CC BY
166
ОБЩИЕ МЕХАНИЗМЫ АДАПТАЦИИ И ПРОФИЛАКТИКА ОПРЕДЕЛЯЮТ ЗДОРОВЬЕ ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА
В.П. Твердохлиб*, Д.В. Твердохлиб*, Г.М. Митинский**,
Ю.И. Казаков***, Ф.З. Меерсон****
ОрГИМ, г. Оренбург, **ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, е. Москва ГП НИИ «Гермес» ***, г. Златоуст
Международное общество адаптационной медицины****, 18АМ, США
Многолетний опыт работы в экспериментальной медицине, изучение молекулярных механизмов адаптации позволил авторам не только достаточно глубоко осознать механизмы адаптивных реакций человека, но и успешно применить их для профилактики целого ряда неинфекционных заболеваний. Наиболее успешными оказались результаты преформирования природных факторов среды и создание адаптационных комплексов для использования их в профилактических и оздоровительных целях.
Сформированная более 30 лет назад концепция о долговременной адаптации человека к факторам внешней среды (Ф.З. Меерсон, 1973) и достижения современной молекулярной биологии в значительной степени помогают понимать возможность развития широкого спектра приспособительных реакций к биологическим, физическим и химическим факторам обитания человека. С развитием адаптационных реакций к одному или нескольким факторам среды организм приобретает новые качества, предупреждающие повреждение органов и систем [1].
В наших исследованиях в эксперименте, а затем в значительных по объему клинических наблюдениях, было использовано формирование долговременной адаптации к дозированной периодической гипоксии, приспособление организма животных и человека к повторяющимся и строго регламентированным циклам «гипоксия-реоксигенация» в условиях барокамер, имитирующих «подъем на высоту» до 3500 м над уровнем моря. Такая адаптация оказалась эффективной не только к гипоксическим и ишемическим воздействиям, но и проявила выраженный защитный перекрестный эффект при действии чрезмерных физических нагрузок, стрессорных, аллергических, токсических факторов среды. Приспособление органов и систем к «искусственному горному климату», преформированному в условиях комфортных многоместных (для 2-30 человек) и индивидуальных вакуумных барокамер, разработанных, созданных и выпускаемых в промышленных объемах в России, позволяет значительно расширить область применения адаптирующего воздействия дозированной гипоксии.
Доказательность клинического эффекта долговременной адаптации к периодической гипоксии позволяет все шире рекомендовать применение таких барокамер для подготовки людей для профессиональной работы в горных условиях, службы на высокогорных заставах, в макроциклах подготовки спортсменов высокого класса.
Но наиболее существенным направлением с массовым применением такой адаптации может
стать оздоровительная практика. Основанием для такого заявления служат полученные нами в многочисленных наблюдениях стойкие протективные эффекты молекулярных механизмов приспособительных реакций, в том числе у спортсменов [2]. В наших совместных с А.А. Никоноровым экспериментальных, а затем и в клинических исследованиях доказан целый ряд защитных эффектов адаптации к периодической гипоксии. Это касается, прежде всего, повреждающих эффектов больших физических и психо-эмоциональных тренировочных и соревновательных нагрузок. Соревновательный стресс, вызывая резкую активацию процессов липопероксидации в биологических мембранах большинства работающих органов, приводит к значительным изменениям мембраносвязанных процессов. В организме спортсмена, адаптированного в барокамере к многократным, повторяющимся и дозированным циклам «гипоксия-реоксигенация», такие повреждения биологических мембран минимизированы за счет значительной активации антиоксидантных механизмов ан-тирадикальной защиты. Активность супероксид-дисмутазы и каталазы в мембранах эритроцитов оказалась у них значительно выше, а изменения микровязкости мембран обеспечивало наиболее эффективное функционирование мембранозависимых процессов при интенсивной нагрузке. Интересно, что эти наши наблюдения объяснили «парадоксальный эффект адаптации к гипоксии», обнаруженный А.М. Герасимовым с соавторами при изучении функций биологических мембран животных, длительно находившихся в условиях высокогорья и у которых было отмечено резкое снижение активности мембранных антиоксидантных ферментов. Тренировка в барокамере не только не приводила к «атрофии» защитных антиоксидантных механизмов, но, наоборот, увеличивала их активность, наращивая таким образом общую ан-тиоксидантную мощность активно функционирующей системы.
Все более глубокое изучение и понимание молекулярных механизмов индивидуальной, фе-
Физиология двигательной активности и спорта
нотипической адаптации обеспечивается глубокими структурными изменениями организма за счет экспрессии наличных генов. Безусловно, что генотип и генотипическая основа эволюции человека являются исходным условием для формирования как срочной, так и долговременной адаптации к факторам среды. Простые и сложные приспособительные реакции, запасы памяти и запасы навыков формируют векторы поведения человека, а по молекулярной сути - банки «памятных структурных следов» [1]. Все эти системные структурные следы адаптации возникают и закрепляются на основе избирательной, селективной экспрессии генов. Формирование в тренированном организме комплекса структурных изменений, развивающихся в доминирующей системе, приводит в итоге к росту клеточных структур, что и составляет материальную основу устойчивой адаптации. Неоднократно отмечалось, что именно интенсивность функционирования структур, т.е. среднесуточное «количество функций», выполняемое единицей массы клеточных структур в сочетании с гормоном и медиатором интенсивности функционирования, детерминируют экспрессию генов и формирование системного структурного следа адаптации.
