Особенности жизнедеятельности человека в условиях северных широт

Важными особенностями климатических условий северных областей Земного шара, наряду с низкой среднегодовой температурой воздуха, являются:

Ø частые непериодические магнитные возмущения, которые могут достигать сотен и тысяч гамм и продолжаться от нескольких минут до многих часов

Ø продолжительность периода ультрафиолетового голодания на Севере в зависимости от географической широты местности и погоды составляет не менее 5-6 месяцев; вместе с тем в полярные дни приток солнечных лучей на поверхность Земли является непрерывным, что обуславливает очень высокий радиационный фон (как ультрафиолетового, так и ионизирующего излучения) в этот момент

Ø в Арктических и Антарктических областях охлаждаются огромные массы воздуха, которые при циркуляции соприкасаются с нагретым воздухом тропических и экваториальных районов, образуя различные фронты. Гигантское движение воздушных масс вихревого типа (циклоны и антициклоны) имеет особое значение в формировании погоды северных районов. Вместе с тем медицинскими наблюдениями установлено, что для человека особенно патогенны области низкого давления циклогенетичекого характера и области высокого давления с возмущениями атмосферы. Европейский Север отличается неустойчивым состоянием атмосферы в связи с проникновением воздушных масс атлантического и арктического происхождения (частые непериодические колебания атмосферного давления на севере достигают амплитуды 70-85 мБ зимой и 40-50 мБ летом, что равносильно колебанию высоты места над уровнем моря до 500-600 м зимой и до 300-350 м летом). Неблагоприятной для здоровья человека в северных широтах является и большая скорость изменения давления (достигающая 9-12 мБ за 3 часа)

Ø частые ветры, скорость которых достигает 15 м/с, а общее число штормовых дней в западной части европейского севера составляет 100-122 в год (тогда как в Москве не превышает 19 дней в год)

Ø заболоченность почв в связи с коротким и холодным летом, в течение которого мало испаряется влаги

Ø низкие температуры обуславливают малое содержание влаги в атмосфере (низкую абсолютную влажность), которое чуть больше в летний сезон. Вместе с тем относительная влажность воздуха в связи с низкой температурой воздуха довольно высока (во все время года достигает 65-95%)

Ø для северных регионов характерен своеобразный микроэлементный состав, который через ряд промежуточных звеньев (почва – вода – растения – пищевые продукты – человек) оказывает влияние как на функции, так и на содержание различных микроэлементов в тканях человека. Так, почти для всех районов Севера характерны слабоминерализованные воды, особые сочетания макро- и микроэлементного состава местных пищевых продуктов, снижение или полная утрата минеральных веществ в продуктах, доставляемых из других регионов земного шара и подвергающихся длительному хранению. Недостаточное содержание фтора в питьевых водах, изменение соотношения между кальцием и оловом, магнием и натрием в большинстве северных регионов является причиной широкого распространения кариеса, поражений слизистой оболочки рта в виде катаральных и гипертрофических гингивитов, а также нарушений костной ткани, что может проявляться в виде пародонтоза. Малое содержание йода в некоторых северных регионах обуславливает повышение частоты встречаемости эндемического зоба

Ø значительные колебания процентного содержания кислорода в атмосферном воздухе (т.е. плотности кислорода) в связи с определенными термобарическими изменениями (наличие циклона или антициклона) в течение года, а также некоторыми метеорологическими особенностями. Так, при установлении антициклона наблюдается высокая плотность кислорода в воздухе, при циклонах и прохождении теплых фронтов она снижается. Для северян важно и то, что плотность кислорода в помещениях изменяется соответственно ходу процессов в атмосфере (зимой она на 10-15%, а летом на 1-5% ниже, чем в атмосферном воздухе). Наконец, своеобразие ландшафта с отсутствием или крайней скудностью растительного мира, характерные для большинства северных регионов, обуславливают значительное снижение плотности кислорода в атмосфере как в зимний, так и в летний сезоны года.

Долговременную адаптацию к условиям Севера можно охарактеризовать как способность организма не просто выжить на холоде, а жить там, осуществляя широкий спектр поведенческих реакций, обеспечивая достаточно высокий уровень функций. Такая адаптация обеспечивает ранее недостижимую устойчивость организма к гипоксии, холоду, изменившемуся составу пищи и т.д., и срок ее полного развития может составлять для разных механизмов от нескольких недель до 10 лет.

В основе адаптации к холоду на клеточном уровне лежит комплекс процессов, направленных на усиление синтеза АТФ и преодоление энергетического дефицита, возникающего в силу нескольких обстоятельств:

Ø во-первых, по причине резкого усиления обменных процессов в организме с целью увеличить его теплопродукцию;

Ø во-вторых, вследствие некоторого разобщения биологического окисления в тканях, носящего компенсаторный характер (обеспечивает повышение теплопродукции) и возникающего под влиянием несколько повышенного уровня тиреоидных гормонов, а также СЖК в крови (уровень СЖК повышается вследствие компенсаторного усиления липолиза в жировых депо).

