Текст книги "Руководство по спортивной медицине"

Синтез активируется также в системах, функция которых не повышена, а нарушена дефицитом кислорода, и прежде всего в коре и нижележащих отделах головного мозга. Эта активация вызывается дефицитом АТФ, так как реализуется взаимосвязь Г ↔ Ф. Активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, развивающаяся под влиянием гипоксии мозга, становится основой роста сосудов, стационарного увеличения активности гликолиза и, таким образом, вносит свой вклад в формирование системного структурного следа, составляющего основу адаптации к гипоксии. Итог формирования этого состоит в том, что адаптированные люди приобретают возможность осуществлять в условиях недостатка кислорода такую физическую и интеллектуальную активность, которая исключена для неадаптированных. В известном примере при подъеме в барокамере на высоту 7000 м хорошо адаптированные аборигены Анд могли играть в шахматы, а неадаптированные жители равнин теряли сознание.

При адаптации к некоторым факторам системный структурный след оказывается пространственно весьма ограниченным – он локализован в определенных органах. Так, при адаптации к возрастающим дозам ядов закономерно развивается активация синтеза нуклеиновых кислот и белков в печени. Результатом является увеличение мощности системы микросомального окисления, в которой главную роль играет цитохром Р-450. Системный структурный след может проявляться увеличением массы печени, он составляет основу адаптации, которая выражается в том, что резистентность организма к таким ядам, как барбитураты, морфий, алкоголь, никотин, существенно возрастает.

Влияние мощности системы микросомального окисления на резистентность организма к химическим факторам весьма велико. Показано, что после курения одной стандартной папиросы концентрация никотина в крови у некурящих в 10 – 12 раз выше, чем у курящих (у которых мощность системы микросомального окисления увеличена и на этой основе сформировалась адаптация к никотину). С помощью химических факторов, ингибирующих систему микросомального окисления, можно снизить резистентность организма к любым химическим веществам, в частности к наркотикам, а с помощью факторов, индуцирующих увеличение мощности микросомального окисления, можно, напротив, повысить резистентность. Продемонстрирована возможность перекрестной адаптации на уровне системы микросомального окисления в печени. Мощность этой системы является одним из факторов, влияющих на уровень холестерина в крови и, следовательно, на вероятность развития атеросклероза.

Таким образом, намечается перспектива индуцированного увеличения мощности системы микросомального окисления для профилактики заболеваний, связанных с избыточным накоплением в организме определенного эндогенного метаболита. Эта задача решается на основе пространственно ограниченного, локализованного в печени системного структурного следа.

Мы видим, что системный структурный след составляет общую основу различных долговременных реакций организма, но при этом в основе адаптации к различным факторам среды лежат системные структурные следы различной локализации и архитектуры.

Взаимосвязь функции и генетического аппарата – основа формирования системного структурного следа. При рассмотрении взаимосвязи Г ↔ Ф целесообразно вначале оценить основные черты, характеризующие реализацию этого явления, а затем сам механизм, за счет которого функция влияет на активность генетического аппарата дифференцированной клетки. Эти общие закономерности рассматриваются на примере жизненно важного органа – сердца.

1. Реакция генетического аппарата дифференцированной клетки на длительное непрерывное увеличение функции – стадийный процесс.

Выделяют четыре стадии, наиболее четко проявляющиеся при непрерывной компенсаторной гиперфункции внутренних органов, но иногда прослеживающиеся и при мобилизации функции факторами внешней среды.

В первой, аварийной, стадии увеличение ИФС мобилизует функциональный резерв, например, включает в функцию все актомиозиновые генерирующие силу мостики в кардиомиоцитах сердца, все нефроны почки или все альвеолы легкого. При этом расход АТФ на функцию превосходит ее ресинтез и развивается выраженный дефицит АТФ, нередко сопровождающийся лабилизацией лизосом, повреждением клеточных структур и явлениями функциональной недостаточности органа.

