Презентация по биологии на тему "Адаптация человека к условиям гипоксии"

• 1 слайд

  Адаптация человека к условиям гипоксии
  РАБОТУ ВЫПОЛНИЛА:
  СТУДЕНТКА 1 КУРСА
  ИЕСЭН магистратура
  (Теоретическая и прикладная биология)
  Ханшке Анна Эдуардовна
  2015 год
  
  

• 2 слайд

  ПЛАН
  1. Основная часть (общие понятия гипоксия, классификация и т.д.)
  2. Механизм адаптации к гипоксии
  3. Системные реакции адаптации к гипоксии
  4. Состояние высшей нервной деятельности при гипоксии
  5. Состояние вегетативной нервной системе при гипоксии
  6. Реакции эндокринной системы при гипоксии
  7. Реакция системы внешнего дыхания при гипоксии
  8. Реакции сердечно-сосудистой системы при гипоксии
  9. Заключение
  10. Литература
  

• 3 слайд

  Гипоксия (hypoxia; греческий hypo- + латинское oxy[genium] кислород – кислородная недостаточность) – состояние, возникающее при недостаточном снабжении тканей организма кислородом или нарушении его использования в процессе биологического окисления.
  Причины возникновения гипоксии
  1. Низкое содержание кислорода во вдыхаемом воздухе в условиях высокогорья;
  2. Временное прекращение или ослабление легочной вентиляции при нырянии на различную глубину;
  3. Возрастание потребности в кислороде при выполнении мышечной работы.
  
  

• 4 слайд

  рекомендованная классификация на конференции по проблеме Гипоксия в Киеве (1949)
  1.Гипоксическая Гипоксия:
  а) от понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе;
  б) в результате затруднения проникновения кислорода в кровь через дыхательные пути;
  в) вследствие расстройств дыхания.
  2. Гемическая Гипоксия:
  а) анемический тип;
  б) в результате инактивации гемоглобина.
  3. Циркуляторная Гипоксия:
  а) застойная форма;
  б) ишемическая форма.
  4. Тканевая Гипоксия.
  
  

• 5 слайд

  Классификация гипоксии по Баркрофту (1925)
  
  1) аноксическая аноксия, при которой понижено парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе и содержание кислорода в артериальной крови;
  2) анехмическая аноксия, в основе которой лежит уменьшение кислородной ёмкости крови при нормальном парциальном давлении кислорода в альвеолах и его напряжении в крови;
  3) застойная аноксия, возникающая вследствие недостаточности кровообращения при нормальном содержании кислорода в артериальной крови.
  

• 6 слайд

  КЛАССИФИКАЦИЯ, ОСНОВАННАЯ НА ПРИЧИНАХ И МЕХАНИЗМАХ ЕЁ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
  Острая форма гипоксии - развивается в течение нескольких минут или десятков минут
  Хроническая форма гипоксии - продолжающуюся неделями, месяцами и годами
  Подострая форма гипоксии - развивается в течение нескольких часов или десятков часов.
  Молниеносная форма гипоксии - развивается в течение нескольких десятков секунд
  
  

• 7 слайд

  Для экологической физиологии особенно важно соответствие всех этих дополняющих морфологических и функциональных механизмов с уровнем кислородного запроса, с его изменениями в организме и отдельных его частях.
  Однако в подавляющем большинстве случаев в процессе эволюции происходит образование более или менее сложных химических систем связывания как кислорода, так и СО2. Эти химические механизмы связывания газов могут замещать как физико-химические механизмы внешнего дыхания, так и собственные механизмы дыхания (вентиляцию, смешивание или проталкивание воды и т. д.). Химические механизмы могут носить адаптивный характер и на уровне клетки.
  З. И. Барбашова (1960, 1964) предлагает схему «борьбы за кислород», которая заключается в том, что ткани, поставленные в условия ограниченного снабжения кислородом, «акклиматизируются» и оказываются способными дышать более интенсивно в бедной кислородом среде. В основе этого явления лежит, по-видимому, обогащение тканей окислительными ферментами.
  

