Физиологические механизмы адаптации у жителей Центрального Черноземья к факторам внешней среды.

Факторы внешней среды достаточно разнообразны и оказывают, как правило, комплексное воздействие на организм человека. Среди наиболее важных климатических факторов выделяют температуру воздуха, атмосферное давление и влажность. Способность человека к климатической адаптации зависит от пола, возраста и общего физического здоровья. Среди достаточно большого количества антропогенных факторов, воздействующих на людей, есть такие, с которыми мы сталкивается ежедневно. К ним относятся электромагнитные поля, шум и вибрация и многое другое. Но в большинстве случаев приспособление к тому или иному фактору происходит не только посредством функциональной адаптации, но и за счет психологической мотивации и приспособительного поведения.

Реакция организма на изменение температуры окружающей среды.

Зона температурного комфорта для здорового человека в спокойном состоянии при умеренной влажности (40-60%) и неподвижности воздуха находится в пределах 17–27 °C. Однако этот диапазон индивидуален. В зависимости от климатических условий, местожительства, уровня физической активности организма и состояния здоровья границы зоны термического комфорта для разных лиц могут отличаться. По данным Всемирной Организации Здравоохранения, наиболее благоприятный климатический эталон соответствует среднегодовой температуре воздуха +10⁰ С. В нашем регионе этот показатель составляет от 5 до 6,4 ⁰ С.

Относительное термическое постоянство внутренней среды организма, поддерживаемое посредством физической и химической терморегуляции, позволяет человеку существовать в различных условиях. Например, адаптация к низким температурам при работе в холодных цехах, когда холод действует не круглосуточно, а чередуясь с нормальным температурным режимом; при переезде в северные широты, где помимо низкой температуры, действуют измененный режим освещенности и уровень радиации; или адаптация к высоким температурам в жарких условиях среды, бане, при пожаре, в боевых условиях. При этом адаптация к изменению температуры осуществляется как за счет срочной физической и химической терморегуляции, так и за счет более стойких биохимических, морфологических и наследственных изменений. Температура окружающей среды, влияя на организм через рецепторы поверхности тела, приводит в действие систему физиологических механизмов, которая в зависимости от характера температурного раздражителя (холод или жара) соответственно уменьшает или увеличивает процессы теплопродукции и теплоотдачи. Баланс между уровнем теплопродукции и теплоотдачи контролирует центр терморегуляции, который является частью системы центров гипоталамуса, регулирующий вегетативные и моторные компоненты адаптивного поведения. В осуществлении гипоталамической терморегуляции участвуют железы внутренней секреции, главным образом, щитовидная железа и надпочечники. Терморегуляция находится под контролем коры больших полушарий, что позволяет организму на основе общей температурной чувствительности выбирать определенную поведенческую реакцию. Это, в свою очередь, обеспечивает сохранение температуры тела на нормальном физиологическом уровне. Известно, что температура тела у человека является одной из физиологических констант гомеостаза и колеблется в узких пределах от 36,4 до 37,5⁰С. Отклонения температуры тела, при которых организм сохраняет жизнеспособность, сравнительно невелики: смерть человека наступает при ее повышении до 43 °C и при падении ниже 27–25 °C. Между организмом человека и окружающей его средой происходит непрерывный процесс теплового обмена, состоящий в передаче вырабатываемого организмом тепла в окружающую среду. При комфортных метеорологических условиях основная часть тепла, вырабатываемого организмом, переходит в окружающую среду путем излучения с его поверхности (около 56 %), путем испарения (примерно 29 %), а также посредством переноса тепла движущейся средой (конвекция), составляющего примерно 15 %.

В реакции приспособления к холодовому воздействию вовлекаются почти все физиологические системы организма. При этом используются как срочные меры защиты обычных реакций терморегуляции, так и способы повышения выносливости к продолжительному воздействию.