Для реализации клеточной адаптации к холоду необходима взаимосвязь функций и генетического аппарата клетки, обеспечивающего активацию синтеза нуклеиновых кислот, белков (в том числе и окислительных ферментов), усиление образования митохондрий, а значит, и интенсификацию синтеза АТФ. Кроме того, в мембранах клеток дистальных отделов конечностей происходит изменение жирнокислотного состава, которое проявляется в увеличении доли ненасыщенных жирных кислот в составе мембранных липидов и сдвиге точки их плавления в сторону более низких температур. Такой сдвиг температуры плавления мембранных жиров при действии холода предотвращает "затвердение" жирнокислотных цепей и избыточное увеличение жесткости мембран, а, следовательно, делает возможным нормальное выполнение мембранными органоидами своих функций.

Изменения, возникающие на организменном уровне при адаптации к условиям высоких широт, проявляются в следующем:

Ø повышается основной обмен (на 15-35% по сравнению с его уровнем в средних широтах) и соответственно скорость потребления кислорода, что свидетельствует в пользу усиления окислительных процессов в организме; причем в печени и скелетных мышцах наблюдается некоторое разобщение биологического окисления, обеспечивающее повышение теплопродукции организма.

Ø усиленное расходование кислорода клетками сопровождается развитием некоторой периферической гипоксии, на которую дыхательный аппарат отвечает усилением вентиляции легких, а сердечно-сосудистая система – увеличением минутной и объемной скорости кровотока, что требует интенсификации работы сердца.

ü усиление вентиляции легких, особенно на холоде, приводит к резкому их охлаждению (вследствие усиленной теплоотдачи испарением) и компенсаторному усилению окислительных процессов в легочной ткани (в 8-9 раз по сравнению с нормальным состоянием). Причем легкие черпают кислород для собственных нужд непосредственно из альвеолярного воздуха, что сопровождается некоторым снижением парциального давления кислорода в нем. Вдыхание холодного воздуха сопровождается увеличением механического сопротивления на вдохе или выдохе и появлением субъективного ощущения затруднения дыхания, что на фоне периферической гипоксии может обусловить возникновение "полярной" одышки. Постепенная адаптация к условиям Севера сопровождается нормализацией частоты дыхания и возможно даже ее снижением на фоне некоторого увеличения дыхательного объема (ДО), минутного объема дыхания (МОД), носящего компенсаторный характер в ответ на тканевую гипоксию и недостаточность кровообращения. Долговременная адаптация к холоду приводит и к морфологической перестройке микроциркуляторного русла легких. В частности, имеет место отчетливое расширение, некоторое укорочение легочных капилляров, а также повышение их плотности на единицу площади легочной ткани, что сопровождается увеличением площади капиллярной поверхности легких и общего объема капилляров и обеспечивает более эффективное насыщение крови кислородом. Вместе с тем длительное пребывание в условиях Севера приводит к определенным патологическим изменениям в аппарате внешнего дыхания, во многом обусловленным постоянным вдыханием человеком холодного почти абсолютно сухого воздуха при высокой скорости его движения. Патологические изменения дыхательной системы связаны с повышением тонуса артериальных сосудов легких (под действием холодного воздуха), которое приводит в конечном итоге к пневмосклерозу и нарушению дренажной функции трахео-бронхиального дерева.

ü интенсификация сердечной деятельности требует развития гипертрофии сердца, что обеспечивает возможность длительного его перехода на более высокий уровень функциональной активности с восстановлением функционального резерва. В первые же месяцы пребывания на севере люди, как правило, испытывают одышку, особенно при ходьбе и физической нагрузке, тахикардию и боли в области сердца, которые усиливаются во время полярной ночи и при неблагоприятных погодных условиях (сильном ветре, резких перепадах атмосферного давления). К концу первого года пребывания на Севере выраженность субъективного дискомфорта в работе сердца уменьшается, и он возникает только при сильных физических и эмоциональных напряжениях и в метеонеблагоприятные дни

ü действие холода обуславливает спазм периферических сосудов и, как следствие, повышение периферического сосудистого сопротивления и артериального давления. Кроме того, в развитии гипертензии в условиях Севера немаловажное значение имеет и увеличение минутного объема кровотока. Среди населения Крайнего Севера широко распространена артериальная гипертония с тяжелым течением, сопровождающаяся частыми гипертоническими кризами с высоким подъемом как систолического, так и диастолического давления

