Внешнее дыхание людей проживающих в условиях крайнего Севера
Фото: открытые Internet-источники
Климатические факторы Севера
В настоящее время в научной литературе выделяют специфические и неспецифические климатические факторы Севера. Неспецифические — это холод, тяжелый аэродинамический режим, высокая относительная влажность, то есть факторы, которые встречаются и в других регионах Земли. К специфическим для северных широт можно отнести изменение фотопериодизма, колебание атмосферного давления и факторы электромагнитной природы. Отрицательное воздействие этой группы факторов практически не блокируется социальными и другими мерами защиты. В силу этих причин Север предъявляет к организму человека повышенные требования, вынуждая его использовать дополнительные социальные, биологические и медико-профилактические средства защиты от их неблагоприятного воздействия. Адаптация человека в этих условиях достигается путем напряжения и сложной перестройки гомеостатических систем организма (Баевский P. M., , 2008).
Наиболее открытой к контакту с неблагоприятными природно-климатическими факторами Севера является система дыхания, при этом легкие представляют собой самую большую мембрану организма человека.
Как утверждает, (1981) на Севере необходимо выделять три группы экзогенных причин, которые вызывают напряжение дыхательной системы человека и в следствие способствуют легочным патологиям:
1. Реальные факторы с выраженным пневмотропным эффектом.
2. Реальные факторы с неясным механизмом действия на дыхательную систему.
3. Гипотетические факторы (униполярная положительная аэроионизация, возможное снижение окислительного потенциала атмосферного кислорода).
Хотя в настоящее время тонкие механизмы влияния этих факторов на легкие человека еще не раскрыты, можно с уверенностью говорить о том, что многие из них реализуются через снижение диффузионной способности легких у северян, и особенно у новоселов в период первичного контакта дыхательной системы с внешней средой Севера. Как хорошо известно, Россия относится к самым холодным странам, как например отмечает (2007) около 70 % её территории представлено зоной вечной мерзлоты. С этим согласны (2004), (2004) и в своих докладах, статьях относят холод для России, как национальную проблему. Немаловажным фактором, влияющим на систему внешнего дыхания у человека на Севере и определяющим её адаптивные изменения, является холодный воздух, это хорошо описано в трудах (2005). Фактор охлаждения в северных регионах проявляется постоянно, он ощущается в слабости солнечного тепла, в температурном и ветровом режимах в условиях конденсации влаги. В трудах (2002) отмечено, что при понижении температуры воздуха в интервале от 0 °С до — 35 °С система дыхания реагирует тремя защитными физиологическими реакциями: рефлекторным ограничением глубины вдоха, увеличением функциональной остаточной ёмкости лёгких и выключением 10 из вентиляции наиболее охлаждаемых альвеол, преимущественно в проксимальных отделах. А вот в работах (2003) описано, что температура окружающей среды влияет на частоту дыхания. Так, в теплый период года частота дыхания уменьшается, а в холодный — увеличивается. Местное воздействие холодного воздуха на слизистую оболочку верхних дыхательных путей, трахеи, бронхиального дерева вызывает значительную потерю тепла и влаги, идущих на нагревание и увлажнение вдыхаемого воздуха. Расчёты (1968) показали, что при работе человека на сильном морозе на обогрев вдыхаемого воздуха идет до 12 % общей теплопродукции, тогда как в комфортных условиях всего 2 %.
Фото: открытые Internet-источники
Немаловажной закономерностью в процессах терморегуляции у человека на Севере является структура теплопотерь.
