2 курс / Нормальная физиология / Физиологические_основы_жизнедеятельности_человека_в_экстремальных

те, более точно отражает климатические и поведенческие условия в Антарктиде, а также воздействие такой среды на человека, по сравнению с WCI. Важно подчеркнуть, что BISCR может быть использован для оценки непосредственных и прогнозирования надвигающихся изменений в метеорологических условиях в районе дислокации арктических и антарктических станций и внутри помещений, и, таким образом, соответственно определить уровень комфорта (дискомфорта) среды обитания для полярников.

Дальнейшее улучшение медицинского, психосоциального и экологического обеспечения полярников в Антарктиде на этапах отбора, внутриконтинентальных походов и при зимовке требует продолжения фундаментальных медико-биологических исследований, в том числе, и в области комплексной оценки уровня суровости среды обитания и разработки эффективных средств коллективной и индивидуальной защиты.

2.3. В зоне природной экстремальности:

особенности адаптации человека в Антарктиде

Программа широкого освоения районов Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера, интенсификации работ в Антарктиде, предусмотренная Указами Президента и Постановлениями Правительства Российской Федерации, поставила перед медицинской наукой необходимость усиления исследований по адаптации человека в этих регионах. При этом проблема адаптации определена как важная задача, имеющая народнохозяйственное значение. Бурное развитие технического прогресса ведет к постепенному истощению промышленных сырьевых баз в обжитых районах земного шара, к необходимости освоения новых регионов, которые из-за суровых природных условий долгое время оставались труднодоступными. Поэтому понятен все возрастающий интерес человечества к полярным районам Земли, и особенно к южно-полярной области.

Шестой континент Земли – Антарктиду – вряд ли можно считать обитаемым. Самые низкие температуры на земном шаре, частые ураганные ветры и сильные метели, магнитные бури и повышенное космическое излучение, мрак полярной ночи и ослепляющая белизна ледяной пустыни в полярный день – далеко не полный перечень факторов, с которыми встречается исследователь, осмелившийся нарушить суровое

безмолвие таинственной страны Белого сфинкса. На каждом шагу его подстерегают опасности: непроходимые торосы и нагромождения ледяных скал, зияющие пасти бездонных трещин и неожиданные снежные обвалы. Десятками жизней, начиная с героической гибели экспедиции Скотта, заплатило человечество за попытки отвоевать секреты Южного континента. Но неустанно, шаг за шагом, расширяет человек свои знания о его климате, природе, сырьевых богатствах. Сегодня здесь работают сотни ученых из разных стран. Исключительно важная проблема для них – адаптация во время пребывания в Антарктиде.

Если в других регионах земного шара в отдельные сезоны года природные условия из экстремальных могут переходить в приемлемые, то на ледяном континенте, вследствие большого числа значимых факторов, уровень экстремальности остается высоким в течение всего года.

Климат Антарктиды – самый суровый на нашей планете. На всей ее площади (исключая узкую береговую полосу) в течение года держится отрицательная температура воздуха. По мере углубления на материк она понижается, достигая крайнего минимума (–89,2 °С) на российской станции Восток – мировом полюсе холода. Выжить здесь без специальных средств защиты человек не в состоянии.

Воздействие холода усиливается ветром и повышенной влажностью. Ветры же в Антарктиде явление обычное. Главным фактором, обусловливающим суровость климата Антарктиды, являются частые ураганные ветры и метели, достигающие 50 м/с и выше. Число дней с сильными метелями в год насчитывает в среднем для станций Молодежная – 224, Мирный – 190, Пионерская – 259 и Восток – 41. Особой суровостью отличается зимний период, на который приходится примерно шесть месяцев (апрель—сентябрь). В центральных районах материка зима продолжается 7—8 мес. На побережье Антарктиды зимний период характеризуется частыми сильными стоковыми и циклоническими ветрами. Так, число штормовых дней в обсерватории Молодежная зимой достигает 22—25 в месяц.

