к совершенствованию межмышечной координации.

На уровне скелетных мышц на основе активации синтеза нуклеиновых кислот и белков развивается выраженная рабочая гипертрофия, реализующаяся за счет увеличения массы имеющихся мышечных волокон «быстрого» или «медленного» типа в зависимости от вида нагрузки [McDonagh M.,

30

Davies G., 1984]. Увеличивается энергообеспечение мышц. Это происходит вследствие роста мощности системы преобразования энергии, что выражается в увеличении числа и массы митохондрий [Яковлев Н. Н., 1981; Saltin В. et al, 1977; Davies К. J. A. et al., 1981], росте популяции ферментов гликолиза и гликогенолиза [Яковлев Н. Н., 1981; Baldwin К. et al., 1975; Wenger H. et al., 1981] и увеличении содержания в мышцах гликогена и активности фермента ресинтеза гликогена гликогенсинтетазы [Яковлев Н. Н. и др., 1978 а, 1978 б; Яковлев Н. Н., 1981, и др.], а также за счет усиления АТФазной активности миофибрилл, связанного, по-видимому, с изменением субъединичного состава миозина [Яковлев Н. Н., 1981, Baldwin К. et al., 1975]. Следует отметить, что при тренированности наряду с увеличением мощности системы окислительного ресинтеза АТф в мышцах за счет роста числа митохондрий повышается эффективность еще одного пути образования АТФ, реализующегося при недостатке кислорода, показателем интенсивности которого является содержание сукцината в крови [Hochachka P., Dressendorfer R., 1976; Pisarenko 0. et al., 1985]. Рост активности липопротеинлипаз в мышцах повышает доступность триглицеридов [Spriet L. et al., 1985] и наряду с усилением мощности системы митохондрий способствует утилизации жирных кислот в мышцах [Riedy M. et al., 1983].

Увеличение плотности капилляров и концентрации миоглобина обеспечивает эффективность системы транспорта кислорода [Andersen P., 1975; Tesch P. et al., 1984], что вместе с ростом числа митохондрий приводит к повышению способности мышечной ткани утилизировать кислород из притекающей крови.

За счет увеличения мощности системы энергообеспечения скелетных мышц в тренированном организме в ответ на высокие, но привычные нагрузки не происходит значительного снижения концентрации гликогена, креатинфосфата и подъема концентрации аммиака и лактата в мышечной ткани, играющих важную роль в генезе утомления и уменьшения работоспособности [Karlsson J., Saltin В., 1970; Holloszy J. et al., 1977; Mutch B., Banister E., 1983]. Это положение подтверждает работа В. Hurley и соавт. (1984), которые показали, что у спортсменов-бегунов при максимальной нагрузке концентрация лактата в крови более чем в 2 раза ниже, чем у нетренированных людей (рис. 1). Уменьшение накопления аммиака в крови при максимальной нагрузке в тренированном организме связано с повышением интенсивности его утилизации в мышцах в орнитиновом цикле [Barnes R. et al., 1964; Mutch В., Banister E., 1983].

Решающим фактором, определяющим повышение выносливости тренированного организма, фактором, «расширяющим» одно

31

из главных звеньев, лимитирующих работоспособность мышц и организма в целом при интенсивных нагрузках, является увеличение мощности системы митохондрий и повышение оксидативной способности. Значение этого фактора определяется: 1) ростом способности синтезировать АТФ; 2) ростом способности утилизировать жирные кислоты и пируват, тем самым уменьшая переход пирувата в лактат и накопление последнего в мышцах. Значение увеличения числа митохондрий в мышцах определяется тем, что оно способствует снижению степени активации свободнорадикального окисления в мышцах при интенсивных нагрузках за счет уменьшения продукции в митохондриях радикальных форм кислорода [Boveris A., Chance В., 1973; Davies К. et al., 1981; Jenkins R. et al., 1983]. Существенным компонентом структурного «следа» адаптации на уровне скелетных мышц является повышение мощности системы антиоксидантных ферментов в миоцитах, что также способствует уменьшению активация перекисного окисления липидов в мышцах при максимальных нагрузках [Higuchi M. et al., 1983; Jenkins R. et al., 1983]. Активация этой, по существу стресс-лимитирующей, системы является важным фактором, ограничивающим или предупреждающим повреждающее действие стресс-реакции на уровне скелетной мускулатуры.

