Гигиеническая характеристика климатических условий Крайнего Севера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гигиеническая характеристика климатических условий Крайнего Севера

В зону холодного климата входят районы Арктики и Антарктики, а также районы прилегающих к ним территорий. Часто встречается название «высокие широты» - термин, который был принят на Международной конференции в Женеве (1964) для обозначения областей северного полушария, лежащих севернее 66033 с.ш.

Холодный климат характеризуется прежде всего низкой температурой, т.к. ввиду малой высоты солнца над горизонтом солнечные лучи проходят длительный путь в атмосфере, поглощающей значительную часть их тепловой энергии. Климат Арктического бассейна определяется недостатком или полным отсутствием солнечной радиации зимой и очень большим притоком радиации летом. Годовой радиационный баланс поверхности арктических морей в общем положительный; отрицательный баланс только на плато Гренландии. По северным окраинам Евразии и Северной Америки в широтах, которые можно назвать уже субполярными, расположена зона тундры. Зимы здесь продолжительные и суровые, лето холодное и с заморозками. В Азии в этом типе климата располагаются полюсы холода Северного полушария (район Верхоянска и Оймякона). Средняя температура самого теплого месяца не выше +10-+12 градусов Цельсия; это тот предел, при котором могут произрастать деревья. Летние температуры невысокие, потому что радиация затрачивается на таяние снега и льда, а температура поверхности и воздуха остается близкой к нулю. На тех островах и побережьях, где снег летом тает, она, конечно, выше. В Арктике зимой температура падает до -50 градусов Цельсия ,в районе Оймякона ртутный столбик опускается до 70 градусов мороза. Зато летом в Сибири температура поднимается гораздо выше, чем в Арктике.

Низкое положение солнца приводит к тому, что в зимние месяцы оно находится ниже горизонта, а в летние не опускается за его линию. Поэтому другая особенность холодного климата, характерная для Заполярья - непрерывная полярная ночь в течение зимы и непрерывный полярный день в течение лета. Если солнце опускается немного ниже горизонта, наступают так называемые белые ночи. Продолжительность полярного дня и полярной ночи будет различной в зависимости от широты (на острове Диксон полярная ночь длится 81 день, в Норильске всего 45 дней) (см. таб. 1). Длительная полярная ночь и ослабление солнечной радиации при низком положении солнца над горизонтом обуславливают недостаток ультрафиолетовых лучей, необходимых для организма человека. Облака нижнего яруса атмосферы снижают прямое ультрафиолетовое излучение на 100% и рассеянное на 55% по сравнению с их значениями при ясном небосводе. Периоды «ультрафиолетового голодания» в среднем длятся на широте 50 градусов с конца ноября до середины января, достигая 60 дней, а на широте 70 градусов- с конца сентября до середины марта, приблизительно 180 дней. Большое значение при этом имеют погодные условия, особенно облачность и выпадение снега.

Таблица 1 - Годовое распределение освещенности на Севере (З.М. Прик ,1965)

Особенностью климата полярных районов является минимальная напряженность магнитного поля Земли на ее полюсах, которая облегчает проникновение космических жестких лучей и вызывает ионизацию воздуха, «северное сияние» и другие эффекты. В полярных и приполярных районах происходят мощные магнитные возмущения, отражающие как магнитные бури на Солнце, так и местные процессы колебаний геомагнитной активности. С этим связан высокий уровень зарядов атмосферного электричества.

Характерными для холодного климата являются сильные ветры, вызывающие метели и пургу. В тундре выражен муссонный характер циркуляции атмосферы: летом ветры направлены на материк, зимой- с материка. В Арктическом бассейне во все сезоны года наблюдается интенсивная циклоническая активность. Происходят резкие колебания атмосферного давления, ветер часто доходит до шторма, число дней со штормовыми ветрами может доходить до 100-122 в году.

На крайнем Севере выпадает небольшое количество осадков (не более 200-500 мм в год) вследствие малого влагосодержания воздуха при малых температурах. Максимум осадков приходится на лето. Как ни малы осадки, но при низких температурах они превышают испаряемость, поэтому грунт избыточно увлажнен и заболочен.

Низкие температуры воздуха способствуют низкой абсолютной влажности воздуха, но высокой относительной влажности, во все сезоны года она колеблется от 65 до 95%. Существенное значение имеет снижение плотности кислорода в воздухе. Эта величина является производной температуры, влажности и атмосферного давления, причем она изменяется прямо пропорционально давлению и обратно пропорционально температуре и влажности. Для северян важно, что в закрытых помещениях плотность кислорода ниже по сравнению с плотностью кислорода в атмосфере зимой на 10-15%, летом на 1-5%. При установлении антициклона с высоким атмосферным давлением плотность кислорода увеличивается.

Климат Антарктиды, южно-полярного материка, самый суровый на земном шаре. Среднегодовые температуры снижаются от -10 градусов Цельсия на побережье, на широте полярного круга, до - 50--60 градусов Цельсия в центре материка. Материк покрыт льдом толщиной до 4 км. Среднегодовое количество осадков около 120 мм; от побережья внутрь материка осадки сильно убывают. Низкая температура воздуха сочетается с сильными ветрами, часто бывают ураганы. Абсолютная влажность воздуха низка. На большой высоте антарктического плато атмосферное давление низкое- 460-480 мм рт.ст., парциальное давление кислорода резко снижено. Околополюсное расположение материка определяет необычную интенсивность электрометеорологических факторов ; резко повышен фон естественного космического излучения ( достигает в отдельные периоды до 90000 В/м, постоянный уровень 500 В/м против 100 В/м в средней полосе).

Следует отметить и своеобразную природную среду Крайнего Севера: слабоминерализованные воды, особые сочетания макро- и микроэлементов в местных пищевых продуктах, снижение количества минеральных веществ в продуктах, доставленных из других районов и долго хранившихся на холоде.

Характерной особенностью питания народов Севера является сыроедение. В летнее время - это все дикорастущие ягоды и съедобные травы, кровь и печень животных, глаза и головы рыб, зимой строганина из мяса оленей, белорыбицы.