Существенное влияние на организм человека, кроме факторов среды, оказывает их периодичность – суточные, сезонные и годовые ритмы и циклы. Однако для большинства антарктических природных процессов характерна, напротив, апериодичность: здесь «постоянно скачет», колеблется атмосферное давление, магнитная возмущенность. Практически все гелиогеофизические компоненты (например, солнечный ветер, полярные сияния, магнитные или ионосферные возмущения) достигают максимальных значений.

Хотя окружающая среда в Антарктиде не является абсолютно стерильной (в пробах снега и льда обнаружены отдельные микроорганизмы), заселенность ее микробной флорой крайне ограничена. Подобная абиотичность среды необычна для человека и вызывает нарушение взаимодействия организма с естественной микробной флорой. А это приводит к возникновению различного рода дисбактериозов и антиген-де- фицитных состояний. Последние проявляются в снижении иммунитета

инеспецифической резистентности (устойчивости). Отсутствие антигенов (микроорганизмов) во внешней среде нарушает образование в организме самого субстрата защиты – антител.

Для нормальной жизнедеятельности людей необходимо постоянное поступление большого числа микроэлементов: железа, цинка, марганца, кобальта, молибдена, йода, фтора и др. Потребность организма в этих элементах невелика – всего лишь тысячные доли процента, но их роль огромна. Они входят в состав важнейших биологически активных соединений белков, ферментов, гормонов, ответственных за обменные процессы. Основные источники микроэлементов – растительная пища

ивода.

На ледяном континенте ввиду ограниченности транспортной связи с остальным миром полярники не всегда имеют возможность получать натуральные, высоковитаминизированные продукты. В рационе питания на полярных станциях имеется практически весь набор необходимых продуктов, однако длительное хранение их на складах (до года и более) существенно снижает пищевую и витаминную ценность. Чтобы избежать авитаминоза, медики прибегают к искусственной витаминизации.

Не лучше обстоит дело с водой, практически дистиллированной, источником которой служат снег или озерный лед. В то же время вода горных антарктических озер нередко содержит ряд химических элементов в концентрациях, вредных для человека. Поэтому санитарный контроль за составом питьевой воды и искусственная минерализация являются обязательными.

Южный материк — самый высокий на Земле. Его средняя высота (вместе с ледниковым щитом) – 2040 м над уровнем моря (средняя высота суши – 780 м). Этим определяется пониженное атмосферное давление. Именно в высокогорных районах Центральной Антарктиды человек сталкивается с ярко выраженным фактором гипоксии (недостатком кислорода в окружающей атмосфере). Наблюдения на станции Восток показали: уровень гипоксического воздействия на человека здесь поч-

ти «запредельный» и несравнимо больший, чем на тех же высотах на Памире и Тянь-Шане Подтверждением тому может служить случай, происшедший в 30-й Советской антарктической экспедиции во время санно-гусеничного похода из Мирного на станцию Восток. У штурмана похода Ю.В. Гайковского на высоте около 3000 м внезапно развилась острая горная болезнь с потерей сознания и начавшимся отеком мозга. Только благодаря срочной эвакуации больного вертолетом на прибрежную станцию Мирный и интенсивным реанимационным мероприятиям пострадавшего удалось спасти.

Пока трудно найти объяснение всем возникающим функциональным нарушениям. Скорее всего, это связано с неблагоприятной комбинацией целого комплекса природных факторов, при которых общая сумма влияния оказывается значительно выше простого слагаемого (так называемый эффект синергизма). Кроме того, первый период адаптации организма, связанный с перестройкой метаболизма (обмена веществ) большинства систем, неизбежно сопровождается гипоксическими проявлениями.

Даже краткой характеристики природных условий ледяного континента вполне достаточно для того, чтобы понять, насколько нелегко тут приходится человеку. Трудности приспособления нередко усугубляются причинами антропогенного характера. Это так называемые социаль- но-психологические факторы: групповые и межличностные отношения, получающие в условиях длительной изоляции не всегда благоприятное развитие; вынужденная гиподинамия – нарушение функций организма (опорно-двигательного аппарата, кровообращения, дыхания, пищеварения) при ограничении двигательной активности.