Во второй, переходной, стадии активация генетического аппарата вызывает увеличение массы клеточных структур и органов. Темп этого процесса высок даже в высокодифференцированных клетках и органах. Рост органа означает распределение увеличенной функции в возросшей массе, т. е. снижение ИФС. Одновременно восстанавливается функциональный резерв, содержание АТФ начинает приближаться к норме. В результате уменьшения ИФС и восстановления концентрации АТФ скорость транскрипции всех видов РНК снижается. Таким образом, скорость синтеза белка и рост органа замедляются.

Третья стадия — устойчивой адаптации — характеризуется увеличением массы органа до стабильного уровня. Величина ИФС, функциональный резерв, концентрация АТФ приближаются к норме. Активность генетического аппарата находится на уровне, необходимом для обновления увеличенной массы клеточных структур.

Четвертая стадия — изнашивания и «локального старения» – реализуется при интенсивной длительной нагрузке и при повторных нагрузках, когда орган или система поставлены перед необходимостью многократно проходить стадийный процесс. В условиях чрезмерно напряженной адаптации или повторных адаптаций способность генетического аппарата создавать все новые и новые порции РНК может оказаться исчерпанной. В результате в гипертрофированных клетках системы или органа развивается снижение скорости синтеза РНК и белка. В итоге нарушения обновления структур нарастает гибель части клеток, и они замещаются соединительной тканью, т. е. развивается системный или органный склероз и выраженная функциональная недостаточность.

Возможность перехода от адаптационной гиперфункции к функциональной недостаточности доказана для компенсаторной гипертрофии сердца, печени, гиперфункции нервных центров и гипофизарно-адреналового комплекса при длительном действии сильных раздражителей, гиперфункции секреторных желез желудка при длительном действии гастрина.

Таким образом, в этой стадии речь идет о превращении адаптационной реакции в патологическую. Этот наблюдающийся в самых различных ситуациях общий патогенетический механизм обозначается как локальное изнашивание доминирующих в адаптации систем; локальное изнашивание такого рода нередко имеет широкие генерализованные последствия для организма. Стадийность реакции генетического аппарата клетки при повышенном уровне ее функции является важной закономерностью реализации взаимосвязи Г ↔ Ф, которая составляет основу стадийности адаптационного процесса в целом.

2. Взаимосвязь Г ↔ Ф – автономный, филогенетически древний механизм внутриклеточной саморегуляции. Этот механизм в условиях целого организма корригируется нейроэндокринными факторами, но может реализоваться и без их участия. Степень программированности рибосом информационными РНК и способность их синтезировать белок возрастают уже через час после увеличения нагрузки на изолированное сердце. Иными словами, в условиях изоляции, как и в условиях целого организма, увеличение сократительной функции кардиомиоцитов быстро влечет за собой ускорение процесса транскрипции, транспорт образовавшейся информационной РНК в рибосомы и увеличение синтеза белка, составляющее структурное обеспечение увеличенной функции.

3. Активация синтеза нуклеиновых кислот и белков при увеличении функции клеток не зависит от увеличенного поступления в клетку исходных продуктов синтеза. В экспериментах, выполненных на изолированном сердце, показано, что при избытке субстратов окисления нагрузка на сердце вызывает активацию синтеза нуклеиновых кислот и белков. В условиях целого организма в начальной стадии компенсаторной гиперфункции сердца, вызванной сужением аорты и закономерно сопровождающейся активацией синтеза РНК и белка, концентрация аминокислот в кардиомиоцитах не отличается от контроля. Следовательно, возросшая функция активирует генетический аппарат не через увеличенное поступление в клетки аминокислот и субстратов окисления.

4. Показателем функции, определяющим активность генетического аппарата, является параметр, от которого зависит расход АТФ в клетке. В условиях целого организма и на изолированном сердце показано, что увеличение амплитуды и скорости изотонических сокращений миокарда, сопровождающееся небольшим увеличением потребления кислорода и расхода АТФ, существенно не влияет на синтез нуклеиновых кислот и белка. Увеличение изометрического напряжения миокарда, обусловленное возросшим сопротивлением движению крови, напротив, сопровождается резким увеличением расхода АТФ и потребления кислорода, что закономерно влечет за собой активацию генетического аппарата клеток.