Изучение крайних северных пределов земледелия в Америке и Евразии показывает определенно, что материковый климат более благоприятен для северного сельского хозяйства, чем прибрежный морской климат. Хотя последний характеризуется более мягкой зимой, но летом он не имеет достаточного тепла. В то время, как на западном берегу Норвегии, на 67°30' средняя температура июня, июля = 9°, в континентальной Якутии, в Верхоянске на той же широте за эти же месяцы средняя температура определяется в 14°. Известный климатолог А. И. Воейков установил общее положение: чем выше широта, чем суровее климат, тем более материковые климаты по сравнению с морскими имеют преимущество для сельского хозяйства.

Таким образом, практически земледелие не знает пределов. Культура овощей, корнеплодов, клубнеплодов и кормовых трав может идти до самых северных пределов Евразийского материка, может доходить не только до северной границы тайги, но заходить в лесотундру и даже в тундру.

Ограничивающим фактором развития земледельческой культуры является не холод, а заболоченность, с которой можно бороться дренажем.

Гигиеническая характеристика климатических условий жаркого климата.

Жаркий климат характеризуется высокой температурой, возникающей в результате интенсивной солнечной радиации. В первую очередь, это относится к полосе широт, близких к экватору. В зависимости от влажности воздуха меняется характер климата: жаркий климат сухой пустыни (аридный) создает совершенно иные экологические условия, чем жаркий климат влажных тропиков (юмидный).

Сухие пустыни занимают более 1/5 всей поверхности земной суши. Такие, как африканская Сахара, имеют громадные размеры. На территории бывшего СССР жаркие сухие пустыни занимают значительную территорию в Среднеазиатских республиках. Высокие температуры воздуха сохраняются на протяжении 5-7 месяцев. Происходят резкие колебания температуры воздуха в течение суток (ночью до -10 градусов по Цельсию). Климат тропических пустынь еще называют континентальным тропическим климатом. Облачность и осадки здесь очень небольшие, радиационный баланс земной поверхности вследствие сухости воздуха и большого альбедо земной поверхности меньше, чем в экваториальном поясе. Температура воздуха очень высокая, так как малы затраты тепла на испарение. Лето исключительно жаркое, средняя температура самого теплого месяца не ниже +26 градусов Цельсия, местами до +40. Максимальная жара наступает около 14 часов; минимум температуры достигается к 4-6 часам утра.

Именно в зоне тропических пустынь наблюдаются самые высокие максимумы температуры на земном шаре - около +57-+58 градусов Цельсия. Зима также теплая, с температурой самого холодного месяца между +10-+22 градусов Цельсия. Осадки выпадают редко, но возможны и сильные ливни (до 80 мм за сутки). Годовые суммы осадков почти всегда меньше 250 мм, а местами меньше 100 мм. При в общем слабых ветрах для тропических пустынь характерны пыльные вихри, песчаные бури, переносящие огромные количества песка. Они связаны с крайним перегреванием нижнего слоя воздуха. Влажность воздуха чрезвычайно низкая - 12-20%. Отсутствие облаков создает условия, благоприятствующие действию солнечной радиации.

В юмидной климатической зоне, где приток солнечной радиации мало меняется в течение года, наблюдается очень равномерный температурный режим. Как на море, так и на суше средние многолетние температуры всех месяцев года от +24 до +28 градусов Цельсия. Годовая амплитуда температуры может быть не более 1 градуса, обычно не превышает 5 градусов. Суточные амплитуды температуры порядка 10-15 градусов Цельсия. При большой влажности воздуха встречное излучение велико и не дает температуре сильно падать даже в ясные ночи.

Испарение велико, потому велика и абсолютная влажность. Она может превышать 30 г/м3. Относительная влажность также велика. В самые сухие месяцы года она выше 70%, а в устье Амазонки средняя ее величина более 90%.Осадки обильные, имеют ливневый характер и часто сопровождаются грозами. За год выпадает в среднем 1000-3000 мм осадков, но в ряде мест (горные районы Индонезии) выпадает и более 6000 мм.

Влажный тропический климат предъявляет к организму исключительно высокие требования.

Гигиеническая характеристика климатических условий высокогорья.

С давних времен человек осваивал горные местности. Горы служили для него источником полезных ископаемых, надежным убежищем от нашествий врагов. Несмотря на своеобразие условий, человек научился выращивать там полезные растения и пасти скот. Сегодня функции гор чрезвычайно многолики: они служат базой горнорудной промышленности, в горах располагаются многолюдные курорты, по их склонам проходят живописные туристские маршруты, на горные вершины поднимаются альпинисты. Население горных районов весьма многозначительно - на территории бывшего СССР проживает в них около 10 миллионов человек. Это делает задачу изучения влияния условий высокогорья на организм человека и его адаптации к ним в высшей степени актуальной.

Ведущим экологическим фактором горного климата является низкое барометрическое давление воздуха, ведущий к гипоксии. Так, на высоте 5000 м человек получает во вдыхаемом воздухе вдвое меньше кислорода, чем при дыхании на уровне моря, благодаря чему данная высота оказывается практически предельной для обитания людей.

Атмосферное давление с высотой падает, солнечная радиация и эффективное излучение возрастают, температура и амплитуда ее суточного хода, как правило, убывают, удельная влажность также убывает, а ветер достаточно сложно меняется по скорости и направлению. В горах намечаются и характерные изменения с высотой облачности и осадков. Осадки, как правило, сначала возрастают с высотой местности, но начиная с некоторого уровня убывают. В результате в горах создается высотная климатическая зональность. Образуются лежащие одна над другой климатические зоны с соответствующим изменением растительности. Сначала идут лиственные леса. В сухих климатах они начинаются не от подножия гор, а с некоторой высоты, где температура падает, а осадки возрастают настолько, что становится возможным произрастание древесной растительности. Затем идут хвойные леса, кустарники, альпийская растительность из трав и стелющихся кустарников. За снеговой линией следует зона постоянного снега и льда. Граница земледелия в горах близка к границе леса; в сухом континентальном климате она проходит значительно выше, чем в морском.

