Елена Гора - Экология человека
Удовлетворение потребности в энергии, восстановление температурного гомеостаза обеспечивается у детей за счет расщепления АТФ, т. е. используется наиболее лабильный путь освобождения энергии. Однако использование АТФ для обогрева организма – слишком дорогое средство. Длительное повторное охлаждение сопровождается нарастанием свободного (нефосфорилирующего) окисления. Поток электронов в дыхательной цепи митохондрий оказывается не связанным ресинтезом АДФ в АТФ. Возникающий вследствие этого дефицит АТФ и КФ сочетается с выделением энергии в виде тепла, необходимого для сохранения температуры и жизни ребенка. Дефицит макроэргов и увеличение потенциала фосфорилирования ведет к адаптации генетического аппарата клетки, увеличению биосинтеза нуклеиновых кислот и белков и к нарастанию мощности системы митохондрий на единицу массы ткани. Последнее, по мнению Ф. З. Меерсона, обеспечивает долговременную адаптацию к холоду.
Следует отметить, что изменения в клетке соответствуют сдвигам, которые возникают при адаптации к гипоксии или физической нагрузке.
В процессе приспособления к холоду одним из мощных нейрогуморальных регуляторов является повышение активности симпатоадреналовой системы. Под влиянием катехоламинов ткани усиленно потребляют кислород, а происходящее разобщение дыхания и фосфорилирования ведет к увеличенному образованию тепла.
• Солнечная радиация. Особенно чувствителен детский организм к дефициту солнечной радиации и неравномерному распределению ее в течение года. У детей развивается недостаточность витамина D и нарушается фосфорно-кальциевый обмен, ведущий к изменению нервно-мышечной возбудимости и повреждению скелета, особенно у детей до 1 года.
Необычный световой режим в период полярного дня приводит к нарушению соотношения процессов возбуждения и торможения в ЦНС с соответствующими изменениями соматических реакций. Извращаются биологические ритмы. Математический анализ ЭКГ показал, что у детей с измененным циркадианным ритмом во все сезоны года отчетливо выражены медленные волны сердечного ритма, которые в полярную ночь дополняются усилением проявления дыхательных волн. То есть выявленные подкорковые влияния на регуляцию циркадианного ритма в полярную ночь сопровождаются напряжением парасимпатической регуляции.
Физиологические аспекты адаптации.
Дыхательная система
Функция дыхания у детей в районе высоких широт осложнена, поскольку слизистая оболочка верхних дыхательных путей в зимнее время года почти постоянно подвергается раздражающему воздействию холодного и сухого воздуха. В крупных городах это дополняется загрязнением атмосферы. В сильные морозы дети мало бывают на улице, но поражение дыхательных путей у них отмечается очень часто. Это связано с привычкой дышать ртом, более частым, чем у взрослых, дыханием и соответственно большим охлаждением слизистых оболочек.
Реакция (рН) носовой слизи у детей на Севере несколько смещена в щелочную сторону, составляя в среднем 7,9–8,0 при рН 7,2–7,8 у детей умеренной зоны. Повышение щелочности слизи соответствует характерному набуханию слизистой оболочки. Это следует, видимо, связывать с изменением тонуса кровеносных сосудов носа. Подтверждением последнего служат данные о более высокой температуре слизистой оболочки нижней раковины (27,0 °C) у детей Заполярья. Температура слизистой оболочки средней носовой раковины (28,8 °C) тоже несколько выше у детей на Севере, но температура глотки не отличается от соответствующего показателя детей умеренной зоны. Не удалось отметить какой-либо разницы в температуре слизистой оболочки носовых раковин и глотки в зависимости от срока проживания детей в высоких широтах.
Параметры внешнего дыхания у детей на Севере также подвергаются ряду изменений под влиянием неблагоприятных экологических факторов. Большинство авторов пишут о синдроме «полярной одышки», но не дают ему единого объяснения. Действительно, в сильный ветер (скорость более 10 м/с) затрудняется дыхание, особенно трудно осуществлять выдох. Изменения дыхания связывают с угнетающим действием полярной ночи и недостатком ультрафиолетовой радиации на дыхательный центр, вегетативные функции организма, с гиповитаминозом, застоем крови в печени. По мнению И. С. Кандрора, эти сдвиги не имеют приспособительного значения. Напротив, другие исследователи рассматривают изменения функции внешнего дыхания как адаптационные изменения в «борьбе за кислород». Они выражаются в сезонных повышениях минутного объема дыхания (МОД), увеличении кислородной емкости крови и замедлении скорости кровотока. Коэффициент использования кислорода (КИо2) при этом снижен. Последнее свидетельствует о меньшей эффективности дыхания, снижении его экономичности.
