prosdo.ru
добавить свой файл
1
1 Предмет и задачи экологической физиологии

Для определения предмета и задач экологической физиологии человека необходимо исходить из принципиальных различий между физиологией человека и физиологией животных. Ранее уже было показано, что особенность функционирования организма человека состоит в социальной обусловленности всей его деятельности. Вместе с тем чрезвычайно важно, что физиологические функции организма и их изменения, вызванные ранее, например, влиянием климата, у современного человека остаются наследственными. Вывезенные несколько веков тому назад из Африки в Северную Америку негры остаются чернокожими, а переселившиеся на юг Африки европейцы сохраняют свои черты. Генетическая программа, сформировавшаяся в биологической эволюции предшественников человека, остается без заметных изменений, и прогрессивное развитие человечества осуществляется при помощи все большего овладения энергетическими и материальными ресурсами природы. В то же время эволюция животных происходит путем изменения генетических программ в результате закрепления наследственностью новых полезных признаков строения и функций организма, выделенных естественным отбором. Таким образом, физиология человека отличается от физиологии животных прежде всего социальной обусловленностью всех функций его организма, выраженной в тем большой степени, чем ближе данная функция к уровню сознательной деятельности. Однако это не означает, что на физиологические процессы в организме человека перестали действовать природные факторы, в частности, климатогеографические, сезонные и погодные. Эти влияния могут достигать чрезвычайной степени в условиях Край него Севера и тропиков, высочайших гор и морских глубин. «Температура и влажность окружающего воздуха, степень разреженности его у высокогорных жителей, преимущественный характер мясного питания у северян и вегетарианского у южан и многое другое — псе это является, конечно, экологическими факторами для человека, и нет оснований отмежевываться, оставлять без изучения роль этих моментов в жизнедеятельности человека»,—справедливо замечает Д. Л. Бирюков (1958). Кроме природных факторов, большая часть которых


испытывает антропогенное влияние, человек подвергается мощному воздействию факторов «второй природы», созданной его производственной деятельностью. Особенно сильное влияние на организм человека оказывают факторы профессиональной специализации, урбанизации и загрязнения окружающей среды.Современный человек в условиях научно-технического прогресса и глубоких преобразований окружающей среды непрерывно

испытывает их мощное воздействие на свой организм. Комплекс этих воздействий приводит к состоянию, которое получило название антропоэкологического напряжения (В. П. Казначеев, 1982). При этом происходит мобилизация основных регуляторных систем организма, а если наступает их обратимое истощение, то возникает состояние антропоэкологического утомления. Свои специфические особенности имеет антропозкологическое напряжение и утомленно применительно к популяции.Были выделены следующие виды антропоэкологического напряжения: социально-психологическое, миграционное, производственное, социально-бытовое, климатогеографическое, ипфекционно-иммупологическое, медикаментозное и медикаментозно иммунологическое, генетическое и репродуктивное, особые формы напряжений. Исследование этих состояний, особенно на уровне популяций с учетом социально-экономических и производственно-бытовых факторов, может послужить основой для понимания

происхождения возникающих на этой почве заболеваний и разработки рациональных мер их профилактики.

Возникающие при этом «изменения природных и социальных условий носят порою столь напряженный, чрезмерный характер, что их можно расценить как испытания пределов духовных и физиологических возможностей человека, его сознания, интеллекта и моральноволевых качеств» (Н. А. Агаджанян, 1987). При воздействии факторов среды разной интенсивности и длительности, с одной стороны, и свойств организма человека, его реактивности и выносливости, с другой стороны, а также учитывая окружающую обстановку, его организм может воспользоваться разными способами и употребить различные средства, чтобы приспособиться к жизни в новых условиях. В зависимости от сочетания всех этих обстоятельств складывается стратегия адаптации.

етоды изучения физиологических функций

Методы физиологического исследования

В основе физиологии лежат факты, полученные в ходе эксперимента.

Существуют два метода исследования:

наблюдение; 

опыт. 

Наблюдение за различными проявлениями и нарушениями, которые возникают при заболеваниях и травмах у животных и человека.

Выделяют два вида опыта:

острый (вивисекция или живосечение) проводится операция на животных и изучается работа иссеченного органа. Он позволяет определить механизм работы органа. Недостатки: проводится на наркотизированном животном; связан с тяжелой травмой и, как следствие, травматическим шоком и большой кровопотерей. 

хронический - предложен Павловым - после проведенной операции животное выживает, в дальнейшем - наблюдение за жизнью животного. Изучается функция органа в течение длительного времени, изменение функции под влиянием различных условий, влияние нервной и гуморальной регуляции на функции организма. 

3Методы эколого-физиологических исследований. Приемы и методы эколого–физиологических исследований в природе и эксперименте.

