Медико-физиологические проблемы в Арктике

Изучение и разработка медико-физиологических проблем освоения арктических территорий России чрезвычайно актуальны, поскольку лимитирующим звеном эффективной реализации важных и хозяйственных оборонных проектов в необычных условиях среды чаще всего становится «человеческий фактор» [1–8].

Организм человека, живущего на Крайнем Севере постоянно, временно или периодически прибывающего сюда на вахты из более южных регионов, оказывается в необычной среде (схема 1), определяемой суровыми природно-климатическими условиями, необычным фотопериодизмом, повышенной электромагнитной активностью и радиацией, несбалансированным питанием, своеобразным составом питьевой воды, зачастую слабо развитой инфраструктурой (жилищная проблема и отсутствие нормальных условий для полноценного отдыха). Большие контингенты работающих и военнослужащих испытывают одновременно несколько видов напряжения: рабочее (вахтовое), климатическое (полярное) и хронофизиологическое (схема 2). Все это не может не отразиться на функциональном состоянии организма человека, его работоспособности (у военнослужащих боеспособности), уровне здоровья и продолжительности активной жизни.

Различные факторы, отрицательно влияющие на организм жителей Арктики, служили или продолжают служить предметом изучения широкого круга исследователей [9–15]. Это: недостаточная

Схема 1

Неблагоприятные для человека факторы Арктики

Scheme 1

Adverse factors of the Arctic to humans

Недостаток солнечного тепла и света – Sunlight shortage Необычный фотопериодизм – Unusual photoperiodism

Колебания атмосферного давления – Fluctuations in atmospheric pressure

Низкие температуры воздуха и окружающих предметов (почва, сооружения и пр.) – Low temperature of air and surrounding objects (soil, structures, etc.)

Повышенная подвижность воздуха – Increased air mobility

Повышенная влажность воздуха в летний и переходный периоды – High humidity in the summer and transitional periods

Чрезмерная сухость воздуха в зимний период – Excessively dry air in the winter

Повышенная электромагнитная активность – Increased electromagnetic activity

Повышенная ионизирующая радиация – Increased ionizing radiation

Некачественная питьевая вода – Poor quality of drinking water Несбалансированное питание – Unbalanced diet

Слабая инфраструктура в местах проживания – Weak infrastructure in places of residence

Проблемы гигиены жилища – Problems of dwelling hygiene

Напряженная экологическая обстановка во многих населенных пунктах – Tense ecological situation in many localities

Сложность ликвидации аварий и катастроф – The complexity of the elimination of accidents and disasters

Биологические факторы (гнус, инфекционные начала и паразиты) – Biological factors (insects, and infective parasites)

Вредные и/или опасные условия труда на многих рабочих местах – Harmful and/or dangerous working conditions in many workplaces

Утяжеленные одежда и обувь – Weighted clothing and shoes

Напряженные графики работы (вахтовый труд, авральные работы и пр.) – Intense work schedules (shift work, emergency work, etc.)

Ограниченные перемещения и общения людей – Limited travel and communication between people

Монотонность обстановки – The monotony of the situation

Недостатки медицинского обслуживания – The deficiencies of health care

Транспортная малодоступность – Transport inaccessibility

Повышенная социальная напряженность – Increased social tensions

Проблемы отдыха – Rest problems

Проблемы от глобального потепления – Problems from global warming солнечная радиация, холод, недостаток тепла, необычный фотопериодизм (или недостаток или избыток света), усиленный ветровой режим, повышенная влажность воздуха в теплый и переходный периоды года, пониженная влажность воздуха в атмосфере и помещениях в морозные дни, неустойчивая и повышенная геомагнитная напряженность, повышенные радиация и электромагнитный фон, не всегда доброкачественная питьевая вода, почти всегда нездоровая пища, социальная напряженность на Севере, напряженная экологическая обстановка в некоторых населенных пунктах, вредные или опасные условия труда на ряде производств, напряженные графики работы при некоторых видах труда (вахтовый труд), недостаточная инфраструктура в местах проживания, невысокий уровень медицинского обслуживания или его недоступность, ограниченность перемещения и общения людей, мо-

Схема 2

Реакции организма человека на Крайнем Севере

Scheme 2

The reaction of the human body in the Far North

Десинхронозы – Desynchronoses Нарушения сна – Sleep disorders Гипокинезия – Hypokinesia

Нарушения обмена веществ – Metabolic disorders Гиповитаминозы – Hypovitaminoses

Микроэлементозы – Microelementoses

Гипоксия – Hypoxia

Гипогликемия – Hypoglycemia

Гиперлипидемия (активация перекисного окисления липидов) – Hyperlipidemia (activation of lipid peroxidation)

