Физиологические процессы в организме в условиях Крайнего Севера
ВВЕДЕНИЕ
адаптация холод организм
Под влиянием экстремальных условий Крайнего Севера в организме прибывших сюда людей формируются своеобразные морфофункциональные особенности, являющиеся реакций на эти условия. Основу приспособления организма к новым условиям составляет системный, структурный след ,который проявляется фактически во всех органах и системах организма. В результате может произойти как повышение сопротивляемости организма к действующим фактором, так и снижение его сопротивляемости к действию этих факторов.
У прибывших на Север молодых людей происходит снижение общего иммунологического фона. У них общая иммунологическая активность после полярной ночи более низкая, чем в осенний период. При этом наибольшее снижение иммунных реакций имеет место у южан и тех жителей, которые находятся на Севере менее одного года . В полярный день иммунологическая активность выше. Однако она остается значительно ниже, чем у жителей средней полосы. У детей, проживающих на Севере, имеет место снижение иммунитета и увеличение содержания в крови глобулинов . В материалах ВОЗ отмечено, что у новоселов полярных регионов возникает ощущение «полярного плена». Они испытывают состояния повышенной внушаемости. Женщины испытывают неестественный страх перед предстоящими родами. У северян формируется «полярный метаболический тип», для которого характерно увеличение энергетической роли белков и жиров при снижении роли углеводов. (Во время полярной ночи уменьшается резерв дыхания. Это указывает на снижение функциональных возможностей аппарата внешнего дыхания. Определенную роль в генезе гипоксического состояния у северян играют значительные перепады парциального давления кислорода и концентрации кислорода в воздухе. По мере увеличения полярного стажа резервные способности внешнего дыхания постепенно снижаются .
Синдром полярного напряжения характеризует специфичность приспособления к новым условиям. Это приспособление (адаптация) носит системный характер и тесно связан с комплексом экологических факторов. При этом может происходить формирование уязвимости организма человека, проживающего на Крайнем Севере. Нарушение суточной периодики организма у северян происходит в результате резкой выраженности годового хода солнечной радиации на Севере, а также вследствие сглаженности ее суточного хода . В максимуме полярного дня и полярной ночи у детей-северян наблюдается снижение толерантности к физической нагрузке .
Процесс адаптации зависит от длительности проживания человека на Севере. При этом за периодом аварийной мобилизации функций организма наступает период сложных адаптивных преобразований. В конечном итоге они сводятся к формированию новых норм адаптивного реагирования.
Показатели основного обмена у прибывших на Север увеличиваются в продолжение 24 месяцев. К исходу 36 месяцев пребывания в Заполярье обмен веществ снижается. Но при этом он все же остается выше исходного. Исследования показывают, что причиной увеличения основного обмена у новоселов Севера являются повышение функции щитовидной железы. Это подтверждают такие данные. Из 2441 обследованных увеличение щитовидной железы было обнаружено у 311 человек. Причем большинство этих людей до прибытия на Севере эндокринных расстройств не имели.
В показано, что в процессе адаптации содержание сахара в крови устанавливается на более высоком уровне. Это свидетельствует об изменении функционального состояния углеводного обмена, а также об ускорении окислительных процессов.
Адаптация - сложный социально-биологический процесс. В период адаптации полярная ночь оказывается сильным раздражителем. Это приводит к формированию дизадаптационных неврозов. В период полярной ночи увеличивается потребность в продолжительном сне. Нередко наблюдается понижение аппетита, беспокоят боли в области сердца, проявляется раздражительность. У уроженцев юга содержание аскорбиновой кислоты в крови, экскреция ее с мочой в начале пребывания на Севере выше, чем у уроженцев северных регионов. Проведенные на Кольском Севере исследования особенностей адаптации показали, что у здоровых взрослых и детей наиболее высокий уровень аскорбиновой кислоты в плазме крови наблюдается в январе. С марта начиналось снижение, а в мае-июне этот уровень был низким. При этом внешние признаки С-витаминоза не проявлялись. Гиповитаминоз регистрировался у 32% обследованных .