Очень существенно, что и при смене высотных климатических зон сохраняются общие закономерности климата, присущие той широтной зоне, в которой находится данная горная система. Так, выше снеговой линии в горах тропической зоны годовая амплитуда температуры остается характерно малой; следовательно, климат там отнюдь не идентичен климату полярных областей.

На климатические условия в горах влияет не только высота местности над уровнем моря, но и высота и направление горных хребтов, экспозиция склонов относительно стран света и преобладающих ветров, ширина долин и крутизна склонов. Формы рельефа оказывают влияние на суточный ход температуры. Задерживая перенос масс холодного или теплого воздуха , горы создают более или менее резкие разделы в распределении температуры на больших географических пространствах. В связи с перетеканием воздушных течений через хребты на наветренных склонах гор увеличиваются облачность и осадки. На подветренных склонах, напротив, возникают волновые возмущения воздушных течений и особые формы облаков. Над нагретыми склонами гор также увеличивается конвекция и, следовательно, облакообразование.

Другой особенностью высокогорья являются холод и частые ветры. В долинах горных систем наблюдаются ветры с суточной периодичностью, сходные с бризами. Это горно-долинные ветры. Днем долинный ветер дует из устья долины вверх по долине, а также вверх по горным склонам. Ночью горный ветер дует вниз по склонам и вниз по долине, в сторону равнины. Вертикальная мощность их значительная и измеряется средней высотой хребтов, образующих борта долины. Они не сильные, но иногда достигают 10 м/с и более. Днем температура воздуха над всей горной системой, в том числе и в долине, в целом выше, чем на соответствующих уровнях над равниной, так как на нее влияют прогретые склоны гор. Давление в долинах становится до самого гребня хребта ниже, чем над равниной, а на больших высотах - выше. В результате днем ниже уровня гребня устанавливается поток воздуха с равнины в долину, а выше - обратный перенос. Ночью воздух в долине холоднее, чем над равниной, и внутри устанавливается более высокое давление; возникают барические градиенты, обуславливающие перенос воздуха вниз по долине на равнину. Это горный ветер.

Ветер, дующий вниз по леднику в горах, называется ледниковым. Он не имеет суточной периодичности, так как температура поверхности ледника в течение всех суток ниже температуры воздуха. Воздуха охлаждается более всего у поверхности ледника. Надо льдом господствует инверсия температуры, и холодный воздух стекает вниз. Над некоторыми ледниками Кавказа скорость ледникового ветра 3-7 м/с.

Фёном называется теплый, сухой порывистый ветер, дующий временами с гор в долины. Температура воздуха при фёне значительно и быстро повышается, а относительная влажность резко падает, иногда до 10-20 %. В начале фёна могут наблюдаться резкие и быстрые колебания температуры и влажности вследствие встречи теплого воздуха фёна с холодным воздухом, заполняющим долины. Фён может быть порывистым. Продолжительность фёна от нескольких часов до нескольких суток, иногда с паузами. Особенное сильное повышение температуры при фёне бывает тогда, когда воздух с самого начала очень теплый, например, при перетекании через хребет тропического воздуха за теплым фронтом. Высокая температура воздуха дополнительно повышается адиабатически при нисходящем движении. Так, в первых числах мая 1935 г. в северных предгорьях Кавказа южный фён приносил воздух с Армянского нагорья. При этом температура повышалась в Нальчике до +32 градусов Цельсия, а относительная влажность опускалась до 13%. Эффект повышения температуры особенно велик, если до фёна воздух в долине был сильно выложен излучением. В Монтане (Скалистые горы) однажды в декабре температура повысилась с -40 до +4 градусов Цельсия в течение 7 часов. Продолжительный и интенсивный фён может привести к бурному таянию снега в горах, к повышению уровня и разливам рек, сходу снежных лавин. Летом может губительно действовать на растительность. На северных склонах Копетдага известен ветер гармсиль. Это фён, развивающийся в тропическом воздухе, текущем из Иранского нагорья и переваливающем через хребет. Температура при гармсиле достигает 48-49 градусов Цельсия, а относительная влажность опускается до 4-5 %. При гармсиле растения не успевают транспирировать влагу и завядают.

Ведущим экологическим фактором горного климата, нарастающим с высотой, является низкое барометрическое давление воздуха. Для характеристики горных местностей была предложена система их классификации с учетом влияния на организм человека и хозяйственного использования ( Н.А. Агаджанян,1968). Так, местности, находящиеся до 500 м над уровнем моря, обозначаются как низменность, от 500 до 1000 м- плоскогорье, от 2000 до 3000- среднегорье, от 3000 до 5000 м- высокогорье. Условия плоскогорья и низкогорья мало чем отличаются от условий, в которых живет на низменности 9/10 всего человечества, то уже среднегорье вызывает в организме человека приспособительные изменения, а высокогорье предъявляет к нему жесткие требования, приводящие к глубокой перестройке физиологических функций. При восхождении на высоту более 5000 м, вплоть до высочайшей вершины планеты- Джомолунгмы (8848 м), человек оказывается в экстремальных условиях, которые выходят за пределы его акклиматизационных возможностей и требуют применения специального снаряжения.

Физиологические сдвиги в организме, развивающиеся в период акклиматизации. Особенности адаптации коренного населения в условиях климата Крайнего Севера.

Экологические особенности жизни человека в холодном климате приспособили деятельность физиологических функций его организма к условиям окружающей среды.