Так, например, в работе у (1994) отмечено, что у северян удельный вес конвективно-радиационных теплопотерь ниже, а испарительных, особенно с поверхности кожи, наоборот, значимо выше. В процессе работы это различие еще более углубляется за счет более резкого усиления отдачи тепла на нагревание вдыхаемого воздуха и испарения с органов дыхания. Кроме дыхательной системы, мишенями для патологического действия холода являются периферические ткани лица и конечностей. Прямое действие холода на периферические ткани связано с нарушением баланса биологически активных веществ и проявляется на открытых частях тела так называемыми холод-ассоциированными симптомами (в частности, феномен Рейно, холодовая крапивница и др.). Известно, что охлаждение мышечных тканей ослабляет физическую работоспособность различными путями, например, замедлением химических реакций, снижением реактивности нервов и мышц, уменьшением гибкости мышц и суставов, изменение координации мышц. Как уже упоминалось, на развитие изменений в системе дыхания влияют так же и другие факторы природной среды Севера. Так, например низкое абсолютное содержание водяных паров в атмосфере. В литературе (1992), описано, что организм человека реагирует только на абсолютное содержание влаги в воздухе, а не на относительную влажность, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром. В районах холодного климата низкая абсолютная влажность характерна не только для открытого пространства, но и для жилых, служебных и производственных помещений, то есть сухость воздуха является постоянным фактором среды обитания. По мнению (2006), до последнего времени остается невыясненным вопрос, каким образом холодный сухой воздух ухудшает условия газообмена. Теплопотери испарением с поверхности лёгких, за счёт согревания и увлажнения вдыхаемого воздуха, происходят в полном соответствии с законами термодинамики, зависят от температурно-влажностных параметров окружающей среды и составляют 42 % всех теплопотерь организма за счет испарения, вместо типичных для средней полосы 30 % (, 1992). Особое значение приобретает высокая относительная влажность воздуха в сочетании с низкой температурой при высокой скорости движения воздуха. Как отмечает (2000), ветер — вредный фактор при работе на открытом воздухе, т. к. чем выше относительная влажность и скорость ветра, тем более выражен охлаждающий эффект и тем большая нагрузка падает на дыхательную систему. Как известно из литературы (, , 2009) при экстремальных воздействиях в организме возникает комплекс функциональных изменений, который приводит к большим энергетическим тратам. Как правило, организм испытывает кислородное голодание. Таким образом, среди неблагоприятных климатогеографических условий Севера имеется большая группа пульмонотропных факторов, оказывающих непосредственное влияние на систему внешнего дыхания.
Фото: открытые Internet-источники
Особенности дыхательной системы у северян
Известно, что наибольший контакт с окружающей средой среди всех тканей организма имеют респираторные пути и мембраны.
Адаптация респираторной системы к климатическим факторам Севера сопровождается изменениями функции внешнего дыхания, которая стабильно регистрируется в условиях температурного комфорта. Исследованиями , (1970), , (1980), (2004) и многими другими показано повышение объёмов лёгочной вентиляции у северян в состоянии покоя. Работами (2000) выявлена гипервентиляция у жителей Севера при выполнении физических нагрузок. Компенсаторному увеличению лёгочной вентиляции у северян способствует развитие метаболического ацидоза в условиях высоких широт. По мнению (1987), характерное для Севера даже в условиях равнины увеличение МОД (минутный объем дыхания), широко распространенное в литературе под названием «полярная одышка», объясняется не только метаболическим ацидозом, но и понижением аэроионизации воздуха. Основой повышенного МОД является увеличение дыхательного объёма. Как, например, указано в работах (1990), величина ДО (дыхательный объем) у магаданцев по сравнению с жителями средней полосы повышена на 130-200 мл.
Относительно величины ЖЕЛ у северян, пока что единого мнения не сформировалось.
При анализе величины ФЖЕЛ (форсированная жизненная емкость легких) установлено, что у студентов-юношей Якутии значения ФЖЕЛ превышают среднеевропейские возрастные нормы на 8-14%. У девушек они соответствуют должным значениям (, 2007).
Фото: открытые Internet-источники
Известно, что для нормальной жизнедеятельности клеток необходимо постоянное обеспечение их кислородом.