Изучалась реакция организма человека на разные неблагоприятные факторы, действующие на Крайнем Севере. Это и холод, и геомагнитные возмущения, и световое голодание и другие факторы.
1. ТЕПЛООБМЕН
Суть успешной адаптации организма к холоду в продолжение длительного времени состоит в том, чтобы соответствующие физиологические механизмы в различных органах и системах обеспечивали сохранность постоянной нормальной температуры тела, а также осуществлялась жизнедеятельность организма в нормальном режиме, несмотря на пониженные температуры среды.
В неадаптированном организме это не обеспечивается. В нем теплопродукция повышается вследствие сократительного и несократительного термогенеза. Последний реализуется при распаде АТФ и освобождении энергии. Это неэффективный способ получения (освобождения) энергии. Он требует большого напряжения ферментативных процессов, а также значительных затрат специфических материалов. В адаптированном к холоду организме освобождение энергии происходит более рационально, без распада АТФ . При этом температурный гомеостаз сохраняется при более низком потреблении кислорода и при меньших энергозатратах. Собственно адаптация к экстремальным неблагоприятным условиям и состоит в экономизации физиологических систем, которые отвечают за это.
Если на организм холод действует длительное время, то приспособление организма к этим условиям происходит в результате системных изменений метаболизма, изменений структуры и функций систем организма.
В процессе адаптации к холоду происходит активация адренергической системы и щитовидной железы . Быстрое образование тепла, которое происходит при разобщении дыхания и фосфорилирования, обеспечивается интенсивным катехоламинным эффектом. В результате образуется относительный дефицит АТФ, а значит и увеличение общей мощности митохондрий, приходящихся на единицу массы ткани.
В условиях действия холода увеличивается масса щитовидной железы. Она работает в режиме гиперсекреции. Однако при этом не увеличивается концентрация в крови тироксина. Реактивность к данному гормону не растет. Это возможно потому, что в условиях действия холода потребление тироксина растет. Кругооборот тироксина при этом ускоряется . В свою очередь гиперсекреция тироксина способствует разобщению окисления и фосфорилирования.
Поэтому и возникает дефицит АТФ. Сам тироксин является гормональным индуктором. Он активирует синтез дыхательных ансамблей, а также целых митохондрий. Именно увеличение мощности митохондрий обеспечивает образование тепла и сохранение функций организма. Но это реализуется только в организме, который прошел долговременную адаптацию к условиям холода. В результате роста мощности митохондрий увеличивается масса и физиологическая эффективность всех звеньев системы, которая отвечает за транспорт к митохондриям кислорода, а также субстратов окисления.
. НЕРВНАЯ СИСТЕМА
Основную роль в перестройке организма в направлении адаптации к экстремальным внешним условиям играет центральная нервная система. Она регулирует реакции организма, которые направлены на поддержание гомеостаза в изменившихся условиях внешней среды.
Такими условиями, в частности, являются условия полярной ночи и полярного дня. В условиях полярной ночи психическое состояние угнетается, имеет место нарушение сна.
. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ
Переезд на Север сопровождается изменением обмена веществ. В частности, наряду с углеводным "топливом" в организме начинает гореть преимущественно жировое "топливо". Изменяется и сам углеводный обмен, возрастает доля так называемого анаэробного гликолиза, который является наименее выгодным для организма. Чем дольше человек живет на Севере, тем ярче выражены в его организме изменения обмена веществ. Максимальные отличия от общепринятых показателей отмечаются у представителей малых народностей Севера.
Становится ясно, что анаэробные процессы энергообеспечения в организме - это следствие повышенной внешней нагрузки. В состоянии физиологического покоя они дремлют и просыпаются лишь тогда, когда исчерпает себя аэробный способ получения энергии.