5. Взаимосвязь Г ↔ Ф реализуется гетерохронным накоплением структур клетки в ответ на увеличение функции. Гетерохронизм выражается в том, что быстро обновляемые, короткоживущие белки мембран сарколеммы, СПР и митохондрий накапливаются быстрее, а медленно обновляемые, длительно живущие сократительные белки миофибрилл – медленнее. В результате в начальной стадии гиперфункции сердца обнаруживается увеличение активности основных дыхательных ферментов и количества митохондрий, а также мембранных структур, выделяемых в микросомальной фракции на единицу массы миокарда. Аналогичное явление доказано в нейронах, клетках почек, печени и др. органов.

Если нагрузка на орган и его функция находятся в пределах физиологического оптимума, то это избирательное увеличение массы и мощности мембранных структур, ответственных за ионный транспорт, может закрепиться; при чрезмерной нагрузке рост миофибрилл приводит к тому, что удельный вес этих структур в клетке становится нормальным или даже уменьшенным. При всех условиях опережающее увеличение массы структур, ответственных за транспорт ионов и энергообеспечение, играет важную роль в развитии долговременной адаптации. Эта роль определяется тем, что при большой нагрузке увеличение функции миоцита лимитировано, во-первых, недостаточной мощностью мембранных механизмов, ответственных за своевременное удаление из саркоплазмы Са²⁺, поступающего туда при каждом цикле возбуждения, и, во-вторых, недостаточной мощностью механизмов ресинтеза АТФ, в увеличенном количестве расходуемой при каждом сокращении. Опережающее, избирательное увеличение массы мембран, ответственных за транспорт ионов и митохондрий, осуществляющих ресинтез АТФ, «расширяет» звено, лимитирующее функцию, и становится основой устойчивой долговременной адаптации.

6. Реализация Г ↔ Ф в высокодифференцированных кардиомиоцитах осуществляется так, что увеличение функции приводит к повышению скорости считывания РНК с имеющихся генов, репликации ДНК, увеличению количества хромосомных наборов и заключенных в них генов.

По мере физиологического роста в сердце у высших обезьян и человека в результате синтеза ДНК увеличивается плоидность ядер гипертрофированных кардиомиоцитов. Так, у ребенка с массой сердца 150 г 45 % ядер мышечных клеток содержат диплоидные количества ДНК, а 47 % – тетраплоидные. У взрослого человека при массе сердца 250 – 500 г диплоидных ядер всего 20 %, 40 % содержат октаплоидные и 16-плоидные количества ДНК. При выраженной компенсаторной гипертрофии, когда масса сердца составляет 500 – 700 г, доля октаплоидных и 16-плоидных ядер достигает 60 – 90 %. Следовательно, кардиомиоциты человека в течение всей жизни сохраняют способность осуществлять репликацию ДНК и увеличивать число локализованных в ядре геномов. Это обеспечивает обновление возросшей территории гипертрофированной клетки и, возможно, составляет предпосылку для деления некоторых полиплоидных ядер и даже самих клеток.

Физиологическое значение полиплоидизации состоит в том, что она обеспечивает увеличение количества структурных генов, на которых транскрибируются информационные РНК, являющиеся матрицей для синтеза мембранных, митохондриальных, сократительных и др. индивидуальных белков. В дифференцированных клетках животных структурные гены уникальны, в генетическом наборе имеется несколько генов, кодирующих данный белок, например гены, кодирующие синтез гемоглобина в генетическом наборе эритробласта. В полиплоидных клетках увеличено число уникальных генов в той же мере, что и число генетических наборов.

В условиях увеличения функции возросшие требования к синтезу определенных белков и соответствующих им информационных РНК могут быть удовлетворены многочисленными геномами полиплоидной клетки не только за счет увеличения интенсивности считывания с каждого структурного гена, но и за счет увеличения количества этих генов. В результате открываются возможности бüльшей активации транскрипции и, соответственно, бüльшего роста клетки при менее интенсивной эксплуатации каждой генетической матрицы.