Несмотря на то, что жизнь современного человека в значительной мере ограждена от воздействия крайних и неблагоприятных природных факторов, проблема его адаптации в разных климатических условиях стоит очень остро. Если для дикой фауны распространение и численность животных определяется экологическими факторами, с одной стороны, и адекватностью реакций организма на эти факторы — с другой, то человек благодаря своей деятельности населяет территории, не только совместимые с его жизнью, но и несовместимые. Завоевание Арктики и Антарктиды, космические полеты — все это многочисленные примеры нормального существования человека в экстремальных условиях среды, никак не совместимой с жизнью.

Однако повседневная жизнь и трудовая деятельность человека не могут быть изолированы от влияния природных факторов среды как климатических, так и условий питания, обеспечения микроэлементами, витаминами и т. д.


Поэтому за последние десятилетия вслед за интенсивным хозяйственным освоением ранее безлюдных районов земного шара наблюдается повышенный интерес к особенностям физиологии человека в различных экологических условиях. Кроме того, природные факторы среды широко используются для профилактики и лечения различных заболеваний, и это смыкает интересы врачей-курортологов и климатологов с интересами гигиенистов при проектировании новых городов и поселений, курортного строительства и т. д.

Эколого-физиологические исследования на человеке обычно проводятся в следующих направлениях.

Наиболее распространенным приемом исследования является физиологическая характеристика аборигенного и приезжего населения данного климатического района. В этом случае целью исследования является установление «должных» показателей физиологического состояния человека в данном районе. Подобные исследования в СССР широко проводятся в условиях жаркого климата (Авазбакиева, 1958; Юнусов, 1950; Кафарова, 1967 и др.), малых, средних высот и высокогорья (Миррахимов, 1965, 1966; Сиротинин, 1950; Колчинская, 1965 и мн. др.), в условиях муссонов Дальнего Востока (Матюхин, 1965) и в других районах. Такое изучение идет обычно в условиях определения основного обмена и включает исследование сердца и сосудистой системы, легочного дыхания, картины красной и белой крови, температуры тела, температуры кожи и реакций терморегуляции, основного обмена и других функций.

Специальным аспектом таких исследований является изучение возрастных особенностей физиологии человека в данных условиях среды и жизни. Это особенно важно в связи с проблемой развития детей в условиях субарктики, жаркого климата и т. д. (Юнусов, 1947; Багдасарова, 1965; Кафарова, 1966 и мн. др.).

Большое место в исследованиях на человеке занимает изучение суточной и сезонной динамики физиологических функций. По существу, без этих знаний трудно говорить об установлении каких-либо физиологических констант. Ряд исследований посвящен проблеме переездов в широтном и долготном направлениях и применяется для экспериментального изучения сезонного ритма и вопросов акклиматизации (см. гл. IV, V, VI и VII).


Наконец, исследование физиологических изменений при переездах в новые природно-климатические условия представляет большой интерес для климатологии и курортологии.

В настоящее время разработана международная программа исследований (International Biological Programme), которая позволит сопоставить результаты физиологических исследований на человеке в различных районах земного шара.

Важной стороной исследований на человеке является и изучение патологических явлений. Данные этого раздела науки — географической патологии, также служат для установления" пределов устойчивости человека к крайним природным факторам среды.

Совершенно еще мало изученной областью является физиология труда человека в специальных природных условиях. Несмотря на большие возможности создания искусственной среды, оптимальной для работающего человека, полное выключение природных факторов, особенно таких, как температура, барометрическое давление и отчасти световой режим, в горах и в высоких и низких широтах практически невозможно. Кроме того, в этих условиях возникают и специальные формы труда, например дальние зимние переезды, плавание на судах в тропиках, строительные работы, экспедиционные работы и зимовки и т. д. Здесь обычные формы труда человека комбинируются с подчас экстремальными факторами среды, что накладывает глубокий отпечаток на протекание физиологических процессов. Отдельные формы труда всегда отражаются в картине адаптации человека к природным факторам среды.
4 Изучение поведенческих реакций. Роль телеметрии в эколого–физиологических исследованиях.

В изучении поведения отдельных видов и их популяций важное место приобретает задача выявления специфичности действия раздражителей, происхождения отдельных форм поведения в онто- и филогенезе, внутренней (эндогенной) стимуляции поведения, и наконец, процесса замещения поведенческих реакций изменениями физиологических процессов или наоборот.

Наиболее общей характеристикой поведения животного организма является распределение двигательной активности на протяжении суток — так называемая суточная периодика двигательной активности. Обычно исследование состоит в том, что все движения животного, помещенного в клетку, регистрируются на протяжении суток. Иногда регистрация усложняется путем дополнительной записи на кимографе движений, связанных с кормушкой, с выходом из гнездовой камеры и т. д. Распределение периодов активности и покоя служит важной характеристикой состояния возбуждения и торможения в центральной нервной системе, отражением воздействия внешних условий на эти отношения, выражением уже выработанного на протяжении прошлого индивидуального опыта или врожденного жизненного цикла.


