Tkachenko_Phiziologiya / Tkachenko_Fiziologija_t2 / адаптация на высоких широтах и крайнем севере

Основными структурами теплоотдачи при проживании в условиях низких температур являются легкие и сосудистая сеть кожи орга­низма. Морфофункциональные изменения аппарата дыхания при адаптации в районах высоких широт способствуют уменьшению испарения с поверхности легких и, соответственно, уменьшают по­тери тепла во внешнюю среду.

Сосудистые реакции организма на пребывание в Арктике и Антарк­тиде многообразны и направлены на поддержание постоянной темпе­ратуры "ядра" тела (внутренних органов) при сравнительно более резких колебаниях температуры "оболочки" (поверхностных слоев тела).

Температура стоп и открытых участков тела у людей через 3-6 месяцев пребывания в Арктике и Антарктиде летом ниже, чем зи­мой, т.к. в летний период полярники больше подвергаются охлаж­дению, работая на открытом воздухе. Так, температура стоп летом может понижаться до +28°С, а зимой только до +33°С. Понижение температуры этих участков тела происходит из- за уменьшения при­тока к ним артериальной крови, что обусловлено следующими ме­ханизмами. Во-первых, холод всегда вызывает вазоконстрикцию сосудов открытых участков кожи, поэтому к ним притекает меньше крови и температура их падает. Во-вторых, тесное соприкосновение артерии и вены в сосудистом пучке конечности создает своеобраз­ный "теплообменник": теплая артериальная кровь, направляясь дис-тально, к стопе, согревает охлажденную венозную, текущую в об-

274

ратном направлении (от более холодной стопы к теплому "ядру" организма). Тем самым организм сохраняет тепло, а стопы остывают не только на поверхности (кожа), но и в глубине, т.к. к ним притекает уже несколько охлажденная кровь. В-третьих, количество крови, притекающее к стопам, может уменьшаться также благодаря включению артериоло-венулярных анастомозов, перебрасывающих кровь из артериол в венулы, минуя капилляры. При охлаждении кожи понижается разность температур между организмом и окру­жающей средой, что уменьшает его теплопотери.

Однако, наблюдающееся в ранний период адаптации людей к высоким широтам резкое понижение температуры стоп и открытых участков кожи может стать причиной отморожений и других забо­леваний конечностей из-за нарушения в них обмена веществ. У человека, адаптированного к условиям Севера (при более продол­жительном проживании в этих регионах), угроза таких осложнений уменьшается, благодаря изменению реакции организма на холод. Это выражается, в первую очередь, понижением чувствительности к хо­лоду рецепторного аппарата, нервных центров и сосудов кожи у человека. Поэтому, констрикторная реакция сосудов на холод ста­новится меньше. Кроме того, в ответ на действие холода констрик-ция сосудов открытых участков кожи периодически сменяется вазо-дилатацией. Все это создает условия для притока к этим областям тела такого количества крови, которое в состоянии обеспечить в них достаточный уровень метаболизма, уменьшает угрозу отмороже­ний, создает предпосылки для понижения субъективного ощущения холода человеком. Но поскольку у адаптированных к холоду людей к стопам и открытым участкам тела притекает больше крови, чем в ранние сроки приспособления к высоким широтам, температура этих областей организма становится выше, возрастает теплоотдача.

Питание. Питание является одним из ведущих факторов приспо­собления человека к полярному климату и должно соответствовать особенностям обмена веществ и энергии организма в этих условиях. Увеличенный расход энергии на мышечную работу необходимо ком­пенсировать соответствующим увеличением калорийности суточного рациона. Только при высокой энергетической ценности пищи со­стояние здоровья полярников поддерживается на оптимальном уров­не, температура тела не понижается. Если же калорийность пищи не превышает 3400 ккал в сутки, испытуемые ощущают слабость, "онемение" кистей рук и стоп, температура которых падает.

"Липидный" характер метаболизма предполагает диету, богатую жиром и белком. Такая пища способствует более эффективному приспособлению к условиям высоких широт (табл.23.2). Эту особен­ность диеты исследователи Арктики и Антарктики учитывали уже с середины прошлого столетия. В качестве основного пищевого про­дукта употребляли пеммикан — смесь жира с сушеным мясом. В несколько модифицированном виде пеммикан используется и в на­стоящее время, но к нему добавляют сушеные фрукты, витамины. Особенно важно учитывать дозировку витаминов А и Е, участву-

275

Таблица 23.2

Соотношение пищевых веществ в диете жителей средних и высоких широт (в % к суточной калорийности)

Пищевые вещества	средние широты	высокие широты
белки жиры углеводы	15-20 26 17-20 . 37 65-70 37

ющих в жировом обмене. Дефицит водорастворимых витаминов, необходимых для коррекции углеводного обмена, компенсируется натуральными продуктами (дрожжи, свежие фрукты, овощи), т.к. витаминные препараты плохо усваиваются.

Работоспособность. Работоспособность человека в любых экстре­мальных условиях среды является одним из интегральных показате­лей уровня его адаптации и устойчивости к конкретным условиям обитания. Перемещение человека в условиях высоких широт перво­начально приводит к снижению физической работоспособности на 15-20%. В дальнейшем длительность периода пониженной работо­способности определяется несколькими факторами: 1) степенью тренированности человека — у людей физического труда или регу­лярно занимавшихся различными видами спорта продолжительность этого периода короче, 2) климато-географическими факторами — чем выше широта перемещения, тем больше длительность периода пониженной работоспособности, 3) особенностями производственной деятельности — чем больше физическая нагрузка человека, особен­но на открытом воздухе, тем дольше происходит восстановление исходного уровня его физической работоспособности. Основными причинами, вызывающими снижение работоспособности при работе на открытом воздухе, являются: низкая температура окружающей среды; тяжелая, теплая одежда, стесняющая движения; неровная снежная поверхность с наносами и полосами еще рыхлого снега, затрудняющими передвижение пешком (особенно с грузом); сильные и порывистые ветры, нарушающие ритм движения и дыхания.

У полярников в первый год их проживания в условиях высоких широт снижена работоспособность к выполнению предельных физи­ческих нагрузок. Это обусловлено перестройкой функций кардио-респираторной и мышечной систем, понижением эффективного ис­пользования кислорода во время физической нагрузки. Полярники относительно легко переносят небольшие физические нагрузки.

Динамика психической работоспособности при адаптации к усло­виям высоких широт видна на примере изменения качества опера­торской деятельности. В последнее время, в связи с технической оснащенностью полярных станций, удельный вес профессий, свя­занных с решением тех или иных видов операторских задач, посто­янно увеличивается. Ухудшение качества операторской деятельности у людей в первый период пребывания в Антарктиде (2- 3 месяца)

276

объясняется особенностями начальной фазы адаптации, характеризу­ющимися высокой неустойчивостью центральных механизмов регу­ляции функций, "расшатыванием" динамического стереотипа. С за­вершением первой фазы адаптации постепенно стабилизируются центральные механизмы регуляции функций и формируется новый динамический стереотип. Показатели психической работоспособности относительно улучшаются. Однако, в период полярной ночи ком­плекс отрицательных социальных и климатических факторов стано­вится наиболее выраженным и приводит к увеличению нервно-эмо­ционального напряжения, бессонице, межличностным и личностным конфликтам, вызывая постоянное нарастание депрессии и общего утомления, снижение уровня активности. В процессе зимовки ин­терес к работе падает, появляется апатия, угнетенность, общая сла­бость организма, повышенная утомляемость. Начиная с середины полярной ночи, происходит постепенное ослабление работоспособнос­ти человека при сложной операторской деятельности. Точность работы ухудшается, повышается дисперсия величины ошибок (рис.23.2). Су­щественными факторами зимовки, оказывающими неблагоприятное воздействие на операторскую деятельность человека, являются моно­тонность климатических и социальных раздражителей, создающих сен­сорную недостаточность, что необходимо учитывать при проведении восстановительных и лечебно-профилактических мероприятий.

Рис.23.2. Динамика работоспособности человека-оператора в течение зимовки в Антарктиде по показателю точности слежения.

По оси абсцисс — время обследования (нулем обозначено начало зимовки); по оси ординат — значение показателя точ­ности слежения (относительная величина ошибки).