Адекватное потребление кислорода организмом обеспечивается респираторной и гемодинамической составляющими, которые в разных сочетаниях приводят к изменению вида функциональной связи между показателями кровообращения и дыхания, например, в определенные возрастные периоды жизни человека (, , 2003). Величина ПО2 (потребление кислорода) не зависит от его содержания в крови, а определяется внутренней потребностью в нем клеток и тканей и осуществляется на уровне целостного организма (, 2002). При изменении ПО2 возбуждаются хеморецепторы дуги аорты и сонных артерий, от которых импульсы поступают к дыхательному и сердечно-сосудистому центрам головного мозга. От последних сигналы идут к рабочим органам, вызывая соответствующую реакцию, проявляющуюся на органном и организменном уровнях. С одной стороны, ПО2 линейно связано с МОД (, 2000). При этом, чем больше клетки организма потребляют кислород, тем больше величина МОД, и наоборот. С другой стороны, ПО2 линейно связано с МОК, причём между УО и ЧСС обнаружена сильная обратная корреляция. Существенно, что в состоянии покоя регулирование ПО2 происходит за счет изменения в ту или другую сторону и УО, и ЧСС, тогда как при физической нагрузке ПО2 регулируется преимущественно изменением ЧСС. Один и тот же уровень потребления кислорода может достигаться разной стратегией: либо повышенной вентиляцией, либо повышенным уровнем утилизации кислорода (, , 1998). Главная функция внешнего дыхания заключается в поддержании оптимального газового состава артериальной крови: парциального давления кислорода и углекислого газа. Эта функция выполняется не только в обычных условиях окружающей среды, но и в широком диапазоне изменений жизнедеятельности организма. Из работ (2003) выявлено, что насыщение крови О2 регулируется основными функциями внешнего дыхания: вдохом и выдохом, а также немаловажную роль играет частота и глубина дыхания, а также состояние красной крови. У практически здоровых жителей Европейского Севера показатели общего гемоглобина и количество эритроцитов в периферической крови находятся в пределах физиологической нормы. Особенности морфофизиологических показателей эритроцитов у населения северных территорий связаны со значительной интенсификацией эритропоэза и эритродиереза (, 1986). Эти процессы находятся в прямой зависимости от суровости климатических условий регионов Европейского Севера и усиливаются с продвижением на Север. У северян в артериальной крови насыщение кислородом не отличается от соответствующих показателей средних широт, в то время как напряжение углекислоты как в артериальной крови, так и в венозной крови повышено. Артериовенозная разница по кислороду значительно превышает норму средних широт, что отражает метаболическую перестройку энергетических процессии (, 2008). Известно, что для оценки функционального состояния аппарата внешнего дыхания большое значение имеет сопоставление показатели ПО2 и МОД, что находит свое отражение в величине КИО2 (коэффициент использования кислорода).
Фото: открытые Internet-источники
Известно, что система внешнего дыхания активно участвует в физической терморегуляции.
Поэтому потери организмом тепла при низкой температуре внешней среды происходят в основном посредством теплообмена через поверхность кожи и за счёт согревания вдыхаемого воздуха (, 1977).