Иммунодефицит – Immunodeficiency

Снижение КПД физической работы – Decrease in efficiency of physical work

Снижение работоспособности – Performance impairment Гипертензия в большом круге кровообращения – Hypertension in the systemic circulation

Гипертензия в малом круге кровообращения – Hypertension in the pulmonary circulation

Рабочее (вахтовое) напряжение организма – Working (shift) strain of the organism

Климатическое напряжение организма – Climate body tension Напряжение терморегуляции – The tension of thermoregulation Гипотермия оболочки тела – Body shell hypothermia

Хронофизиологическое напряжение при дальних переездах (перелетах) – Chronophysiological tension in long journeys (flights)

Синдром полярного напряжения – The polar tension syndrome Подверженность вредным привычкам – Exposure to bad habits Снижение половой активности – Decrease in sexual activity Сокращение репродуктивного периода – The reduction in reproductive period

Ускорение возрастной инволюции функций – Acceleration of age-related involution functions

Раннее постарение – Early aging

Повышенная общая заболеваемость – Increased general morbidity

Повышенная профессиональная заболеваемость – Increased occupational morbidity

Хронизация острых заболеваний – The acute chronic diseases Повышенный травматизм – Increased traumatism

Повышенная предрасположенность к суициду – Increased vulnerability to suicide

Повышенная смертность – Increased mortality

Сокращение продолжительности жизни – Life shortening нотонность обстановки, широкое распространение вредных привычек и др. В XXI в. появляется все больше данных о неблагоприятном воздействии глобального потепления на биосферу, экологическую среду и здоровье населения Крайнего Севера [16].

Негативное влияние на здоровье человека, проживающего в высоких широтах Земли, не столь очевидно, поскольку процесс приспособления организма к необычным условиям противоречив и протекает на фоне защитных технических и социальных мероприятий. Например, люди неплохо адаптировались к условиям Печорского Севера вследствие тренирующего действия климата, соответствующей организации режима деятельности и питания [17]. У зимовщиков полярных станций не найдено заметных отклонений в состоянии здоровья, поскольку им были созданы благоприятные условия проживания [18, 19]. Освоение Крайнего Севера в 50–60-х гг. ХХ в. происходило не только без ущерба для здоровья и естественного прироста населения, но и сопровождалось рядом, бесспорно, положительных демографических сдвигов (по таким показателям, как брачность, семейность, плодовитость, рождаемость, детская и общая смертность) [11].

Но даже при создании нормальных условий для проживания организм не остается безучастным к влиянию комплекса факторов Заполярья. У зимовщиков в полярных районах найдено заметное повышение энерготрат при работе на холоде [18]. У строителей в Заполярье обнаружено увеличение теплообмена в покое и при работе, особенно зимой [20]. У полярников в Антарктиде оказались нарушенными почти все виды обмена веществ [11]. Обнаружены низкие уровни сахара и витаминов в крови северян [5]. Автором описан «полярный метаболический тип», для которого характерен переход с углеводного на жировой энергообмен. Нарушения затрагивают также водный обмен [21]. Чрезмерная сухость воздуха в Заполярье приводит к обезвоживанию организма [14].

Для Крайнего Севера характерны резкие сезонные колебания ряда факторов [22]. Не случайно наибольшее количество заболеваний у прибывающих сюда приходится на середину полярной ночи. У многих возникает зимняя депрессия – состояние, подобное психическому заболеванию – «сезонное аффективное расстройство» [23].

Доминирующим фактором Заполярья является холод, который влияет на теплообмен и работоспособность человека. Было показано, что коэффициент полезного действия (КПД) физической работы на открытом воздухе в условиях Крайнего Севера примерно на 15–25% ниже, чем в средних широтах [11], что свидетельствует о более высокой физиологической стоимости трудовой нагрузки. Отмечено [24], что отрицательные температуры и ветер приводят к утяжелению труда и снижению работоспособности. Холод усугубляет вредное действие на организм химических веществ в связи с увеличением легочной вентиляции и повышением чувствительности к промышленным ядам. Поэтому хронические интоксикации на Севере встречаются чаще, чем в аналогичных производствах в других климатических регионах.

Сердечно-сосудистая система может служить маркером общего адаптационного процесса, а гипертоническую болезнь и ишемическую болезни сердца можно отнести к болезням адаптации [25]. При адаптации на Севере повышаются артериальное давление и сопротивление сосудов, причем установлена зависимость этих изменений от стажа проживания в Заполярье.

