Lekcija_No1_Vvodnaja

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ
Лекция №1. Вводная
ПЛАН
1. Экологическая физиология как самостоятельная наука.
2. Предмет экологической физиологии и методы исследования.
3. Экстремальные факторы окружающей среды.
4. Адекватные и неадекватные условия среды.
5. Влияние на организм комбинированных факторов среды.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Экологическая физиология человека. Адаптация человека к экстремальным условиям среды. М.: Наука. 1979.
Экологическая физиология человека. Адаптация человека к различным климато-географическим условиям.
М.: Наука. 1979.
Экология человека. Е.П.Гора. М.:Дрофа.2007.
Физиология животных: приспособление и среда.
К.Шмидт-Ниельсен, М.:Мир. 1982.
Физиология человека. Под ред. Р.Шмидта. Т.3.М.:Мир.
1996.
Шошенко К.А. Избранные лекции по экологической
физиологии. - Новосибирск:НГПУ. 2010.
Географическое распределение населения
Земли по климатическим регионам
Зависимость между количеством, заболевших холерой в России
с 1823 по 1923 годы и интенсивностью деятельности Солнца
(ось ординат справа в числах Вольфа-Вольфера
Деятельность солнца (красная линия) и
рождаемость (пунктирная линия) в Европе
с 1800 по 1900 г.г. (из Чижевского, 1976)
Сезонные колебания
настроения
Предмет исследования
экологической физиологии
• Экологическая физиология, раздел
физиологии, изучающий зависимость
функций животных и человека от
условий жизни и деятельности в
различных физико-географических
зонах, в разные периоды года, суток,
фазы лунного и приливного ритмов;
раскрывает физиологические основы
приспособлений (адаптации) к
природным факторам. (А.Д.Слоним)
Предмет исследования
экологической физиологии
• При более широком взгляде на предмет
экологическую физиологию можно
определить как науку, исследующую
реакции организма на острые и
длительные воздействия факторов
среды, в том числе экстремальные и их
сложные сочетания. Это также наука,
изучающая механизмы приспособлений,
адаптаций организма к условиям среды.
Предмет исследования
экологической физиологии
• предметом экологических
исследований является не только
отдельный организм, но и
популяция. Популяция- это
сообщество особей одного
биологического вида, населяющее
одну территорию и, имеющее один
генофонд.
История развития
экологической физиологии
• …скифское племя значительно отличается от прочих людей
и похоже только само на себя … в этой стране и животные
водятся лишь очень немногие и небольшие. Это потому, что
она лежит под самым севером и у подножья Рипейских гор,
откуда дует северный ветер… Перемены погоды там не велики
и не сильны: она стоит почти одинаково и мало изменяется.
Поэтому-то и обитатели страны так похожи друг на друга:
они всегда употребляют одну и ту же пищу, носят одну и ту
же одежду летом и зимою, дышат сырым и густым воздухом,
пьют снеговую и ледяную воду и не знают усталости…
Гиппократ из Коса ("О воздухе, водах и местностях",
460-370 гг. до н.э.).
История развития
экологической физиологии
• В России работы по экологическая физиология проводятся с
30-х гг. 20 в.: эколого-физиологические исследования
терморегуляции (А. Д. Слоним, О. П. Щербакова),
• адаптации к жаркому и холодному климату (А. Ю. Юнусов, И. А.
Израэль) и горным условиям (А. Г. Гинецинский, Н. Н.
Сиротинин, М. М. Миррахимов),
• к среде с различным газовым составом (Е. М. Крепс, З. И.
Барбашёва),
• механизмов зимней спячки животных (Н. И. Калабухов).
• С 50-х гг. исследования по Экологическая физиология
расширились в связи с освоением новых территорий (Арктика,
Субарктика, пустынные и горные районы); созданы
стационары на высокогорных, пустынных и морских станциях,
лаборатории при заповедниках. Актуальным становится
изучение влияния шума, вибрации, температурных факторов
на организм человека в целом и на функции отдельных
органов (В. В. Парин, А. С. Трошин).
История развития
экологической физиологии
• С 20-х гг. 20 в. различные проблемы Экологической
физиологии (environmental physiology)
разрабатываются за рубежом:
• сравнительная физиология дыхания и мышечной
деятельности (А. Крог),
• влияние пониженного атмосферного давления на
дыхательные функции крови (Дж. Баркрофт),
• адаптация к низким температурам (К. Л. Проссер, Т.
Х. Баллок, П. Ф. Шоландер; США),
• эколого-физиологические приспособления
животных к жизни в пустыне (К. Шмидт-Нильсен;
США),
• физиология труда человека в экстремальных
условиях севера и пустыни (О. Г. Эдхолм;
Великобритания).
Основные направления исследований
экологической физиологии человека
Экологическая
физиология
человека
Адаптация человека к
экстремальным условиям
среды
Адаптация человека к
различным
климато-географическим
условиям
Экологическая физиология
и ее основные направления
Экологическая физиология
Environmental Physiology
Арктическая
физиология
Arctic
Physiology
Физиология
пустынь
Desert
Physiology
Физиология
высокогорья
Mountain
Physiology
Подводная
физиология
Diving
Physiology
Космическая
физиология
Space
Physiology
Увеличение легочной вентиляции в
условиях высокогорья
Высота в метрах
0
Увеличение лёгочной
вентиляции в % (при
одной и той же работе)
100
3000
110
4500
125
6000
144
7500
181
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Общие для физиологии
и экологии
Метод наблюдения
Специфические
Моделирование условий
внешней среды
Метод эксперимента
Математическое моделирование
Инструментальные методы
Исследования в
реальных природных
условиях
ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ
АДАПТАЦИЯ
• совокупность физиологических
особенностей, обусловливающих
уравновешивание организма с
постоянными или изменяющимися
условиями среды. (по А.Д.Слониму)
АДАПТАЦИЯ
• Приспособления, которые
выработались в организме в
процессе эволюции в ответ на
воздействия внешней среды, или
вырабатываются в процессе жизни
каждого индивидуума, называются
адаптациями.