При срочной адаптации происходят реакции термической изоляции (сужение сосудов), понижения теплоотдачи и усиления теплообразования: при понижении температуры воздуха возбудимость нервной системы и выделение гормонов надпочечниками значительно повышаются. Основной обмен и выработка тепла организмом увеличиваются. Периферические сосуды кожи и подкожной клетчатки сужаются, кровоснабжение кожи уменьшается, образуется так называемая «гусиная кожа» за счет сокращения гладких мышц кожи. Эти реакции способствуют сохранению нормальной температуры тела.

При длительной адаптации к низким температурам в организме происходят стойкие приспособительные изменения от клеточно-молекулярного уровня до поведенческих психофизиологических реакций. В физической терморегуляции начинает преобладать расширение сосудов. Несколько снижается артериальное давление. Выравнивается частота дыхания и сердечных сокращений, а также скорость кровотока. Химическая терморегуляция осуществляется за счет нервной и гуморальной регуляции, сократительного и несократительного термогенеза мышц, усиливающего теплообразование в несколько раз. Повышается общий обмен веществ, усиливается функция щитовидной железы, увеличивается количество катехоламинов, усиливается кровообращение мозга, сердечной мышцы, печени. Сохраняются гипертрофированными надпочечники. Уплотняется и утолщается поверхностный слой кожи открытых участков. Увеличивается жировая прослойка, а в наиболее охлаждаемых местах откладывается высококалорийный бурый жир. Повышение метаболических реакций в тканях создает дополнительный резерв возможности существования при низких температурах.

При адаптации человека к повышенной температуре выделяют несколько фаз:

• первая фаза – «сверхкомпенсации» по механизму аналогична стадии «тревоги» общего адаптационного синдрома Селье. Длительность этой фазы может составлять 7-9 дней. При адаптации организма к повышенной температуре вступают в действие механизмы регуляции, направленные на поддержание термического постоянства внутренней среды. Физическая терморегуляция характеризуется рефлекторным расширением периферических сосудов, что увеличивает кровоснабжение кожи, при этом отдача тепла организмом увеличивается в результате усиления излучения. В связи с активацией симпатоадреналовой системы учащается частота дыхания, сердечных сокращений и минутный выброс сердца, что обеспечивает усиленную конвекционную теплоотдачу. Кровоток во внутренних органах и в мышцах при этом уменьшается. Одновременно увеличивается потоотделение – мощный фактор теплопотери при испарении пота с поверхности кожи. Потовые железы секретируют каллекреин, который индуцирует образование в крови кининов. Кинины, в свою очередь, обеспечивают двоякие эффекты: расширение артериол кожи и подкожной клетчатки; потенцирование потоотделения. Химическая терморегуляция направлена на понижение теплообразования путем снижения обмена веществ.

• Вторая фаза характеризуется изменением мощности заинтересованных систем, благодаря чему уменьшается средняя температура тела при данной тепловой нагрузке. Адаптация связана со значительным уменьшением содержания ионов в поте, благодаря чему уменьшается вероятность шока в результате потери ионов. Кроме того, при высокой тепловой нагрузке объем плазмы крови и концентрация гемоглобина снижаются, что приводит к уменьшению венозного притока и объема крови, выбрасываемого сердцем при сокращении. В динамике тепловой адаптации эти неблагоприятные изменения в кровеносной системе нейтрализуются за счет увеличения объема плазмы и содержания в ней белков, понижения чувствительности центральных регулирующих теплосодержание структур.

• Третья фаза – энергетической адаптации – наступает через 20-30 дней пребывания в жаре.

• Четвертая фаза – стойкие изменения нервной и гуморальной регуляции. Длительное или систематически повторяющееся действие умеренно высоких температур приводит к повышению толерантности к тепловым факторам. Происходит закаливание организма. Человек сохраняет работоспособность при значительном повышении температуры внешней среды.

Таким образом, изменение температуры окружающей среды в ту или иную сторону от зоны температурного комфорта приводит в действие комплекс физиологических механизмов, способствующих сохранению температуры тела на нормальном уровне. В экстремальных температурных условиях при срыве адаптации возможны нарушения процессов саморегуляции и возникновение патологических реакций.