• 8 слайд

• 9 слайд

  Системные реакции адаптации к гипоксии
  Горы создают у каждого человека массу новых ярких впечатлений и ощущений. Эстетическое восприятие альпийских лугов и неприступных скальных или снежных вершин в сочетании с гипоксической эйфорией оставляют неизгладимый след в сознании человека. Особенно сильное впечатление производят горы на людей художественного типа нервной системы.
  При подъеме на определенную высоту почти каждый человек начинает ощущать изменения своего восприятия внутреннего и внешнего мира. Появляется прилив энергии, бодрость, уверенность в себе, ощущение полноты и радости жизни. В медицине такое состояние обозначают термином «эйфория». Она может сопровождаться раскрепощенностью, дурашливостью, беспричинным смехом, желанием петь, танцевать и веселиться. Степень выраженности эйфории зависит от высоты над уровнем моря, типа нервной системы человека и его чувствительности к недостатку кислорода. Особенно ярко проявляется эйфория у детей и подростков. Состояние эйфории возникает также и при подъемах в барокамере или вдыхании газовых смесей с низким РО2. У лиц с высокой чувствительностью к гипоксии эйфория может развиваться, в горах начиная с высоты 0,8–1,0 тыс. м н.у.м. Это весьма приятное состояние. Но сопутствующая переоценка своих реальных возможностей и частичная потеря инстинкта самосохранения в горах могут стать причиной травмы или более серьезных последствий.
  Исследования высшей нервной деятельности (ВНД) лиц, находившихся на умеренных высотах (2,2 тыс. м) в Приэльбрусье, показали, что горный климат благотворно влияет на состояние высшей нервной деятельности, улучшая время реакции и способность запоминания. По мере подъема на большие высоты возбуждающее действие сменяется угнетением ВНД, замедлением простых и сложных нейромоторных реакций, ухудшением ассоциативного мышления вплоть до полной потери сознания.
  

• 10 слайд

  Состояние высшей нервной деятельности при гипоксии
  Наблюдения за поведением человека в горах или в условиях барокамеры показали, что по изменению функциональной подвижности нервных процессов можно выделить два основных варианта реакции на постепенно нарастающую гипобарическую гипоксию.
  В первом случае начало снижения парциального давления кислорода вызывает резкое увеличение подвижности нервных процессов, которое сохранялось некоторое время при нарастающей степени гипоксии, а затем сменялось резким снижением этого показателя.
  Во втором случае начальное действие гипоксии проявлялось в значительном снижении функциональной подвижности нервных процессов; при дальнейшем понижении РО2 этот показатель возвращался к исходному уровню, а затем повторно резко снижался. Степень гипоксии, при которой наступали те или иные изменения нервных процессов, сугубо индивидуальны.
  По мере снижения парциального давления кислорода изменения подвижности нервных процессов носили фазный характер, что соответствует данным по изучению влияния нарастающей степени гипоксии на биоэлектрическую активность мозга. Временное резкое увеличение функциональной подвижности нервных процессов может соответствовать фазе десинхронизации альфа-ритма, которая сопровождается усилением внимания, улучшением качества выполняемой работы и показателей условно-рефлекторной деятельности. Снижение функциональной подвижности нервных процессов может быть сопряжено с фазой полиморфных изменений, которая сопровождается ослаблением внимания, снижением умственной работоспособности.
  
  

• 11 слайд

  Состояние вегетативной нервной системе при гипоксии
  Центральная нервная система включает весьма важную часть — вегетативную нервную систему (ВНС), которая регулирует работу всех внутренних органов и систем. Она состоит из симпатического и парасимпатического отделов. Учащение ритма сокращений сердца при дыхании горным воздухом многие исследователи рассматривают как признак активации симпатических влияний на работу мио­карда. Вместе с тем при вдыхании человеком газовой смеси с содержанием кислорода около 16 % электрическая активность волокон блуждающего нерва, иннервирующих сердце, возрастает и устойчиво сохраняется на повышенном уровне. Это подтверждает участие парасимпатических отделов ВНС в реакции организма на гипоксию.
  После перемещения человека на высоту у многих лиц отмечается расширение зрачков, что свидетельствует об активации тонуса симпатического отдела ВНС. В процессе адаптации к недостатку кислорода на протяжении 3–5 суток диаметр зрачков постепенно нормализуется. Большинство исследователей придерживаются точки зрения о том, что в условиях горного климата активируются оба отдела вегетативной нервной системы с некоторым пре­обладанием симпатических влияний.
  Одним из важных показателей приспособительной реакции организма на дыхание горным воздухом или газовыми смесями с низким РО2 может служить увеличение количества эритроцитов в крови. Впервые это было показано в 1890 г. Виолем во время трехнедельной экспедиции в Перу на высоту 14 тыс. футов (4267 м н.у.м.). Сформулировано общее положение: на каждые 100 мм снижения общего атмосферного давления (или 21 мм снижения РО2, или на 2,7 % снижения содержания кислорода в газовой смеси) у практически здорового человека среднего возраста содержание гемоглобина крови повышается в среднем на 10 %.
  

