Лекция № 4. Проблема биологической адаптации человека

Человек есть существо, ко всему привыкающее,

и, я думаю, это самое лучшее определение человека

Ф. М. Достоевский

План

1. Учение об адаптациях. Типы биологических адаптаций человека.

2. Закономерности географической изменчивости черт строения тела и обменных процессов человека.

3. Понятие адаптивного типа человека.

4. Адаптация человека к условиям Арктики и Антарктики.

5. Адаптация человека к условиям аридной зоны.

6. Адаптация человека к условиям высокогорья.

7. Экологическая изменчивость в городских популяциях. Акселерация.

1. Учение об адаптациях. Типы биологических адаптаций человека. Одной из центральных парадигм биологии является представление об «адаптациях», о способности организма видоизменяться в направлении, увеличивающем его шансы на выживание и размножение в данных условиях среды.

На протяжении своей многотысячелетней истории человечество еще не испытывало в столь крупных масштабах воздействиях таких факторов как загрязнение среды отходами производства, урбанизация и миграции, которыми особенно изобилует XX век. В связи с необходимостью сохранения здоровья людей в условиях научно-технической революции особую актуальность приобретает изучение проблем адаптации, то есть приспособления человека к различным условиям природной среды обитания, особенно экстремальным.

Важнейшую роль в адаптации тех или иных человеческих популяций играет их социально-экономический уровень. Однако, изучение географических вариаций черт строения тела и показателей обмена веществ у коренного населения мира показало, что адаптация происходит не только на социальном, но и на биологическом уровне, и во многом ее успех зависит от степени адекватности, то есть соответствия этих особенностей природным условиям. Адаптация человека – одно из ключевых понятий в экологии человека.

Адаптация (от позднелат. adaptatio – приспособиться) – процесс и/или результат приспособления организма к определенной среде или к изменению условий среды. В широком смысле слова адаптация – это комплекс морфофизиологических, поведенческих, популяционных и других особенностей данного вида, обеспечивающий возможность специфического образа жизни в определенных условиях внешней среды.

Адаптация человека к новой для него среде – сложный социально-биологический процесс, в основе которого лежит изменение систем и функций организма, а также привычного поведения. Адаптация человека - процесс двусторонний; человек не только сам приспосабливается к новой экологической обстановке, но и сам приспосабливает эту обстановку к своим нуждам и потребностям, создает систему жизнеобеспечения, к которой относятся жилища, одежда, транспорт, инфраструктура, питание и т.д. Механизмы адаптации человека весьма различны. Применительно к человеческим общностям выделяют биологическую, социальную и этническую адаптацию.

Биологическая адаптация человека – эволюционно возникшее приспособление организма человека к условиям среды, выражающееся в изменении внешних и внутренних особенностей организма к изменяющимся условиям среды.

Выделяют два основных типа биологических адаптаций человека.

Первый тип – это генотипические адаптации (синонимы: генетические, видовые) – стойкие приспособления, которые являются результатом взаимодействия наследственной изменчивости и естественного отбора в ряду поколений в пределах вида. При генотипической адаптации в организме происходят глубокие морфо-физиологические сдвиги, которые передаются по наследству и закрепляются в генотипе в качестве новых наследственных характеристик популяций, этнических групп и рас.

Примером таких адаптаций у человека являются бипедия, редукция шерстного покрова, членораздельная речь, расовые особенности, развитый головной мозг, обусловливающий способность обучения человека и т.п.

Второй тип – это фенотипические адаптации (синонимы: физиологические, модификационные, индивидуальные) – временные, обратимые и ненаследуемые изменения организма в ходе индивидуальной жизни, которые уменьшают влияние неблагоприятных изменений внешней среды. При переходе к прежним условиям прежнее состояние фенотипа восстанавливается, компенсаторные физиологические изменения исчезают.

Примером таких адаптаций у человека являются загар, сезонная смена одежды, изменения питания, перенастройка организма при переезде в другой климатический или часовой пояс, адаптация к естественным условиям низких и высоких температур, к высотной гипоксии и т.п. К вариантам фенотипической адаптации относятся акклимация – приспособление организма к отдельному фактору абиотической среды, который обычно создается в эксперименте, и акклиматизация – приспособление организма к сезонным или климатогеографическим изменениям условий обитания, возникающим в результате переезда к новому месту жительства.

Для человека большое значение имеет социальная адаптация – приспособление личности или социальной группы к социальной среде, усвоения личностью ценностей, норм, установок, образцов поведения, присущих данному обществу.

Наконец, этническая адаптация – приспособление этнических групп к природной и социально-культурной среде районов их обитания. Социально-экономические преобразования, охватившие многие районы мира, сопровождаются интенсивными миграционными потоками населения. Это обстоятельство крайне затрудняет разработку научно обоснованных моделей систем жизнеобеспечения населения в новых условиях существования. В связи с этим большое значение приобретают данные о широкой норме биологических реакций человеческих популяций на комплекс условий окружающей природной среды. Эти данные были получены при анализе географической изменчивости морфологических и физиологических признаков на территории, заселенной человеком, а также при исследовании специфики приспособительных особенностей коренного населения различных экологических ниш. Приспособление коренных жителей к среде обитания происходило на протяжении многих поколений, и, следовательно, их морфофизиологический тип наиболее соответствует требованиям этой среды.

