Влияние на организм человека условий высоких широт (Крайнего Севера)

Адаптационные реакции также делят на общие, или неспецифи­ческие, происходящие под влиянием практически любого достаточно сильного или длительного стимула и сопровождающиеся однотип­ными сдвигами функций организма, систем и органов в ответ на различные по характеру воздействия, и частные, или специфиче­ские, проявляющиеся в зависимости от характера и свойств воздей­ствующего фактора или их комплекса.

Проблема  адаптации  необычайно  широка  и  многогранна, охватывает сферу  интересов  биологов,  физиологов  и  медиков.  Биология  и экологическая физиология  занимаются  изучением  видовой  приспособляемости. Физиология исследует индивидуальную адаптацию, ее формирование и  механизмы.

Адаптация к любому фактору связана с затратой энергии. В зоне оптимума адаптивные механизмы не нужны и энергия расходуется только на фундаментальные жизненные процессы, организм находиться в равновесии со средой. При выходе значения фактора за пределы оптимума включаются адаптивные механизмы , требующие тем больше энергозатрат, чем дальше значение фактора отклоняется от оптимального. Нарушение энергетического баланса организма, наряду с повреждающим действием недостатка или избытка фактора, ограничивает диапазон переносимых человеком изменений.

Если внешние условия в течении длительного времени сохраняются более или менее постоянными, либо изменяются в пределах определённого диапазона вокруг какого-то среднего значения, то жизнедеятельность организма стабилизируется на уровне, адаптивном по отношению к этому среднему, типичному состоянию среды. Именно такая «настройка», стабилизация и отражает положение зоны оптимума на шкале количественных изменений факторов. Так, разница климата определяет географические отличия индивидуальных параметров организма человека в северных и южных районах страны [6]. 

1.4 Адаптивные реакции у мигрантов к экстремальным условиям высоких широт.

Адаптация человека к экстремальным условиям высоких широт обеспечивается перестройками всех видов обмена веществ, что приводит к  возникновению «синдрома полярного напряжения». Наиболее  значительными звеньями этого синдрома являются: синдром липидной гиперпероксидации, синдром северной тканевой гипоксии, синдром иммунной недостаточности, синдром регенераторно-пластической недостаточности, синдром психоэмоционального напряжения.

В сложном комплексе адаптационных изменений в условиях Севера, важное место занимают сдвиги, характеризующиеся усилением реакций свободнорадикального окисления липидов и недостаточности антиоксидантной защиты, приводящие к снижению стабильности клеточных мембран, их большей уязвимости, что в свою очередь является пусковым моментом дальнейших метаболических нарушений на клеточном, тканевом и органном уровнях [2].

Изменениями нейроэндокринных механизмов регуляции и у пришлого населения протекает фазно. Продолжительность основных фаз различна и зависит от места проживания, условий быта, питания и индивидуальных свойств организма мигрантов. Начальный период адаптации к суровым условиям Крайнего Севера продолжается в среднем до полугода и характеризуется дестабилизацией многих физиологических параметров. Во втором периоде (около2-3 лет), имеет место нормализация и синхронизация вегетативных и соматических функций в условиях физиологического покоя и при умеренных физических и психоэмоциональных нагрузках. В третьем периоде (последующие 10-15 лет), состояние относительно стабилизируется. Для поддержания должного уровня жизнедеятельности требуется постоянное напряжение нейроэндокринных регуляторных механизмов, что может привести к истощению резервных возможностей организма [7].

1.4.1 Эндокринная система

У людей прибывших в условия высоких широт, имеет место активация симпато-адреналовой системы, что сопровождается повышением концентрации в крови таких гормонов, как норадреналин и адреналин, а также увеличением их экскреции с мочой. В начальную фазу адаптации к холоду катехоламины повышают интенсивность обмена веществ в мышцах, активируют липолиз и увеличивают утилизацию свободных жирных кислот мышцами, а также бурой жировой тканью. В результате термогенного (калоригенного) эффекта катехоламинов происходит быстрое увеличение образования тепла и возрастание основного обмена у адаптирующихся к холоду людей. Термогенный эффект катехоламинов реализуется через ß-адренорецепторы тканей и усиливается в присутствии тероидных гормонов, которые повышают чувствительность тканей к катехоламинам. В этот же период адаптации человека  к холоду усиливается секреция тиреотропного гормона аденогипофизом, и гиперфункция щитовидной железы сопровождается увеличением потребления тканями тиреоидных гормонов. Последние же оказывают разобщающее действие на реакции окислительного фосфорилирования в митохондриях, благодаря чему, значительная часть высвобождающейся энергии выделяется в виде тепла. Таким образом,  в раннюю фазу адаптации к холоду усиление функции щитовидной железы при одновременном возбуждении симпато-адреналовой системы обеспечивает активацию обменных процессов в мышцах, в бурой жировой ткани, во внутренних органах. В результате, увеличивается доля тепла, получаемая путём несократительного термогенеза.