Исследователь, занимающийся проблемой адаптации человека в экстремальных условиях, должен всегда учитывать не только биологическую, но и социальную составляющие «платы» за адаптированность.

Уже первые экспедиции показали: пребывание человека на ледяном континенте возможно, хотя и требует организации целой системы защиты и жизнеобеспечения. Был сделан важный вывод – внешняя среда Южной полярной области не является агрессивной для человека (за исключением низких температур зимой в Центральной Антарктиде). За время годичного пребывания в Антарктиде у людей не было обнаружено заболеваний, специфичных только для этого региона Земли. Не подтвердилось и мнение о том, что в условиях зимовки на ледяном континенте возникает «полярная анемия». Обнаруженные отклонения, как оказалось, связаны с неполноценностью пищевого рациона.

Следует отметить, что термин «экстремальная среда» в медицинской экологии несколько отличается от его физического смысла, где под этим понимается максимальная выраженность значений тех или иных величин. Скажем, предельное, критическое состояние температур или давлений. В биологии и медицине экстремальные параметры принято рассматривать с точки зрения их неблагоприятного влияния на человека.

А.П. Авцын (1974) выделяет три степени экстремальности для человека: относительно экстремальные условия, в которых жизнь, хотя и затруднена, но возможна; абсолютно экстремальные условия, когда для поддержания жизни требуются специальные системы; и, наконец, суперэкстремальные условия, при которых жизнь человека как вида невозможна. Однако при использовании предложенной классификации необходимо помнить о некоторой ее условности, зависящей в первую очередь от индивидуальной устойчивости человека, его генотипических (врожденных) и фенотипических (приобретенных в процессе эволюции) особенностей, привычной среды обитания и т.д.

Если представить те или иные показатели природных процессов (температуру, влажность, давление и т.д.) в виде единой шкалы в зависимости от степени неблагоприятного влияния на здоровье человека, то

вАнтарктиде с одной стороны зоны комфорта будут находиться низкие температуры, высокая циклоническая активность, скорость ветра, повышенная магнитная возмущенность в атмосфере, высокая солнечная радиация во время полярного дня, повышенный уровень космического излучения; с другой — пониженное атмосферное давление (особенно в Центральной Антарктиде), низкая влажность, отсутствие естественной освещенности в полярную ночь, абиотичность (безжизненность) среды.

Если в других регионах земного шара в отдельные сезоны года природные условия из экстремальных могут переходить в приемлемые, то на ледяном континенте, вследствие большого числа значимых факторов, уровень экстремальности остается высоким в течение всего года.

Однако суровость климата не останавливает людей от наращивания усилий по изучению Антарктиды. Учитывая все возрастающий интерес к сырьевым ресурсам шестого континента, в составе антарктических экспедиций, кроме традиционных специалистов (географов, метеорологов, гляциологов), все больший удельный вес начали занимать геологи, особенно в период летних сезонных работ. По данным ряда исследователей,

вАнтарктиде обнаружены значительные рудопроявления меди, железа, хрома, платиновых металлов, золота, серебра, цинка, ванадия, кобальта, никеля, большие запасы каменного угля и нефти. Промышленный

интерес представляют запасы урана, горного хрусталя, слюды, берилла, топаза. К минеральным богатствам Антарктиды относятся огромные запасы льда, составляющие 90—95% от его содержания на нашей планете. Это большой резерв пресной воды, над проектами использования которой уже сейчас работают некоторые государства. Большой интерес к Антарктиде определяется и огромным практическим значением тех исследований, которые проводятся здесь учеными различных стран. Среди них важное место занимают географические и гидрометеорологические работы. Без постоянных наблюдений в Антарктиде сегодня уже невозможно обойтись при составлении прогнозов погоды, обеспечить безопасность плавания судов в антарктических водах. Антарктида, как огромный район оледенения, является объектом пристального внимания специалистов по истории развития Земли, дающим возможность не на модели, а в естественных условиях изучать процессы, происходившие на нашей планете многие миллионы лет тому назад.