2. Закономерности географической изменчивости черт строения тела и обменных процессов человека. Географическая вариабельность черт строения тела и физиологических признаков в популяциях человека чрезвычайно велика. Это качество человеческого вида (Homo sapiens) сформировалось в результате его длительной истории, связанной с освоением мирового пространства суши. В его основе лежит высокая пластичность морфофизиологических черт, присущая этому виду. Характер географического распределения особенностей строения тела, а также некоторых типов обмена веществ − основного, белкового, жирового, минерального, подчиняется экологическим факторам. Энергетические процессы, о которых помимо основного, белкового и жирового (липидного) показателей обмена, свидетельствуют масса, пропорции и поверхность тела зависят от температурного фактора среды, минеральный обмен – от геохимического.

Имеется множество доказательств наследственной обусловленности типа обмена веществ и строения тела. В то же время мы наблюдаем географические вариации этих признаков и делаем заключение о воздействии среды на их формирование. По всей вероятности этот процесс можно представить следующим образом - в определенной среде преимущество получают те морфофизиологические комбинации, генотип которых наиболее адекватен географической среде обитания.

Приведем несколько примеров географической вариабельности морфофизиологических признаков.

1. Весоростовой показатель Рорера – отражает соотношение веса и длины тела, это показатель плотности тела, в значительной мере характеризующий энергетику организма. (Формула индекса Рорера: R = Р /L где Р – вес тела, L – длина тела).

На территории Старого Света наиболее высокие величины индекса Рорера характерны для населения внетропических широт. В тропическом поясе сконцентрированы относительно более легкие популяции, хотя исключения из этого правила отмечаются на территории Африки: население Египта, Южно-Африканской республики, некоторые народности бассейна Конго. На территории Австралии и Океании также встречаются группы с большей, чем обычно у жителей тропиков, плотностью тела, но они не составляют большинства.

На территории Нового Света весоростовой указатель не показывает той закономерности, которая характерна для населения Восточного полушария. Коренное население обеих Америк (американские индейцы, эскимосы, алеуты) отличается значительной плотностью телосложения, хотя различия между эскимосами, алеутами и североамериканскими индейцами, с одной стороны, и центрально- и южноамериканскими индейцами – с другой, достаточно заметны. Определенно можно отметить, что в зоне, близкой к экватору, плотность тела у представителей коренного населения и Нового Света существенно понижается.

2. Поверхность тела – признак, характеризующий уровень теплоотдачи и испаряемости. Относительная поверхность тела (поверхность тела, рассчитанная на кг веса) в тропиках выше, чем во внетропических широтах.

3. Пропорции тела (отношение длины ноги к длине тела или к длине туловища). По мере продвижения с севера на юг происходит смена брахиморфного типа человеческого тела на долихоморфный.

Брахиморфным (brachys – короткий) называется вариант пропорций тела человека, который характеризуется относительно большим, широким туловищем и короткими конечностями. Он характерен, например, для аборигенов Арктики (эскимосы, эвенки, якуты, ненцы, чукчи).

Долихоморфным (dolichos – длинный) называется вариант пропорций тела человека, который характеризуется относительно коротким, узким туловищем и длинными конечностями. Это правило сходно в своем проявлении с правилом Алена (1877), сформулированном для животных. Согласно этому правилу при продвижении с севера на юг происходит увеличение выступающих частей тела (конечностей, хвоста, ушей и т.п.), что связано с увеличением поверхности тела и увеличением теплоотдачи.

4. Основной обмен – это минимальное количество энергии, расходуемое человеческим организмом для поддержания собственной жизни в покое (эта энергия тратится на дыхание, кровообращение и переваривание пищи). Как правило, в полевых условиях он вычисляется на основании веса и длины тела, а также температуры окружающего воздуха. Это генерализованный показатель обменных процессов в организме, свидетельствующий об уровне его энергетики. По направлению от cеверных районов к экваториальным его величина снижается. По данным изучения поглощения кислорода в лабораторных условиях, уровень основного обмена у коренных жителей Арктики выше, чем у тропических аборигенов.

5. Липиды сыворотки крови. Холестерин. Наблюдается понижение холестерина по направлению с севера на юг. Известно, что содержание холестерина в сыворотке крови имеет положительную связь с количеством белков и жиров в рационе питания и отрицательную – с количеством углеводов. Понижение уровня холестерина к югу коррелирует с диетой тропических популяций, бедной белками и жирами, что подтверждает определяющую роль питания в концентрации липидов в сыворотке крови. Также имеются убедительные данные о наследственной природе этого признака.

6. Белки сыворотки крови. Из сывороточных белков (протеинов) наиболее четкую картину географической изменчивости показывают гамма-глобулины и альбумины. Первые ответственны за иммунитет, вторые несут в основном строительную функцию. Уровень гамма-глобулинов повышается по направлению от севера к югу, уровень альбуминов, напротив, понижается. Большинство авторов склонны объяснять пониженное содержание альбуминов в сыворотке крови белковой недостаточностью в питании, а повышение содержания гамма-глобулинов – воздействием малярийные паразитов и других патогенных организмов. Однако, наряду с этим, существуют указания и на наследственную природу белков в организме.