Изменение структуры метаболизма (обмена) у северян не что иное, как следствие внешних дополнительных нагрузок, которыми щедро одаривает организм северянина полярный климат. Бескислородные процессы энергообеспечения (анаэробный гликолиз) наименее выгодны для организма. Во-первых в случае анаэробного гликолиза меньше продуцируется энергия, значит больше и лучшего качества надо "топливо" (высококачественное питание). Во-вторых, при недостатке кислорода не все это топливо сгорает до конца и в организме остается много недоокисленных продуктов - "шлаков", и таким образом организм "зашлаковывается". Это так сказать энергетическая сторона дела. А вообще говоря, почему "внешние" (климатические) нагрузки Заполярья следует считать вредными для организма, ведь спортсмены и физкультурники умышленно "терзают" себя физическими нагрузками и живут преотлично? Однако, здесь есть одно но... Нагрузки спортсмена кратковременны - 1-2 часа в день, все остальное время его организм находится в состоянии относительного покоя. За это время все, что недогорело, доокисляется и истощенные энергетические резервы восстанавливаются не только до исходного уровня, а даже превышают его. Это так называемый эффект "суперкомпенсации", благодаря которому нагрузки можно с каждым разом наращивать. Происходит тр°ни-ровка организма и в результате - его адаптация к действию возрастающих нагрузок.
На Севере же "внешние" нагрузки постоянны, никакой компенсации (не говоря уж о "суперкомпенсации") не происходит. По этой причине организм не столько тренируется, сколько истощается и изнашивается. Следует подчеркнуть особенно, что физиологическая "стоимость" работы, выполненной в условиях Крайнего Севера, в среднем на 15-40% превосходит "стоимость" аналогичной работы, выполненной в условиях комфортного климата.
В научной литературе прочно обосновался термин "северный метаболический тип" человека, что лишний раз подчеркивает серьезность перестройки обмена веществ в организме северян.
Очень хотелось бы, чтобы на эти строки особое внимание обратили почитатели различных диет, а также сторонники длительного голодания. На этом мы завершаем рассмотрение региональных особенностей обмена веществ в организме северян и переходим к изучению системы крови.
. СИСТЕМА КРОВИ
Кровь обладает удивительным свойством, в ней, как в зеркале, отражаются все происходящие в организме процессы. Даже незначительные внешние воздействия вызывают изменения состава крови, или, как принято говорить - меняется картина крови.
Количество форменных элементов в крови северян существенно не отличается от принятой нормы, это свидетельствует не в пользу северян. Кроме того, в определенные периоды заполярного года (полярная ночь, весна) этот, казалось бы, незначительный нюанс играет существенную роль в общем состоянии человека.
Рассмотрим более подробно вопрос, связанный с поддержанием нормального количества эритроцитов в крови северян, поскольку именно необходимый уровень этих форменных элементов во многом обеспечивает хорошее самочувствие и высокую работоспособность. Основной физиологической функцией эритроцитов является транспортировка кислорода - его перенос от стенок легких ко всем органам и тканям организма. Такой перенос становится возможным благодаря особенностям строения эритроцита и свойствам входящего в его состав гемоглобина, способным давать нестойкое соединение с кислородом. Там, где вокруг много кислорода, гемоглобин соединяется с ним, где кислорода мало, гемоглобин отдает его. Благодаря гемоглобину, кровь содержит фактически столько же кислорода, сколько его имеется в атмосферном воздухе. Поэтому соприкосновение с кровью заменяет для всех клеток и органов необходимость контакта с воздухом. Чем больше эритроцитов (гемоглобина), тем лучше дышится организму, тем эффективнее функционируют его органы и системы, тем выше работоспособность, лучше самочувствие и здоровье. Но эритроциты отличаются от всех других клеток тела тем, что они недолговечны. Считается, что живут они не больше 4 месяцев.