Увеличение влагопотерь с поверхности органов дыхания, сопровождающееся ростом теплопотерь путем испарения, приводит к усилению функции внешнего дыхания по типу гипервентиляции с гипокапнией, при уменьшении коэффициента использования кислорода ( и др., 1986). Как утверждает (1990) для жителей Севера приемлемо наличие легочной гипертензии. Повышение давления в малом круге кровообращения и выраженные вентиляционные нарушения не только взаимосвязаны, но и взаимообусловлены. Умеренное повышение систолического давления в легочной артерии в пределах 40 мм рт. ст. направлено на обеспечение адекватного кровотока в легких и оптимизацию кислородтранспортной функции в условиях повышенного энергообмена (, 1980; , 1981). При длительном проживании на Севере, более 10-15 лет, частота может уже достигать 80 % легочной гипертензии. В настоящее время установлено, что при длительном пребывании на Севере у человека развивается комплекс характерных адаптационных морфологических изменений системы дыхания. Так, у северян, по сравнению с жителями средней полосы России, респираторная поверхность больше в том же объеме паренхимы легких (, , 1997). Морфологические исследования позволили установить, что у жителей Севера альвеолярная поверхность лёгких увеличена на 16 % по сравнению с москвичами, что закономерно сопровождается приростом и их капиллярной поверхности. Общая капиллярная поверхность легких у северян по сравнению с москвичами увеличена в среднем на 24 %, а объём капилляров на 39 %, об этом всём и (1994) в своих трудах объясняют, как приспособительные реакции, усиливающие газообмен. Так же увеличение площади альвеолярной и капиллярной поверхности лёгких приводит к повышению общей диффузионной способности лёгких. По данным морфологических исследований (1985) у адаптированных жителей Севера в проксимальных микроструктурах ацинусов (в pеспираторных бронхиолах 1, II и III порядков) частично или полностью закрываются или исчезают альвеолы. Таким образом, из вентиляции выключается наиболее охлаждаемая часть респираторной поверхности. Об уменьшении количества функционирующих ацинусов на Севере свидетельствуют работы (1986), (1990). По данным с соавт. (2001), структурным механизмом компенсаторных реакций в системе внешнего дыхания при различных длительных раздражителях является перестройка покровного эпителия. В работе (1981) выявлено, что метаплазия бронхиального эпителия сопровождается нарушением функции бронхов и становится одним из существенных факторов, ответственных за возникновение и хроническое течение патологических процессов в легких.
По мнению и (2012) становится ясным, что характер морфофункциональных изменений дыхательной системы у северян позволяет считать их проявлением защитных реакций, направленных на ограничение контакта дыхательных путей с холодным воздухом и снижение теплопотерь.
Таким образом, респираторной системе отводится особая роль в обеспечении организма О2 для поддержания соответствующего уровня окислительно-восстановительных процессов, кислотно-щелочного баланса и участии в физической терморегуляции. Поэтому в рамках северной медицины, ее специального раздела — северной пульмонологии, представляется актуальным изучение адаптивного поведения системы органов дыхания на Севере. В настоящее время установлено, что у практически здоровых жителей Севера структура и функции внешнего дыхания претерпевают значительную перестройку, направленную на сохранение гомеостаза в суровых климатогеографических условиях. Морфофункциональные изменения дыхательной системы у северян проявляются в увеличении площади альвеолярной и капиллярной поверхности лёгких с повышением общей диффузионной способности лёгких и истончении аэрогематического барьера, в повышении объёмов вентиляции и снижении ее эффективности, увеличении ФОЕ, уменьшении проходимости воздухоносных путей, повышении бронхиального сопротивления и легочной гипертензии.
Однако до сих пор не сформировалось единого мнения относительно величины и структуры жизненной емкости лёгких, механизмов формирования увеличенного минутного объема дыхания, величины максимальной вентиляции лёгких и показателей проходимости различных отделов бронхов у северян.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Стресс и теория адаптации [Текст] / . Оренбург : ИПК ГОУ ОГУ, 2005. С. 60-94.
2. Стресс, физиологические и экологические аспекты адаптации, пути коррекции [Текст] / , . Оренбург : ИПК ГОУ ОГУ, 2009. С. 18-57.
3. Введение в донозологическую диагностику [Текст] / , . М : Слово, 2008. 174 с.
4. Эндокринная регуляция метаболических процессов у человека на Севере [Текст] / . Екатеринбург : УрО РАН, 2008. 303 с.
5. Состояние кардиореспираторной системы у коренного и пришлого населения республики Саха [Текст] / // Эколого-физиологические проблемы адаптации : материалы Междунар. симп. М., 2007. С 67-68.
6. Физиологические проблемы защиты человека от холода [Текст] / . Сыктывкар, 2004. 40 с.
7. Дыхание. Висцеральный и поведенческий аспекты [Текст] / , . М. : Наука, 2005. 309 с.
8. Полярная одышка // Социальное партнерство. 2003 [Электронный ресурс — www документ] Режим временного доступа www. .