7. Минеральное содержание костной ткани. Зонального характера географического распределения, как вышеназванные признаки, этот признак не имеет. Он связан с содержанием макро- и микроэлементов в среде обитания, а оно чрезвычайно дисперсно. Наиболее высокий уровень минерализации отмечен у жителей районов с оптимальным соотношением костеобразующих минеральных веществ, например в Черноземье. В зонах с недостатком жизненно важных минеральных веществ или с их дисбалансом возможны патологические нарушения ростовых процессов или уровня минерализации организма (Забайкалье, Таджикистан).

Исследованиями отечественных авторов показано территориальное совпадение размеров скелета с содержанием макро- и микроэлементов в почвах. В зонах с высоким содержанием костеобразующих минералов, особенно таких, как фосфор и кальций, рост людей выше, череп более узкий и длинный, а лицо более узкое. В зонах с низким содержанием или нарушением баланса минеральных веществ, напротив, ниже рост, шире и короче голова, шире лицо.

Подобно всем живым организмам, человек испытывает не только воздействие климатических факторов. Известна роль гравитационного эффекта в формировании геометрии тела живых существ, в том числе и человека. Это показано зарубежными и многими отечественными авторами. А.Л. Чижевский выявил теснейшие связи между электромагнитными явлениями в околоземном пространстве и физиологическими реакциями человеческого организма. В.П. Алексеев отметил воздействие гравитационных и электромагнитных сил на процессы расообразования у человека. Неоднократно отмечалось и влияние патогенных организмов на человека и биохимическое приспособление к их воздействию, проявляющееся в разной концентрации тех или иных групп крови и других генетических признаков в различных географических регионах.

3. Понятие адаптивного типа человека. Человечество характеризуется огромной изменчивостью морфологических и физиологических признаков. Эта особенность делает человечество панойкуменным видом, то есть способным заселить любую экологическую нишу Земли. Высокогорье, Арктика, тропики, пустыни доступны человеку, хотя эти районы различны по климату, ландшафту, геохимическим факторам. Различны и человеческие группы, и не только по своим внешним признакам, но и по скрытым от глаза особенностям, характеризующим состояние внутренней среды организма.

Приспособление к новым экологическим условиям по мере расселения человека по земному шару осуществлялось не только с помощью технологических усовершенствований, но и в результате биологических перестроек, касающихся как функциональных, так и структурных систем организма.

Как показывает изучение закономерностей географической изменчивости морфологических и физиологических признаков, человечество характеризуется определенными реакциями биологического свойства на воздействие среды обитания. Это позволяет нам ввести в научный оборот понятия адаптивного типа как нормы реакции на комплекс внешних условий.

Адаптивный тип – это норма биологической реакции на комплекс условий окружающей среды, обеспечивающей состояние равновесия популяции с этой средой и находящей выражение в морфофункциональных особенностях популяции.

Адаптивный тип независим от расовой и этнической принадлежности. В одних и тех же климатических и геохимических условиях разные по происхождению группы имеют одно и то же направление приспособительных реакций, так же как в различных условиях обитания близкие в генетическом отношении группы обладают различными морфологическими и физиологическими характеристиками, соответствующими воздействию окружающей среды.

Адаптивные типы, проявляясь в пределах человеческого вида, не представляют собой экологически специализированных форм, они выражаются в виде тенденции к изменению физиологических и морфологических черт в направлении, наиболее благоприятном для существования в определенной среде и не препятствующем возможности существования в других экологических нишах. В последнем случае не исключены нарушения в состоянии здоровья и жизнедеятельности у отдельных индивидуумов и даже их гибель, однако это обстоятельство не приведет к гибели всей популяции, как это имело бы место у экологически специализированных форм животных и растений

Адаптивные реакции у человека осуществляются в двух формах: общей и специфической. Общей особенностью адаптивных типов можно, по-видимому, считать повышение сопротивляемости организма неблагоприятным условиям среды. В морфологическом отношении это выражается в увеличении костно-мускульной массы тела. В физиологическом – в повышении иммунных фракций крови, усиливающем резистентность организма по отношению к неблагоприятным воздействиям окружающей среды. Специфические реакции очень разнообразны. В одном случае это повышение теплопродукции, в другом – относительной поверхности испарения, в третьем – и того, и другого признака и т.п. Именно эти специфические реакции и дают право называть морфофункциональные комплексы, присущие населению отдельных экологических ниш, арктическим, высокогорным, континентальным, пустынным, тропическим и т.п.

Выделяют следующие основные адаптивные типы человека: арктический, высокогорный, континентальный, тропический, умеренный и аридный.

Приведем некоторые характеристики адаптивных типов. Для арктических популяций характерно увеличение массы тела, брахиморфный тип пропорций тела, цилиндрическое строение грудной клетки, усиление кроветворения, увеличение скорости липидного (жирового) обмена, ослабление способности сосудов к сужению, повышенная способность к окислению жиров. Нетрудно убедиться, что многие из этих особенностей могут быть объяснены как приспособительная реакция на холодовый стресс и гипоксию (недостаток кислорода), вызываемую в условиях Арктики усилением окислительно-восстановительных реакций (основного обмена) при недостатке аскорбиновой кислоты в рационе питания.