Было бы нелогично рассматривать позитивные эффекты адаптации без внимания к ее негативным последствиям.
В экспериментальной и клинической адаптоло-гии быстро «прижился» термин, предложенный Ф.З. Меерсоном «цена адаптации». При этом все шире обсуждается «структурная, витаминная, анти-оксидантная и другие» «издержки», которые организм должен «заплатить» за формирование устойчивой адаптации к факторам среды и продолжение здорового и эффективного существования. Особый смысл приобретают эти молекулярные характеристики приспособительных реакций в организме человека, испытывающего интенсивные и нарастающие физические нагрузки. Очевидно, что речь идет не только, а может и не столько о спортсменах, сколько о лицах, испытывающих нерегулярные, порой весьма интенсивные, так называемые «оздоровительные» нагрузки в фитнес-клубах, при спорадических корпоративных спортивных мероприятиях, физической нагрузке после длительного перерыва и т.п. Следует учитывать, что «цена» адаптации различна на разных стадиях ее формирования.
Первая стадия - срочная адаптация чаще всего связана с гиперфункцией, сопряжена со значительной тратой ресурсов, мобилизацией готовых адаптационных механизмов. Это «несовершенная», краткосрочная адаптация, но она дает возможность организму «продержаться» до формирования долговременной адаптации.
Помимо резкого увеличения траты стрессор-ных гормонов и нейромедиаторов это находит свое отражение в следующих регистрируемых явлениях: во-первых, в отрицательном азотистом балансе и уменьшении массы тела, во-вторых, в
деструкции внутриклеточных образований, ульт-раструктурных изменениях, в нарушении функций и повреждении митохондриальных мембран, в лабилизации лизосом, микросом клетки и развитии специфической гиперферментемии, в-третьих, в появлении очаговых микронекрозов в органах систем, ответственных за адаптацию. В наших наблюдениях впервые была применена оценка «сверхнагрузок» у спортсменов по нарастанию в сыворотке крови активности печеночного органоспецифического фермента - Фруктозо-1-моно-фосфатальдолазы более, чем в 1,5 раза [3, 4]. Очевидно, что такая совокупность сдвигов не ограничивается простым расходом энергии, а сопровождается разрушением и последующей реконструкцией структур, что и составляет суть самого понятия «цена адаптации» и главную предпосылку превращения адаптации в болезнь.
Такое превращение особенно вероятно при врожденной или приобретенной неполноценности какого-либо звена системы, ответственной за адаптацию, что может привести к болезни или даже гибели организма при острой сердечной недостаточности при чрезмерных физических нагрузках, горной болезни при действии гипоксии на нетренированный организм, нервному срыву в сложной социальной среде и т.д. Возможен, впрочем, и простой уход от решения задачи, выдвигаемой средой.
Вторая стадия - переход срочной адаптации в долговременную. Она характеризуется выраженной активацией синтеза нуклеиновых кислот и белков в системах, специфически ответственных за адаптацию, увеличением мощности этой доминирующей системы. И в данном случае мы имеем дело с «ценой адаптации» и уменьшением стресс-реакции. Именно в этой ситуации стресс-реакция может превращаться из звена адаптации в звено патогенеза. Достаточно полно описаны факты многочисленных стрессорных заболеваний: от язвенных поражений желудка, гипертонии и тяжелых поражений сердца, возникновения иммуноде-фицитных состояний и активации бластоматозного роста. Уместно заметить, что стрессорные повреждения определенных структур в органах и системах являются основой патогенеза неинфекционных заболеваний, составляющих главную нерешенную проблему современной медицины [7].
Третья стадия - стадия сформировавшейся долговременной адаптации характеризуется наличием системного структурного следа, отсутствием стресс-реакции и, как результат - совершенным приспособлением к определенному фактору или ситуации. Именно такая адаптация и является основой профилактики большинства заболеваний.
Четвертая стадия - истощения не является обязательной и развивается лишь при чрезмерно напряженной адаптации. Большая нагрузка на доминирующую систему приводит в процессе адаптации к чрезмерной гипертрофии клеток, а в даль-
100
Вестник ЮУрГУ, № 3, 2006
Твердохлиб В.П., Твердохлиб Д.В., Митинский ГМ., Общие механизмы адаптации
Казаков Ю.И., Меерсон Ф.З.___________________________и профилактика определяют здоровье ...
нейшем - к угнетению синтеза РНК и белка, нарушению обновления структур и их «изнашиванию» с развитием органного и системного склероза.