Терморегуляция

В то время как у жителей жарких стран усиленная отдача тепла обусловлена увеличением поверхности тела на единицу его массы, обитатели холодного климата ограничивают потери тепла благодаря более низкому отношению поверхности к массе тела. Телосложение типичных аборигенов Заполярья отличается округлостью форм, сглаженностью черт лица, уменьшенными глазными щелями. Как правило, у них массивная коренастая фигура и при одинаковом с жителями умеренного пояса росте они имеют больший вес. Сохранению тепла способствует сильное развитие подкожной жировой клетчатки. В противоположность условиям жаркого климата, когда перегруженный внешним теплом организм человека требует его усиленной отдачи, условия холодного климата вызывают большую потерю тепла организмом и ставят задачу его сохранения для поддержания постоянной температуры тела. Поэтому в теплорегуляции коренных жителей Севера процессы отдачи тепла (физическая терморегуляция) отходят на задний план, а ведущую роль приобретают процессы образования тепла (химическая терморегуляция). Холод вызывает усиление обмена веществ, связанное с увеличением трат энергии на поддержание постоянного уровня температуры тела, необходимого для гомойотермного организма.

Источниками дополнительного образования эндогенного тепла в организме являются следующие механизмы теплопродукции:

Сократительный термогенез- продукции тепла в результате сокращения скелетных мышц ( произвольная активность локомоторного аппарата; терморегуляционный тонус; холодовая мышечная дрожь);

Несократительный (недрожательный) термогенез- продукция тепла за счет активации гликолиза, гликогенолиза и липолиза в скелетных мышцах, печени, в буром жире. При действии холода нарастает выработка тропных гормонов гипофиза, происходит выброс катехоламинов из надпочечников и тироксина из щитовидной железы. Эти гормоны и активируют ферменты-катализаторы выше перечисленных процессов. В кровоток выделяются и в последующем окисляются с образованием большого количества тепла свободные жирные кислоты и глюкозофосфаты. Под влиянием гормонов происходит разобщение процессов окисления и фосфорилирования, поэтому большая часть энергии превращается в тепло. Норадреналин и адреналин вызывают быстрое, но непродолжительное повышение теплопродукции. Более продолжительное усиление обменных процессов достигается под влиянием гормонов щитовидной железы- тироксина и трийодтиронина.

За счет сократительного и несократительного термогенеза теплообразование может возрастать в 3-5 раз по сравнению с теплообразованием в условиях относительного покоя. Приспособление деятельности мускулатуры к холоду проявляется и в перестройке метаболизма мышечного сокращения. В результате увеличивается образование тепла при каждом сокращении (К.П. Иванов, 1972). Электромиографические исследования показали, что электрическая активность скелетных мышц при длительном действии холода вначале возрастает, а потом снижается, хотя образование тепла остается повышенным ( Е. Селлерс, Дж. Скотт, Н. Томас, 1954). В этом проявляется переход от сократительного к несократительному термогенезу. При мышечном дрожании происходит значительная внешняя механическая работа, и почти вся развиваемая при этом энергия переходит в тепло. Интенсивная холодовая дрожь может увеличить частоту сердечных сокращений и образование тепла в организме человека (рис.1).

Рис.1. Влияние вызванной холодом дрожи на частоту сердечных сокращений у человека (Дж. Баркрофт, 1937)

Основные теплообразовательные процессы происходят, главным образом, в тонически работающей мускулатуре, поддерживающей позу (например, в мышцах шеи или спины (А.Д. Слоним, 1971). Теплообразование в мышцах конечностей менее эффективно, так как через большую их поверхность выработанное тепло легко теряется. Определенное участие в образовании тепла принимает жевательная мускулатура. Эти мышцы включаются в термогенез при значительном охлаждении тела.

Наряду с мышцами важными источниками несократительного электрогенеза при действии холода становятся легкие и печень. При усиленном потреблении кислорода мышцами, продуцирующими тепло, возникающая периферическая гипоксия вызывает в ткани легких образование тепла за счет окислительных процессов, прямо использующих кислород альвеолярного воздуха, которые могут превышать основной обмен в 8-9 раз (Б. Бострем, В. Лохнер, 1955). Это дает основание считать легкие активным механизмом химической теплорегуляции ( К. С. Тринчер, 1960). Усиление образования тепла в легких зависит от деятельности печени ( О. Мертенс, г. Рейн, 1945), где так же, как и в легких, окисляются продукты, большей частью жирового обмена ( А.А. Покровский, 1974). Этим объясняют большое потребление жира жителями Севера, а также гипертрофию печени без признаков патологии, наблюдаемую у эскимосов (Ф. Мове, 1959), чукчей и ненцев (Г.М. Данишевский, 1968).

У коренных жителей зон холодного климата свертываются и ограничивают объем своей работы системы физической теплорегуляции, уменьшаются тем самым потери тепла. Такое уменьшение достигается многими средствами:

1) Практически сходит на нет отдача тепла потоотделением. Имеются указания на то, что бездеятельность потовых желез приводит к их атрофии.

2) Ограничивается приток крови к коже. Первая реакция кожи на холод - ее побледнение в результате сужения сосудов. При дальнейшем охлаждении, когда возникает угроза местного обморожения, сосуды резко расширяются, и увеличенный в десятки раз кровоток быстро согревает кожу, которая краснеет. Если охлаждение продолжается и потери тепла, выносимого кровью из глубоких частей организма, могут привести к нарушению жизненно важного постоянства температуры его внутренней среды, наступает вторичное сужение сосудов, главным образом артериол, а кровь, оставшаяся в капиллярах, принимает венозный характер. Если кожа приняла синюшный оттенок, это означает, что организм исчерпал резервы тепла и прекращает согревание.

Отдача тепла проведением с поверхности тела в окружающую среду зависит от разницы их температур. У коренных жителей Севера температура кожи ниже, чем у жителей средних широт, и намного ниже, чем у обитателей зон жаркого климата. Самую низкую температуру имеет кожа конечностей. Уже через 3 месяца пребывания человека на Севере средневзвешенная температура кожи понижается с 32,3 до 29,9?С. Особое значение для людей, живущих на Севере, имеет локальная реакция кожи на холод. У эскимосов и рыбаков, руки которых подвергаются воздействию холодной воды, реакция кожи рук на холод снижена. У них быстрее нормализуется кровообращение и температура кожи рук после воздействия холода. Эти явления отмечены также у зимовщиков Антарктиды, строителей Норильска. У работающих в помещении холод вызвал глубокое онемение пальцев, в то время как у находящихся на открытом воздухе были незначительными (рис. 2).