Для высокогорных популяций отмечается аналогичный морфофункциональный комплекс, характеризующийся увеличением объема грудной клетки, теплопродукции, скорости кровотока, кроветворения и формирующийся в условиях кислородной недостаточности и понижения температуры окружающей среды. У коренных жителей высокогорья отмечаются более высокие легочная вентиляция, кислородная емкость крови, уровень гемоглобина и миоглобина, большее число и величина капилляров, более быстрый переход гемоглобина в оксигемоглобин.

Социально-экономические преобразования, охватившие многие районы мира, сопровождаются интенсивными миграционными потоками населения. Это обстоятельство крайне затрудняет разработку научно обоснованных моделей систем жизнеобеспечения населения в новых условиях существования. В связи с этим большое значение приобретают данные о широкой норме биологических реакций человеческих популяций на комплекс условий окружающей природной среды. Эти данные были получены при анализе географической изменчивости морфологических и физиологических признаков на территории, заселенной человеком, а также при исследовании специфики приспособительных особенностей коренного населения различных экологических ниш. Приспособление коренных жителей к среде обитания происходило на протяжении многих поколений, и, следовательно, их морфофизиологический тип наиболее соответствует требованиям этой среды.

4. Адаптация человека к условиям Арктики и Антарктики. Арктика – это область, находящаяся за Северным полярным кругом – воображаемой линией, опоясывающей северную часть земного шара. Она включает Северный Ледовитый океан, окружающие его моря и острова, северную часть Аляски, Норвегии, Швеции, Финляндии и России. В центре Арктики расположен Северный полюс. В Арктике живут представители нескольких народов: эскимосы на Аляске, саамы в Швеции, Норвегии и Финляндии, чукчи, якуты, эвенки, ненцы в России.

Антарктика – это область, включающая материк Антарктиду и прилегающие острова и льды. В центре Антарктиды находится Южный полюс.

В Антарктиде не проживает ни один из этносов, а только смешанная группа исследователей из разных стран, работающих сезонным методом.

В условиях Арктики и Антарктики на человека действует комплекс факторов, таких как низкая температура, колебания геомагнитного и электрического полей, атмосферного давления и т. п. Степень их воздействия может быть различной в зависимости от климатогеографических особенностей местности. Вместе с тем перечисленные факторы неравнозначны для человеческого организма. Исторически сложилось так, что первоначально основное внимание уделялось изучению влияния холода на организм человека. Лишь во второй половине прошлого столетия исследователи обратили внимание на эффекты, оказываемые другими факторами.

Фазы адаптации человека к условиям Арктики и Антарктики. Продолжительность каждой фазы обусловлена объективными и субъективными факторами, такими как климатогеографические и социальные условия, индивидуальные особенности организма и т. п.

Начальный период адаптации длится до полугода. Он характеризуется дестабилизацией физиологических функций.

Вторая фаза занимает 2 – 3 года. В это время происходит некоторая нормализация функций, что отмечается как в покое, так и при нагрузках.

В третьей фазе, которая длится 10 – 15 лет, состояние организма стабилизируется. Однако для поддержания нового уровня жизнедеятельности необходимо постоянное напряжение регуляторных механизмов, что может привести к истощению резервных возможностей организма.

Реакции организма, направленные на поддержание гомеостаза в экстремальных и субэкстремальных условиях существования в Арктике и Антарктике, регулируются прежде всего центральной нервной системой.

У людей, впервые попадающих в условия Арктики и Антарктики, возникает совокупность симптомов, которая носит название синдрома психоэмоционального напряжения. Его появление свидетельствует о напряжении адаптационных механизмов. Основным клиническим проявлением синдрома психоэмоционального напряжения является тревожность различной степени выраженности, от состояния психологического дискомфорта до невротического уровня тревоги. Тревога может сочетаться с некоторым улучшением настроения, эйфорией, повышением психомоторной активности. Двигательное беспокойство в структуре синдрома психоэмоционального напряжения носит характер целенаправленной деятельности. Она выражается в повышенном стремлении к работе, различных формах социальной активности. Это смягчает чувство психологического дискомфорта, на время успокаивает.

Морфофункциональные особенности аборигенов Севера. У коренного населения Арктики независимо от этнической принадлежности выявляется много общих черт, как в строении тела, так и в физиологических особенностях. Это позволило выделить так называемый арктический адаптивный тип, который, как полагают, сформировался в ходе эволюции.

К характерным чертам конституции аборигенов Севера относится коренастое телосложение с хорошо развитой костно-мышечной массой, цилиндрическая форма грудной клетки. Лицо у них имеет овальную форму, широкий уплощенный нос, узкий разрез глаз. Эти особенности способствуют уменьшению теплоотдачи в условиях переохлаждения.