Увеличение МОД, особенно значительное в период полярной ночи (на 20–30 %), отражает, по-видимому, повышенные потребности организма ребенка в кислороде в условиях Севера. МОД хорошо отражает функциональную недостаточность аппарата внешнего дыхания и системы кровообращения. При первых же признаках дыхательной недостаточности МОД увеличивается как за счет углубления, так и за счет учащения дыхания. У детей возрастание МОД чаще идет путем увеличения частоты дыхания, при этом нарастает удельный вес «мертвого» пространства и снижается вентиляция альвеол. Гипервентиляция при поверхностном дыхании неблагоприятна.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) соответствует уровню физического развития человека и в нормальных условиях является довольно стабильной величиной. У детей на Севере величина ЖЕЛ отчетливо превышала показатели по умеренной зоне. В возрасте от 10 до 13 лет ЖЕЛ нарастала у мальчиков с 2000 до 2800 см3 и у девочек с 1800 до 2600 см3, что соответствовало высокому уровню и гармоничности физического развития детей. В период полярной ночи объем ЖЕЛ снижался на 5-10 %. Отмечались также умеренные (в пределах физиологических величин) колебания уровня МОД, максимальной вентиляции легких, КИо2. Длительность проживания детей в Заполярье существенно не отразилась на функции внешнего дыхания.
А. П. Авцын совместно с сотрудниками выявил отчетливые морфологические изменения в легких, которые проявлялись в увеличении альвеолярной поверхности, расширении и некотором укорочении капиллярных сегментов, повышении кровенаполнения легких. Авторы указывают на приспособительный характер морфологической перестройки легких, напоминающий адаптацию к гипоксии в горах.
Повышенные энергетические затраты и флюктуация содержания кислорода в атмосфере Заполярья создают определенные трудности в обеспечении кислородом. Эти трудности усугубляются в сухую погоду. В средней климатической зоне человек находится в помещении около 70 % времени, а в городах на Крайнем Севере – более 90 %. Особенно много времени проводят дети в помещении в холодный период года. Расчеты показали, что в воздухе закрытого помещения весовое содержание кислорода меньше, чем в атмосферном, на 10–15 % зимой и на 0,5–5% летом. Уменьшение весового содержания кислорода у большинства детей вызывает ухудшение самочувствия, вялость, апатию, головную боль, сонливость, капризничание и другие проявления гипоксии.
Сердечно-сосудистая система
Адаптация организма к северным условиям проявляется также некоторым увеличением МОК и сердечного индекса. Тенденция к такому гиперкинетическому типу кровообращения позволяет транспортировать большее количество кислорода. Поскольку при этом несколько замедляется скорость кровотока в капиллярах, то создаются условия для большего поглощения кислорода и возрастает коэффициент его утилизации тканями. Понижение скорости кровотока в зоне микроциркуляции приводит к накоплению в этом участке углекислоты и недоокисленных продуктов метаболизма, в присутствии которых уменьшается сродство гемоглобина к кислороду, что способствует более легкой отдаче кислорода тканям.
Изменение крутизны кривой диссоциации оксигемоглобина следует рассматривать как приспособительную реакцию организма в борьбе за кислород. При большей крутизне кривой диссоциации НbО2 обеспечивается лучшее снабжение тканей кислородом, так как при том же pО2, имеющемся в тканях, отдача О2 происходит легче.
Сердечно-сосудистая система находится в тесной связи с деятельностью аппарата внешнего дыхания, обеспечивая транспорт кислорода, питательных веществ и выведение метаболитов. Повышение на Севере основного обмена, нарастание энергетических затрат организма, снижение концентрации кислорода в атмосфере – все это вызывает соответствующие изменения всех параметров кровообращения.
Частота сердечных сокращений (ЧСС) у детей в Заполярье несколько больше, чем в умеренных широтах. У школьников 7-13 лет была выявлена синусовая тахикардия – пульс превышает 110 ударов в минуту, что на 3–5 ударов больше соответствующих возрастно-половых нормативов.