Рис. 2

Через легкие и верхние дыхательные пути также происходит отдача тепла. При этом теряется около десятой части общей теплопродукции в покое (С. Ингельстендт, 1956). Вдыхание холодного воздуха вызывает сокращение гладкой мускулатуры бронхов и ограничение воздуха, проходящего через легкие; в результате потери тепла при испарении с влажной поверхности дыхательных путей и при согревании выдыхаемого воздуха уменьшаются. Снижение объема легочной вентиляции компенсируется увеличением коэффициента использования кислорода из воздуха, проходящего через легкие (М.А. Якименко, К.Я. Ткаченко, К.П. Иванов и др.,1971).

3) Изменение реактивности сосудодвигательного и дыхательного центров. Перестройка системы терморегуляции у человека, обитающего в условиях холодного климата, касается как нервных, так и гуморальных ее механизмов. Терморегуляционный центр руководит реакциями кровоснабжения и дыхания. В свою очередь, он получает измененную информацию, в частности от холодовых рецепторов кожи, которые у северян реагируют на холод не как на экстремальное событие, а как на постоянное, обычное явление. С этим обстоятельством, возможно, связано уменьшение у жителей Севера числа функционирующих холодовых кожных рецепторов (В.А. Безбородов, Л.М. Курилова, В.А. Макарычев, 1969). Возникает толерантная адаптация, при которой порог развития дрожи и интенсификации обменных процессов смещается в сторону более низких значений температуры. Например, аборигены Австралии могут провести целую ночь почти раздетые при температуре, близкой к нулю, без развития дрожи. Если воздействие холода более длительно или температура окружающей среды ниже нуля, такая форма адаптации становится непригодной. У эскимосов и других жителей Севера выработался другой механизм (метаболическая адаптация): у них интенсивность основного обмена стала на 25-50% выше. Однако для большинства людей характерна не столько физиологическая, сколько поведенческая адаптация к холоду, т.е. использование теплой одежды и обогреваемых жилищ.

Обмен веществ

У северян произошла перестройка обмена веществ, энергии, поскольку терморегуляция вызвала необходимость отвечать на холод усиленным образованием тепла. В многочисленных исследованиях отечественных и зарубежных авторов показано, что у коренных обитателей Севера траты энергии основного обмена усилены и происходят на более высоком уровне, нежели у жителей средних широт. Так, комплексная экспедиция Академии медицинских наук СССР и отдела полярной медицины Главсевморпути (1946-1950 гг.) установила, что у береговых чукчей основной обмен повышен на 8-15% по сравнению с принятой нормой. Исследования основного обмена у американских эскимосов показали, что он на 35-40% превышает норму для жителей умеренного климата (А. Браун, Г. Берд, Л. Баг и др., 1954). При этом потребление кислорода у испытуемых оказалось также выше на 35%. Повышенные значения величины основного обмена (на 15-20%) обнаружены у якутов и чукчей, живущих в районе бухты Провидение. Наряду с приведенными данными имеются наблюдения, где отмечены противоположные результаты. Так, основной обмен оставался в пределах нормы у аборигенов холодных районов Австралии (К. Хикс, Г. Мур, К, Элдридж, 1934) и у жителей Лапландии на севере Норвегии (К. Андерсен, И. Лойнинг, Дж. Нелмс и соавт., 1960). Возможно, здесь сыграли роль особенности образа жизни, например теплая меховая одежда. Отмечены и случаи отсутствия повышения основного обмена у зимовщиков полярных экспедиций (В. В. Борискин, 1973), по-видимому, в результате хорошего оборудования зимовки, которое защищает человека от влияющего на химическую теплорегуляцию действия холода (И. И, Тихомиров, 1974).

Такие противоречивые результаты исследований основного обмена под влиянием холодного климата, очевидно, объясняются различными условиями и сезонами наблюдений, разными сроками и степенью адаптации, этническими и индивидуальными особенностями испытуемых. Особое значение имеет срок адаптации к условиям жизни в холодной среде. Резкое повышение основного обмена у прибывающих на Север происходит лишь в первое время, а затем его величина уменьшается и стабилизируется на постоянном уровне. Наблюдения за динамикой основного обмена у испытуемых, приехавших в Арктику, показали, что за первые 3 недели основной обмен у них вырос, достигая у некоторых более 140% от исходного, а затем он начал снижаться, принимая у отдельных лиц значения ниже исходных (Ж. Мармет, Е. Гранджан, 1955). В других случаях повышение основного обмена у прибывших в Арктику регистрировалось в течение года ( И. С. Кандрор, 1961).

У коренных жителей Севера основной обмен изменяется по сезонам полярного года. Исследования эскимосов Канады (М. Браун, 1950) и Аляски (А. Бартоп, О. Эдхолм,1957) свидетельствуют о его снижении в летние месяцы, что можно объяснить потеплением и меньшей потребностью в теплообразовании. Вместе с тем у обитателей некоторых северных районов, которые в условиях полярной ночи большую часть времени спят, наблюдалось снижение основного обмена зимой (О. Уилсон, 1965). По мере акклиматизации у пришлого населения уменьшается сезонная изменчивость основного обмена. Если в первый год пребывания на Севере разница его значений весной и осенью составляла 4,4%, то на третий год она снизилась до 1,8% (М.М. Канторович, 1975).

Усиленное образование тепла в условиях холода у аборигенов Севера происходит главным образом путем окисления жиров, имеющих высокую калорийную ценность по сравнению с углеводами (при окислении 1 г липидов выделяется 39,1 кДж) и низкое специфически динамическое действие на обмен по сравнению с белками (К. С. Тринчер, 1960). Кровь коренных северян содержит гораздо больше общих липидов, фосфолипидов и свободных жирных кислот, характеризующих высокий уровень липидного обмена. Меньшее содержание ЛПНП и ЛПОНП, в виде которых переносится эндогенный жир, указывает на то, что организм использует в основном не собственный, а экзогенный жир, содержащийся в обычной для северян пище. Высокое содержание в пище непредельных жирных кислот облегчает окисление липидов, что связано с относительно малым количеством холестерина в крови ( таб.2). Видимо, такая особенность жирового обмена у коренных жителей обусловила неоднократно отмечавшиеся при их обследованиях факты отсутствия или слабой выраженности явлений атеросклероза, а также редкость ишемической болезни сердца и инфарктов миокарда.