Функциональные характеристики также отражают приспособление к условиям холодового стресса. У коренных жителей высоких широт выработался в ходе эволюции и генетически закрепился определенный, отличный от приезжих уровень метаболизма. Энергетические процессы у них более интенсивны. Механизмы теплообмена имеют ряд особенностей. Чувствительность холодовых рецепторов снижена. Перераспределение кровотока между поверхностными и глубокими кровеносными сосудами тела, и особенно конечностей, ограничивает теплопотерю через кожные покровы и способствует стабилизации температурного режима ядра туловища. Увеличение теплопродукции и изменения в системе теплоотдачи на клеточном и системном уровнях эффективно обеспечивают температурный гомеостаз аборигенов Севера. Основной обмен у них повышен. Определяющее влияние на характер обмена веществ у коренных жителей высоких широт оказывает питание. Питание является одним из ведущих факторов метаболизма, адаптации человека к условиям Арктики и Антарктики. Жизнедеятельность организма при низких температурах требует высокого энергообеспечения. В связи с этим возрастает роль диеты, богатой жирами и белками. Энергетическая роль углеводов при этом снижена. Существенное значение в питании приобретают витамины А и Е, участвующие в жировом обмене.

Существование в экстремальных условиях Севера формирует полярный метаболический тип. Он характеризуется сложными изменениями всех видов обмена веществ. При этом ведущую роль играет переключение энергетического обмена с углеводного типа на жировой.

Увеличение доли жиров в пищевом рационе, повышенная способность к их окислению за счет гиперфункции щитовидной железы и надпочечников приводит к повышению липидного обмена. Усиление метаболических процессов ведет к интенсификации деятельности кислородтранспортной системы аборигенов Севера. Они обладают большей вентиляционной способностью легких. Коэффициент использования кислорода повышен. Высока скорость кроветворения, увеличено содержание гемоглобина в крови.

Повышенная гамма-глобулиновая фракция сыворотки обусловливает улучшение иммунных свойств организма.

Люди, обладающие специфическими признаками тела, уменьшающими теплоотдачу, обладающие интенсивными энергетическими процессами, имеют в условиях арктического климата преимущества перед теми, кто не отличается этими качествами. Однако цена приспособления аборигенов к жизни в условиях Севера достаточно высока. Задерживается период полового созревания. Велик процент бесплодия женщин и преждевременных родов. Часто встречаются патологии.

5. Адаптация человека к условиям аридной зоны. Более 1 млрд людей живут в зонах с жарким климатом, где большую часть года эффективная температура (с учетом интенсивной инсоляции) превышает верхнюю критическую температуру комфорта для человека 29°С. С этим пространством совпадает область жарких пустынь и аридного климата, где температура воздуха летом поддерживается в среднем не ниже 30°С, а количество осадков не превышает 30 мм в год, хотя может быть и меньше 10 мм. Площадь таких пустынь составляет около 22% всей поверхности суши. Самые крупные из них – это Сахара, Калахари и Намиб в Африке, Аравийская пустыня, Такла-Макан, Гоби, Кара-кум в Азии, пустыни Центральной Австралии.

Для всех этих областей характерны высокие температуры воздуха и почвы (соответственно до 58°С в тени и до 136°С на солнце – абсолютный максимум, Ливия), малая относительная влажность воздуха, сухая почва и высокая солнечная прямая и отраженная радиация. Эти факторы при отсутствии воды делают условия существования в пустыни несовместимыми с жизнью растений, животных и человека. Тем не менее, в процессе эволюции в пустыне возникли особые формы растений и животных, и именно аридные области Ближнего Востока явились очагами древнейшей культуры человека.

Основным механизмом, поддерживающим тепловой баланс человека в пустыне, является испарение, осуществляемое путем прямой транспирации кожи, отдачей воды с дыханием и потоотделением. Эти функции определяют характер соответствующих физиологических изменений в организме.

Борясь с перегревом, человек теряет значительное количество воды с потом. Это ведет не только к обезвоживанию тканей, но и к их обессоливанию. В результате нарушается водно-солевой обмен, что создает реальную угрозу для организма. Ухудшается деятельность сердца и кровообращение. Ослабевают защитные силы организма. Тормозится секреторная деятельность желудочно-кишечного тракта. Нарушается углеводный и белковый обмен. Угнетаются функции центральной и периферической нервной системы.

«Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснишь нашими чувствами. С тобой возвращаются к нам силы, с которыми мы уже простились. По твоей милости в нас вновь начинают бурлить высохшие родники нашего сердца. Ты самое большое богатство на свете» – так воспел воду Антуан де Сент-Экзюпери.

Критерием переносимости тепловой нагрузки служит температура тела. Критической температурой для организма человека считают 38,4 – 38,9°С.

При температуре воздуха +33°С поддержание теплового баланса у человека осуществляется фактически лишь испарением пота. Роль пота в охлаждении организма велика, поскольку вода обладает большой скрытой теплотой испарения. Каждый испарившийся грамм воды уносит 580 кал тепла. Организм человека содержит от двух до пяти миллионов потовых желез. При возрастании тепловой нагрузки в работу включаются все новые и новые группы желез, усиливается их активность. Однако по мере траты запасов жидкости в организме потоотделение замедляется.

Изучение структуры дегидратации показало, что при потере массы тела при потоотделении от 4,0 до 4,5% обезвоживание происходит за счет внесосудистой, экстрацелюллярной жидкости; при дефиците от 4,5 до 6,0% – сокращается объем циркулирующей плазмы. В дальнейшем при потере массы тела до 8,0 – 10,0% уменьшается количество внутриклеточной воды. Адаптации человека к обезвоживанию не выявлено. Сигналом того, что организм нуждается в воде, является чувство жажды.