• 12 слайд

  
  При подъеме в горы до 6 тыс. м н.у.м. обнаружена прямая зависимость между числом эритроцитов в периферической крови и высотой. На больших высотах эта зависимость ослабляется.
  Стимулирующее действие пониженного РО2 на активность костного мозга подтверждается появлением в крови юных, незрелых форм клеточных элементов красной крови — ретикулоцитов. У человека, проживающего на уровне моря, в 1 мм3крови обычно содержится около 50 тыс. ретикулоцитов. Для постоянных жителей высокогорных районов Перуанских Анд типичен постоянный ретикулоцитоз — до 175 тыс.
  Установлено, что реакция костного мозга активируется эритропоэтинами, вырабатываемыми юкстагломерулярными структурами почки. Показано, что в горах на высоте 3,2 тыс. м н.у.м. после кровопускания регенерация крови даже у неакклиматизированных собак происходит на 6–7 дней раньше, чем в обычных условиях обитания. Еще быстрее восстанавливается клеточный состав крови у животных, предварительно адаптированных к условиям высокогорья. В этих случаях уровень содержания в крови эритропоэтинов возрастает в 6–7 раз
  

• 13 слайд

  РЕАКЦИИ ЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ГИПОКСИИ
  Дыхание горным воздухом и умеренное снижение РО2 в крови и тканях вызывают ответную реакцию со стороны большинства желез внутренней секреции. Показано, что в условиях среднегорья возрастает активность щитовидной железы. На больших высотах над уровнем моря и при большой степени кислородной недостаточности секреторная функция щитовидной железы угнетается. Надпочечники лабораторных животных после повторных сеансов гипобарической гипоксии в барокамере увеличиваются в объеме и массе. Особенно заметно увеличение коркового слоя, секретирующего стероидные гормоны. Одновременно стимулируется и адреналовая система.
  Инсулярный аппарат поджелудочной железы в пределах саногенного уровня высот активизируется. Гипоталамическая нейросекреция возрастает. Половые железы оказываются весьма критичными по отношению к высоте, длительности пребывания и уровню РО2. У самок равнинных животных, перевезенных в условия высокогорья, масса яичников и способность к оплодотворению снижаются. У самцов в такой же ситуации ослабляется или полностью угнетается подвижность сперматозоидов, происходит атрофия тестикулярного аппарата. У мужчин длительное пребывание в условиях среднегорья сопровождается рождением от них в большем числе девочек, чем мальчиков.
  Кроме фактора высоты над уровнем моря, характер реакции эндокринной системы на гипоксию зависит от возраста. Установлено, что детородная функция женщин среднего возраста, постоянно проживающих на высоте 2100 м н.у.м., сохраняется. Однако половое созревание у девушек, проживающих на этой же высоте, наступает примерно на 2 года позже, чем у проживающих на уровне моря.
  

• 14 слайд

  РЕАКЦИИ СИСТЕМЫ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ
  Хеморецепторный аппарат каротидного гломуса и дыхательного центра одним из первых реагирует на снижение РО2 во вдыхаемом воздухе. Чем быстрее происходит это снижение, тем раньше наблюдается реакция системы внешнего дыхания. Она проявляется в увеличении частоты и/или глубины дыхания. В результате в горах при гипобарической гипоксии минутный объем дыхания возрастает по нелинейной обратной зависимости от уровня РО2. А в условиях нормобарической гипоксии — при вдыхании газовых смесей на уровне моря — практически здоровый молодой человек не ощущает разницы между 21 и 15 % О2. В то же время после подъема в горы на высоту 4200 м н.у.м. максимальный прирост МОД составляет в среднем 54 %. Из этого сравнения уместно сделать вывод, что сочетание горной гипобарии с гипоксией характеризуется аддитивным эффектом двух раздражителей рецепторного аппарата организма.
  При реальном восхождении на вершины гор физическая нагрузка лимитируется дыханием. Так, на высоте 8 тыс. м н.у.м. на каждый шаг альпинист делает 8–10 дыхательных движений (при ЧД около 50–65 в 1 мин), но даже при таком медленном движении через каждые 6–8 м пути вынужден делать остановки для отдыха. Однако до высоты 4 тыс. м н.у.м. сохраняется типичная для уровня моря зависимость между физической нагрузкой и МОД. Длительность задержки дыхания при перемещении в горные районы или предварительном дыхании газовой смесью с пониженным РО2 практически не меняется. После задержки дыхания наблюдается период гипервентиляции, так же как после гипервентиляционной пробы наблюдается период апноэ или кратковременное снижение МОД. Иными словами, однократное кратковременное воздействие гипоксического состояния сопровождается столь же кратковременным периодом системной реакции последействия.
  У летчиков в послеполетном периоде наблюдается временное уменьшение легочной вентиляции, компенсирующее гипервентиляцию высоты и частичную потерю углекислоты. Вместе с тем аборигены высокогорья в отличие от пилотов при спуске на уровень моря или меньшие высоты сохраняют гипервентиляцию легких. Это может свидетельствовать о стойком изменении чувствительности дыхательного центра к уровню после длительного пребывания в горном климате, т.е. о развитии тканевой адаптации к гипоксии, включающей биохимические и структурные изменения в клетках.
  