Антарктида характеризуется повышенной активностью геофизических процессов, таких как полярные сияния, магнитные бури, ионизация воздуха и др. Своеобразен световой и радиационный режим материка. Продолжительность дня и ночи не соответствует таковым в средних широтах, так как практически весь материк расположен за Южным полярным кругом. Полярный день и полярная ночь являются мощными факторами, оказывающими на человека отрицательное влияние. В Центральной Антарктиде летом регистрируется максимальная на Земле суммарная солнечная радиация — 30 ккал. /см за месяц. Однако вследствие высокой отражательной способности снежной поверхности (альбедо достигает 83—96%) большая часть ее отражается в окружающее пространство. Вследствие этого радиационный баланс в центральных районах Антарктиды всегда отрицателен и только на побережье в весенне-летний период (четыре месяца) становится положительным. Центральная Антарктида отличается высоким уровнем космического излучения, интенсивность которого в несколько раз выше, чем в средних широтах. Необходимо также отметить, что среди целого комплекса факторов, характеризующих экстремальность и специфичность среды, в которых приходится жить и работать полярникам, большую роль играют факторы социальные. Зимовка на антарктической станции неизбежно связана с длительной социальной изоляцией от семьи и близких, от привычного трудового коллектива, с относительной сенсорной и информационной депривацией, гиподинамией, резким и внезапным ограничением социальных возможностей. Сложность психологической об-

становки, число и выраженность конфликтных ситуаций неодинаковы на отдельных станциях и в разных экспедициях и зависят от правильности подбора коллектива, опытности руководителя, условий зимовки.

Успех освоения Антарктиды, как и любых новых климатогеографических зон, в конечном итоге определяется состоянием здоровья людей, которое в свою очередь зависит от качества профессионального отбора полярников, медицинского прогноза, ранней диагностики преморбидных состояний, разработки научно обоснованных медицинских мер профилактики.

Многочисленными исследованиями показано, что хотя в Антарктиде и не обнаружено наличие специфической патологии, в течение зимовки происходят существенные изменения физиологических и биохимических показателей, свидетельствующих о снижении функциональных резервов и защитных свойств организма. Обнаружено, что изменения формулы крови у полярников береговых станций обычно не выходят за пределы физиологической нормы и аналогичны возникающим у людей при переезде из средней полосы в районы Крайнего Севера. Это – некоторое уменьшение числа эритроцитов и содержания гемоглобина. На внутриконтинентальных станциях, наоборот, эти показатели увеличиваются, что обеспечивает при гипоксии необходимую оксигенацию крови (насыщение кислородом). Что касается лейкоцитов, то их общее число практически сохраняется, но изменяется соотношение составляющих – уменьшается число ядерных и сегментоядерных нейтрофилов и моноцитов при относительном увеличении числа лимфоцитов. Отмечается также повышение активности тромбоцитов и снижение резистентности (устойчивости) капилляров.

Специфическая особенность для Антарктиды – изменение белковых фракций крови, выражающееся в отчетливом снижении гамма-гло- булинов и иммунологической реактивности на введение стандартной сыворотки. Мы считаем, что это – следствие длительного проживания человека в относительно стерильной среде. Ее давление сказывается и на сердечно-сосудистой системе, сдвиги в деятельности которой у большинства полярников носят приспособительный, компенсаторный характер.

У лиц старше 40 лет к концу зимовки нередко возникают нарушения проводимости и сократительной способности сердечной мышцы, гипоксия миокарда, стойкие гипер- и гипотензивные реакции. Довольно часто появляются функциональные шумы в области сердца. Как показали исследования, возникающие изменения связаны не столько с непосред-

ственным воздействием природных факторов, сколько с продолжительной гиподинамией и нарушением электролитного баланса в организме. Последний происходит вследствие длительного употребления обедненной микроэлементами консервированной пищи и снежной воды.

У лиц с высокой метеолабильностью в дни наиболее резких перепадов температур воздуха и атмосферного давления отмечаются нарушения в деятельности нервной и сердечно-сосудистой системы (головные боли, раздражительность, боли в области сердца, повышение или падение кровяного давления, бессонница и др.).

Практически у всех полярников обнаружено снижение функциональных резервов сердечно-сосудистой системы при выполнении субмаксимальных и максимальных нагрузок. Так, если в обычных условиях предел физической работоспособности человека наступает при частоте пульса 170–180 ударов в минуту, то у полярников в конце зимовки – при 150– 160 ударах в минуту. Увеличивается потребление кислорода. В связи с этим общепринятый метод расчета потребления кислорода и физической выносливости человека по номограммам Астранд и Риминга в условиях Антарктиды оказывается непригодным. На основании экспериментальных данных, полученных на шестом континенте, российскими учеными предложен новый метод определения оптимальных физических нагрузок для полярников с учетом перестроек функционального состояния кар- дио-респираторной системы на отдельных стадиях адаптации.

Специально разработанный комплекс физических упражнений помогает в значительной мере предотвратить детренированность сердеч- но-сосудистой системы, а искусственная минерализация пищи – сохранить электролитный баланс в организме.

В прибрежных районах Антарктиды наибольшие изменения в процессе адаптации претерпевает сосудистый компонент, а в центральных – заметно возрастает объем работы сердца. Даже на береговых станциях полярники жалуются на одышку, возникающую при незначительных нагрузках. Синдром «полярной одышки» до конца не ясен и, по-видимому, имеет несколько причин. К ним можно отнести недостаток весового содержания кислорода в атмосферном воздухе, повышенное сопротивление окружающего воздуха вдоху и выдоху при больших скоростях ветра, перестройку в системе кардиореспираторных взаимоотношений и др., в том числе – фактор холода. В Центральной Антарктиде теплоотдача через легкие достигает 45—50% общих теплопотерь (вместо 5–8% в норме), что ведет к прямому холодовому поражению легких. Защита органов дыхания имеет первостепенное значение.

Полярный день и полярная ночь, обратная сезонность года, резкие апериодические факторы погоды значительно нарушают естественную биоритмику организма. В результате акрофазы (максимальные значения) выделения многих биологически активных веществ, гормонов, физиологических процессов сдвигаются и не соответствуют основному циклу сон—бодрствование. Так, у зимовщиков в период полярной ночи максимальный выброс глюкокортикоидов отмечается в вечерние часы,

вто время как в обычных условиях — в первой половине дня. Наибольшие биоритмологические отклонения физиологических и биохимических процессов от принятой нормы отмечаются зимой и весной, т. е.

внаиболее холодное время года.

Практически в течение всей зимовки повышено содержание, адренокортикотропного гормона (гормон передней доли гипофиза) и катехоламинов (адреналина и норадреналина). А это – лишнее свидетельство постоянно высокой стрессогенности условий. В сыворотке крови к концу зимовки снижается содержание кальция с 10–13 до 7–8 мг%. Не исключено, что, с одной стороны, это может быть связано с длительной гиподинамией, с другой – с недостатком в питании молочных продуктов – основных источников кальция.

В ряде случаев в организме с середины зимовки обнаруживается явный дефицит не только витаминов комплекса В, но и витамина С. Все вместе взятое необходимо учитывать при составлении рационов питания.

Непосредственный контакт организма с внешней средой и его первичная адаптация (акклиматизация) происходят вначале за счет нервных, рефлекторных механизмов. И только спустя некоторое время, если данный фактор внешней среды продолжает воздействовать на организм, возникают гормональные и биохимические перестройки, которые и обеспечивают поддержание равновесия на новом уровне. При дальнейшем изменении условий снова включаются центральные нервные механизмы регуляции и вносят необходимую коррекцию в деятельность отдельных систем. Поэтому центральная нервная система – главный координатор всех адаптационных перестроек.

Согласно традиционным представлениям, адаптация человека к холоду осуществляется за счет повышения порогов чувствительности. Наши многочисленные исследования опровергают принятую точку зрения. К концу зимовки пороги чувствительности к холоду становятся ниже (чувствительность выше). Вследствие этого у людей, адаптированных к холоду, при воздействии низких температур терморегуляционные