Патологические реакции. К патологическим реакциям организма в аридной зоне можно отнести солнечный удар, тепловой удар и пустынную болезнь.

Солнечный удар – внезапно наступающее состояние, зависящее от глубокого перегревания непокрытой головы. В легких случаях наступает общая слабость, покраснение лица, головокружение, потемнение в глазах, обморочное состояние; возможны головная боль, тошнота, рвота, понос. Частота пульса и дыхания может оставаться без резких изменений, иногда отмечается небольшое повышение температуры тела. При охлаждении больного или прекращении перегревания болезненное состояние обычно заканчивается относительно быстрым выздоровлением. В тяжелых случаях возможны резкое нервное возбуждение, галлюцинации, бред, судороги эпилептоидного типа, одышка, учащение пульса, повышение, а затем падение артериального давления, коллапс, отек мозга и его оболочек, точечные кровоизлияния.

Тепловой удар – быстроразвивающееся состояние с той же симптоматикой, что и солнечный удар, но с более выраженными общими явлениями нарушения теплорегуляции и ослабления сердечно-сосудистой деятельности. Возможно повышение температуры тела до 40 – 41°С и выше. Кожа бледная, сухая, тоны сердца глухие, пульс замедлен или учащен на 10 – 120 уд./мин. В отдельных случаях гипертермия развивается через некоторое время после воздействия или принимает затяжное, хроническое течение. Перегревание средней и тяжелой степени обычно сопровождается последействием. Повторяющиеся и длительные влияния перегревающих факторов способны вызвать невротические реакции, ваготонию, диэнцефальные кризы, гипотонию, миокардиодистрофию, нарушение функций желудка, почек, менструального цикла и пр.

Пустынная болезнь – собирательное понятие, включающее нервно-психическое напряжение, состояние тоски и страха перед опасностью, реакцию стресса и, самое главное, сочетание перегревания с обезвоживанием организма. В этих случаях симптомы перегревания дополняются или начинаются с синдрома дегидротационного истощения. В этом случае, кроме жажды и сухости во рту, появляются чувство недомогания, беспокойство или сонливость, желание сесть или лечь, мышечное утомление, повышение температуры тела, учащение пульса, покалывание в мышцах конечностей, одышка, потеря аппетита. В случаях небольшого перегревания теплорегуляция сохраняется. После приема жидкости у здоровых людей наступает восстановление водного обмена через 6 – 12 ч. В случаях значительного солнечно-теплового перегревания процесс восстановления затягивается.

Морфофизиологические особенности коренного населения аридной зоны. Коренное население аридной зоны, несмотря на разную расовую принадлежность, характеризуется комплексом общих морфологических и физиологических черт, способствующих облегчению процессов теплообмена.

К типичным морфологическим особенностям можно отнести большой процент астенического типа телосложения, возросшую относительную поверхность тела, увеличенные размеры скелета, уплощенную грудную клетку, сравнительно слабое развитие подкожного жирового слоя и мускулатуры, низкий уровень минерализации скелета.

Из физиологических признаков обращают на себя внимание понижение метаболической активности и увеличение удельной поверхности испаряемости. Отмечено повышение содержания гемоглобина, снижение артериального давления, увеличение пульса и частоты дыхания, понижение окислительных процессов.

Более эффективная сосудодвигательная нервная регуляция потери тепла в условиях резких температурных колебаний в течение суток также считается приспособительной чертой аборигенов.

6. Адаптация человека к условиям высокогорья. С эволюционной точки зрения человек является типичным равнинным организмом. Подавляющее большинство людей на Земле (92%) живет на высотах менее 1000 м над уровнем моря. Еще около 7% обитают на высотах от 1000 м до 2500 м. именно с уровня 2500 м люди в большинстве своем начинают испытывать воздействие высоты, и именно эта высота принята за границу высокогорья.

Здесь, на высотах более 2500 м, живут в настоящее время от 40 до 50 млн человек, т.е. меньше 1% населения Земли. Большая их часть – это жители огромной горной страны в центре Азии, включающей плоскогорья Тибета и горные долины Гималаев, Куньлуня, Каракорума, Гиндукуша, Памира и Тянь-Шаня. Значительно меньше людей живет на высокогорье Южноамериканских Анд, протянувшегося от Колумбии на севере через Эквадор, Перу и Боливию до центрального Чили. Изучены также высокогорные популяции северной Эфиопии.

Постоянные поселения в Гималаях (Непал) встречаются до высоты 4500 м, в Андах (Перу) – до 4800 м, в горах Сымен (Эфиопия) – до 3800 м. Хотя в этих странах существуют различные особенности хозяйственного уклада и культуры людей, их объединяют важные общие черты природной обстановки и экологической физиологии. Кроме постоянных жителей, в горах в течение различных сроков оказываются исследователи, работники горных станций, спортсмены, пастухи, воинские контингенты.

