Питание, метаболизм, терморегуляция

Питание является одним из ведущих факторов, адаптации человека к условиям Арктики и Антарктики. Жизнедеятельность организма при низких температурах требует высокого энергообеспечения. В связи с этим возрастает роль диеты, богатой жирами и белками. Энергетическая роль углеводов при этом снижена. Существенное значение в питании приобретают витамины А и Е, участвующие в жировом обмене.

Существование в экстремальных условиях Севера формирует полярный метаболический тип. Он характеризуется сложными изменениями всех видов обмена веществ. При этом ведущую роль играет переключение энергетического обмена с углеводного типа на жировой.

В высоких широтах у людей возникает дефицит водорастворимых витаминов В₁, В₂, В₆, С, PP. Одной из его причин является недостаток микроэлементов, в частности магния, участвующего во всасывании водорастворимых витаминов. В свою очередь, дефицит микроэлементов связан с усиленным выделением мочи – так называемым холодовым диурезом, который наблюдается при адаптации к Северу. Потеря воды и микроэлементов обусловлена эндокринными сдвигами в гипоталамусе и надпочечниках. Исчезновение холодового диуреза служит одним из показателей развития адаптации к низким температурам.

Общепринятого мнения относительно динамики изменений основного обмена при адаптации к высоким широтам нет, вероятно, потому, что эти изменения обусловлены разными факторами, такими как сроки пребывания, время года и т. п. У вновь прибывших во время полярного дня основной обмен бывает повышен в среднем на 13–17 %. Это связывают с гиперфункцией щитовидной железы. Полярная ночь, которая сопровождается уменьшением степени освещенности (это угнетающе сказывается на функции гипоталамуса), относительной гиподинамией и уменьшением времени пребывания на холоде, приводит к снижению основного обмена.

У лиц, продолжительно пребывающих в условиях Заполярья, однозначных отклонений основного обмена выявить не удалось.

В поддержании постоянной температуры тела у людей, адаптирующихся к условиям Арктики и Антарктики, участвуют все виды терморегуляции.

При низких температурах окружающей среды поддержание температуры тела осуществляется посредством повышения теплообразования в организме (химическая терморегуляция) и снижения теплоотдачи (физическая терморегуляция). Одним из важнейших источников регулируемой теплопродукции является специфическая форма сократительной деятельности скелетной мускулатуры – терморегуляторный тонус и холодовая дрожь. В связи с тем что при дрожательных реакциях на холодовое раздражение не происходит никакой внешней механической работы, тепловая эффективность терморегуляторного тонуса и дрожи значительно выше, чем физической работы, и приближается к 100 %.

Благодаря повышению калоригенной эффективности терморегуляторного тонуса и дрожи отпадает необходимость в поддержании высокого уровня интенсивности мышечных сокращений в ответ на охлаждение.

Важную роль в увеличении теплопродукции сократительного термогенеза при адаптации организма к холоду играет медиатор симпатического отдела вегетативной нервной системы – норадреналин. В повышении выхода тепла при мышечном сокращении определенную роль играют и гормоны щитовидной железы.

Наиболее экономичной для организма реакцией на охлаждение является физическая терморегуляция. Связанная с небольшими затратами энергии, эта физиологическая реакция достаточно эффективно поддерживает постоянство температуры глубоких областей тела (ядра тела) при умеренных охлаждениях. Физиологические механизмы регуляции теплоотдачи позволяют человеку более тонко регулировать теплообмен с внешней средой и совместно с адекватными погоде и климату одеждой и химической терморегуляцией достаточно точно поддерживать температуру тела на постоянном уровне. За счет физиологических механизмов регуляции теплоотдачи теплоизоляция у человека может изменяться в 3–4 раза. Как известно, основные потери тепла в организме происходят через поверхность кожи и за счет легочной вентиляции.

Температура кожи у человека в большой степени определяется состоянием кожного и подкожного кровотоков. Важное значение при этом имеет регуляция просвета артериол и мелких артерий, которая осуществляется симпатическими нервными волокнами: расширение сосудов повышает температуру кожи и соответственно теплоотдачу, сужение – снижает ее.

Различные участки поверхности тела играют неодинаковую роль в регуляции теплоотдачи. У человека наибольшие потоки тепла при высоких внешних температурах приходятся на конечности. При холодовых нагрузках температура конечностей понижается в гораздо большей степени, чем на других участках тела, и таким образом обеспечивается значительное снижение теплоотдачи. Важную роль при этом играет не только сужение кровеносных сосудов, но и тот факт, что венозные сплетения в конечностях располагаются в непосредственной близости с артериями: передача тепла из артериальной крови в венозную существенно снижает его поступление в поверхностные ткани и способствует сохранению тепла в организме. Поток тепла с поверхности конечностей регулируется также количеством открытых и закрытых артериовенозных анастомозов.