Рассмотренные черты взаимосвязи Г ↔ Ф не являются ее исчерпывающим описанием, но дают возможность поставить основной вопрос, относящийся к самому существу этого регуляторного механизма, а именно: каким образом ИФС регулирует активность генетического аппарата клетки? Этот процесс наиболее эффективно можно рассмотреть на примере деятельности сердца, так как долговременная его адаптация к меняющейся нагрузке является предметом пристального внимания кардиологии.

Применительно к кардиомиоцитам вопрос может быть конкретизирован так: каким образом увеличение напряжения миофибрилл активирует расположенный в ядре генетический аппарат? При действии на организм различных раздражителей, требующих двигательной реакции, а также при действии гипоксии, холода и эмоциональных напряжений нейрогормональная регуляция и авторегуляция сердца мгновенно обеспечивают увеличение сократительной функции. В результате использование АТФ в кардиомиоцитах возрастает и в течение некоторого короткого времени опережает ресинтез АТФ в митохондриях. Это приводит к тому, что концентрация богатых энергией фосфорных соединений в кардиомиоцитах снижается, а концентрация продуктов их распада возрастает. Поскольку АТФ угнетает окислительное фосфорилирование, а продукты ее распада активируют этот процесс, приведенное отношение можно условно обозначить как регулятор фосфорилирования (РФ) и принять, что РФ регулирует скорость ресинтеза АТФ в митохондриях.

Представленная схема цитологического звена долговременной адаптации демонстрирует, что нагрузка и увеличение функции кардиомиоцитов означают снижение концентрации КрФ и АТФ, и что возникшее увеличение РФ влечет за собой усиление ресинтеза АТФ в их митохондриях. В результате концентрация АТФ стабилизируется на определенном уровне, энергетический баланс миоцитов восстанавливается. Энергетическое обеспечение срочной адаптации оказывается достигнутым.

Главный момент схемы, который делает возможным понимание не только срочной, но и долговременной адаптации, состоит в том, что тот же параметр РФ приводит в действие другой, более сложный контур регуляции: опосредованно через промежуточное звено, обозначенное как «фактор-регулятор», он контролирует активность генетического аппарата клетки – определяет скорость синтеза нуклеиновых кислот и белков. Иными словами, при нагрузке увеличение функции снижает концентрацию АТФ, величина РФ возрастает, и этот сдвиг через промежуточные звенья регуляции активирует синтез нуклеиновых кислот и белков, т. е. приводит к росту структур сердечной мышцы. Снижение функции ведет к противоположному результату. Такая связь между функцией и генетическим аппаратом – конструкция ключевого звена долговременной адаптации – не является индивидуальной принадлежностью сердца. Роль дефицита энергии в активации генетического аппарата показана в клетках различных органов: скелетных мышцах, нейронах, почках и т. д.

Энергетический баланс клетки через концентрацию богатых энергией фосфорных соединений и продукты их распада регулирует не только синтез АТФ, но и активность генетического аппарата клетки, т. е. образование клеточных структур. В соответствии с общим принципом жесткой структурной организации регуляторных механизмов организма и каждой его клетки представляется, что отношение АТФ и продуктов ее распада регулирует активность генетического аппарата через определенный метаболит-регулятор. Этот молекулярный сигнал, отражающий уровень функции, снимает физиологическую репрессию структурных генов в хромосомах клеточного ядра и таким образом активирует транскрипцию информационной, а затем рибосомной РНК и, как следствие, трансляцию белков. В ответ на увеличение функции раньше и в наибольшей степени происходят биосинтез и накопление короткоживущих мембранных белков. Транскриптоны, кодирующие синтез ключевых белков клетки, за счет наибольшего сродства с метаболитом-регулятором или иных особенностей своей конструкции, оказываются доступными для РНК-полимеразы при меньших концентрациях метаболита-регулятора, т. е. при меньших нагрузках их на органы и системы. В результате при повторных умеренных нагрузках развивается избирательное увеличение массы и мощности структур, ответственных за управление, ионный транспорт, энергообеспечение и, как следствие, увеличение функциональной мощности органов и систем, составляющее базу адаптации.