Было достоверно установлено, что ИФС определяет количество матриц ДНК в единице массы ткани, т.е. суммарную мощность генетического аппарата клеток [5]. При исследовании различных типов мышечной ткани было установлено, что количество генов на единицу массы различное. Так, концентрация ДНК в мышце левого желудочка составляет 0,99 мг/г, правого желудочка - 0,93 мг/г, для диафрагмы - 0,75 мг/г, для скелетной мышцы - 0,42 мг/г. В последующих экспериментах было установлено, что скорость синтеза РНК в этих тканях точно соотносится с концентрацией ДНК: включение меченого углерода глюкозы 14С в РНК левого желудочка составляет 3,175 имп/мин, правого желудочка сердца - 3,087 имп/мин, для диафрагмы - 2,287 имп/мин, для скелетной мышцы конечности - 1,154 имп/мин. Ясно, что увеличенная функция адресована именно генетическому аппарату клеток [5].
«Здоровье здоровых» означает переход от традиционных нозологических принципов в охране здоровья к здравоцентристской позиции - от «доступного и успешного лечения» - к эффективной профилактике и сохранению здоровья [6]. При обосновании понятий «здоровье индивидуума», «количество здоровья», «обеспечение профессионального здоровья» трудового населения страны и т.п., принципы целенаправленного формирования долговременной и надежной адаптации человека к многочисленным повреждающим факторам среды оказались, по мнению академика А.Н. Разумова важнейшим методологическим и организационным инструментом.
Но уже сегодня ясны, по меньшей мере, несколько обстоятельств, которые будут диктовать трезвое отношение к оптимистическим, а иногда удивительно сильным защитным эффектам адаптации [2]: во-первых, даже самая успешная адаптация сопряжена не только с тратой энергии, но и структурных ресурсов организма. Соответственно
- передозировка фактора, к которому адаптируется организм, слишком напряженная адаптация может породить ситуацию «шагреневой кожи». Именно поэтому в понятийном фонде адаптологии существует термин «цена адаптации», а не только ее защитные перекрестные эффекты.
Во-вторых, в естественных условиях организм никогда не адаптируется к одному фактору, а всегда к более или менее широкой их комбинации. Поэтому будущее в адаптационной медицине принадлежит комбинированной адаптации к 2-3 точно дозированным и трансформированным с помощью специальных методов факторам среды. Иными словами, речь идет о создании новых технологий адаптационной медицины.
В-третьих, защитные эффекты адаптации реализуются конкретными эндогенными метаболита-
ми, гормонами, биогенными аминами, белками. Многие адаптационные эффекты удалось воспроизвести с помощью синтетических аналогов этих факторов. По сути это означает, что адаптационная и фармакологическая терапия могут и должны удачно дополнять друг друга.
И, наконец, в-четвертых, «большая молекулярная биология» вплоть до последнего времени изучала прежде всего механизмы срыва адаптации, возникновение патологического процесса и его динамику развития. Между тем, существо проблемы при адаптации требует обратных отношений. Речь идет о применении механизмов долговременной адаптации для достижения более высоко уровня физической и интеллектуальной деятельности человека, реального предупреждения многих соматических, неинфекционных заболеваний, повышения резистентности к иммунотропным патологическим агентам, .включая, вероятно, целый ряд пока еще неясных решений.
Литература
1. Меерсон Ф.З. Адаптационная медицина: Концепция долговременной адаптации. - М.: Дело, 1993. -138 с.
2. Меерсон Ф.З. Адаптационная медицина: механизмы и защитные эффекты адаптации// Hypoxia Medical LTD. -1993. - С. 331.
3. Никоноров А.А., Твердохлиб В.П. Роль снижения активности 7-альфахолестеролгидрокси-лазы печени в формировании порочного круга нарушений физико-химических характеристик биомембран при экстремальной физической нагрузке //Мембраны. - 2001. - № 9. - С. 38-41.
4. Никоноров А.А., Твердохлиб В.П. Роль повышения структурно-функциолналъного резерва биомембран в реализации антистрессорного эффекта предварительной адаптации к действию периодической гипобарической гипоксии// III Российский конгресс по патофизиологии «Дизрегуля-ция в патологии органов и систем». - М., 2004. -С. 157.
5. Пшенншова М.Г. Феномен стресса, эмоциональный стресс и его роль в патологии// Актуальные проблемы патофизиологии: избранные лекции/ Под ред. Б.Б. Мороза. - М.: Медицина, 2001. - С. 220-339.
6. Разумов А.Н., Пономаренко В.А., Пискунов В.А. Здоровье здорового человека (основы восстановительной медицины). - М.: Медицина, 1996.
- С. 413.
7. Адаптационная медицина: от теоретической концепции к профилактике соматических заболеваний/ В.П.Твердохлиб, Б.А.Фролов, В.М.Боев, и др.// Материалы межрегиональной конференции биохимиков Урала, Западной Сибири и Поволжья «Биохимия: от исследования молекулярных механизмов - до внедрения в клиническую практику и производство». - Оренбург, ФГУП ИПК «Южный Урал». -2003. - С. 294-299.
