Человек в экстремальных условиях природной среды
Шрифт:
Как влияют низкие температуры на организм человека, оказавшегося в условиях Арктики? Знание этого имеет немаловажное практическое значение для жизнеобеспечения человека при автономном существовании. По мнению отечественных и зарубежных ученых, низкие температуры окружающей среды сами по себе уже нарушают баланс между расходованием энергии и ее образованием в организме (Кандрор, 1968; Burton et al., 1940). На их воздействие он отвечает своеобразной защитной реакцией — усилением теплопродукции. Эта реакция на холод названа немецким гигиенистом P. М. Рубнером «химической теплорегуляцией» (Бартон, Эдхолм, 1957). Советский физиолог А.Д. Слоним (1952), например, считает, что в условиях длительного воздействия низких температур поддержание температуры тела на постоянном уровне происходит не за счет процессов химической терморегуляции, а главным образом за счет регуляции теплоотдачи.
На характер и степень изменения обменных процессов при низких температурах мнения исследователей расходятся. Одни считают, что основной обмен у лиц, прибывших в Арктику, понижается. Причем это снижение, особенно к концу полярной ночи, весьма значительно, 15- 30% по отношению к принятым физиологическим стандартам (Байченко, 1937; Синадский, 1939; Слоним и др., 1949; Lindhard, 1924). В.В. Борискин (1973), исследовавший уровень основного обмена у зимовщиков дрейфующей станции «Северный полюс-4», установил, что изменения его не превышают 7-8%. Другие ученые указывают, что в арктических условиях основной обмен имеет тенденцию к повышению на 4-5%, а у лиц, постоянно работающих вне помещений, — на 10-16% (Кандрор, Раппопорт, 1954; Данишевский, 1955; Кандрор и др., 1957; Удалов, Кузнецов, 1960; Добронравова, 1962). Аналогичные результаты получили канадские физиологи, изучавшие основной обмен у эскимосов и военнослужащих канадских ВВС (Bollerund et al., 1950). Было установлено, что даже кратковременное воздействие холода увеличивает потребление кислорода в 2,5 раза, что свидетельствует об увеличении обменных процессов (Horvarth et al., 1956). Но как отечественные, так и зарубежные исследователи сходятся во мнении, что энерготраты организма в Арктике существенно повышаются. Уровень суточных энерготрат у людей, занятых одной и той же физической работой, в Арктике на 15-30% выше, чем в условиях умеренного климата (Шворин, 1957; Кандрор, Раппопорт, 1957; Кандрор, 1960). Определяя методом непрямой калориметрии энерготраты летнего состава на Крайнем Севере, Ю.Ф. Удалов и М.И. Кузнецов (1960) установили, что они выше по сравнению со средней полосой на 10%. По сообщению О. Эдхолма, у зимовщиков английской антарктической станции энерготраты при выходе из помещений и работе на открытом воздухе возрастали с 5 до 9-10,5 ккал/мин (Edholm, 1974).
По данным В. В. Борискина (1969), энерготраты при ходьбе по ровной местности со скоростью 4-4,5 км/час в средней климатической полосе и в Арктике составляют соответственно 227 и 422 ккал/час, а, например, энерготраты при копании снега достигают 670 ккал/час.
И дело не только в действии на организм низкой температуры окружающей среды. Высокий расход энергии связан с целым комплексом различных факторов: ношение тяжелой, сковывающей движение одежды, ветер, высота снежного покрова и т.д. Только замена демисезонной одежды на теплую ведет к повышению расхода энергии при легкой физической работе на 7% (Gray et al., 1951), а при выполнении тяжелой работы — на 25% (Борискин, 1973).
Необходимость компенсировать большие энергетические траты издавна учитывалась полярными исследователями. Не случайно арктические рационы всегда отличались высокой калорийностью, иногда в 2-3 раза превышающей общепринятую (Webster, 1952). Так, калорийность суточного рациона зимовщиков дрейфующей станции «Северный полюс-1» составляла 6250 ккал (Беляков, 1939). Зимовщики дрейфующих станций «Северный полюс-2» и «Северный полюс-3» питались рационами энергетической ценностью 4500-5000 ккал/сутки (Волович, 1955). В советских антарктических экспедициях используются пищевые рационы такой же высокой калорийности — 4000-5000 ккал (Деряпа и др., 1964). А например, американский суточный рацион для зимовщиков антарктических станций имел 5944 ккал (Milan, Rodahl, 1961; Orr, 1965).
Однако, соглашаясь с необходимостью использовать в Арктике высококалорийные рационы, ученые разошлись во взглядах на важность компонентов питания. Одни придерживались мнения, что основу рациона должны составлять белки, ибо их недостаток сказывается на самочувствии и работоспособности людей (Rodahl et al., 1962); другие считали, что белок должен составлять лишь незначительную часть суточного пайка (Mitchell, Edman, 1964); третьи полагали, что наиболее выгоден рацион, состоящий из одних углеводов, и люди, использующие его в пищу, гораздо лучше переносят низкие температуры от минус 2 до минус 30° (Keelon et al., 1946). «Сахар является в высшей степени ценным теплообразующим веществом, и поэтому его суточная норма была доведена до 200 г» (Шелктон, 1935).