Третья черта системного структурного «следа» адаптации состоит в увеличении мощности и одновременно экономности функционирования аппарата внешнего дыхания и кровообращения.

Благодаря развитию гипертрофии и увеличению скорости и амплитуды сокращения дыхательной мускулатуры [Киеня А. И., Жарков Д. М., Гудзь П. 3., 1975; Fanta Ch. et al., 1983] увеличивается жизненная емкость легких и возрастает коэффициент утилизации кислорода. Вместе с увеличением максимальной вентиляции легких при физической работе и ростом массы митохондрий в скелетных мышцах достигается значительное увеличение аэробной мощности организма. Повышение способности дыхательного центра длительно поддерживать возбуждение на предельном уровне обеспечивает в тренированном организме возможность осуществлять в течение продолжительного времени максимальную гипервентиляцию при сверхинтенсивных мышечных нагрузках [Шик Л. Л., 1962; Маршак М. Е., 1973; Бреслав И. С., Глебовский В. Д., 1981].

Данное достижение адаптации сочетается с экономизацией функционирования аппарата внешнего дыхания в покое и при нагрузках. Эта экономность обеспечивается двумя основными особенностями тренированного организма: 1) увеличением объема вдоха и емкости легких, что позволяет поддерживать адекватный (вплоть до максимального минутный объем вентиляции при меньшей часготе дыхания, т. е. при меньшей работе дыхательной мускулатуры и соответственно при меньших энергетических затратах; 2) повышением кислородной емкости крови и способности скелетной мускулатуры и других тканей утилизировать кислород из притекающей крови, что создает условия для уменьшения легочной венти-

32

ляции в покое и при стандартных нагрузках. Кроме того, адаптационная перестройка на уровне ЦНС обеспечивает ритмичность дыхания и четкую координацию его с работой двигательного аппарата, что также способствует экономности функционирования аппарата дыхания.

На уровне системы кровообращения структурный «след» адаптации выражается прежде всего в развитии структурных изменений в сердце.

При адаптации на выносливость они представлены умеренной гипертрофией миокарда, увеличением числа коронарных капилляров и их плотности, сопровождающимся ростом просвета крупных коронарных артерий [Bassler Т., 1977; Wyatt H., Mitchel J., 1978], увеличением концентрации миоглобина в миокарде [Трошанова Е. С., 1951; McDonald R. et al., 1984]. Это сопровождается повышением мощности системы окислительного ресинтеза АТФ за счет роста числа митохондрий и поверхности митохондриальных мембран на единицу объема миокардиальной ткани [Penpargkul S. et al., 1976; Guski H. et al., 1981], а также повышением мощности системы гликолиза игликогенолиза за счет увеличения содержания гликогена и активности гликолитических ферментов. Указанные изменения в сочетании с увеличением АТФазной активности сократительных белков, обусловленным изменением их изозимного спектра [Medugorac I. et al., 1975; Resing T. et al., 1981], приводят к значительному усилению мощности системы энергообеспечения сократительной функции сердца. Активация синтеза миокардиалъных белков, лежащая в основе перечисленных структурных изменений, приводит также к увеличению в тренированном организме массы мембранных структур саркоплазматического ретикулума (СПР) миокарда, ответственных за транспорт Са²⁺ в сердечной мышце и реализацию процесса ее расслабления [Penpargkul S. et al., 1977; 1980; Guski H. et al., 1981], к повышению активности транспортных АТФаз сарколеммы кардиомиоцитов желудочков сердца [Кырге П. К., 1976; Murthy К., Saxena I., 1984].

В результате развития этого комплекса изменений адаптация приводит к «расширению» звеньев, лимитирующих адекватное функционирование сердца при нагрузках в нетренированном организме. Благодаря этому комплексу сердце приобретает большую максимальную скорость сокращения и расслабления и в условиях максимальных нагрузок обеспечивает больший конечный диастолический, ударный и, в конечном счете, больший максимальный минутный объем [Меерсон Ф. 3., 1975; Капелько В. И., 1978; Сауля А. И., 1985]. Из-за высокого минутного объема и более экономичного функционирования скелетных мышц, которые, как показано выше, способны извлекать кислород из крови более эффективно, перераспределение крови при интенсивных нагрузках не приводит в тренированном организме к резкому уменьшению кровотока во внутренних органах и степень анемизации этих органов снижается. Этому способствуют также адаптационные изменения в системе регионарного кровообращения в органах и тканях. Существенную роль в этом процессе играют регуляторные депрессорные системы организма и, в частности, кининовая система, активация которой в тренированном организме предупреждает снижение кровотока в почках при максимальных нагрузках [Ланцберг Л. А., Некрасова А. А., 1972; Шхвацабая И. К. и др., 1975]. Повышение максимального уровня функционирования сердца сочетается при