Как уже было сказано, количество эритроцитов в крови северян незначительно отличается от общепринятого уровня. Однако, обеспечение такого "нормального" уровня достигается чрезмерным напряжением кроветворных органов (красного костного мозга). Продолжительность жизни эритроцитов у северян сокращена примерно на одну треть. Ускоренное снижение эритроцитов компенсируется повышенной репродукцией. В итоге получается, что в крови северян в большом количестве циркулируют молодые и стареющие формы эритроцитов. Такая ситуация несет в себе элемент риска. Избыточная нагрузка на органы кроветворения (беременность, неразумное донорство, травма, перенапряжение) часто приводит к малокровию, то есть к пониженному количеству эритроцитов и гемоглобина в крови.
. ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА И ГАЗООБМЕН
Приспособление организма к условиям Севера зависит, прежде всего, от возможностей системы дыхания. Полагают, что низкие температуры приводят к резкому снижению проходимости воздухоносных путей и напряжению дыхания. Это происходит потому, что рефлекторно сужается просвет и сокращается гладкомышечный каркас бронхов под действием охлажденного и сухого воздуха. В этих условиях дыхание учащается, а его глубина уменьшается. При этом легочная ткань предохраняется от случайного охлаждения. Кроме того, этот «запас» позволяет при необходимости стабильно увеличить дыхатель-
ный объем. Естественно, что при этом максимальная вентиляция легких и их жизненная емкость несколько уменьшены. Зато минутный объем дыхания существенно увеличен относительно нормы. Исследования показали, что у северян с возрастом существенно снижается форсированная жизненная емкость легких. При этом диаметр легочной артерии увеличивается. Это сопровождается гипертрофией правого желудочка, а также блокированием правой ножки пучка Гиса.
Газовый состав крови у северян также изменен. Это является следствием изменения функции внешнего дыхания. В среднем на 16% увеличена площадь альвеолярной поверхности. На 24% увеличена общая капиллярная поверхность легких. Это увеличивает газообмен и является признаком хорошей адаптированности. Напряжение артериальной крови и насыщение ее кислородом такие же, как и у жителей средней полосы. Однако напряжение углекислоты в крови повышено. Увеличение потребления кислорода у северян приводит к тому, что артериовенозная разница по кислороду у северян значительно больше нормы средних широт. Все это является результатом метаболической перестройки энергетических процессов.
В экстремальных условиях Крайнего Севера заболевания органов дыхания часто принимают характерную форму. Это вызвано тем, что в процессе адаптации в организме происходят такие изменения, которые способствуют более тяжелому течению болезней органов дыхания. В возникновении пневмоний играет очень большую роль действие неблагоприятных метеорологических факторов. Повышенная заболеваемость хроническими неспецифическими болезнями легких связана с ухудшением качества внешней среды. Она проявляется чаще у лиц, которые проживают в неблагоприятных жилищных условиях вблизи вредных промышленных выбросов. Приступы бронхиальной астмы положительно коррелируют с изменением атмосферного давления, перепадами температуры воздуха, скоростью ветра и относительной влажностью воздуха .
. ЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА
В условиях Севера с холодным климатом в организме человека растет потребность в тиреоидных гормонах. В результате в организме создается дефицит йода. А это приводит к эндокринным заболеваниям. У больных диффузным токсическим зобом происходят патологические изменения гипоталамических центров. Поэтому у этих больных находили нейроциркуляторную дистонию. Исследованиями установлена связь заболеваемости эндемическим зобом и мочекаменной болезнью. Воспалительные заболевания пищеварительного тракта вызывают снижение усвояемости йода щитовидной железой. Такая ситуация весьма широко распространена на Севере. Статистические данные свидетельствуют о том, что около 6-15% взрослого населения России имеют нарушения толерантности к глюкозе. Риск появления диабета связан и с недостаточно продолжительным кормлением грудью. По данным Мурманской области около половины матерей прекращают кормление грудью до 3 месяцев. Установлено, что по мере продвижения на север частота заболеваний сахарным диабетом растет.
Заболеваемость детей сахарным диабетом в России в 40 раз выше, чем в Японии. В северных регионах она выше, чем в среднем по стране.
. СОДЕРЖАНИЕ ВИТАМИНА С
Отдельно хотелось бы сказать о роли витамина С.