Под влиянием суровых природно-климатических условий у жителей Заполярья чаще, чем у жителей средней полосы, встречаются такие физиологически неблагоприятные симптомы или состояния, как гипокинезия, гиповитаминозы, микро-элементозы, гиперлипидемия, гипогликемия, гипоксия, иммунодефициты, гипертензия в малом и большом кругах кровообращения, десинхронозы, сезонная депрессия, снижение физической работоспособности на холоде. Только у северян описаны «циркумполярный гипоксический синдром» [26], «по- лярная одышка» [11], «синдром полярного напряжения» [4] и другие аналогичные состояния, а также формируется «полярный адаптивный метаболический тип» (переход на преимущественное использование жиров в питании) [5, 10].

У человека в Арктической зоне происходят перестройки всех видов обмена веществ и гормональной регуляции функций. Организм функционирует в более напряженном режиме, в связи с чем постепенно истощаются физиологические резервы. Отмечается сокращение репродуктивного периода (замедляется развитие растущего организма и раньше увядают половые функции у взрослых), ускоряется возрастное изменение многих физиологических функций, наблюдается преждевременное старение организма, в результате чего снижается продолжительность жизни [10, 27].

На Крайнем Севере, по сравнению со средней полосой России, повышены заболеваемость и смертность населения [16, 28]. Чаще встречаются заболевания сердечно-сосудистой системы и органов дыхания, костно-мышечной и нервной систем, органов пищеварения, поражения зубов (кариес) и костей (рахит, остеопороз), медленнее заживают раны. Нередки осложнения беременности и тяжелее протекают роды. У работающих в Заполярье, как правило, выше профессиональная заболеваемость и заболеваемость с временной утратой трудоспособности. Что касается патологии общего характера, то у жителей Крайнего Севера заболевания начинаются в относительно молодом возрасте, протекают тяжелее, острые формы болезней чаще переходят в хронические, выше риск появления сердечных и сосудистых катастроф (инфаркты, поражения сосудов мозга), чаще и в более раннем возрасте бывают летальные исходы [28].

В Заполярье здоровье хуже и у относительно здоровых людей, прошедших отбор для службы в Вооруженных силах. По данным Военно-медицинской академии [29], первое место в структуре общей заболеваемости военнослужащих в Северных регионах России занимают заболевания и поражения, связанные с воздействием холодового фактора (около 2/3 всех заболеваний). В эту группу входят: отморожения, ознобления, траншейная и иммерсионная стопа, простудные заболевания: грипп, ОРЗ, ангина, фарингиты, синуситы, трахеиты, бронхиты, пневмонии, миалгии, артралгии и др. Эти заболевания в Заполярье встречаются в два–три раза чаще, чем у военнослужащих в средних широтах. На втором месте стоят поражения желудочно-кишечного тракта, на третьем – заболевания кожи и подкожной клетчатки. Заболеваемость органов кровообращения на Крайнем Севере в два–три раза выше, чем в умеренном климатическом поясе.

Возникает вопрос, каковы физиологические предпосылки к возникновению вышеуказанной патологии?

В литературе уже давно возникло представление, что в отношении температур все ткани организма могут быть разделены на две более или менее равные по объему или весу половины. Глубокие ткани с более постоянной и более высокой тем- пературой образуют так называемое «ядро» или «сердцевину». Поверхностные ткани, температура которых в результате рефлекторной регуляции тонуса питающих их сосудов значительно ниже и заметно меняется, составляют «оболочку». Иногда даже говорят о «гомойотермном ядре» и «пойкило-термной оболочке» [11].

В коже и подкожных мышцах фактические возможности кровотока очень велики и различны в разных областях тела. Например, кровоснабжение в районе туловища может изменяться в два–три раза, а пальца кисти может увеличиваться до 100 раз. Изменение просвета сосудистого русла в зависимости от термических условий не ограничивается только областью кожных покровов, но захватывает и более глубокие ткани. Обычно сужение сосудов у человека распространяется не более чем на 2 см вглубь от поверхности кожи. При более резком охлаждающем действии внешней среды гипотермия захватывает мышцы, суставы, почти полностью все конечности. В этом случае переохлажденная «оболочка» может занимать до половины и более массы тела [11] .

Таким образом, многие северяне большую часть года носят массивную охлажденную «оболочку» и это, на наш взгляд, является существенной причиной отрицательного влияния на здоровье.