33

АДАПТАЦИЯ К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ

 i

тренированности с экономизацией его функции в покое и при непредельных нагрузках, что характеризуется более низкими, чем в нетренированном организме в аналогичных условиях, значениями общей работы сердца, интенсивности функционирования его структур [Меерсон Ф. 3., 1975] и соответственно меньшими энергетическими затратами. Это обусловлено прежде всего брадикардией покоя и меньшим приростом частоты сердцебиений при непредельных нагрузках, что связано с адаптационными изменениями пейсмекера и нейрогуморальной его регуляции [Пшенникова М. Г., 1986]. В сочетании с некоторой гипотонией покоя и меньшим подъемом частоты в ответ на такие нагрузки данное обстоятельство обеспечивает в тренированном организме снижение в покое и меньшее увеличение при непредельной нагрузке «двойного произведения», или индекса напряжения миокарда, который определяет, как известно, уровень потребления миокардом кислорода [Jorgensen Ch. et al, 1977]. Кроме того, экономность работы сердца определяется при тренированности также указанными выше перестройками в органах и тканях функциональной системы, ответственной за адаптацию, которые обеспечивают более эффективную утилизацию кислорода и эффективное его использование и тем самым «снижают своя требования» к системам кровообращения и дыхания.

В целом эти и другие важные структурные изменения, формирующиеся в процессе длительной адаптации к физическим нагруз-

34

кам в функциональной системе, ответственной за эту адаптацию, образуют структурный «след» достаточно сложной архитектуры, который создает возможность интенсивной и в то же время экономичной мышечной работы, составляет базис устойчивой адаптации организма к мышечной работе. Вместе с тем этот «след» является основой повышения резистентности организма к ряду повреждающих воздействий и использования адаптации как средства профилактики, лечения и реабилитации при различных заболеваниях.

Основные из этих изменений и компонентов структурного «следа» представлены на схеме 1 (с. 34).

Завершая краткое ознакомление с третьей стадией развития процесса адаптации, следует подчеркнуть, что рассмотренные положительные адаптационные изменения, составляющие преимущества тренированного организма, развиваются, как правило, при наиболее естественных динамических («аэробических», по терминологии современных зарубежных авторов) нагрузках, т. е. при тренировках на выносливость.

Однако при некоторых видах физических нагрузок, например при направленной тренировке к силовым нагрузкам, культуризме и т. д., адаптация в большинстве случаев не приводит к повышению резистентности организма к повреждающим воздействиям.

В задачи нашего изложения не входило рассмотрение такой узкоспециализированной тренированности, однако к некоторым примерам мы будем обращаться во 2-й главе при обсуждении «цены» адаптации.

Четвертая стадия процесса — стадия «изнашивания» системы, ответственной за адаптацию, не является обязательной, так как устойчивая адаптация к физической нагрузке может сохраняться в течение многих лет. Вероятность реализации стадии «изнашивания» возрастает при двух обстоятельствах: во-первых, при длительных перерывах в тренировке к физической нагрузке, когда системный структурный «след» и особенно его компоненты в исполнительных органах функциональной системы могут утрачиваться. Восстановление этого «следа» после возобновления интенсивных нагрузок имеет для организма большую структурную «цену», т. е. вновь требует большой активации синтеза нуклеиновых кислот и белков, и может протекать неудовлетворительно, особенно в немолодом возрасте и при наличии болезней. В связи с этим принятый в спорте принцип непрерывности спортивных тренировок является не только основой сохранения спортивной рабочей формы, но также и условием экономии структурных ресурсов организма. Во-вторых, нарушению устойчивой адаптации к физической нагрузке могут способствовать условия, при которых физическая нагрузка сочетается с интенсивными стрессорными, например соревновательными, ситуациями.