Физиологическое значение витамина С чрезвычайно велико и связано с его окислительно-восстановительными свойствами [Лекок], которые определяют его регулирующее влияние на синтетические процессы, основной, углеводный и холестериновый обмен, а также на
функциональную деятельность отдельных систем и органов.
Аскорбиновая кислота стимулирует функцию ретику-ло-эндотелиалыной системы, внешнесекретррную деятельность поджелудочной железы, эритропоэз, образование протромбина и антител, обеспечивает нормальное состояние эластичности капилляров, способствует повышению содержания каталазы в крови, влияет на содержание глютати'она, активирует клеточное дыханиеъ.
Известно, что аскорбиновая кислота оказывает положительное действие на заживление ран у людей, испытывавших недостаток в витамине С .
Существенное значение имеет витамин С в профилактике и лечении инфекционных заболеваний. Установлено, что при и ж инфекционных заболеваний содержание аскорбиновой кислоты в органах снижается, что говорит о повышенном ее использовании тканями. Аскорбиновая кислота участвует в создании защитных физиологических механизмов организма.
Большое значение имеет взаимосвязь витамина С с функцией надпочечников, щитовидной железы, половых желез. Аскорбиновая кислота предохраняет гормон надпочечников-адреналин- от разрушения и способствует восстановлению дегидроадреналина в адреналин (А. М. Утевский). Надпочечники являются главным депо витамина С в организме.
При недостатке витамина С развиваются различные нарушения функции половых желез. Потребность в аскорбиновой кислоте повышается при гиперфункции щитовидной железы. введение витамина С влечет за собой в первую очередь изменения со стороны углеводного обмена, в то время как белковый, жировой и минеральный обмен остаются без существенных изменений (А. В. Палладии). В механизме этого влияния существенную роль играет адреналин как один из мощных регуляторов углеводного об~мена.
Таким образом, витамин С оказывает разностороннее влияние на процессы обмена веществ у здорового человека и при различных патологических состояниях.
Изложенным не исчерпывается участие витамина С в процессах, протекающих в живом организме.
Вопрос о влиянии холода на обмен веществ, в том числе на обмен витаминов, освещен еще -недостаточно.
Обмен аскорбиновой кислоты в организме изменяется в условиях как высокой, так и низкой окружающей температуры. Непродолжительное воздействие низкой температуры снижает содержание аскорбиновой кислоты в организме. По данным А. Н, Климова, продолжительное воздействие холода приводит к резкому увеличению уровня аскорбиновой кислоты в крови и тканях.
Потребность в аскорбиновой кислоте при акклиматизации к холоду доказана многими авторами. Так, исследования Демаре (1957) на показали, что у животных, приспособившихся к холоду, содержание аскорбиновой кислоты в органах увеличивается. На основании своих экспериментов Демаре приходит к выводу, что адаптация к холоду сопровождается увеличением содержания в некоторых тканях аскорбиновой кислоты. Каждому понижению температуры соответствует более высокая потребность в витамине С.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
адаптация холод организм
Рассмотрев все выше перечисленные изменения физиологических процессов под влиянием особых климатических условий Севера, можно сделать следующие выводы:
·Необходимо принимать своевременные меры по профилактике и лечению заболеваний. Необходим усиленный контроль за здоровьем детей, т.к. в данных условиях могут произойти необратимые сбои в организме.
·Для сохранения здоровья нужно обратить внимание на питание, в своем рационе учитывать потребности организма в витаминах и минеральных веществах, при необходимости принимать их дополнительно в специально разработанных комплексах.
·Разумно распределять физическую нагрузку
ЛИТЕРАТУРА
1.Палько Л.Л. , Ковалев И.В. - Здоровье населения на Крайнем Севере.- М.:1999.-144с.
2.Арнольди И.А.- Акклиматизация человека на севере и юге.- Медгиз.:1962.-71с.
. Литвинов Н.Н.- Здоровье человека на Крайнем Севере.- Гос.Издат.Мед.Лит-ры.-1963.-222с.