Помимо негативного влияния охлаждения тканей в «оболочке» (снижение обмена веществ, питания, иммунитета, активности ферментов и пр.), по-видимому, играют свою роль и резкие перемежающиеся колебания температуры крови и ее содержимого при ее попадании то в условия тепла (около 37ºС), то в условия охлаждения на 10-20ºС и более. Напомним, что линейная скорость кровотока в капиллярах мала – от 0,1 до 0,5 мм/с. Именно это обеспечивает длительный контакт крови с обменной поверхностью. Время прохождения крови через капилляр средней длины составляет около 2,5 с. Полный кругооборот всего объема крови происходит примерно за 1 мин. По нашему мнению, это означает, что в течение минуты кровь то нагревается до нормальной температуры, то сильно охлаждается.

Проявления отрицательного влияния холода на различные системы организма объединяют в понятие холод-ассоциированные симптомы [15], включающие в себя вазоконстрикцию, боли, нарушения чувствительности и изменение цвета открытых частей тела. Яркий пример широко распространенной хронической холодовой болезни на Севере – вегето-сосудистые нарушения и поражения периферической нервной системы.

У мигрантов на Севере установлено уменьшение нервно-мышечной иннервации, связанной со снижением проводящих свойств сенсорных и моторных волокон, широкое распространение феномена Рейно, который считается одним из специфических проявлений непереносимости холода, крапивницы, миалгий, артралгий и др. [30].

Сужение сосудов на периферии усиливает центральное кровообращение, провоцирует диурез и повышение артериального давления. Даже охла- ждение лба и головы может повысить артериальное давление и частоту пульса. Охлаждение тканей повышает уровень гематокрита, вязкость и реологическое сопротивление крови. Температура в суставах уменьшается быстрее, чем в работающих мышцах. Переохлажденные суставы теряют подвижность из-за повышения вязкости синовиальной жидкости [11].

Установлено [11], что у обнаженного человека в комфортном микроклимате температура кожи заметно различается и составляет: на лбу и груди 33,5, на животе 31,1, на кисти 31,0, на стопе 29,9, на пальцах рук 28,5, на пальцах ног 24,4ºС. Градиент температур между центральными и периферическими областями достигает почти 9ºС. Средневзвешенная температура кожи составляет 33,5 ºС, т.е. «оболочка» заметно холоднее «ядра» тела. При работе на «открытом воздухе» в соответствующей одежде и температуре воздуха минус 10– 15ºС и ветре 2–3 м/с кожная температура составляет на туловище 31,7º, на стопе 22,8, на кисти 16,1, на щеке 15,8ºС, а средневзвешенная температура кожи 28,4ºС, т.е. «оболочка» сильно охлаждена.

Ранее было показано [31], что типичными сдвигами при охлаждении тела являются падение температуры и теплосодержания покровных тканей тела, что позволяет думать о первичных нарушениях в этих тканях обменно-энергетических процессов. Снижение температуры тканей ведет к уменьшению интенсивности обмена веществ, угасанию активности биохимических реакций и их дискоорди-нации (активность разных ферментов по-разному зависит от температуры). В охлажденных областях тела наступают расстройства кровообращения (спазм артериол и артерий, ишемия тканей, стаз, нарушения проницаемости сосудов). Крайним выражением таких расстройств является «траншейная стопа» и другие патологии. Нарушения обмена в тканях приводят к образованию биологически активных веществ, действующих в этом участке тела. Нарушаются и другие функции оболочки тела. Например, замедляются процессы регенерации кожи. А общими реакциями на местное охлаждение являются возрастание сердечного выброса и гипертензия [31].

Таким образом, одной из ведущих причин ослабления здоровья у северян является хроническое переохлаждение тканей в массивной оболочке тела, что требует усиления теплозащиты при нахождении на улице (одежда, головные уборы, рукавицы, обувь) и нормализации микроклимата в жилых и производственных помещениях.

В последние годы исследователи обратили внимание на такой фактор, как низкая влажность воздуха в Заполярье в морозные дни, и связывают с ним такие явления, как повышенная «жажда у северян» [14] и сниженный коэффициент использования кислорода в легких [32]. При пересушенном воздухе легкие усиленно теряют влагу. Вода из легочных капилляров просачивается на поверхность слизистой оболочки альвеол, а физически растворенный в ней кислород с поверхности альвеол перемещается в легочные капилляры. Указанная встречная диффузия снижает скорость перемещения кислорода через клеточную мембрану. Тем самым понижается диффузионная способность альвеолярной поверхности по отношению к кислороду и уменьшается коэффициент использования кислорода [32].

Чрезмерная сухость воздуха при отрицательных температурах является причиной не только усиления влагопотерь, но и формирования гипоксемии у северян, что требует увлажнения воздуха зимой в помещениях и разработки новых средств индивидуальной защиты органов дыхания для работы на морозе [32].