277

23.2. Морфо-функциональные особенности организма постоянных жителей Крайнего Севера.

Из всего многообразия климатических факторов высоких широт холодовой стресс для коренного населения Арктики является веду­щим, определившим, в конечном итоге, те формы морфофункци-ональной адаптации данной популяции людей, которые эволюцион-но закрепились в виде "арктического адаптивного типа". Характер­ными для него являются увеличение теплопродукции и изменения в системе теплоотдачи, которые на клеточном и системном уровнях эффективно обеспечивают температурный гомеостазис у аборигенов Арктических широт. К особенностям их конституции относится коренастое телосложение массивного мускульного типа, с несколько измененными пропорциями в сторону укорочения конечностей от­носительно крупного цилиндрического торса. Это уменьшает удель­ную поверхность тела относительно его массы, снижая, тем самым, интенсивность теплопотерь.

Плотные, обезвоженные из-за гипосекреции антидиуретического гормона ткани, обладают пониженной теплопроводностью, способ­ствуя удержанию тепла в организме. Возможность перераспределения кровотока между поверхностными и глубокими кровеносными сосу­дами тела, и особенно конечностей, более выраженная у аборигенов высоких широт, чем у постоянных жителей Земли с относительно теплым климатом, ограничивает теплопотери через кожные покровы и способствует теплостабилизации "ядра" туловища.

Мягкие ткани лица, испытывающие у людей, особенно в зимние месяцы, прямое холодовое воздействие, приобрели специфические черты: округлый овал лица, уплощенный широкий нос, узкий разрез глазных щелей, плоские молярные области черепа, обеспечивающие формирование на них теплозащитных жировых подушек, большая степень ороговения кожного эпидермиса. Все это смягчает прямое холодовое воздействие на открытую лицевую поверхность. У корен­ных жителей Севера снижена чувствительность Холодовых рецепто­ров, а температура кожи всегда более высокая, даже в сравнении с приезжими долгожителями высоких широт. Это обусловлено тем, что на холоде кожные сосуды периодически расширяются и усилен­ный кровоток согревает кожные покровы, предохраняя их от отмо­рожений.

Энергетические процессы у аборигенов Севера более интенсивны, чем у приезжих, и сопровождаются повышенной теплопродукцией, особенно при физической работе. Основной обмен у них повышен на 13-30% в сравнении со стандартными нормами умеренного поя­са, что обусловлено гиперфункцией щитовидной железы и усилени­ем липидного обмена с соответствующим увеличением доли жиров в пищевом рационе. Питание, как экологический фактор, оказывает определяющее влияние на тип обмена веществ, который закрепля­ется наследственно. Это — повышение липидного обмена — важная

278

особенность метаболизма жителей Севера. Жирные кислоты являют­ся не только основным субстратом окисления при действии холода, но и служат регулятором путей превращения энергии при окисле­нии, обеспечивая разобщение дыхания и фосфорилирования, увели­чивая, тем самым, долю энергии, переходящей в тепло. Кроме того, свободные жирные кислоты, активируя карнитин-ацилтрансферазы, обеспечивают саморегуляторный перенос жирных кислот во внутрь клетки. Эти процессы происходят, в основном, в структурах бурой жировой ткани, являющейся единственным специфическим органом, главная функция которого ориентирована на реакции несократи­тельного термогенеза. Мышечная ткань в этом отношении оказыва­ется на втором плане и реализует тепловой эффект за счет расхо­дования гликогена. Печень, обеспечивая сопряжение белкового, уг­леводного и жирового обмена, функционирует в режимах повыше­нной активности, что ведет у жителей Севера к увеличению ее размеров и может иногда приводит к ухудшению функций этого органа.

Усиление окислительных процессов у жителей Севера осущест­вляется за счет согласованной гиперфункции щитовидной железы и надпочечников. Тироксин ведет к гипертрофии и новообразованию митохондрий в бурой жировой ткани, мышцах, миокарде, печени, головном мозге и др. тканях. В больших концентрациях он разоб­щает тканевое дыхание, снижает коэффициент полезного действия энергетических процессов и обеспечивает усиление теплового эф­фекта. Норадреналин, являясь важным медиатором липолиза, повы­шает чувствительность тканей к гормонам щитовидной железы и активирует в них обмен веществ. Усиление метаболических процес­сов в организме коренных жителей Севера ведет к напряженной работе всех звеньев их газотранспортной системы.