У млекопитающих производное АТФ – циклический аденозинмонофосфат (цАМФ) – является мощным индуктором, способным активировать в клетках процесс транскрипции и увеличивать синтез нуклеиновых кислот и белков. Норадреналин и его аналог изопроторенол, специфически активирующие аденилциклазу, а тем самым синтез цАМФ в условиях целого организма, закономерно вызывают активацию транскрипции и увеличение концентрации РНК в сердечной мышце с последующим развитием гипертрофии сердца. Все другие факторы, вызывающие гипертрофию сердца (холод, физические нагрузки, гипоксия), активируют адренергическую регуляцию сердца, а следовательно, также могут увеличивать образование цАМФ и через этот метаболит-регулятор активировать транскрипцию. После начала гиперфункции сердца, вызванной сужением аорты, в миокарде стимулируется синтез простагландинов, которые, в свою очередь, активируют аденилциклазу; как следствие, в кардиомиоцитах возрастает концентрация цАМФ. При действии на сердце гипоксии возникающий дефицит АТФ, как и при гиперфункции, влечет за собой накопление цАМФ. Последний активирует также РНК-полимеразу и синтез РНК в ядрах кардиомиоцитов.

Содержание АТФ и КФ регулирует активность генетического аппарата и через другие метаболиты. Ион магния представляет собой необходимый кофактор транскрипции и трансляции, в клетках он находится в комплексе с АТФ. При распаде АТФ и уменьшении ее концентрации освобождение ионов магния приводит к активации генетического аппарата клеток, росту клеточных структур и увеличению интенсивности пролиферации фибробластов в культуре; связывание ионов магния избытком АТФ приводит к противоположному результату.

Конструкция регуляторного механизма, через который функция клетки влияет на активность генетического аппарата, реализуется через содержание АТФ и продуктов ее распада. Действие такого метаболита опосредуется через сложную систему регуляторных белков клеточного ядра. Через взаимосвязь Г ↔ Ф функция клетки детерминирует образование необходимых структур. Таким образом, это является необходимым звеном структурного обеспечения физиологических функций вообще и звеном формирования структурного базиса адаптации в частности.

В процессе адаптации к интенсивной физической нагрузке, как и к другим факторам среды, выделяется четыре стадии. Рассмотрим их вкратце, далее они будут проанализированы более подробно.

Первая, аварийная, стадия, или стадия срочной адаптации, характеризуется мобилизацией функциональной системы до предельно достижимого уровня, выраженной стресс-реакцией, явлениями повреждения и вместе с тем определенным несовершенством самой двигательной реакции.

Нейрогуморальная регуляция реализует интенсивное возбуждение корковых, подкорковых и нижележащих двигательных центров, которому соответствует значительная, но недостаточно координированная двигательная реакция. Процесс характеризует начальный этап формирования новых условнорефлекторных динамических стереотипов, двигательных навыков. Одновременно реализуется нейрогенно-детерминированная стресс-реакция. Последняя характеризуется повышением в крови концентрации катехоламинов, секрецией кортиколиберина, адренокортикотропного гормона (АКТГ), соматолиберина, соматотропина и др. тропных гормонов, за этим – ростом уровня в крови кортикостероидов, глюкагона, тироксина, тирокальцитонина, вызывающего ограничение гиперкальциемии за счет увеличения поступления Са²⁺ к работающим мышцам, при этом снижается секреция и содержание в крови инсулина. Одновременно возрастает концентрация в крови и доступность для мышц, сердца и др. рабочих органов субстратов энергетического обмена – глюкозы, жирных кислот, аминокислот.

Двигательный аппарат характеризуется включением в реакцию моторных нейронов и связанных с ними мышечных волокон, а также генерализованным вовлечением «лишних» мышц. Сила и скорость сокращений мобилизованных мышц оказываются ограниченными, но максимально достижимыми для данного этапа процесса, координация движений недостаточно совершенна. Содержание в мобилизованных скелетных мышцах КрФ, гликогена и АТФ падает, а концентрация аммиака и лактата растет, что ограничивает интенсивность и длительность функционирования мышц. Под влиянием активированного катехоламинами перекисного окисления липидов, а также активации липаз и фосфолипаз повреждаются клеточные мембраны и в крови наблюдается выраженная ферментемия. Увеличенный распад белков в скелетных мышцах и внутренних органах устанавливает отрицательный азотистый баланс организма.