Таблица 2 - Биохимические показатели крови, характеризующие жировой обмен (Л.Е. Панин. 1980)

У людей, проживших на Крайнем Севере несколько месяцев, наблюдается стойкое повышение свободных жирных кислот (СЖК) в сыворотке крови. Это особенно заметно в период полярной ночи. Значительно повышается и содержание общих липидов. Содержание суммарной фракции ЛПНП повышается постепенно с удлинением срока проживания на Крайнем Севере. Фракции липопротеидов, особенно ЛПНП,- основная транспортная форма эндогенного жира в организме. Содержание холестерина и фосфолипидов в сыворотке крови также повышается. Наибольших величин оно достигает у приезжих со сроками проживания на Севере 5-10 и более лет. У пришлого населения г. Норильска содержание сахара в крови в период полярной ночи ниже, чем в соответствующей группе жителей Новосибирска. Кроме того, выявлено повышение в крови уровня стероидных гормонов (таб.3).

Таблица 3

Полученные данные свидетельствуют о том, что, во-первых, условия Заполярья для пришлого населения являются субэкстремальными и, во-вторых, процесс адаптации человека в этих условиях характеризуется резким увеличением роли липидного обмена. Лицам, приезжающим для работы на Север, повышенную потребность в жирах следует компенсировать экзогенными липидами с высоким содержанием непредельных жирных кислот. Исследования биохимических механизмов выработки энергии для физической работы и холодовой адаптации показали, что при этом происходит переключение энергетического обмена с углеводного на жировой (Л.Е. Панин, 1980). То, что для аборигенов Севера является нормой (о чем свидетельствует постоянный уровень кортикостероидных гормонов в крови), может быть предпосылкой для развития патологии у пришлого населения. Возможно, это служит одной из причин распространения среди приезжей части населения Севера артериальной гипертонии и ишемии миокарда.

Можно предполагать, что в условиях Заполярья усиление энерготрат связано с преимущественным окислением липидов как энергетически более емкого материала. С этим процессом может быть связана и компенсация определенных изменений структуры клеточных мембран, обусловленных усилением реакций свободнорадикального окисления липидов. Адаптационные изменения, возникающие у человека в высоких широтах, целесообразно рассматривать как особое состояние, которое можно назвать «синдромом полярного напряжения». В своеобразных геомагнитных и радиационных условиях Севера особое значение приобретает процесс перекисного окисления липидов. Их накопление, влияя на мембраны митохондрий, лизосом, макросом и других структур клеток, нарушает деятельность ферментов, ход важных метаболических превращений и может вызвать явления мышечной дистонии, гемолиза эритроцитов и др. (А. Таппель, 1962) (рис.3).

Рис 3. Элементы патогенетической структуры синдрома полярного напряжения.

север полярный напряжение холодный

По-видимому, как приспособление к этим условиям в организме аборигенов Севера вырабатывается мощная система антиоксидантов. Так, исследование антиокислительной активности липидов крови у населения разных районов Сибири показало, что самой высокой он была у коренных жителей Якутии (133 ч/г-мл), вдвое меньше у жителей Новосибирска (63 ч/г-мл), а у практически здоровых людей, приехавших в поселок Диксон, имела нулевое значение (В.П. Казначеев, В.В. Ляхович, В.Ю. Куликов, 1980). Важную роль в деятельности антиоксидантной системы играют витамины, особенно Е и, возможно, А, содержание которых в крови аборигенов намного превышает таковое у приезжих (таб.4)

Таблица 4 - Содержание некоторых витаминов в составе крови населения Севера (В. П. Казначеев, В. В. Ляхович, В. Ю. Куликов, 1980)

В отличие от обмена жиров, возрастающего по мере акклиматизации приезжих, углеводный обмен у них в среднем даже несколько угнетается, особенно в зимний период. Полярный день, создающий условия, более близкие к тем, в которых ранее находились приезжие, вызывал определенное повышение уровня углеводного обмена. Переломным в динамике изменения его показателей был шестимесячный срок пребывания на Севере. Особенностью углеводного обмена является высокое содержание в крови молочной кислоты, что, видимо, связано не с использованием углеводов как энергетического материала, а с низкой активностью ферментов гликолиза, зависящей от дефицита водорастворимых витаминов.

У приезжающих на Север отмечаются некоторые изменения белкового обмена. Возрастает содержание в крови глобулинов ( Т.И. Андронова, 1969), что может быть следствием повышенной активности системы иммунитета. В то же время содержание альбуминов снижается, поскольку они, как менее ценные белки, в случае необходимости частично используется в качестве дополнительного энергетического материала. Поскольку гибкость белковых молекул возрастает при понижении температуры, было высказано предположение, что одним из механизмов достижения высокой работоспособности в условиях холода может быть повышение конформационной лабильности белков (В.Я. Александров, 1975).

С активной ролью аскорбиновой кислоты в приспособлении обмен веществ к условиям холодного климата связано относительно высокое содержание витамина С в крови коренного населения Крайнего Севера. Его большой расход зимой может привести к весеннему гиповитаминозу. Отсутствие ультрафиолетовой радиации в течение полярной ночи создаст у северян дефицит витамина Д, чем объясняется большое число заболеваний рахитом именно зимой.

Особенностью функционирования эндокринной системы в холодном климате проявляются, главным образом, в отношении регуляции энергетических процессов. Так, по показателям связанного с белком йода у эскимосов отмечалась повышенная функция щитовидной железы, тироксин которой, как известно, повышает основной обмен (Г.Готтшальк, Д. Риггс, 1952). Однако в наблюдениях с применением изотопа I 131 не было найдено существенных различий в активности щитовидной железы у аборигенов Аляски и приезжих из Европы.