Получаемые таким путем графики активности (актограммы) характеризуют распределение активности во времени, но совершенно не отражают интенсивность мышечных движений. Кроме того, до настоящего времени не разрешен окончательно вопрос о регистрации сложных форм мышечной деятельности животных, например роющей деятельности, полета, специальных двигательных актов

Телеметрия, телеизмерение (от др.-греч. τῆλε «далеко» + μέτρεω - «измеряю») - совокупность технологий, позволяющая производить удалённые измерения и сбор информации для предоставления оператору или пользователю, составная часть телемеханики.Телеметрия используется для изучения дикой природы, в частности для наблюдения за видами, находящимися под угрозой на индивидуальном уровне. Подопытные животные могут быть оснащены инструментарием, начиная от простых бирок и заканчивая камерами, пакетами GPS и передатчиками для обеспечения информацией учёных и управляющих.
Телеметрия используется в гидроакустических оценках рыбы, которые традиционно используются при мобильных обследований с лодок для оценки биомассы рыб и пространственного распределения. И наоборот есть техническое оборудование, размещаемое в стационарных местах, оно использует стационарные преобразователи для контроля прохождения рыбы. Хотя первые серьёзные попытки количественно оценить биомассу рыб были проведены в 1960-х годов, основные достижения в области оборудования и технологий произошли на плотинах гидроэлектростанций в 1980-х. Оценки прохождения рыбы проводятся 24 часа в сутки в течение года, определяется скорость прохождения рыбы, её размер, пространственное и временное распределение.

В 1970 была изобретена двухлучевая техника, позволяющая прямую оценку размера рыбы на месте её нахождения посредством сопротивления цели. Первая переносная расщеплено-лучевая гидроакустическая система была разработана HTI в 1971 и обеспечивала более аккуратные и менее вариабельные оценки сопротивления цели в виде рыбы, чем двухлучевой метод. Система также позволяла отслеживать путь рыбы на 3D, можно было проследить путь движения каждой рыбы и общую направленность движения.

Эта функция оказалась важной для оценки захваченных рыба в воде, утечки, а также для изучения мигрирующих рыб в реках. Эта функция оказалась важной для оценок перемещений рыбы в завихрениях водяного течения, также как и для изучения миграций рыб в реках. В последние 35 лет по всему миру используются десятки тысяч мобильных или стационарных аппаратов гидроакустической оценки.
5 Природные факторы среды и их влияние на организм.

Экологические факторы— элементы среды обитания, которые прямо или косвенно связаны с организмами, ее населяющими; их объединение в группы: абиотические, биотические, антропогенные факторы.
     Абиотические факторы — факторы неживой природы, среди них химические (например, состав атмосферного воздуха, пресной и соленой воды, содержание в них разнообразных примесей) и физические (температура воздуха, воды, их плотность, давление, господствующие ветры, течения, радиационный фон). Биотические факторы живой природы — животные, растения, грибы, бактерии, оказывающие своей жизнедеятельностью влияние на другие организмы и на неживую природу. Антропогенный фактор (деятельность человека) — фактор, оказывающий наиболее сильное воздействие на организмы и их среду обитания.
    
     2. Взаимосвязь организма и среды его обитания. Поглощение организмами из среды различных веществ: кислорода, углекислого газа, воды, органических и минеральных веществ. Выделение в окружающую среду организмами продуктов обмена. Отрицательное влияние недостатка какого-либо фактора среды (кислорода, воды, света, органических веществ для животных) на жизнедеятельность организмов. Зависимость численности и распределения видов и популяций от абиотических факторов. Биотические факторы как пища, среда обитания для других организмов (растительноядные животные для хищных, хозяева для паразитов). Влияние экологических факторов на размножение организмов (насекомых на опыление растений), их распространение.

    

     3. Приспособленность организмов. Формирование в процессе эволюции у организмов приспособлений к различным экологическим факторам, например к недостатку влаги, тепла, кислорода. Примеры приспособлений: покровительственная окраска и форма тела насекомых, пресмыкающихся, птиц и других животных, благодаря которым они незаметны на окружающем их фоне; восковой налет на листьях некоторых растений, их опушенность, превращение в колючки — защита от чрезмерного испарения воды; обтекаемая форма тела водных животных — приспособление к преодолению сопротивления воды при передвижении. Различные отношения между организмами: конкуренция, симбиоз, хищник — жертва, паразит — хозяин. Примеры: симбиоз ряда шляпочных грибов и деревьев, клубеньковых бактерий и бобовых растений, рака-отшельника и актинии, что приносит пользу обоим организмам; взаимоотношения типа конкуренции (хищник — жертва, паразит — хозяин) способствуют регуляции численности видов и не ведут к гибели всех жертв.
6 Влияние светового излучения на организм.