В горах человек подвергается воздействию комплекса факторов. По мере поднятия на высоту атмосферное давление, температура воздуха и влажность убывают, космическая, световая, ультрафиолетовая и инфракрасная радиация возрастают. Однако определяющим для человеческого организма фактором является пониженное парциальное давление кислорода (рО₂), обусловленное падением атмосферного давления. «Из веществ, необходимых для сохранения жизни и деятельности, пожалуй, наиболее важным является кислород», - писал Дж. Баркрофт.

Высотный порог, вызывающий соответствующие сдвиги в организме человека, варьирует в зависимости от климато-метеоро-логических условий разных горных систем. Кроме того, он зависит от индивидуальных особенностей, пола и возраста людей, их физического и психического состояния, уровня тренированности, наличия «высотного опыта».

По мере подъема на высоту сначала у человека появляются сдвиги физиологических функций различных систем организма, направленные на приспособление – адаптацию. Однако выше люди начинают жаловаться на болезненные проявления, такие как головная боль, головокружение, тошнота, рвота, диспепсические явления, приступы удушья и т. п. Могут возникнуть осложнения: отек легких и отек мозга. Этот симптомокомплекс получил название «горная болезнь». При дальнейшем наборе высоты компенсационные механизмы перестают функционировать и может наступить летальный исход.

Состояние кислородного голодания, которое возникает у человека в горах, называется гипоксической гипоксией. Выделяют две ее формы: острую и хроническую. Острая гипоксия появляется при относительно коротком воздействии недостатка кислорода, исчисляемом секундами, минутами или часами (быстрый подъем на высоту 4000 – 5000 м и более, вдыхание газовых смесей, содержащих 12,0 – 10,5% О₂ и менее). Хроническая гипоксия развивается, когда человек находится в условиях дефицита О₂ более длительное время (дни, недели, месяцы, годы). В хронической гипоксии принято выделять острый период («аварийную» стадию) и период относительной стабилизации функций.

Адаптивные реакции людей, попавших в горные условия, затрагивают регулирующие системы организма. Это, в свою очередь, активизирует функции кислородтранспортных систем (дыхание, кровообращение, кровь) и мобилизует энергетические ресурсы организма.

Морфофункциональные особенности коренных жителей высокогорья. В процессе длительной адаптации к недостатку кислорода организм коренных жителей высокогорья приспособился энергетически более экономно осуществлять газообмен. Равномерность альвеолярной вентиляции всех долей легкого, оптимальные режимы вентиляционно-перфузионных отношений и высокие диффузионные способности альвеол позволяют аборигену гор менее интенсивно вентилировать легкие. Большая кислородная емкость крови и высокое сродство гемоглобина к кислороду создают условия для умеренной активности сердечно-сосудистой системы.

Кратковременная высокогорная адаптация сопровождается рядом адаптивных изменений со стороны крови. Прежде всего, происходит ее перераспределение в организме – мобилизация из депо (селезенки, печени и т. п.) и поступление в жизненно важные органы – мозг и сердце. Вместе с тем повышается дыхательная поверхность крови. К такого рода реакциям относятся прежде всего увеличение количества гемоглобина и эритроцитов, стимуляция красного кроветворения в костном мозге. Усиление красного кроветворения обеспечивается повышенным образованием основных стимуляторов эритропоэза. В условиях хронической гипоксии одной из основных адаптивных реакций организма, способствующих увеличению транспорта О₂ к тканям, является повышение кислородной емкости крови (адекватное величине гипоксического воздействия).

При длительной адаптации людей в условиях высокогорья количество эритроцитов и гемоглобина заметно превышает равнинные нормы. Характер этих изменений зависит от высоты, сроков адаптации. Он неодинаков в различных высокогорных районах.

Необходимый запрос организма по кислороду удовлетворяется за счет лучшей утилизации О₂ в тканях благодаря более эффективной организации биофизических механизмов клеточного метаболизма.

Из морфологических характеристик у коренных жителей гор указывают на обусловленное повышенным основным обменом более массивное телосложение. Крупная грудная клетка сочетается с более высокой жизненной емкостью легких. Относительное увеличение длинных костей скелета связывают с гипертрофией костного мозга, которая соотносится с повышенным эритропоэзом.

Для большинства высокогорных популяций характерно замедление ростовых процессов и сроков полового созревания.

Перечисленный комплекс наследственно закрепленных морфо-функциональных черт определяют как высокогорный адаптивный тип, сформировавшийся в результате приспособления поколений людей к основному внешнему фактору – гипоксии.

7. Экологическая изменчивость в городских популяциях. Акселерация. Городское население складывается на протяжении длительного времени с неоднократными миграционными потоками из инородной среды. Связанные с этим процессы смешения, меняющие генофонд и вызывающие явление гетерозиса, не могут не отразиться на изменении физического облика населения. Более того, в формировании городского населения принимают участие заведомо разноэтничные компоненты, сложившиеся в различных экологических условиях и, следовательно, обладающие различными приспособительными возможностями.

Экологические факторы, воздействующие на городскую популяцию, имеют в основном антропогенный характер, и уже само это обстоятельство предполагает иные ответные биологические реакции популяций, чем в условиях среды, приспособление к которой осуществлялось в течение длительной истории популяции.