9. Районирование Севера Российской Федерации [Текст] / . Якутск, 2007. С 64-98.
10. . Взаимосвязь между показателями гемодинамики и дыхания у человека [Текст] / , // Физиол. Человека. 2003. Т. 29. № 4. С. 72-75.
11. Общая характеристика климатогеографических условий Русского Севера [Текст] / , . Архангельск, 1994. С. 4-7.
12. Три типа реакции респираторной системы на дыхание холодным воздухом у мигрантов в период адаптации к Северу [Текст] / , . Андырь, 1990. С. 12-13.
13. Влияние специфических факторов Заполярья на функциональное состояние организма человека [Текст] / , // Экология человека. 2000. № 2. С. 18-23.
14. Внешнее дыхание человека на Европейском Севере [Текст]: монография. Изд. 2-е, испр. и доп. / , . Архангельск. СГМУ, 2012. 252 с.
15. Состояние эритропоэза в норме и при патологии у жителей Европейского Севера СССР [Текст]: автореф. дис. … докт. биол. наук / . М., 1986. 22 с.
16. Роль температурного фактора в формировании сезонных адаптивных изменений у человека на Севере [Текст] / // Биологические аспекты экологии человека. Архангельск, 2004. Т.2. С. 170-173.
17. Потребление кислорода и энергетические затраты, связанные с применением проб Генчи и Штанге [Текст] / // Рос. физиол. журн. им. . 2002. Т. 88. № 7. С. 935-938.
18. Очерки по физиологии и гигиене человека на Крайнем Севере [Текст] / . М.: Медицина, 1968. 280 с.
19. Тестирование в спортивной медицине [Текст] / , , . М.: Физкульт. и Спорт, 1988. 108 с.
20. Модулирующее влияние терморецепторов на дыхание человека [Текст] / , // Вест. РАМН. 1998. № 10. С 14-18.
21. Кислородный режим при адаптации человека на Крайнем Севере [Текст] / , // Механизмы адаптации человека в условиях высоких широт. Л., 1980. С 87-90.
22. Биоэкономика внешнего дыхания [Текст] / // Эколого-физиологические проблемы адаптации. М., 2003. С. 315.
23. Физиология перемещения и вахтовый труд [Текст] / , . Новосибирск : Наука, 1986. 200 с.
24. Адаптация малого круга кровообращения человека в условиях Севера [Текст] / . Новосибирск : Наука, 1981. 170с.
25. Зависимость изменения скорости кровотока от колебаний электромагнитного поля Земли в условиях Севера [Текст] / // Врачеб. дело. 1973. № 4. С 77-80.
26. Изменение функции аппарата внешнего дыхания при остром холодовом воздействии [Текст] / . Благовещенск, 1986. С 185.
27. Экологическая физиология человека на Севере [Текст] / , // Медицинская наука в Республике Коми. Сыктывкар, 2000. С. 12-17.
28. Ранняя диагностика и профилактика сердечно-сосудистой патологии у работающих на Крайнем Севере [Текст] / , . Апатиты : Кировский рабочий, 1992. 168 с.
29. Морфологическая основа увеличения функционального мертвого пространства у жителей Севера [Текст] / , // Морфологические критерии дизадаптации дыхательной системы. Благовещенск, 1985. С. 75-76.
30. Морфологические основы изменений газообмена в респираторных отделах лёгких у жителей Севера [Текст] / , // Бюл. СО РАМН. 1997. № 2. С. 106-112.
31. Физиологические аспекты труда человека на открытых территориях Севера [Текст] / // Медицина труда и пром. экология. 1994. № 12. С. 10-12.
32. Хронические обструктивные болезни лёгких [Текст] / . М.: БИНОМ, 2000. 512 с.
33. Особенности параметров бронхиального дерева у жителей Севера [Текст] / , // Морфология. 2001. Т.119. № 1. С. 55-56.
34. Проблемы пограничных состояний в пульмонологии [Текст] / . Новосибирск, 2002. С. 305.
Источник: