экстремальным условиям высоких широт.

Адаптивные реакции у мигрантов к

Адаптация (акклиматизация) человека к экстремальным условиям высоких широт обеспечивается перестройками всех видов обмена веществ, изменениями нейроэндокринных механизмов регуляции и у пришлого населения протекает фазно (см. главу 21). Продолжитель­ность основных фаз адаптации различна и зависит от места прожи­вания, условий быта, питания и индивидуальных свойств организма мигрантов.

Начальный период адаптации к суровым условиям Крайнего Се­вера продолжается в среднем до полугода и характеризуется деста­билизацией многих физиологических параметров. Во втором периоде (около 2-3 лет), имеет место нормализация и синхронизация веге­тативных и соматических функций в условиях физиологического покоя и при умеренных физической и психоэмоциональной нагруз­ках. В третьем периоде (последующие 10-15 лет), состояние орга­низма относительно стабилизируется. Для поддержания должного уровня жизнедеятельности требуется постоянное напряжение нейро­эндокринных регуляторных механизмов (повышение обмена веществ не только во время работы, но и в покое), что может привести к истощению резервных возможностей организма.

Результаты исследований деятельности функциональных систем организма мигрантов в условиях высоких широт весьма противоре­чивы, что в какой-то степени может быть объяснено различием природно-климатических и социальных условий, пунктов прожива­ния, где проводились обследования (современные города, небольшие поселки, дрейфующие станции "СП" и т.д.), неоднородностью со­става испытуемых по возрасту, полу, профессии, условиям питания и быта. Это может быть также связано с различными принципами наблюдений (состояние основного обмена, относительного покоя, разные сезоны года и времени суток), с применением неодинаковых приборных методов и т.п.

265

Основные сдвиги физиологических параметров у мигрантов и або­ригенов в процессе адаптации к условиям высоких широт описаны ниже.

Эндокринная система.У людей, прибывших в условия высоких широт, имеет место активация симпато-адреналовой системы, что сопровождается повышением концентрации норадреналина и адре­налина в крови, а также увеличением экскреции их с мочой (рис.23.1). В начальную фазу адаптации к холоду катехоламины по­вышают интенсивность обмена веществ в мышцах, активируют ли-полиз и увеличивают утилизацию свободных жирных кислот мыш­цами, а также бурой жировой тканью. В результате термогенного (калоригенного) эффекта катехоламинов происходит быстрое увели­чение образования тепла и возрастание основного обмена у адап­тирующихся к холоду людей. Термогенный эффект катехоламинов реализуется через В- адренорецепторы тканей и усиливается в при­сутствии тиреоидных гормонов, которые повышают чувствительность тканей к катехоламинам. В этот же период адаптации человека к холоду усиливается секреция тиреотропного гормона аденогипофи-зом, и гиперфункция щитовидной железы сопровождается увеличе­нием потребления тканями тиреоидных гормонов. Последние же оказывают разобщающее действие на реакции окислительного фос-форилирования в митохондриях, благодаря чему, значительная часть высвобождающейся энергии выделяется в виде тепла. Таким обра-

Рис.23.1. Процентные изменения суточной экскреции мочи (1), 17-оксикортикостероидов (2), норадреналина (3) и адреналина (4) у людей, во время пребывания в Арктике, предварительно не адаптированных (а) и адаптированных к холоду (б)

266

зом, в раннюю фазу адаптации к холоду усиление функции щито­видной железы при одновременном возбуждении симпато-адренало-вой системы обеспечивает активацию обменных процессов в мыш­цах, в бурой жировой ткани, во внутренних органах. В результате, увеличивается доля тепла, получаемая путем несократительного тер-могенеза.

В начальные сроки адаптации к холоду у человека отмечается повышение концентрации кортикостероидов (17-оксикортикостеро-идов) в крови и моче. Важным признаком активации коры надпо­чечников в этих условиях является снижение количества эозино-филов (эозинопения). Кортикостероиды стимулируют глюконеогенез и повышают содержание глюкозы в крови, т.е. мобилизуют энерго­ресурсы. Активация коры надпочечников не характерна для поляр­ников, работающих в помещении, поскольку в этих случаях дей­ствие холода нивелируется условиями жилья и работы.