Широко известны неблагоприятные воздействия такого фактора, как повышенная загрязненность атмосферы города отходами производства, приводящая к ослаблению физического развития детей в зоне влияния загрязнения, а нередко и к врожденным порокам развития. Об этом достаточно убедительно свидетельствуют антропологические и генетические исследования. Широко известны и материалы американской службы здоровья, указывающие на связь высокой плотности населения с повышенной частотой заболеваний сердечно-сосудистой системы.

В то же время наблюдения антропологов убеждают нас в том, что экологическая ситуация города вызывает и такие изменения в морфо-физиологическом статусе городских популяций, которые трудно рассматривать как отклонение от нормы.

Исследования городских и сельских детей в различных регионах бывшего Советского Союза показали, что в большинстве групп сельское население отстает от городского по уровню физического развития и полового созревания.

Следует отметить также, что столь широко наблюдаемое в недавнее время явление акселерации, то есть ускорение процесса роста и развития, впервые обнаруженное при изучении городских детей. Поскольку акселерация – панойкуменный, то есть охватывающий все регионы мира, процесс, то, естественно, он проявляется и в сельских популяциях, но там он происходит значительно более медленными темпами, чем в условиях города.

Акселерация выражается в ускорении физического, полового и психического развития. Однако остается неясным, следует ли рассматривать акселерацию только как положительное явление. Последствия такой вспышки процессов роста и развития вряд ли могут быть исчислимы сроками жизни одного – двух поколений. Пока не ясно, как отразится этот процесс на репродуктивной способности, психических и социально-психологических свойствах личности, на характере приспособления к изменяющимся условиям среды. Причины акселерации не ясны. Наиболее распространено мнение о том, что она обусловлена специфическим воздействием факторов городской жизни, таких как повышенная калорийность питания, снижение физических нагрузок, усиление психо-эмоционального напряжения.

Согласно одному из объяснений, акселерация вызывается гетерозисом, в основе которого лежит расширение круга брачных связей вследствие усиления миграционных процессов. Некоторые исследователи склонны объяснять акселерацию действием своеобразного «отбора», в результате которого из сельской местности в город попадают люди, отличающиеся более высоким физическим и более высоким умственным развитием. Возможно и иное объяснение, согласно которому акселерация представляет микроэволюционный процесс, происходящий в современном человечестве.

Вряд ли стоит противопоставлять друг другу факторы, вызывающие акселерацию. Скорее всего, такое мощное явление может быть вызвано их совокупным действием. Судя по данным последних лет, во многих странах наблюдается затухание акселерации и стабилизация ростовых процессов.

Так, в нашей стране наивысший пик акселерации отмечался в середине 70-х гг. прошлого столетия, затем (в 80-е гг.) наметилась отчетливая тенденция к стабилизации процесса ускорения роста и развития (стагнация) и постепенная смена в отдельных регионах РФ и крупных промышленных городах децелерацией. Специалисты НИИ гигиены и охраны здоровья детей и подростков РАМН подтвердили, что в начале 90-х годов ХХ века завершились процессы акселерации у московских школьников, а по некоторым признакам они даже начали отставать от своих ровесников тридцатилетней давности.

Физическое развитие современных детей характеризуется следующими особенностями: грациализацией телосложения (уменьшением широты и обхватов размера тела); дефицитом массы тела, снижением показателей роста; отставанием биологического возраста от календарного.

Отмеченное замедление ростовых процессов, уменьшение размеров тела, замедление физиологического созревания детей могут рассматриваться как ответная реакция детского организма на ухудшение условий жизни и экологическое неблагополучие.

Существует еще одна особенность городского населения по сравнению с сельским – высокая профессиональная дифференциация, которая откладывает отпечаток на строение тела и, по-видимому, на функции организма. Тип профессии оказывает влияние на телосложение. Например, высокие физические нагрузки способствуют увеличению костной и мускульной массы тела, сидячие профессии вызывают повышение жироотложения или уплощение грудной клетки, меняют осанку человека. Эти связи устанавливаются на фоне высокой степени наследуемости типа телосложения.

В современных городах наблюдается замедленный естественный прирост населения, увеличение численности городов осуществляется, в основном за счет прилива населения из сельской местности.

Достаточно показательна и динамика смертности городского населения. Так, например, смертность в европейских городах в XIX в. Значительно превышала смертность в сельской местности, для большинства городов XX в., напротив, характерно снижение ее. В то же время высказывается мнение, что в некоторых европейских странах после 2000 года смертность несколько повысится за счет дальнейшего увеличения в демографической структуре городского населения удельного веса пожилых возрастов.

Все эти данные указывают на то, что и в городских популяциях идут процессы адаптации, хотя и вызываются антропогенными причинами.

Исследования генетических процессов в городском населении обнаруживают различия в приспособленности носителей разных групп крови к тем или иным заболеваниям, у них различна способность к воспроизводству, различен уровень патологии у новорожденных. Эти факты свидетельствуют о том, что и в городских популяциях действуют факторы отбора, а, следовательно, идут адаптивные процессы, которые могут отразиться на разных морфологических и физиологических признаках.

Общим выводом из всего сказанного по поводу биологии городского населения может быть следующий: город – экологическая ниша с экстремальным воздействием на организм человека.