Дыхательная система обеспечивает максимальную мобилизацию дыхания, проявляющуюся в неэкономном увеличении легочной вентиляции за счет увеличения частоты, но не глубины дыхания, дискоординации между регионарным кровотоком в легких и вентиляцией соответствующих участков респираторной ткани, а также в дискоординации между дыханием и движением. Увеличение легочной вентиляции на этой стадии процесса не избавляет от выраженной гипоксемии и гиперкапнии.

ССС реализует значительное, но недостаточное для длительного поддержания высокого уровня работы увеличение минутного объема. Последнее, вследствие недостаточно полной диастолы и амплитуды сокращений, достигается неэкономным путем за счет роста ЧСС при ограниченном увеличении ударного объема. Одновременно перераспределяется кровоток в сторону преимущественной циркуляции в сердце, мозге, работающей мускулатуре за счет внутренних органов. Ограниченный минутный объем может приводить к повреждающей анемии внутренних органов. В целом эта аварийная стадия характеризуется максимальной по уровню и неэкономной гиперфункцией, ответственной за адаптацию системы, утратой ее функционального резерва, явлениями чрезмерной стресс-реакции и повреждениями. В результате двигательные, поведенческие реакции организма оказываются лимитированными.

Вторая, переходная, стадия долговременной адаптации к физическим нагрузкам определяется тем, что возникающая активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, вызванная дефицитом энергии, приводит к избирательному росту структур и «расширяет» звенья, ограничивающие интенсивность и длительность адаптационной реакции. Нейрогормональная регуляция в результате активации синтеза белков развивает консолидацию – фиксацию временных связей и целых условнорефлекторных стереотипов, обеспечивающих новые двигательные навыки. Возрастает степень координации движений, участие «лишних» мышц исчезает, двигательная реакция становится более экономной. Формируются временные связи, обеспечивающие развитие координации между аппаратом движения, системами кровообращения и дыхания; их деятельность экономизируется, несмотря на более интенсивную двигательную реакцию. Активный синтез нуклеиновых кислот и белков в скелетных мышцах, сердце, дыхательных мышцах и рабочих органах приводит к увеличению массы и мощности внутриклеточных систем транспорта и митохондрий. Быстрое усвоение пирувата и жирных кислот уменьшает лакцидемию, содержание аммиака, дефицит гликогена, КрФ и совершает другие сдвиги, нарушающие гомеостаз. Уменьшается стресс-реакция, т. е. концентрация в крови катехоламинов, глюкокортикоидов и др. гормонов. В итоге снижается ферментемия, происходят распад белков, нарушение азотистого баланса и др. явления повреждения. Звенья, лимитирующие двигательную реакцию, расширяются, ее интенсивность и длительность возрастают.

Третья стадия процесса, стадия устойчивой адаптации и формирование доминирующей функциональной системы, характеризуется развитием системного структурного следа. На уровне нейрогуморальной регуляции это выражается в формировании устойчивого условнорефлекторного динамического стереотипа и увеличении двигательных навыков. За счет экстраполяции повышается возможность быстрой перестройки двигательной реакции в ответ на изменения требований среды. Условнорефлекторные связи налаживают устойчивую координацию между циклами двигательной реакции и дыханием, кровотоком и вентиляцией отделов легких. Увеличиваются плотность адренергической иннервации сердца, количество адренорецепторов и активность аденилатциклазы и фосфодиэстеразы в скелетных мышцах и сердце. Адренергическая мобилизация сократительной функции достигается меньшей активацией адренергической системы и количеством катехоламинов. Наблюдается выраженная гипертрофия и гиперфункция надпочечников.