Между тиреотропной и антидиуретической функциями гипотала­муса при адаптации к высоким широтам проявляется реципрокная связь: усиление тиреотропной функции в условиях холода тормозит антидиуретическую функцию. В результате, в раннюю стадию адап­тации к низкой температуре происходит снижение секреции анти­диуретического гормона и усиление мочеотделения ("холодовой ди­урез"). Так, в первые дни пребывания людей на полярных станциях Арктики отмечено учащение диуреза до 7-15 раз в сутки. Эта ре­акция рассматривается как адаптивная, направленная на поддержа­ние водно-солевого гомеостазиса, поскольку испарение жидкости в условиях холода резко ограничено, а количество образующейся в жировой ткани метаболической воды повышено. В свою очередь, увеличение мочеотделения ведет к дегидратации организма, разви­тию гемоконцентрации и повышению осмолярности плазмы. Умень­шение содержания воды в тканях снижает их теплопроводность и способствует сохранению тепла в организме.

В переходной стадии адаптации к холоду катехоламины и тирок­син реализуют калоригенный эффект через активацию синтеза белка и нуклеиновых кислот в мышечной и бурой жировой тканях. В устойчивой фазе адаптации к низкой температуре окружающей сре­ды усиление синтеза белка приводит к гипертрофии клеток бурой жировой ткани, увеличению в них количества митохондрий, умень­шению степени сопряжения окисления и фосфорилирования в ми­тохондриях. Одновременно увеличивается мощность системы мито­хондрий в мышцах. При этом действие тироксина выражается не только в возрастании количества и размеров митохондрий в мышеч­ной и бурой жировой тканях, но и в повышении активности и синтеза митохондриальных ферментов. Совокупность этих процессов способствует более высокому потреблению кислорода организмом, адаптированным к холоду. Действие катехоламинов на жировой об­мен вызывает повышение содержания в плазме жирных кислот, которые являются субстратом окисления в мышечной и гипертро­фированной бурой жировых тканях. В увеличенной массе бурой жировой ткани возрастает количество адренорецепторов, что повы-

267

шает ее чувствительность к катехоламинам. Все это свидетельствует о переходе организма на более экономный путь терморегуляции.

В условиях высоких широт организм человека реагирует на своеобразную светопериодику (фотопериодизм). Соответственно смене фаз света и темноты происходят ритмические колебания секреции тропных гормонов и гипофиза. В светлый период года у человека повышается активность надпочечников и увеличива­ется концентрация адреналина и кортикостероидов в крови, активируется симпатический отдел вегетативной нервной систе­мы. В период полярной ночи преобладает активность парасим­патического отдела и повышается уровень меланотропного гор­мона.

Система крови.Количество эритроцитов и гемоглобина у людей во время адаптации к холоду в Арктике и Антарктике меняется неоднозначно. Для полярников высокогорья Центральной Антаркти­ки характерна активация эритропоэза, вызванная повышенным уров­нем в крови эритропоэтинов (связанным с хроническим воздействи­ем на организм гипоксической гипоксии), а в условиях Арктики —снижение количества эритроцитов и гемоглобина. Возможными причинами аномалии являются: холодовое воздействие на организм с последующей гемоглобинурией, многомесячное отсуствие есте­ственного солнечного света, снижение содержания в организме ви­таминов, относительная гиподинамия. Это подтверждается тем, что состав красной крови у полярников нормализуется после возвраще­ния их в условия средней полосы России.

У жителей Заполярья и полярников зарегистрирована значитель­ная лейкопения, особенно в начале зимовки. Уменьшено содержа­ние палочкоядерных и сегментоядерных нейтрофилов, а также мо­ноцитов. Увеличено количество эозинофилов, а иногда имеет место эозинопения. В период полярной ночи количество лимфоцитов сни­жается, а во время полярного дня — повышается.

В процессе адаптации людей к условиям Севера снижается общая иммунная реактивность и уменьшается фагоцитарная активность крови, с чем коррелирует частота простудных заболеваний. Все это обусловлено влиянием на иммунитет высокой концентрации глкжо-кортикоидов в крови мигрантов (подавление образования антител, сдвиги в лейкоцитарной формуле).

В ранний период адаптации здоровых лиц, прибывших в Арктику из средней полосы России, замедляется начало и увеличивается время свертывания и рекальцификации крови, снижается толерант­ность плазмы к гепарину. Повышается количество тромбоцитов и их функциональная активность. Эти изменения показателей системы свертывания крови связаны со специфическими особенностями све­тового и солнечного режимов высоких широт, нарушением вита­минного баланса организма.

У людей, длительное время проживающих на Севере, процесс свертывания крови существенно укорочен, при понижении толе­рантности плазмы к гепарину повышена ее фибринолитическая ак-

268

тивность, ускорено время образования тромба. После 6-ти лет пре­бывания на Севере эти показатели нормализуются и, в дальнейшем, существенно не меняются.

Сердечно-сосудистая система.Пребывание человека в условиях Крайнего Севера сопровождается изменениями показателей сердеч­но-сосудистой системы, которые зависят от сроков адаптации. В период кратковременной адаптации мигрантов к условиям Заполярья появляются разнообразные субъективные нарушения: одышка, осо­бенно при быстрый ходьбе и физической нагрузке, сердцебиение, боли в области сердца. Наибольшее число жалоб предъявляется мигрантами во время полярной ночи. Объективно в этот период мобилизуются приспособительные реакции системы кровообращения, что проявляется в ускорении частоты сердечных сокращений, по­вышении систолического, диастолического и среднединамического давлений, увеличении периферического сосудистого сопротивления и линейной скорости кровотока. Такая физиологическая стресс-реак­ция системы кровообращения, направленная на нейтрализацию от­рицательных воздействий комплекса неблагоприятных факторов Крайнего Севера, характерна для первых 2-2,5 лет проживания человека в Заполярье.

При дальнейшем пребывании мигрантов в условиях Севера (3-6 лет) постепенно урежается частота пульса, снижаются систолический и минутный объемы кровообращения, но артериальное давление и периферическое сопротивление сосудов остаются увеличенными. В результате длительного проживания в этих экологических условиях (10 лет и более), т.е. при хроническом воздействии на организм человека экстремальных факторов Крайнего Севера, устанавливаются брадикардия, сниженный систолический и минутный объемы крово­обращения, повышается артериальное давление и периферическое сосудистое сопротивление. В этот период адаптации к высоким широтам возрастает проявление у людей гипертонической болезни, характеризующейся более тяжелым течением, чем в средних широтах (гипертонические кризы, приводящие к мозговым инсультам или инфарктам миокарда).

Система внешнего дыхания.Влиянию низких температур, в пер­вую очередь и в наибольшей степени, подвергаются органы внеш­него дыхания, которые в изменившихся условиях среды должны адекватно выполнять свою функцию — снабжать организм кислоро­дом. Выделяют три стадии адаптации системы дыхания у приезжих в районы высоких широт.

В первой стадии — адаптивного напряжения (до 3-6 месяцев) — происходит перераспределение статических легочных объемов, при котором часть резервного объема выдоха переходит в остаточный объем. Уменьшение резервного объема выдоха сопровождается уменьшением объема вдоха, в результате чего резервы вентиляции снижаются. Увеличение остаточного объема легких способствует со­греванию холодного вдыхаемого воздуха в теплом альвеолярном, а

269

уменьшение резервного объема вдоха и выдоха предохраняет от прямого холодового повреждения легких. Характерно также увели­чение дыхательного объема или минутного объема дыхания. Однако, несмотря на возрастание легочной вентиляции, коэффициент испо­льзования кислорода снижается, что связано с неустойчивостью вентиляционно-перфузионных отношений по зонам легкого. Несо­ответствие вентиляции и кровоснабжения легких приводит к сниже­нию диффузионной способности и к регионарной гипоксии легких, вызывающей сужение артериол и мышечных артерий. Спазм мелких сосудов легких ведет к значительному увеличению систолического легочного давления крови (до 50-65 мм рт.ст., по сравнению с нормой 25-30 мм рт.ст.). Такое сочетанное изменение параметров внешнего дыхания и легочного кровотока свидетельствует о напря­женной работе и снижении компенсаторных возможностей системы дыхания.

В первую стадию адаптации человека к условиям высоких широт также имеет место уменьшение максимальной вентиляции и форси­рованной жизненной емкости легких. Это связано с воздействием охлажденного сухого воздуха на верхние дыхательные пути и брон­хиальное дерево, приводящим к снижению температуры слизистых оболочек воздухоносных путей и рефлекторному сужению просвета гладкомышечного каркаса бронхов. В результате, проходимость воз­духоносных путей становится меньше, что приводит к значительно­му напряжению дыхания и появлению "полярной одышки".

Одышка у полярников при физической работе на открытом воз­духе в первые месяцы их пребывания в высоких широтах рассмат­ривается как следствие значительного увеличения расхода энергии по сравнению с такой же работой в средних широтах. Отсюда рас­тет легочная вентиляция, необходимая для покрытия потребностей организма в кислороде и выведения углекислоты. Наблюдается вре­менное несоответствие межу установившимися ранее функциональ­ными связями, обеспечивающими определенный вид физической нагрузки адекватным газообменом, и новыми повышенными запро­сами к органам дыхания, обусловленными более высоким расходом энергии при том же объеме физической работы. Ощущение одышки имеет объективную причину, связанную с возрастанием легочной вентиляции.

С увеличением срока пребывания людей в высоких широтах ощу­щение одышки при физической работе становится менее выраженным и со временем полностью исчезает. Помимо обычной тренировки к более интенсивным физическим нагрузкам в организме человека вы­рабатываются новые отношения между характером работы, с одной стороны, и сопровождающим его расходом энергии и легочной вен­тиляции — с другой. Следовательно, вторая стадия — стадия стаби­лизации функции бронхо-легочного аппарата — у северян соответ­ствует становлению адекватного и более экономного режима деятель­ности органов дыхания. Она характеризуется меньшей вариабельнос­тью значений статических объемов и емкостей легких, а также пока­зателей кровотока, вентиляционно-перфузионных отношений (особен-

270

но, при нагрузках), высокой амплитудой сезонных сдвигов внешнего дыхания. В указанный период имеет место тенденция к урежению дыхания, восстановлению до исходных значений резервного объема вдоха и выдоха, нарастанию значений коэффициента использования кислорода. Вместе с тем, остаются высокими значения дыхательного объема и минутного объема дыхания, что свидетельствует о сохране­нии гипервентиляции легких. Ко 2-3-му году году жизни человека в условиях высоких широт исчезают признаки дыхательной недостаточ­ности ("полярная одышка").

Третья стадия — адаптированности легких — проявляется как благоприятный исход стадии стабилизации и продолжается примерно в течение 10-12 лет пребывания на Севере или еще более длитель­ный период. На этой стадии адаптации гипервентиляция в покое у людей сопровождается снижением максимальной вентиляции и фор­сированной жизненной емкости легких, что свидетельствует о суще­ственных проявлениях обструктивного синдрома, который в зимнее время диагностируется у половины жителей высоких широт. Мор­фологическим выражением этого синдрома является резкое утолще­ние главных, долевых и сегментарных бронхов, гипертрофия пучков мелких бронхиол. В этот же период происходит восстановление эффективности вентиляционно-перфузионных отношений (коэффи­циент использования кислорода почти достигает нормальных вели­чин) за счет усиления функционирования верхних и средних зон легких. Адаптационная легочная гипертензия стабилизируется на оптимальном уровне, который примерно в 2 раза превышает обыч­ные величины систолического давления в легочной артерии. Следо­вательно, новый уровень функционирования легких у людей в ус­ловиях Севера достигается за счет определенной "платы за адап­тацию" — более напряженной работы и постоянного расходования резервов дыхания (функциональных и структурных). Поэтому адап-тированйость органов дыхания северян имеет свои пределы.