Видимое излучение — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческимглазом, которые занимают участок[1][2] спектра с длинами волн приблизительно от 380 (фиолетовый) до 780 нм (красный)[3]. Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называетсявидимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова).[4] Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёнойчасти спектра.


В спектре содержатся не все цвета, которые различает человеческий мозг. Таких оттенков, как розовый или маджента, нет в спектре видимого излучения, они образуются от смешения других цветов.

Видимое излучение также попадает в «оптическое окно», область спектра электромагнитного излучения, практически не поглощаемая земной атмосферой. Чистый воздух рассеивает голубой свет несколько сильнее, чем свет с большими длинами волн (в красную сторону спектра), поэтому полуденное небо выглядит голубым.

Многие виды животных способны видеть излучение, не видимое человеческому глазу, то есть не входящему в видимый диапазон. Например, пчёлы и многие другие насекомые видят свет в ультрафиолетовом диапазоне, что помогает им находить нектар на цветах. Растения, опыляемые насекомыми, оказываются в более выгодном положении с точки зрения продолжения рода, если они ярки именно в ультрафиолетовом спектре. Птицы также способны видеть ультрафиолетовое излучение (300—400 нм), а некоторые виды имеют даже метки на оперении для привлечения партнёра, видимые только в ультрафиолете.

7 Учение о гомеостазе – постоянстве внутренней среды организма.\

Гомеоста́з (др.-греч. ὁμοιοστάσις от ὁμοιος — одинаковый, подобный и στάσις — стояние, неподвижность)  саморегуляция, способностьоткрытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды.

Гомеостатические системы обладают следующими свойствами:


  • Нестабильность системы: тестирует, каким образом ей лучше приспособиться.

  • Стремление к равновесию: вся внутренняя, структурная и функциональная организация систем способствует сохранению баланса.

  • Непредсказуемость: результирующий эффект от определённого действия зачастую может отличаться от того, который ожидался.

Примеры гомеостаза у млекопитающих:


Важно отметить, что, хотя организм находится в равновесии, его физиологическое состояние может быть динамическим. Во многих организмах наблюдаются эндогенные изменения в форме циркадногоультрадианного и инфрадианного ритмов. Так, даже находясь в гомеостазе,температура тела, кровяное давление, частота сердечных сокращений и большинство метаболических индикаторов не всегда находятся на постоянном уровне, но изменяются в течение времени.
8 Механизмы поддержания гомеостаза.

Когда происходит изменение в переменных, наблюдаются два основных типа обратной связи, на которые реагирует система:
  1. Отрицательная обратная связь, выражающаяся в реакции, при которой система отвечает так, чтобы изменить направление изменения на противоположное. Так как обратная связь служит сохранению постоянства системы, это позволяет соблюдать гомеостаз.


    • Например, когда концентрация углекислого газа в организме человека увеличивается, лёгким приходит сигнал к увеличению их активности и выдыханию большего количество углекислого газа.

    • Терморегуляция — другой пример отрицательной обратной связи. Когда температура тела повышается (или понижается)терморецепторы в коже и гипоталамусе регистрируют изменение, вызывая сигнал из мозга. Данный сигнал, в свою очередь, вызывает ответ — понижение температуры (или повышение).

  2. Положительная обратная связь, которая выражается в усилении изменения переменной. Она оказывает дестабилизирующий эффект, поэтому не приводит к гомеостазу. Положительная обратная связь реже встречается в естественных системах, но также имеет своё применение.

Устойчивым системам необходимы комбинации из обоих типов обратной связи. Тогда как отрицательная обратная связь позволяет вернуться к гомеостатическому состоянию, положительная обратная связь используется для перехода к совершенно новому (и, вполне может быть, менее желанному) состоянию гомеостаза, — такая ситуация называется «метастабильность». Такие катастрофические изменения могут происходить, например, с увеличением питательных веществ в реках с прозрачной водой, что приводит к гомеостатическому состоянию высокойэвтрофикации (зарастание русла водорослями) и замутнению.

9 Роль нервной и эндокринной систем в развитии гомеостатических реакций.
10 Понятие адаптации. Учение о физиологических адаптациях.

11 Определение и классификация физиологических адаптаций.

12 Формы адаптации.
13 Фазы развития адаптации.
14 Стресс и общий адаптационный синдром.
15 Физиологические механизмы природных адаптаций
16 Механизмы адаптации. Механизмы неспецифической и специфической адаптационных реакций.

17 Нервные и гормональные механизмы адаптации