УРОВНИ АДАПТАЦИИ
Организменный
Системный
Органный
Тканевой
Клеточный
КОМПЕНСАТОРНЫЕ
МЕХАНИЗМЫ
• первичные рефлекторные реакции
направленные на устранение или
ослабление функциональных
сдвигов в организме. (аварийное
обеспечение деятельности
организма).
АККЛИМАТИЗАЦИЯ
• Акклиматизация – процесс
приспособления организмов к
различным климатическим
условиям природной среды.
• Акклиматизация – частный случай
адаптации но он обладает
особенностями отграничивающими
его от других форм
приспособительных процессов.
Факторы внешней среды
Адекватные условия
Неадекватные условия
Адекватные условия внешней
среды соответствуют
врожденным и приобретенным
свойствам организма
Неадекватные условия внешней
среды не соответствуют
врожденным и приобретенным
свойствам организма
Закономерности взаимодействия между
организмом и окружающей средой в
различных условиях
Неадекватные условия
Адекватные
условия
Организм
адаптирован к
существованию
в адекватных
условиях в силу
длительной
эволюции и
онтогенеза
Действующие факторы
Сильные
Очень
сильные
Развивается и
полностью
завершается
адаптация
организма к
изменившимс
я условиям
среды
Достигается
только
частичная
адаптация
организма к
изменившимся
условиям
среды
Сверхсильные
Сдвиги
адаптации в
сторону
патологии
Примечание
Очень
сильные и
сверхсильные
факторы
=экстремальн
ые факторы
окружающей
среды
Влияние на организм
комбинированных факторов среды
Аддитивный
Суммарный эффект
равен сумме
эффектов отдельных
факторов
(ускорение+вибраци
я)
(вибрация + шум)
Синергический
Суммарный эффект
больше суммы
эффектов отдельных
факторов.
(ускорение +
гиподинамия)
(холод + гипоксия)
(курение +
консервированное
мясо)
(курение до 6%
гемоглобина в
карбоксигемоглобин)
(консерв. Мясо до 5,7%,
нитриты + гем =
метгемоглобин)
Антогонистический
Суммарный эффект
меньше суммы
эффектов
отдельных
факторов.
(гипоксия +
углекислота),
(гипоксия +
ионизирующая
радиация),
(вибрация и тепло)
История формирования
взаимоотношений человека и природы
История формирования
взаимоотношений человека и природы
АДАПТИВНЫЕ ТИПЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Арктический адаптивный тип (АТ)
Континентальный АТ
Тропический АТ
Аридный АТ
Высокогорный АТ
АТ умеренной зоны.
АДАПТИВНЫЙ ТИП
• Это норма биологической реакции на
комплекс условий окружающей
среды, обеспечивающий состояние
равновесия популяций с этой средой
и находящей внешнее выражение в
морфофункциональных
особенностях популяций.
АДАПТИВНЫЙ ТИП
• Если мы обобщим картину изменчивости
отдельных признаков, то увидим, что для
жителей разных экологических зон Земли
оказывается характерным совершенно
определенное сочетанием биологических
свойств:
– в одних и тех же географических условиях разные
по происхождению народы имеют одно и то же
направление приспособительных реакций;
– наоборот, в различных условиях обитания близкие
в генетическом отношении группы характеризуются
различными адаптивными чертами.
АДАПТИВНЫЕ ТИПЫ
•
Таким образом, с некоторой натяжкой, но все же
могут быть применимы и для человека
климатические правила, разработанные для оценки
географических закономерностей строения тела у
животных еще в конце XIX в.:
–
–
–
согласно т.н. "правилу Бергмана", у близких видов
наиболее массивные формы сосредоточены на севере, а
грацильные - на юге;
согласно "правилу Аллена", на севере преобладают формы
с удлиненным туловищем и укороченными конечностями,
на юге - с укороченным туловищем и удлиненными
конечностями;
согласно "правилу Рубнера" - относительная поверхность
тела у северных животных меньше, нежели у южных.
АДАПТИВНЫЙ ТИП
• Норма биологической реакции на
комплекс условий окружающей среды
была названа адаптивным типом.
Определенное сочетание черт
строения тела и типа обмена веществ,
которое входит в понятие адаптивного
типа, обеспечивает состояние
равновесия популяции с этой средой
(Алексеева Т.И., 1977). .
АДАПТИВНЫЕ ТИПЫ
• адаптивные типы независимы от расовой
и этнической принадлежности.
• адаптивные типы проявляются лишь в
виде тенденции к изменению структурных
и функциональных признаков в
направлении, наиболее благоприятном
для существования в определенной
среде, что не препятствует возможности
существования в других экологических
нишах.
ВЫВОДЫ
1. Суммарное влияние на организм
зависит от типа взаимодействия
факторов внешней среды: аддитивный,
синергический, антогонистический.
2. Развитие человека в различных
условиях внешней среды привело к
формированию различных адаптивных
типов.