Двигательный аппарат характеризуется выраженной гипертрофией скелетных мышц с увеличением количества и массы митохондрий на единицу ткани и накоплением мембранных белков; растет АТФазная активность миофибрилл за счет изменения субъединичного состава миозина; из-за увеличения популяции ферментов активируется гликолиз и гликогенолиз. Растет плотность капилляров и концентрация миоглобина в мышцах, т. е. возрастает эффективность транспорта кислорода. Увеличение мощности системы энергообеспечения в ответ на большие, но привычные нагрузки в этой стадии адаптации не вызывает ни снижения концентрации гликогена и КрФ, ни подъема концентрации аммиака и лактата.

В дыхательной системе возрастает коэффициент утилизации кислорода – благодаря увеличению жизненной емкости легких (ЖЕЛ), гипертрофии дыхательной мускулатуры и увеличению скорости и амплитуды ее сокращения. Рост максимальной вентиляции легких при физической работе и массы митохондрий в скелетных мышцах обеспечивает значительную аэробную мощность организма. В адаптированном организме потребление большого количества кислорода обеспечивается меньшим объемом легочной вентиляции и минутным объемом сердца. Экономизация реакций поддерживается ростом массы митохондрий и миоглобина в скелетных мышцах, способных извлекать из протекающей крови бüльшее количество кислорода.

Структурный след в ССС выражается умеренной гипертрофией сердца (на 20 – 40 %), увеличением васкуляризации и концентрации в нем миоглобина, избирательным ростом мембранной системы Са²⁺-насоса, ответственного за расслабление сердечной мышцы, изменением спектра миозина и увеличением его АТФазной активности. Сердце приобретает бóльшую максимальную скорость сокращения и расслабления и в условиях предельных нагрузок бüльший конечный диастолический, ударный и максимальный минутный объемы. Высокий минутный объем и экономное функционирование скелетных мышц, эффективно извлекающих кислород из крови, при максимальных нагрузках не приводят к уменьшению кровотока во внутренних органах и сокращают степень их анемии.

Структурные изменения при долговременной адаптации образуют системный структурный след сложной архитектуры, который создает возможность интенсивной и экономной физической работы. Это составляет основу адаптации к физическим нагрузкам.

Четвертая стадия процесса — стадия изнашивания системы, ответственной за адаптацию, не является обязательной; устойчивая адаптация к физической нагрузке может сохраняться в течение многих лет. Вероятность реализации стадии изнашивания возрастает при длительных перерывах между тренировками. В этом случае системный структурный след и его компоненты в исполнительных органах утрачиваются. Восстановление этого следа заново после возобновления интенсивных нагрузок имеет для организма большую структурную цену, т. е. вновь требует активации синтеза нуклеиновых кислот и белков, и может протекать неудовлетворительно, особенно в зрелом и пожилом возрасте и при болезнях. Принятый в спорте принцип непрерывности тренировок является основой сохранения спортивной рабочей формы и условием экономии структурных ресурсов организма. Нарушению устойчивой адаптации к физической нагрузке способствуют условия, сочетающиеся со стрессорными ситуациями.

В становлении устойчивой адаптации к физической нагрузке выделяется решающая роль активации синтеза нуклеиновых кислот и белков и системного структурного следа, формирующегося как следствие этой активации. Как результат, воздействуя химическими или иными факторами на активность генетического аппарата клетки, можно в той или иной степени управлять адаптацией к физической нагрузке. Введение адаптирующимся к плаванию животным комбинации предшественников и кофакторов синтеза нуклеиновых кислот – фолиевой и оротовой кислот, витамина В₁₂ – в 1,5 – 2 раза увеличивает максимальную длительность плавания тренированных животных. Ингибитор синтеза РНК – актиномицин D, – напротив, полностью исключает развитие адаптации. На процесс влияют получившие не всегда обоснованное применение анаболические гормоны, которые, в отличие от упомянутых витаминов, могут вызвать нежелательные изменения в системе нейроэндокринной регуляции. Проблема управления процессом адаптации к физическим нагрузкам с помощью химических и др. факторов требует дальнейшего многостороннего изучения.