В организации приспособления обмена веществ и энергии к условиям жизни в холоде, в том числе регуляции жирового обмена, играющего особую роль в теплообразовании, принимают участие гормоны гипофиза и надпочечников (М.П. Мошкин, Ю.П. Шорин, 1980). На деятельность эндокринной системы жителей Заполярья влияют многие геофизические факторы, особенно изменения магнитного поля Земли, вызывающие заметные гормональные сдвиги через 1-2 суток после повышения магнитной активности (Н.П. Неверова, 1973).

Пищеварение.

Пищеварение аборигенов Севера отражает особенности их питания. Казалось бы, большое количество жира и мяса в пище создает противоречивое влияние на стимуляцию желудочного сокоотделения продуктами расщепления белков и его торможение жиром. Но полноценное усвоение пищи свидетельствует о хорошем приспособлении секреторной и моторной деятельности желудочно-кишечного тракта к этим условиям. Питание коренного населения районов холодного климата отражает экологически определенные возможности использования местных пищевых продуктов и потребность в высококалорийной пище. Исследователи отмечали, что эскимосы, занимающиеся охотой на морского зверя и оленеводством, могли съедать до 8 кг жира и мяса в день (Г. Синклер, 1953). С такой пищей они получали полноценные белки, большое количество жирорастворимых витаминов и аскорбиновой кислоты, которой богато мясо северного оленя, питающегося ягелем, содержащим много витамина С. Потребность в жирной пище сохранилась и после того, как жители Севера стали снабжаться привозными продуктами, обычными для средних широт. Современный житель сонорных районов Сибири ежедневно потребляет в среднем 124 г белка. 206 г жира и 245 г углеводов, что дает около 3500 ккал, которые идут на покрытие повышенных трат энергии.

Питание людей, прибывших в районы холодного климата, отражает особенности формирующегося при усиленном теплообразовании липидного обмена. Оказавшись в Арктике, человек начинает испытывать влечение к жирной пище. Описаны случаи, когда ранее вызывавшие отвращение богатые жиром блюда поедались с удовольствием (Ж. Фразье, 1945). При этом может развиваться своеобразное состояние «жирового голода». Удовлетворение данной потребности и увеличение калорийности съедаемой пищи придают рациону питания приезжих некоторые свойства рациона северян, выработанные многовековым опытом.

Пищеварение у прибывающих на Север протекает в неблагоприятных условиях холода, измененного рациона питания, влияния длительных периодов полярных ночи и дня, состава питьевой воды. Обследование 500 практически здоровых молодых мужчин, приехавших в Амдерму, показало нарастающее угнетение перистальтики желудка, особенно выраженное во время полярной ночи (Л.Н. Котолевская, 1970). Секреция желудочного сока имела у них и у жителей Мурманска, как постоянных, так и временных, резко выраженный сезонный характер. Кислотность сока и его переваривающая сила во время полярной ночи уменьшалось более чем вдвое. Видимо, с этим связана отмечаемая у жителей холодной зоны высокая заболеваемость гастритами с пониженной кислотностью желудочного сока. Резюмируя раздел о взаимоотношениях питания и болезней, необходимо отметить, что у приезжего населения в процессе его адаптации к условиям Крайнего Севера развивается синдром пищевых недостаточностей. Он связан, с одной стороны, с расбалансированностью структуры питания, с другой- с нарушением всасывания и ассимиляции пищевых веществ. В этих условиях адаптационные изменения обмена веществ на определенном этапе могут принимать патологические черты. Далее, длительное компенсаторное напряжение метаболизма клеток может вести к их истощению и деструкции.

Кровообращение.

Кровообращение у обитателей холодного климата имеет особенности, определяемые задачами терморегуляции,- физической, требующих уменьшения отдачи тепла через сосудистые сплетения кожи, и химической, использующей теплотворную способность жиров, снижающей уровень холестерина и возможность атеросклеротических отложений в сосудах. Последнее обстоятельство обусловливает низкий уровень кровяного давления, сохраняющийся и в пожилом возрасте. Обследование аборигенов Таймыра, где живут долганы, нганасаны и эвенки, показало, что у них до 40-летнего возраста максимальное артериальное давление составляло в среднем 116 мм рт.ст., минимальное- 60 мм, а в более старшем возрасте соответственно 122 и 60 мм рт.ст. Эта особенность, хотя и в меньшей степени, сохраняется при переходе к другому образу жизни. Так, при исследовании жителей Кольского полуострова гипертония была обнаружена у 13,2% русского населения и только у 7% потомков местной народности саами ( К.И. Меньшиков, 1965). Медицинские наблюдения за эвенками и тофларами за 5 лет не выявили ни одного случая инфаркта миокарда (К.Р. Седов, 1970).

Для коренных жителей Севера характерны умеренная частота сердечных сокращений, более выраженная у мужчин, и замедление пульса с возрастом. Выявленные при электрокардиографическом исследовании случаи патологических изменений миокарда были вторичными после инфекционных заболеваний; минутная отдача сердца соответствовала принятым нормам и закономерно уменьшилась с возрастом. Это свидетельствует о хорошем функциональном состоянии сердечно-сосудистой системы.

Кровообращение при акклиматизации в холодных районах одним из первых реагирует на новые условия среды. Частота сердечных сокращений в пределах первого года увеличивается, после чего пульс замедляется (И.С. Кандор, 1968). Систематическое обследование группы молодых мужчин, приехавших в Заполярье, показало, что в первые недели пульс равнялся в среднем 66 ударам в минуту, через 6 месяцев-55, через год- только 50 ударам в минуту.