Многие исследователи указывали на важную роль жиров, которые, по их мнению, повышают устойчивость человека к холоду (Митчел и др., 1946; Батсон, 1950, и др).
Надо сказать, что еще в недавнем прошлом наиболее популярным продуктом, который обычно брали с собой в дальние походы арктические и антарктические путешественники, была смесь жира с сушеным мясом — пеммикан. В течение многих десятилетий состав пеммикана почти не претерпевал изменений. Он использовался участниками американских экспедиций в Гренландию в 1853-1855 гг. под руководством доктора Е. Кэна (1866) и А. Грили в 1881-1884 гг. (Грили, 1935). Австралийская антарктическая экспедиция под руководством Дугласа Моусона в 1911-1914 гг. пользовалась пеммиканом, состоявшим на 50% из говяжьего жира и на 50% из сушеной говядины (Моусон, 1935). В пеммикане, который взял с собой Фритьоф Нансен во время лыжного похода к Северному полюсу, животный жир был заменен кокосовым маслом (Нансен, 1956). Покоритель Северного полюса Роберт Пири для придания пеммикану более приятного вкуса добавлял к мясожировой смеси сушеные фрукты (Пири, 1906), а Руал Амундсен — сушеные овощи и овсяную крупу (Амундсен, 1936). Один килограмм пеммикана, изготовленного по рецепту Р. Амундсена, полностью покрывал энергетические потребности участников санных поездок первой Американской антарктической экспедиции 1928 г. (Бэрд, 1935).
Совершенствование пеммикана продолжалось и в последующие годы. К тому времени, когда Ричард Бэрд начал в 1933 г. подготовку ко второй антарктической экспедиции, пеммикан, изготовленный по рецепту Д. Комана и 3. Губенкоу, представлял из себя весьма сложное блюдо, состоявшее из 18 компонентов (Бэрд, 1937).
Современные аварийные рационы для Арктики включают в себя высококалорийные продукты, содержащие главным образом белки и жиры.
По данным специалистов Американской арктической лаборатории, комбинированный белково-жировой рацион в 8160 ккал обеспечивает высокую работоспособность и хорошую физическую выносливость при совершении десятисуточного марша на 160 км (Rodahl, 1956; Rodahl et al., 1962).
Исследования Ю.Ф. Удалова (1961, 1964) в условиях Заполярья показали, что аварийный рацион с повышенным содержанием жиров обеспечивает более высокую работоспособность и ведет к меньшим потерям массы тела. Так, испытуемые, питавшиеся обычным рационом, теряли за семисуточный переход по лесисто-болотистой местности в среднем 1,9-3,5 кг, в то время как лица, использовавшие экспериментальный жировой рацион, — от 1,2 до 2,9 кг. При этом ни у одного участника эксперимента не отмечалось каких-либо нарушений жирового и углеводного обмена.
Для изучения вопросов питания в условиях автономного существования в Арктике и энергобаланса организма нами были проведены специальные эксперименты, в которых участвовало 12 испытуемых. Одетые в зимнюю одежду с теплоизоляцией 3,96 ± 0,05 кло, они в течение 5 суток находились в неотапливаемых снежных укрытиях, покидая их лишь на несколько часов для выполнения физических упражнений и работы средней тяжести. При наружных температурах минус 16-32° температура в укрытиях удерживалась в пределах минус 5-10°. Испытуемые в течение всего времени питались аварийным рационом общей энергетической ценностью 3400 ккал при водопотреблении, ограниченном до 600 мл в сутки. Несмотря на неблагоприятные температурные условия, тепловое состояние испытуемых в течение эксперимента изменялось незначительно. Так, температура тела (под языком) удерживалась на уровне 35,9 ± 0,1°, а средневзвешенная температура кожи составляла 30,0 ± 0,4°. Вместе с тем теплосодержание организма постепенно снижалось, достигнув на пятые сутки эксперимента 83,9 ± 3,7 ккал (дискомфорт I степени). Особенно сильно охлаждались стопы и кисти. Испытуемые жаловались на «онемение» стоп, температура которых упала до 15-16° (рис. 31).
Рис. 31. Изменения температуры поверхности кожи (- - - стопа и — кисть) в 5-суточном эксперименте в Арктике
Поскольку энерготраты организма за эксперимент, определявшиеся с помощью газоанализа и хронометражем, составляли 12-12,5 тыс. ккал, а ценность пищевого рациона была лишь несколько выше 3000 ккал, калорический дефицит достигал примерно 9000 ккал. Его восполнение шло за счет внутренних, тканевых резервов. Об этом свидетельствовали потери азота с мочой (38,0 ± 2,1 г), соответствовавшие распаду 240,0 г тканевых белков, и увеличение содержания в крови неэстерефицированных жирных кислот (850 ± 100 мэкв/л). В результате потери массы тела испытуемых составили в среднем 5,4 ± 0,3 кг.