В раннюю стадию адаптации к низкой температуре происходит снижение секреции антидиуретического гормона  и усиление мочеотделения до 7-15 раз в сутки. Эта реакция направлена на поддержание водно-солевого гомеостаза, поскольку испарение жидкости в условиях холода резко ограниченно, а количество образующейся в жировой ткани воды повышено. Уменьшение содержания воды в тканях снижает их теплопроводность и способствует сохранению тепла в организме. 

В условиях высоких широт организм человека реагирует на своеобразную светопериодику (фотопериодизм). Соответственно смене фаз света и темноты происходят ритмические колебания секреции тропных гормонов и гипофиза. В светлый период года у человека повышается активность надпочечников и увеличивается концентрация адреналина и кортикостероидов в крови, активируется симпатический отдел вегетативной нервной системы. В период полярной ночи преобладает активность парасимпатического отдела и повышается уровень меланотропного гормона [8].

1.4.2 Система крови.

Количество эритроцитов и гемоглобина у людей во время адаптации к холоду меняется неоднозначно.

В процессе адаптации людей к условиям Севера снижается общая иммунная реактивность и уменьшается фагоцитарная активность крови, что увеличивает частоту простудных заболеваний. Всё это обусловлено влиянием на иммунитет высоких концентраций глюкокортикоидов в крови мигрантов.

В ранний период адаптации здоровых лиц, прибывших в высокие широты из средней полосы России, замедляется начало и увеличивается время свёртывания и рекальцификации крови, снижается толерантность плазмы к гепарину. Повышается количество тромбоцитов и их функциональная активность. Эти изменения показателей системы свёртывания крови связаны со специфическими особенностями светового и солнечного режимов высоких широт, нарушением витаминного баланса организма [8].

1.4.3 Сердечно-сосудистая система.

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

При дальнейшем пребывании мигрантов  в условиях Севера (3-6 лет) урежается частота пульса, снижаются систолический и минутный объём кровообращения, но артериальное давление и периферическое сопротивление сосудов остаются увеличенными. В результате длительного проживания в этих условиях (10 лет и более) устанавливаются брадикардия, сниженный систолический и минутный объём кровообращения, повышается артериальное давление и периферическое сосудистое сопротивление, возрастает проявление гипертонической болезни, характеризующейся более тяжёлым течением, чем в средних широтах [8].

1.4.4 Система внешнего дыхания

   Влиянию низких температур, в первую очередь и в большей степени, подвергаются органы внешнего дыхания, которые в изменившихся условиях среды должны адекватно выполнять свою функцию – снабжать организм кислородом. Выделяют три стадии адаптации системы дыхания [2].

В первой стадии адаптивного напряжения  (3-6 месяцев) происходит перераспределение статических лёгочных объёмов, при котором часть резервного объёма выдоха переходит в остаточный объём. Это уменьшает объём вдоха и соответственно вентиляцию лёгких. Увеличение остаточного объёма лёгких способствует согреванию холодного вдыхаемого воздуха в тёплом альвеолярном, и предохраняет от холодового повреждения легких.

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

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

вентиляции.

С увеличением срока пребывания людей в высоких широтах ощу­щение одышки при физической работе становится менее выраженным и со временем полностью исчезает.

Следовательно вторая стадия – стадия стабилизации функции бронхо-лёгочного аппарата у северян соответствует становлению адекватного и более экономного режима деятельности органов дыхания. Имеет место тенденция к урежению дыхания, восстановлению до исходных значений резервного объёма вдоха и выдоха, нарастанию значений коэффициента использования кислорода. К 2-3году жизни человека на Севере исчезают признаки дыхательной недостаточности – «полярная одышка».

Третья стадия проявляется как благоприятный исход стадии стабилизации и продолжается примерно 10-12 лет. На этой стадии проявляется обструктивный синдром, который проявляется в  утолщении главных, долевых и сегментарных бронхов и гипертрофии пучков мелких бронхиол. В это же время происходит восстановление эффективности использования кислорода [8].

1.4.5 Основной обмен, метаболизм, терморегуляция.

В ранний период адаптации к серверу в течении полярного дня основной обмен у приезжих повышается на 13-17%. Одной из причин этого является увеличение липидного обмена за счёт жиров экзогенного происхождения и соответственно, повышение в диете белков и жиров. Имеет значение и продолжительное воздействие на организм холода. Во время полярной ночи основной обмен понижен не только из-за уменьшения степени освещённости, являющейся сильным стимулятором гипоталамуса, но и  в связи с ограничением активности и сокращением времени пребывания людей на холоде.

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