слабые факторы в адаптации

Д.А.Бирюков
акад.РАМН
(рук. 1950-1969)

Н.Н.Василевский
чл.-корр.РАМН
(рук. 1969-1996)

Д.А.Бирюков определил разработку многолетней перспективы и широкого плана работ, посвященных изучению механизмов влияния на организм человека экстремальных факторов. Интенсивное развитие техники, проникновение человека в различные земные и космические сферы побудили Д.А.Бирюкова подчеркнуть актуальность проблемы экологической физиологии человека.

С 1966 г. в советских антарктических экспедициях были начаты комплексные медико-физиологические исследования влияния комплекса полярных факторов риска. В ходе многочисленных экспедиций была изучена динамика адаптационного процесса у полярников с учетом индивидуальных различий в работоспособности, психологической устойчивости и совместимости по критериям адаптивности нервных и вегетативных процессов, что имело и имеет важное теоретическое и практическое значение для клинической медицины, физиологии труда и спорта, профотбора и прогноза состояния.

Д.А.Бирюков одним из первых в стране признал необходимым изучать информационные аспекты взаимодействия организма и внешней среды – глобальная информатизация общества как новый экологический фактор риска поставила совершенно новые задачи перед наукой. Одним из направлений исследований являлось и является изучение и моделирование механизмов переработки информации и процессов саморегуляции, внутрисистемных и межсистемных взаимоотношений, лежащих в основе индивидуальной адаптации и устойчивости человека к экстремальным условиям внешней среды и профессиональной деятельности человека в информационно насыщенных системах управления; разрабатываются математические методы и технические средства (аппаратно-программные комплексы), направленные на оптимизацию функциональных состояний и повышение качества деятельности человека-оператора в различных профессиональных сферах. Исследования развивались и в направлении анализа нейрофизиологических процессов в условиях управляемых воздействий – “управляемый эксперимент” конца 60-х, начала 70-х годов (прообраз биотехнических систем). Именно в те годы были сформулированы основные теоретические положения для последующих исследований в области адаптивной саморегуляции функций человека в биотехнических системах, начало формироваться новое научное направление – функциональное биоуправление с обратной связью, которое к настоящему времени вышло далеко за пределы Санкт-Петербурга.

Благодаря инициированным Д.А.Бирюковым работам внесен существенный вклад в понимание биологических механизмов действия электромагнитных полей. Экспериментальные доказательства получил факт зависимости биоэффектов облучения от индивидуально-типологических свойств биообъектов. Их чувствительность к неионизирующей радиации неодинакова. Индивидуальные эколого-физиологические особенности особенно четко проявлялись при действии электромагнитных колебаний сверхвысокочастотного и светового диапазонов, определяющих циркадную организацию поведения организма. Были выдвинуты идеи индивидуальной радиочувствительности человека и принципиальной беспороговости действия слабых факторов внешней среды.

Значительная часть исследований была посвящена изучению механизмов адаптивной пластичности нервных процессов, восприятия экологически адекватных сигналов, организации адаптационных процессов при одновременном действии комплекса экстремальных факторов. Совокупность данных, раскрывающих механизмы адаптивной регуляции восприятия адекватных сигналов, позволила развить представления о ведущей роли композиционных (компонентно-комбинаторных) процессов в управлении памятью и адаптацией. Разработки этих моделей на долгие годы определили тематику прикладных исследований в интересах инженерной психологии и эргономики.

Начатые Д.А.Бирюковым и продолженные его учениками исследования роли слабых экологических факторов в развитии различных функциональных состояний показали информационно-энергетический характер их действия и необходимость учета множества условий – региональных, возрастных, половых, социально-производственных, сопутствующей патологии, генетического “груза” и т.д.

Действие факторов малой интенсивности вызывает развитие неспецифической адаптационной реакции. Если при этом снижаются функциональные возможности организма, то эти слабые влияния также рассматриваются как факторы риска, приводящие к дизадаптации или другим доклиническим состояниям. Биологическая эффективность факторов риска переменна, зависит от текущего функционального состояния, резервов, уровня адаптационных возможностей и патологии, на фоне которой развертывается их действие. Факторы риска и организм человека образуют нелинейную динамическую систему, отражающую сложные и разнообразные их взаимодействия, на ход которых оказывают влияние адаптация, неспецифические и специфические адаптационно-защитные реакции.