ü увеличивается кислородная емкость крови (за счет развития некоторого эритроцитоза) и коэффициент утилизации кислорода из крови тканями, в результате чего возрастает артерио-венозная разница по кислороду (с 40% (физиологическая норма) до 60%). Вместе с тем недостаточное содержание витаминов и минералов в пище северян может воспрепятствовать компенсаторному повышению кислородной емкости крови и, более того, служит причиной развития анемии. Наряду с увеличением количества эритроцитов в периферической крови жителей севера наблюдается и изменение качественного их состава. В частности, увеличивается доля фетального гемоглобина, обладающего более высоким сродством к кислороду (на 15%) по сравнению с НbА (у выходцев умеренных широт, проживающих на севере, содержание НbF в 4 раза, а у коренных жителей оно более чем в 6 раз превышает таковое, характерное для жителей умеренных широт). Увеличение доли фетального гемоглобина у северян является своеобразной компенсаторной реакцией в ответ на гипоксию, направленной на увеличение насыщения крови кислородом на уровне легких

ü выраженность и особенности изменений в аппарате кровообращения в условиях Севера во многом зависят от длительности пребывания человека. Так, в период первоначального пребывания (в первые 2-2,5 года) отмечается мобилизация приспособительных реакций системы кровообращения, что проявляется тахикардией, повышением артериального давления, периферического сопротивления и уровня гемоглобина в крови. При дальнейшем пребывании человека в условиях Севера (3-6 лет) наблюдается постепенное урежение пульса, умеренное увеличение систолического и минутного объемов, умеренное увеличение артериального давления, периферического сосудистого сопротивления и содержания гемоглобина в крови. При длительном проживании на севере (10 лет и более) изменение уровня функциональной активности аппарата кровообращения свидетельствует в пользу его истощения и проявляется в некоторой брадикардии, выраженном снижении систолического и минутного объемов, дальнейшем компенсаторном повышении артериального давления, периферического сосудистого сопротивления и содержания гемоглобина в крови (а, следовательно, ее вязкости), что затрудняет движение крови

ü основные показатели функционального состояния сердечно-сосудистой системы (частота сердечных сокращений, артериальное давление, минутный объем кровотока, параметры ЭКГ) здорового аборигенного населения северных широт соответствуют общепринятым физиологическим нормам и имеют соответствующую возрастную динамику. Более того, ишемическая болезнь сердца, артериальная гипертония, коронарная недостаточность, атеросклеротическое повреждение сосудистой стенки у эскимосов, канадских индейцев, нганасан и других коренных жителей встречаются гораздо реже, чем у представителей умеренных широт. Следовательно, образ жизни и длительное (многие тысячи лет) пребывание аборигенов Севера в специфических климато-географических условиях накладывают определенный отпечаток на функциональное состояние сердечно-сосудистой системы, такой, что она характеризуется большей устойчивостью к действию неблагоприятных (в том числе стрессовых) факторов и располагает, по всей видимости, большими функциональными резервами. Кроме того, немаловажное значение для сохранения нормального состояния сердечно-сосудистой системы у аборигенных народов Севера имеет повышенная скорость метаболизма жиров на фоне его переключения на экзогенные источники жира, богатые ненасыщенными жирными кислотами, что предотвращает развитие атеросклероза и, как следствие, ишемической болезни сердца

Ø увеличивается размер и вес печени (в основном за счет ее гиперплазии), возрастает содержание гликогена и общее количество митохондрий в гепатоцитах, а также активность окислительных ферментов и ключевых ферментов глюконеогенеза. Увеличение размеров и веса печени возникает компенсаторно в связи с повышением уровня ее функциональной активности как по причине участия этого органа в общем термогенезе организма, так и повышенной нагрузки на нее вследствие преобладания в пище северян мяса и жиров

Ø изменяется гормональный статус организма, что проявляется в повышении функциональной активности щитовидной железы и надпочечников (как коркового, так и мозгового их слоев), хотя заметных различий в содержании тиреоидных гормонов и катехоламинов в периферической крови северян и представителей южных и средних широт некоторые исследователи не выявили, что отчасти связано с малочисленностью таких наблюдений и, кроме того, может быть обусловлено усиленным расходованием этих гормонов тканями организма. Некоторое повышение содержания катехоламинов в крови у жителей севера наблюдается в период геомагнитных возмущений, а также при значительном понижении температуры воздуха. У жителей севера развивается некоторая гиперплазия надпочечников (особенно их коркового вещества), а содержание 11-оксикортикостероидов в плазме их крови увеличено в 3-4 раза по сравнению со среднестатистической нормой для умеренных широт. Повышенная же потребность организма в глюкокортикоидах связана с тем, что

ü во-первых, это стрессовые гормоны, способствующие осуществлению долговременной адаптации организма,

ü во-вторых, они ускоряют обменные процессы в организме, что способствует повышению его теплопродукции,