Очевидно, что здоровье людей, осваивающих приполярные и полярные районы, подвергается повышенному риску. Ситуация усугубляется при вахтовых и вахтово-экспедиционных методах организации труда. У вахтовиков повышена заболеваемость с временной утратой трудоспособности. Сформировалось представление о неблагоприятном влиянии межрегиональных перемещений людей на их здоровье [33].

Приезжие в Заполярье вынуждены адаптироваться к новой среде. Отмечено, что в Заполярье адаптивные реакции протекают по типу гипоксии и часто сопровождаются одышкой [26]. На моряках показано, что адаптация к условиям высоких широт покупается ценой значительных морфологических и функциональных сдвигов, а самые неблагоприятные изменения со стороны защитных структур происходят в начальный период – около года [34].

Описаны определенные экологически обусловленные состояния организма на Крайнем Севере. «Циркумполярный гипоксический синдром» выражается в дыхательной недостаточности и гипертонии малого круга кровообращения у новоселов и старожилов [26]. «Синдром полярного напряжения» [4] характеризуется стойким повышением в крови уровня гормонов стресса, переключением энергообмена с углеводного на жировой, активацией реакций перекисного окисления липидов и изменением физико-химических свойств биомембран.

Сохранившиеся до настоящего времени на Крайнем Севере народности завоевали право на жизнь дорогой ценой (высокая детская смертность, многочисленные эндемические болезни, существенное сокращение продолжительности жизни, генетические аномалии и пр.). Поэтому при современных проектах освоения экстремальных территорий надо полагаться не на физиологическую адаптацию, а на мероприятия социального характера [2].

Некоторые исследователи [4, 28] подчеркивают, что с точки зрения сохранения здоровья людей создание постоянного населения в Заполярье не всегда является оптимальным вариантом обеспечения трудоресурсами социально-экономических программ освоения Севера. Это аргументируется тем, что большая часть населения платит за адаптацию ранним приходом болезней и сокращением сроков жизни. Природные и антропогенные факторы осложняют труд и быт проживающих здесь людей, являясь факторами риска нарушений здоровья [35].

Таким образом, в области физиологии и медицины на Крайнем Севере остается еще много нерешенных проблем, требующих изучения и дальнейшей разработки. Имеющиеся материалы содержат много необъясненных фактов или противоречивых данных.

К достаточно обоснованным, на наш взгляд, можно отнести следующие основные положения: 1 – при переезде в Заполярье и на холоде заметно снижается работоспособность; 2 – зимой значительно возрастает физиологическая стоимость работы; 3 – здоровье пришлого населения на Крайний Севере ухудшается по ряду показателей; 4 – наиболее трудным для прибывающих в Заполярье является первый год, когда резко повышается заболеваемость и ухудшается самочувствие; 5 – умеренная физическая нагрузка и закаливание облегчают процесс адаптации к работе и жизни на Севере; 6 – для человеческого организма трудны как адаптация, так и реадаптация.

Заключение

Анализ приведенных материалов позволяет прийти к заключению о том, что с точки зрения физиологии и медицины постоянное проживание в Заполярье переселенцев из других регионов страны вряд ли целесообразно в силу особой суровости природно-климатических условий и неблагоприятного влияния комплекса факторов, среди которых есть неконтролируемые на самочувствие, работоспособность и здоровье людей, а также на продолжительность активной жизни. При краткосрочном или вахтовом освоении Арктики необходимо, во-первых, обеспечить качественный медицинский и психофизиологический отбор людей, во-вторых, создавать им нормальные санитарно-гигиенические и социально-экономические условия (схема 3).

Схема 3

Профилактические мероприятия в Арктике

Scheme 3

Preventive measures in the Arctic

Медицинский и психофизиологический отбор – Medical and psychophysiological selection

Улучшение условий труда – Improving working conditions Рационализация режимов труда и отдыха – Rationalization of modes of work and rest

Улучшение жилищных условий – The improvement of housing conditions

Обеспечение полноценного сна – Ensuring adequate sleep Динамический световой режим – Dynamic light mode

Ультрафиолетовое облучение в период «биологической тьмы» – Ultraviolet irradiation in the period of "biological darkness" Увлажнение воздуха в помещениях в морозные дни – Moistening of indoor air in cold days

Рациональное питание – Balanced diet

Обеспечение высококачественной питьевой водой – Providing high-quality drinking water

Закаливание организма – Training of the human body

Улучшение медицинского обслуживания – Improving health services