Спазм периферических сосудов и увеличение периферического сопротивления при низкой температуре среды вызывает тенденцию к повышению артериального давления (на Севере процент лиц с артериальной гипертензией в 2 раза больше, чем в южных и центральных районах страны). В период кратковременного пребывания человека в Заполярье выявляется мобилизация приспособительных реакций системы кровообращения, характеризующихся, характеризующихся учащением ритма сердечных сокращений, систолического объема (СО), минутного объема кровообращения (МОК), объема циркулирующей крови (ОЦК), содержания гемоглобина в крови и ускорением кровотока (фаза мобилизации). Такая адаптивная реакция системы кровообращения, направленная на нейтрализацию отрицательных воздействий комплекса неблагоприятных факторов среды характерна для первых 2-2,5 лет проживания человека в Заполярье. При более длительном пребывании человека в этих условиях (3-7-9 лет) развиваются равнонаправленные изменения в функционировании системы кровообращения (переходная фаза), которые выражаются, с одной стороны, умеренным урежением пульса, уменьшением СО, МОК, т.е. снижением сократительной функции сердца, с другой,- умеренным повышением уровня артериального давления, ПСС и гемоглобина в крови. У лиц с полярным стажем 10 и более лет наступает дальнейшая перестройка уровня функционирования системы кровообращения, которая характеризуется наклонностью к брадикардии, снижением сократительной функции сердца, дальнейшим уменьшением ОЦК, замедлением скорости кровотока и компенсаторным повышением АД, ПСС и содержанием гемоглобина в крови (фаза истощения) (таб. 5).

Таблица 5

Большинство жалоб приезжающих связано с состоянием системы кровообращения. К ним относятся сердцебиение и боли в области сердца, одышка и слабость, особенно проявляющихся в первые месяцы после приезда. Во время полярной ночи и в дни с плохой погодой неблагоприятные симптомы усиливаются (Н.Р. Деряпа, 1976). После уменьшения в первые годы акклиматизация эти жалобы вновь нарастают и проявляются у потомства приезжих (В.И. Турчинский, 1976).

Кровь прибывших в районы холодного климата исследовалась в отношении содержания эритроцитов и их функций. Число эритроцитов и количество гемоглобина зависело от питания и состояния здоровья, высоты обитания, времени года. Так, однообразие пищевых продуктов и распространение гельминтозов, по-видимому, обусловили уменьшение числа эритроцитов и количества гемоглобина у зимовщиков полярных станций и жителей равнин Арктики и их повышение у зимовщиков в условиях высокогорья Центральной Антарктиды ( В.Ф. Гаршенин, 1969). Вместе с тем наблюдения за экипажем антарктической китобойной флотилии «Советская Украина» показали увеличение числа эритроцитов (до рейса-4/4 млн/мм3, в Антарктиде- 5,2, после возвращения-4,7 млн/мм3), но уменьшение количества гемоглобина с 15 до 14,4 г% в Антарктиде (Ф.Н. Денисюк, 1966).

Изменения в системе кроветворения касаются уменьшения времени жизни эритроцитов, активизации эритропоэза, увеличения доли фетального гемоглобина и кислородной емкости крови, повышения фибринолитической активности и времени образования тромба.

Дыхание.

Дыхание под влиянием климатических условий Севера резко изменяется. Приезжие первое время часто страдают от явлений утрудненного, частого судорожного дыхания с уменьшением экскурсии грудной клетки, резко усиливающихся даже при небольших физических напряжениях, которые получили название «полярной одышки» (К. Линдгард, 1910). Ее считают приспособительно-компенсаторной реакцией функциональных систем, ответственных за кислородный режим. Основные причины ее возникновения- спазм бронхов и торможение вдоха при попадании в легкие морозного воздуха, ограничение переноса кислорода кровью ввиду уменьшения числа эритроцитов и количества гемоглобина при увеличении потребности в нем в результате возрастания трат энергии на теплообразование, а также изменения активности окислительных ферментов и недостаток витаминов группы В. Столь острое состояние обычно продолжается в течение трех месяцев со дня приезда и сопровождается уменьшением жизненной емкости легких. После сглаживания острых явлений полярной одышки затруднение дыхания продолжается. Исследования показали, что при физической нагрузке оно вызывало жалобы у 42% жителей Амдермы, прибывших 3 месяца назад, у 55% находившихся там 6 месяцев и у 70% проживающих 2 года и более (А.С. Кононов, 1970).

У жителей Мурманска явления затрудненного дыхания при физической нагрузке были выражены гораздо слабее. Жалобы были зарегистрированы у 4,2% приезжих, у 10,3% проживших 8 месяцев, а у находившихся там 16 месяцев количество жалоб снизилось до 6,3%. В зимнее время полярная одышка усиливается и дыхательная функция ухудшается вплоть до нарушения ритма дыхания (Г.М. Данишевский).

Детальное изучение изменений внешнего дыхания в процессе акклиматизации новоселов Амдермы и Мурманска (Н.П. Неверова, З.И. Барбашова, А.С. Кононов, 1980) позволило установить определенные закономерности динамики его показателей. Так, частота дыхания уменьшились у приехавших в Мурманск за 16 месяцев пребывания в нем с 16,4 до 14,1 вдохов в минуту. Жизненная емкость легких вначале снижалась, но потом восстанавливалась: за 3 месяца пребывания в Амдерме она уменьшилась с 4003 до 3821 мл, а еще через 3 месяца почти вернулась к исходной величине. Возрастала абсолютная величина дыхательного объема, его доля в общей жизненной емкости легких увеличилась у новоселов Мурманска за 8 месяцев с 9,7 до 12,1%. Отмечался прогрессивный рост минутного объема дыхания. Если при первом определении он составлял 6,6 л, то через 3 месяца- 7,4, через 6 месяцев- 8,0, у проживающих в Амдерме 2 года-9,0, у проживающих 3 года- 8,6 л. Менее значительными были изменения минутного объема дыхания у приехавших в Мурманск.

Возрастает легочная вентиляция за счет увеличения глубины дыхания на фоне уменьшения частоты дыхания и функциональных резервов легких. Происходит расширение капилляров малого круга кровообращения, увеличение их плотности; повышение содержания сурфактанта увеличивает диффузионную способность кислорода, но может привести к пневмосклерозу и нарушению дренажной функции бронхов, что способствует формированию обструктивных поражений.

В соответствии с такой динамикой легочной вентиляции изменялся и газообмен в легких. Например, минутный объем поглощения