ü а в-третьих, глюкортикоиды усиливают глюконеогенез в печени, как путем повышения активности ферментов глюконеогенза, так и их синтеза гепатоцитами

Ø изменяется не только интенсивность, но и качественные характеристики обмена веществ. В частности, многие периферические ткани (печень, скелетные мышцы, легкие и др.) переходят с углеводного на липидный путь окисления, сопровождающийся более высоким уровнем теплопродукции. Переход на преимущественно липидный путь окисления приводит, с одной стороны, к резкому усилению расходования жиров организмом и возникновению своеобразного "жирового голода", заставляющего людей включать в свой рацион большое количество жиров животного происхождения. С другой стороны, усиленное использование эндогенных жиров у пришлого населения обуславливает резкое увеличение содержание в крови холестерина и насыщенных СЖК, являющихся источником образования ЛПНП И ЛПОНП, которые служат причиной атеросклеротического повреждения сосудистой стенки. У аборигенов же интенсификация липидного обмена сопровождается преимущественным использованием экзогенных жиров, бедных холестерином и богатых полиненасыщенными СЖК, что препятствует появлению большого количества ЛПОНП в крови и развитию атеросклероза. Наконец, переход большинства клеток периферических тканей на липидный путь окисления сопровождается усилением процессов перекисного окисления липидов (в 4 и более раз), в ходе которых образуются свободные радикалы, способные повреждать другие молекулы и клеточные структуры (прежде всего, мембраны). Кроме того, радиоактивность, а также более выраженные в условиях Севера космические и электромагнитные излучения могут способствовать активации свободнорадикальных процессов в клеточных структурах. Как следствие, резко возрастает потребность организма в ферментативных и неферментативных (витамин Е, аскорбиновая кислота, фосфолипиды, билирубин, стероидные гормоны и некоторые другие) антиоксидантах, что сопровождается первоначальным усиленным расходованием эндогенных неферментативных антиоксидантов, а по мере наступления долговременной адаптации – нормализацией и последующим повышением (на 70% и более) их запасов в организме. Интенсификация перекисного окисления липидов в организме приезжих жителей Севера может сопровождаться усиленной гибелью ряда клеток, а также накоплением поломок в сохраняющих жизнеспособность клетках. У аборигенного же населения Севера устойчивость к повреждающему действию свободных радикалов гораздо выше, чем у приезжего, в связи с генетически обусловленной более высокой мощностью их антиоксидантной системы.

Ø несколько изменяются морфо-функциональные свойства кожи и подкожной жировой клетчатки. Во-первых, у большинства людей, прибывших на Север, увеличивается толщина подкожной жировой клетчатки (что улучшает теплоизолирующие свойства кожи) и масса тела. Во-вторых, утолщается роговой слой эпителия кожи, что защищает ее от избыточного действия ультрафиолетового излучения в безоблачные солнечные дни и в период полярных дней, а также от иссушающего действия сильных холодных ветров. Кроме того, утолщение рогового слоя кожного эпителия приводит к снижению чувствительности холодовых рецепторов кожи и уменьшает выраженность субъективного ощущения холода человеком

Ø определенные изменения происходят и в высшей нервной деятельности человека, что отражается на его трудовой деятельности, способности к обучению, а также психическом состоянии. Так, в первые 3-6 месяцев после переезда на Север ослабевают многие условные и безусловные рефлексы в связи с развитием процессов торможения в соответствующих центрах (носящего охранительный характер); нарушается процесс оптимального регулирования деятельности ц.н.с., что уменьшает надежность выполнения интегративных функций мозга. Оживление рефлекторной деятельности и приближение ее к исходному уровню происходит через 2,5-3 года после переезда на Север. Но даже у адаптированных к условиям Севера людей в период полярной ночи психическое состояние субъективно угнетается. Полярный день вначале оказывает возбуждающее действие, но вскоре развиваются явления перевозбуждения и переутомления. Нарушения сна в период полярной ночи и полярного дня являются отражением ломки физиологических ритмов и служат причиной существенных нарушений нормальной работоспособности и самочувствия. В психоэмоциональной сфере человека, прибывшего на Север, отмечается возникновение синдрома психоэмоционального напряжения, клиническими проявлениями которого служит тревожность различной степени выраженности: от состояния психологического дискомфорта до невротического уровня тревоги.

Таким образом, у жителей высоких широт развиваются выраженные изменения во многих системах организма и, прежде всего, в тех, которые имеют отношение к кислородному снабжению периферических тканей (сердечно-сосудистой, дыхательной, а также системе крови). Выраженность этих изменений во многом зависит от общего состояния организма, его возраста, длительности пребывания на Севере и некоторых других обстоятельств и предопределяет характер дальнейшей жизнедеятельности человека.

Дата добавления: 2015-07-14