Борьба с отрицательными последствиями слабых факторов наиболее успешна только на самых ранних этапах их действия, поскольку по мере углубления дизадаптационных расстройств цена адаптации и здоровья растет, увеличиваются темпы роста заболеваемости, частота и тяжесть хронической патологии. Принято рассматривать различные степени опасности вредных факторов: слабые и сильные; пороговые и беспороговые; разрушающие, повреждающие, сильные, слабые и недействующие; и другие классификации. Слабые факторы широко распространены и разнообразны. До последнего времени не утихают дискуссии в отношении наличия и определения их пороговых величин. Понятие порога – основа гигиенического законодательства. Однако предельно допустимые уровни (ПДУ) не могут рассматриваться как надежные гарантии благополучия среды и человека, поскольку наука постоянно выявляет ранее неизвестные биоэффекты подпороговых значений. Поэтому в перспективе ПДУ могут представить собой многофакторные функции множества переменных, включающие текущий уровень здоровья и необходимые финансовые издержки, а гигиеническое нормирование экологических факторов риска превратится в систему управления.

Установлено, что устойчивость организма к экологически значимым факторам обусловлена свойствами адаптивной пластичности (адаптивности) нервной системы и ее биоритмологическими характеристиками. Для выяснения характера взаимоотношений между компонентами ЭЭГ (пересечения нулевой линии) был использован один из методов теории конечных цепей Маркова, используемый для изучения структурных свойств систем при последовательном взаимодействии их элементов (рис.1, 2, 3).

Рис. 1

Вероятностные ориентированные графы взаимодействия альфа-волн поддиапазонов 8, 9, 10.5 и 12 Гц в 8-ми симметричных отведениях ЭЭГ в исходном состоянии - до начала цикла кардиотренинга. Цифры в вершинах графов - вероятности появления альфа-волн указанных поддиапазонов в соответствующих отведениях. Толщина направленных ребер графа пропорциональна интенсивности взаимодействия между альфа-волнами. Отсутствие явно выраженного паттерна взаимодействия альфа-волн разных частотных поддиапазонов.

Рис. 2

Вероятностные ориентированные графы взаимодействия альфа-волн поддиапазонов 8, 9, 10.5 и 12 Гц в 8-ми симметричных отведениях ЭЭГ после завершения цикла кардиотренинга. Паттерн взаимодействия альфа-волн обусловлен альфа-ритмом диапазона 10.5 Гц, который является одним из межсистемных ритмов кардиореспираторной синхронизации.

рис.3

Рис. 3 Вероятностные ориентированные графы пространственного взаимодействия волн всех диапазонов (ЭЭГ), альфа- и бета-волн в исходном состоянии до начала цикла кардиотренинга (слева) и после его завершения (справа). Величина штрихованных секторов пропорциональна вероятности появления бета-, альфа-, тета- и дельта-волн (от вертикали - по часовой стрелке), цифры в вершинах графов соответствуют вероятностям появления альфа- и бета-волн в соответствующих зонах коры больших полушарий. МБ - межполушарный баланс.
Слева: В исходном состоянии величины МБ отрицательны, что указывает на низкий резерв адаптации. Плотность связей не выявляет преимущества одного из полушарий.
Справа: После окончания кардиотренинга значения МБ положительны - свидетельство повышения резервов адаптации. В пространственном взаимодействии зон мозга ведущая роль принадлежит правому полушарию.

Исследования больших контингентов показали, что испытуемые могут быть разделены три группы адаптивности основных нервных процессов

высокопластичные
среднепластичные
низкопластичные.

Такая классификация была подтверждена при изучении реакций головного мозга на электромагнитные, химические, климатогеографические факторы, при напряженной операторской и иной профессиональной деятельности.

Уровень адаптивной пластичности определяется наличием в организме адаптогенных биоритмов. Высокий уровень развития ритмической физиологической активности соответствует высокой вероятности протекания адаптационного процесса. Низкая пластичность предопределяет функционирование систем организма на пределе физиологических возможностей, результатом чего является подавление циклического взаимодействия структур головного мозга и другие функциональные расстройства. Эти неспецифические феномены лежат в основе субклинической патологии. Интенсивность взаимодействия биоэлектрической активности структур правого полушария снижается при увеличении времени контакта с неблагоприятными экологическими факторами и сопровождается снижением функциональных резервов мозга.

В настоящее время процедура определения индивидуально-типологических качеств испытуемого (принадлежность к той или иной группе) и текущее значение функционального резерва мозга является обязательной для каждого испытуемого. Фрагмент метода определения функционального резерва мозга запатентован.

Дмитрий Андреевич Бирюков вошел в историю отечественной физиологической науки как создатель нового оригинального направления – экологической физиологии нервной деятельности. Являясь выдающимся исследователем важнейших вопросов эволюционной физиологии, он стал также одним из основоположников экологической физиологии человека. Его пророческие слова: “Современность выдвигает новые проблемы, связанные с урбанизацией человека,…влиянием на организм новых видов энергии (ядерных и радио излучений, ультразвука и др.), что требует переосмысления понятия функций организма не вообще, а с учетом качества, времени, места и обстоятельств действия среды”, – почти дословно повторяются в учебных руководствах по экологической физиологии.