Система кислотно-основного состояния.На первой стадии адап­тации в артериальной крови у приезжих развивается дыхательный алкалоз, возникающий в результате гипервентилящш легких в на­чальный период пребывания в условиях высоких широт. В после­дующем, после длительного нахождения в условиях высоких широт (2 года и более), основной особенностью кислотно-основного со­стояния остается частично или полностью компенсированный дыха­тельный алкалоз, так как продолжают сохраняться явления гипе­рвентиляции. По мере увеличения времени проживания в условиях низких температур имеет место учащение случаев и метаболического ацидоза. Последнее связано с тем, что интенсивное и длительное холодовое воздействие на человека сопровождается активацией гли-колитических и липолитических процессов в тканях и ведет к на­коплению в крови метаболитов, которые обуславливают сдвиг рН в кислую сторону. Степень ацидоза уменьшается по мере увеличения срока проживания в высоких широтах. У приезжих жителей отме­чается также большая артерио-венозная разница по кислороду, что

271

является результатом перестройки тканевого метаболизма, вызванно­го активацией химической теплопродукции и ведущего к увеличению потребности тканей в метаболических субстратах и кислороде. По­вышенное потребление кислорода приводит к значительному умень­шению его содержания в венозной крови.

Основной обмен, метаболизм, терморегуляция.В ранний период адаптации к Северу в течение полярного дня основной обмен у приезжих повышается на 13-17%. Одной из причин этого является увеличение липидного обмена и, соответственно, повышение в диете белков и жиров. Имеет значение и продолжительное воздействие на организм холода, так как увеличивается объем физической работы на открытом воздухе. Во время полярной ночи основной обмен понижен не только из- за уменьшения степени освещенности, явля­ющейся сильным стимулятором гипоталамуса, но и в связи с огра­ничением активности и сокращением времени пребывания людей на холоде. Показано, что чем короче период пребывания человека на морозе, тем меньше вероятность включения химической терморегу­ляции (т.е. повышения обмена веществ).

Длительное проживание мигрантов в Заполярье приводит к по­нижению основного обмена независимо от сезона, но у полярников Антарктиды основной обмен лишь незначительно отклоняется от стандарта. Этому способствуют благоприятные бытовые условия, предупреждающие от сильного и продолжительного охлаждения, и рациональный режим работы, сохраняющий активность людей во все сезоны зимовки.

В условиях высоких широт возрастает роль жиров и понижается вклад углеводов в энергетическом обмене организма. Только в на­чальный период адаптации к Северу главным источником энергии являются углеводы, мобилизующиеся из печени, а уровень сахара в крови в это время повышается. В последующие сроки проживания в Заполярье понижается как скорость обмена глюкозы на конечных этапах гликолиза, так и уровень сахара в крови (на 40-50%). На­рушения углеводного обмена связаны с дефицитом витамина В_р являющегося кофактором фермента пируватдегидрогеназы, участву­ющего в углеводном обмене. Имеет место дефицит и других водо­растворимых витаминов (С, В₂, В₆, РР) в связи с их усиленной экскрецией с калом и мочой. Употребление водорастворимых вита­минов в виде очищенных препаратов только увеличивает их экскре­цию. Одной их причин дефицита витаминов в организме является недостаток микроэлементов, в частности, магния, участвующего во всасывании водорастворимых витаминов. Дефицит витаминов наибо­лее выражен в период полярного дня, что приводит к сдвигу уг­леводного обмена. Другие проявления гиповитаминоза не наблюда­ются.

Одновременно с описанными выше изменениями в крови возрас­тает содержание глюкокортикоидов, повышающих активность гормо-ночувствительной липазы жировой ткани, что приводит к увеличе­нию в крови общих липидов, фосфолипидов, свободных жирных

272

кислот и активных транспортных форм липидов — липидов низкой и очень низкой плотности. У людей, адаптирующихся к условиям Севера, растет потребность в жирной пище, жирорастворимых ви­таминах А и Е. При наличии некоторой сезонной динамики уровень свободных жирных кислот в крови постоянно выше, чем у жителей средних широт. По мере увеличения продолжительности проживания в Заполярье артерио-венозная разница по свободным жирным кис­лотам растет, а по глюкозе — падает, что свидетельствует о боль­шем поглощении тканями липидов, чем Сахаров. Процесс переклю­чения энергетического обмена с углеводного на жировой продолжа­ется 5-10 лет. Формирование "полярного метаболического" типа является выражением адаптации человека к климатическим условиям высоких широт. При этом из-за изменений углеводного обмена, приема жирной пиши, повышенной теплопродукции большую на­грузку несет печень.