• 15 слайд

  РЕАКЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ
  Впервые прибывший в горы человек, как правило, ощущает учащение сердцебиения при малейшей физической нагрузке и, соответственно, ограничивает скорость ходьбы или интенсивность физической нагрузки. По степени выраженности реакции пульса на снижение РО2 можно судить об индивидуальной чувствительности организма к гипоксии, дифференцируя высокочувствительных и низкочувствительных к гипоксии лиц. С высоты 2–3 тыс. м н.у.м. начинается проявление учащения ЧСС в покое. При длительном пребывании в условиях пониженного РО2 ЧСС постепенно нормализуется. У предварительно адаптированных к высоте лиц и уроженцев гор ЧСС на умеренных высотах остается стабильной. После спуска до уровня моря ЧСС у таких лиц длительное время сохраняется на субнормальном уровне
  При быстром подъеме в горы (автомобиль, поезд) у новичков часто повышается систолическое давление при относительной стабильности диастолического давления. Такая реакция часто является предвестником горной болезни и исключает возможность дальнейшего подъема. Если на протяжении 2–3 дней давление не нормализуется, показан спуск на более низкий уровень. В то же время у здоровых людей, длительно проживающих в горах, повышения артериального давления не происходит. У летчиков среднего возраста (32 года), неоднократно подвергавшихся влиянию высоты 3–4 тыс. м н.у.м., обнаружена общая тенденция к снижению САД, что согласуется с результатами обследований аборигенов высокогорья.
  Особый интерес представляют собой многочисленные данные об увеличении количества капилляров в активно функционирующих органах. При этом речь идет не только о полном раскрытии существующих, но и об образовании новых капилляров и значительном уменьшении пути диффузии кислорода к митохондриям клетки. При длительном (2–3 недели) действии пониженного РО2 в миокарде, мозге, легком и печени количество капилляров на единице площади возрастает на 60–80 % и более.
  

• 16 слайд

  Изолированные полоски миокарда предварительно тренированных к гипоксии крыс оказываются способными длительное время сохранять сократительную способность даже в атмосфере чистого азота. Эта метаболическая адаптация достаточно длительное время сохраняется после воздействия низкого РО2 и может рассматриваться как один из важных факторов повышения работоспособности сердца в условиях ограниченной доставки кислорода.
   
  

• 17 слайд

  Заключение
  Адаптация к высотной гипоксии бывает краткосрочной или долговременной.
  Краткосрочная адаптация – это быстрый ответ организма на гипоксию как на стрессирующий фактор с целью компенсации возникающих в организме отклонений от равновесного состояния. Механизмы такого ответа в организме предсуществуют и включаются "с места" при необходимости, в данном случае при снижении содержания кислорода в артериальной крови от 80 до 50 мм рт. ст. и ниже.
  Стратегия долговременной адаптации – смещение основного поля деятельности с механизмов транспорта на механизмы утилизации кислорода, на повышение экономичности использования ресурсов, имеющихся в распоряжении организма. Это достигается в первую очередь стимуляцией биосинтетических процессов в системах транспорта, регуляции и энергообеспечения, что увеличивает их структурный потенциал и резервную мощность. В системах транспорта это разрастание сосудистой сети (ангиогенез) в легких, сердце, головном мозге, рост легочной ткани, увеличение количества эритроцитов в крови. В регуляторных системах, это, с одной стороны, увеличение активности ферментов, ответственных за синтез медиаторов и гормонов, а с другой – увеличение числа рецепторов к ним в тканях. Наконец, в системах энергообеспечения – увеличение числа митохондрий и ферментов окисления и фосфорилирования, синтез гликолитических ферментов. 
  Таким образом, процессы, направленные на увеличение обеспечения организма энергией (оптимизация транспорта кислорода и глюкозы, усиление возможностей системы гликолиза и окислительного фосфорилирования), развиваются одновременно с понижением потребности в энергии и устойчивости к пониженному содержанию кислорода. Адаптация к высокогорной гипоксии демонстрирует высшую степень интеграции процессов, протекающих на молекулярном и клеточном уровнях в рамках целостного организма высших животных и человека. 
  
  

• 18 слайд

  Спасибо, за внимание.
  

• 19 слайд

  Литература
  1. Экологическая физиология человека. Адаптация человека к экстремальным условиям среды. М.: Наука. 1979
  2. Экологическая физиология человека. Адаптация человека к различным климато-географическим условиям. М.: Наука. 1979
  3. Терморегуляция при адаптации к гипоксии. Баженов Ю. И.
  4. Общий физиологии человека и животных 2 книга Ю. И. Баженов, Ностдрашев А. Д Москва, 1991 год
  5. Молекулярные основы физиологии человека. Айзман Р. И Новосибирск ,2009год,
  6. Газета «Новости медицины и фармации» №12 от 2012 года