Однако при очень сильных охлаждениях вазоконстрикция в конечностях может периодически сменяться резкой вазодилятацией: кровоток усиливается в десятки раз, температура кожи в результате этого повышается на 7-10 °C (реакция Льюиса). Подобная реакция, несколько усиливающая теплопотери, обеспечивает необходимый минимальный уровень метаболизма в конечностях и способствует предупреждению холодовых травм. В связи с этим особое значение для людей, проживающих на Севере, имеет локальная адаптация к холоду. По данным Э. Леблана, у эскимосов и рыбаков, руки которых регулярно подвергаются воздействиям холодной воды с температурой 0-10 °C, наблюдается пониженная реакция вазоконстрикции рук на холод. Это проявление адаптации может сохраняться в течение продолжительного времени (до 15 лет) после прекращения работы. Локальная холодовая адаптация характеризуется также более быстрой нормализацией кровообращения и температуры конечностей после холодового воздействия.

Наряду с сосудистыми реакциями важную роль в адаптации человека на Севере могут играть приспособительные изменения в системе дыхания. В комфортных условиях в покое у человека с поверхности легких и верхних дыхательных путей теплоотдача составляет около 10 % общей теплопродукции. При интенсивной работе эти потери тепла уже могут быть сравнимы с теплопродукцией при основном обмене. Воздействие резкого холода вызывает задержку дыхания и сопровождается сокращением гладкой мускулатуры бронхов. Последнее, видимо, и является причиной полярной одышки. В дальнейшем по мере адаптации к холоду эти явления исчезают и происходят адаптивные перестройки в сердечно-сосудистой системе: повышаются кислородная емкость крови и давление в малом круге кровообращения, несколько гипертрофируется «правое сердце». Одновременно увеличивается коэффициент использования кислорода в легких из вдыхаемого объема воздуха, что наиболее отчетливо проявляется у людей, работающих круглый год на открытом воздухе. У этих лиц снижены испарение влаги из респираторного тракта и связанные с испарением теплопотери. Таким образом, адаптивные сдвиги, наступающие в сердечно-сосудистой и респираторной системах в холодном климате, направлены на ограничение теплопотерь организма и служат, кроме того, физиологической защитой органов дыхания от поражения холодом.

Адаптивные изменения, наступающие в системе терморегуляции человека на Севере, затрагивают не только ее эфферентное звено, но и афферентное. Субъективное ослабление чувства холода в связи с адаптацией к этому фактору среды отмечается многими исследователями. В основе такого явления может лежать снижение количества функционирующих холодовых рецепторов кожи.

Морфофункциональные особенности аборигенов Севера. У коренного населения Арктики независимо от этнической принадлежности выявляется много общих черт как в строении тела, так и в физиологических особенностях. Это позволило выделить так называемый арктический адаптивный тип, который, как полагают, сформировался в ходе эволюции.

К характерным чертам конституции аборигенов Севера относится коренастое телосложение с хорошо развитой костно-мышечной массой, цилиндрическая форма грудной клетки. Лицо у них имеет овальную форму, широкий уплощенный нос, узкий разрез глаз. Эти особенности способствуют уменьшению теплоотдачи в условиях переохлаждения.

Функциональные характеристики также отражают приспособление к условиям холодового стресса. У коренных жителей высоких широт выработался в ходе эволюции и генетически закрепился определенный, отличный от приезжих уровень метаболизма. Энергетические процессы у них более интенсивны. Механизмы теплообмена имеют ряд особенностей. Чувствительность холодовых рецепторов снижена. Перераспределение кровотока между поверхностными и глубокими кровеносными сосудами тела, и особенно конечностей, ограничивает теплопотери через кожные покровы и способствует стабилизации температурного режима ядра туловища. Увеличение теплопродукции и изменения в системе теплоотдачи на клеточном и системном уровнях эффективно обеспечивают температурный гомеостаз аборигенов Севера. Основной обмен у них повышен. Определяющее влияние на характер обмена веществ у коренных жителей высоких широт оказывает питание. Увеличение доли жиров в пищевом рационе, повышенная способность к их окислению за счет гиперфункции щитовидной железы и надпочечников приводит к повышению липидного обмена. Усиление метаболических процессов ведет к интенсификации деятельности кислородтранспортной системы аборигенов Севера. Они обладают большой вентиляционной способностью легких. Коэффициент использования кислорода повышен. Высока скорость кроветворения, увеличено содержание гемоглобина в крови.

Повышенная гамма-глобулиновая фракция сыворотки обусловливает улучшение иммунных свойств организма.

Люди, обладающие специфическими признаками тела, уменьшающими теплоотдачу, обладающие интенсивными энергетическими процессами, имеют в условиях арктического климата преимущества перед теми, кто не отличается этими качествами. Однако цена приспособления аборигенов к жизни в условиях Севера достаточно высока. Задерживается период полового созревания. Велик процент бесплодия женщин и преждевременных родов. Часто встречаются патологии.