В первые 3-4 месяца адаптации к Северу у полярников появля­ется, так называемый, "холодовой диурез": выделяется много воды, натрия, хлоридов, снижается удельный вес мочи. Возникают жажда, сухость кожи и слизистых. Потеря воды и натрия обусловлена гор­мональными сдвигами в гипоталамусе и надпочечниках. Исчезнове­ние "холодового диуреза" — один из показателей развития акклима­тизации к холоду.

В поддержании постоянной температуры тела у лиц, адаптиру­ющихся к Заполярью, участвуют все виды терморегуляции. Увели­чение теплообразования на холоде происходит, в основном, за счет возрастания обмена веществ в тонических скелетных мышцах, бурой жировой ткани и, в меньшей мере, — в печени. В скелетных мышцах и бурой жировой ткани наблюдаются структурные измене­ния, характерные для напряженной активности органа ("структур­ный след"): увеличивается количество кровеносных капилляров, ми­тохондрий, в мышцах растет содержание миоглобина.

При остром воздействии холода на живой организм общий при­рост теплопродукции достигает 50-70%. Основным механизмом об­разования тепла в этот период является холодовая дрожь, благодаря которой, уровень выделяемого тепла может возрасти в 2- 3 раза, а на короткое время — в 4-5 раз. Однако, последующее охлаждение уже не вызывает дальнейшего увеличения образования тепла. По мере адаптации к холоду дрожь прекращается.

Существенный вклад в химическую терморегуляцию вносит тер­морегуляционный тонус скелетных мышц (или несократительный термогенез) — повышение теплопродукции, не связанной с их сокращением. За счет несократительного термогенеза при адаптации к холоду теплообразование может повыситься на 40-55%, причем 70% выделяемого тепла производят мышцы. Бурая жировая ткань синтезирует, депонирует свободные жирные кислоты, повышает их уровень в крови. Во время длительного пребывания человека на холоде активность бурой жировой ткани растет, она снабжает ор­ганизм основным энергетическим субстратом — свободными жир­ными кислотами. Кроме того, свободные жирные кислоты способ-

273

ствуют разобщению окислительного фосфорилирования, увеличивая, таким образом, теплопродукцию.

Увеличение образования тепла при адаптации к холоду осущест­вляется и за счет уменьшения коэффициента полезного действия сократительного акта: при каждом мышечном сокращении расходу­ется больше кислорода и энергии, чем при оптимальной темпера­туре, т.к. возрастает доля энергии, превращающейся в тепло, и уменьшается количество "полезной" энергии, идущей на мышечное сокращение. В процессе повышения теплообразования при адапта­ции к холоду принимает участие и норадреналин; он усиливает теплопродукцию мышц в отставленной фазе теплообразования, когда происходит ресинтез АТФ Калоригенное действие норадреналина обусловлено повышением чувствительности к нему тканей при адап­тации организма к холоду.

У людей, длительно проживающих в Арктике и Антарктике, тем­пература тела остается постоянной, даже при градиенте между тем­пературой окружающей среды и тела до 80°С. При длительной адап­тации к высоким широтам главными механизмами поддержания постоянной температуры тела становятся физическая (т.е.теплоотда-ча) и изоляционная (одежда, помещение) терморегуляции, ограни­чивающие потери тепла. Этот процесс более экономичен, чем под­держание постоянной температуры тела путем увеличения теплопро­дукции. За счет физической терморегуляции, например, отдача тепла может уменьшаться в 3-4 раза и, тем самым, для поддержания постоянной температуры тела окажется излишним повышение теп­лообразования.

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)

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