Известно, что к холоду наиболее чувствительны худощавые люди. У них понижается работоспособность, появляется плохое настроение, может быть состояние депрессии. Тучные люди тяжелее переносят жару – испытывают удушье, учащенное сердцебиение, повышается раздражительность. Артериальное давление имеет тенденцию понижаться в жаркие дни, а повышаться в холодные, хотя примерно у одного из трех человек оно в жару повышается и понижается в холодные дни. При низких температурах отмечается замедление реакции диабетиков на инсулин. При резком изменении температуры возникают вспышки острых респираторных инфекционных заболеваний. Неблагоприятно действует на организм и избыток положительных аэроионов, наблюдающийся в жаркую и влажную погоду, что может вызвать обострение заболеваний сердца.

Некоторые последствия жары 2010 года на здоровье жителей региона

В июле и августе 2010 года на территории ЦЧР и других регионов России отмечалась аномальная жара (дневная температура достигала от 34 до 39⁰С), что способствовало возникновению пожаров и соответственно росту уровня загрязнения атмосферного воздуха. От пожаров в Центральном Черноземье наиболее пострадала Воронежская область, где была введена чрезвычайная ситуация.

В этот период на постах наблюдения «Центра по гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды», а также ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области» проводился ежедневный мониторинг состояния атмосферного воздуха за содержанием продуктов горения. Проведенный анализ показал, что в июле-августе 2010 г. в Воронежской области произошло увеличение среднемесячных разовых концентраций углерода оксида, серы диоксида, азота диоксида, формальдегида, взвешенных веществ, сажи. Это оказало непосредственное влияние на показатели заболеваемости и смертности жителей Воронежской области, которые резко возросли в этот период. Основными группами риска стали дети младшего возраста, беременные, лица старшего возраста, люди, страдающие различными хроническими заболеваниями.

Основными причинами госпитализации в эти жаркие дни стали заболевания сердечно-сосудистой системы, органов дыхания, почек, нервной системы.

Связь между изменениями температуры воздуха, состоянием здоровья и смертностью известна давно. Понятие жары определяется индивидуально не только для определенной климатической зоны, но даже для отдельных городов. С позиций здоровья важен тот температурный порог, выше которого увеличиваются показатели смертности или наблюдаются какие-либо другие изменения здоровья проживающего населения. Исследования временных рядов суточной смертности или заболеваемости весьма эффективны как для анализа плавных зависимостей между температурой воздуха и показателями здоровья в течение длительного времени, так и для анализа коротких погодных эпизодов – таких как волны жары или холода. Интересные данные получены при изучении температурных кривых смертности за 2000—2006 гг. в Москве. Минимальная смертность от всех естественных причин и сердечно-сосудистых заболеваний отмечалась при температурах воздуха +18 – 20 °С. При повышении среднесуточной температуры сверх +20 °С суточная смертность резко возрастала, при понижении среднесуточных температур воздуха ниже + 18 °С – также начинала постепенно возрастать, причем, чем дальше в область низких температур, тем круче. Среди изученных причин смерти сезонные различия оказались наиболее ярко выражены для смертности от хронических заболеваний нижних дыхательных путей. Например, для людей старческого возраста (75 лет и старше) максимальная зимняя смертность от хронических заболеваний нижних дыхательных путей была в 2,8 раза выше минимального уровня летней смертности. Смертность от сердечно-сосудистых заболеваний (ишемической болезни сердца, инфаркта мозга) также имеет ярко выраженный сезонный характер с минимумом в августе и максимумом в январе. В возрастной группе старше 75 лет вероятность умереть зимой примерно на одну треть выше, чем летом, но амплитуда сезонных колебаний естественной смертности для всех возрастов была несколько меньшей (26%), чем в возрастной группе старше 75 лет (35%). Это свидетельствует о повышенной чувствительности пожилых людей к сезонным изменениям. В климатических условиях Москвы избыточная зимняя смертность (которая определяется как отношение смертности с декабря по март к смертности с апреля по ноябрь) от всех естественных причин для всех возрастов составила около 8%, а в возрастной группе старше 75 лет — около 11% (Б.А. Ревич, 2011).