У аборигенов Севера с их крупной цилиндрической грудной клет­кой увеличен остаточный объем легких, которые "эмфизематозно" расширены, что улучшает диффузионные способности альвеол. Вен­тиляция равномерно распределяется на средние и верхние зоны, где увеличенный объем "мертвого пространства" воздухоносных путей улучшает тепловую обработку поступающего воздуха. Бронхиальное дерево у жителей высоких широт функционирует как эффективный противоточный теплообменник вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Демпферную функцию в этом плане берут на себя выраженные венозные сплетения в подслизистом слое бронхов. Площадь поверх­ности и объем альвеолярных капилляров увеличены не только в нижних долях легких, но и в верхних. Повышение при этом дав­ления в альвеолах и капиллярах способствует более равномерной перфузии кровью и верхних легочных зон. Гипертензия в малом круге кровообращения связана и со сбросом в него 2- 5% МОК из системы бронхиальных артерий большого круга через указанные выше перйбронхиальные гиперваскуляризованные сплетения.

Коэффициент утилизации О₂ в легких у постоянных жителей Арктических широт выше в сравнении с новоселами. Это, а также увеличение массы правого желудочка, расширение просвета и гипер-

279

трофические изменения стенок легочных сосудов, свидетельствует о том, что малый круг кровообращения испытывает значительное на­пряжение в обеспечении организма коренных жителей Севера необ­ходимым количеством О₂. Этим же целям служат, особенно в зим­ний период, умеренный эритроцитоз и повышение общего количе­ства гемоглобина, в основном, за счет увеличения содержания фрак­ции фетального гемоглобина.

Транспорт и утилизация О₂ организмом северян возрастают, бла­годаря богатой васкуляризации головного мозга, миокарда, печени, скелетной мускулатуры, бурой жировой ткани, желез внутренней секреции. У коренных жителей высоких широт периферическое со­судистое сопротивление не увеличено. Должный кровоток тканей обеспечивается в режимах относительной брадикардии и невысокого артериального давления. Нарастание уровня кровяного давления в связи с возрастом у них не наблюдается. Так, у постоянных жи­телей Севера старше 60 лет систолическое артериальное давление практически не бывает выше 140 мм рт.ст. МОК молодых людей соответствует величинам общепринятой нормы. Сердечно-сосудистая патология у постоянных жителей Севера наблюдается относительно редко.

У аборигенов Севера дополнительные резервы адаптации к холоду обнаруживаются на клеточном уровне системы транспорта кислорода и субстратов окисления к митохондриям. Это проявляется, прежде всего, в активации клеточного синтеза нуклеиновых кислот и бел­ков, что ведет к накоплению миоглобина в мышцах, увеличению количества дыхательных ферментов и митохондрий, т.е. включаются механизмы генетического уровня организации адаптивных процессов.

Факт генетической сформированности в процессе длительной эво­люции "полярного метаболического типа" коренного жителя север­ных широт считается доказанным. Однако, качественная сторона этого адаптивного процесса всегда определяется показателями здо­ровья человеческой популяции конкретного экологического региона. В этом плане адаптивное приспособление аборигенов к жизни в условиях высоких широт дается дорогой "ценой": задерживается на несколько лет период полового созревания, высок процент первич­ного бесплодия молодых женщин и преждевременных родов, часты патологии желудочно-кишечного тракта и легочные заболевания. Снижается функциональная и иммунологическая реактивность дет­ского организма. Рассматривая питание коренных жителей Севера как фактор, определяющий ряд характерных признаков арктического типа в целом, следует считать необходимым потребление натураль­ной белково- жировой пиши, содержащей ненасыщенные жирные кислоты, введение в рацион (особенно детей) овощей, фруктов и натуральных соков, богатых жиро- и водорастворимыми витаминами и микроэлементами, поскольку их искусственные аналоги менее эффективны и даже приводят к отрицательному результату в вита­минном обмене.

280