Экологическая ф.ч. Конспект лекций. Конспект лекций Донецк 2016
 Скачать 1.94 Mb.
|
|
Особенности жизнедеятельности человека в аридной зоне Под аридной зоной понимают области с небольшим количеством осадков (10-30 мм в год) и высокой температурой воздуха в летние и отчасти весенние и осенние месяцы. Для аридных зон, наряду с отмеченными, характерны следующие климатические особенности: высокие температуры воздуха и почвы в дневное время суток (достигающие 55-60 С в пус- тынях средней Азии и 70 С в Сахаре) и сравнительно низкие температуры в ночное время суток (например, в пустынях Средней Азии – 0-10 С), вследствие чего имеют место резкие суточные колебания температуры воздуха и почвы, составляющие 30 С и более; температура воздуха в зимнее время держится в пределах от 0 до 10 С и не предъявляет к человеку каких-либо повышенных требований (терморегуляция осуществляется также, как и в условиях умеренного климата). Следовательно, климатические условия аридных зон обуславливают выраженную сезонность адаптации; низкая относительная влажность воздуха (12-20%), что обеспечивает высокую испаряющую его способность; сухая почва; почти полное отсутствие воды в пустынях; высокий уровень солнечной прямой и отраженной радиации. По выраженности влияния на организм человека среди перечисленных климатических ус- ловий аридных зон на первый план выступает очень высокая дневная температура воздуха, во многом предопределяющая характер изменений в организме и основные закономерности развития его долговременной адаптации. У жителей пустынных регионов Земного шара, как правило, на- блюдаются следующие изменения. Как правило, снижается основной обмен и ослабляется несо- кратительный термогенез (осуществляется в основном по причине ослабления активности многих окислительных ферментов в калоригенно активных тканях, таких как печень, почки, скелетные мышцы, отчасти сердце). Высокая температура воздуха делает малоэффективными, а зачастую и невозможными все виды теплоотдачи, кроме испарения. Более того, при высокой температуре воздуха преобладает поглощение тепла человеком над уровнем его отдачи путем радиации, вследствие чего организм нагревается. Причем в наибольшей степени нагревается поверхность тела и, прежде всего, кожа (ее температура может повыситься до 39 С). Усиленная теплоотдача путем испарения в сложившейся ситуации требует интенсифика- ции деятельности потовых желез, что вызывает компенсаторное увеличение кожного кровотока. Кроме того, увеличение притока крови к коже усиливает пассивную отдачу ею воды (т.е. отдачу 50 путем транспирации воды через кожу). Усиленное же выделение пота и, как следствие, смачива- ние им рогового слоя эпидермиса, приводящее к увеличению водопроницаемости кожи, облегчает транспирацию воды через поверхность кожи. Низкая относительная влажность воздуха (слабое насыщение воздуха водяными парами), усиленное потоотделение, а также пассивная диффузия воды через смоченный потом роговой слой кожи обеспечивают довольно эффективную теплоотдачу путем испарения и препятствуют разви- тию теплового удара. Кроме того, более интенсивной теплоотдаче испарением способствует и пи- тье горячей жидкости, которое резко увеличивает интенсивность потоотделения, а также значи- тельно (на 30%) уменьшает теплопродукцию при мышечной деятельности, тогда как питье холод- ной воды оказывает противоположные эффекты. Вместе с тем увеличение кожного кровотока и связанное с этим расширение кожных арте- риол сопровождается, с одной стороны, уменьшением периферического сосудистого сопротивле- ния, а с другой – способствуя усиленному потообразованию и пассивной диффузии воды через кожу, приводит к уменьшению объема циркулирующей крови. Оба эти фактора в совокупности яв- ляются причиной падения артериального давления. Кроме того, расширение кожных артериол может послужить причиной отека конечностей и в тоже время сопровождается сужением сосудов ряда внутренних органов (печени, почек, кишечника) и, как следствие, ослаблением их крово- снабжения. Из-за перераспределения крови между кожей и внутренними органами возможно ухудшение мозгового и коронарного кровообращения, что может спровоцировать сердечные на- рушения и головокружения, нарушение координации движений, ослабление умственной деятель- ности. Интенсивное потоотделение в жару приводит к дегидратации организма, сгущению крови, что увеличивает нагрузку на сердце. Частота сердечных сокращений в ответ на падение артери- ального давления, снижение объема циркулирующей крови, затруднение ее движения, связанное с повышением вязкости, увеличивается, но это увеличение в случае невозросшего венозного прито- ка к сердцу, не приводит к повышению его производительности. Наконец, общая дегидратация организма, развивающаяся в случае тепловой нагрузки и приводящая к нарушению водно-солевого обмена организма, обуславливает нарушение транска- пиллярного обмена, прежде всего, в тех органах, которые наиболее активны в сохранении темпе- ратурного гомеостаза (сердце, почки и кожа), что может привести к развитию ишемии миокарда и ухудшению его деятельности. Ухудшение кровоснабжения органов пищеварительного тракта сопровождается ослаблением его секреторной и моторной активности. Как следствие, снижается секреция: слюны (она становится более густой и вязкой), желудочного сока, кроме того, уменьшается и его кислотность и в связи с этим бактери- цидные свойства, кишечного и панкреатического соков, кроме того, снижается и содержание белков- ферментов в них (по причине ослабления белоксинтезирующей функции клеток пищевари- тельных желез), что приводит к ослаблению их переваривающей способности. Ослабление секреторной и моторной функций желудочно-кишечного тракта сопровождает- ся замедлением пищеварения, угнетением аппетита и общим недомоганием, а ослабление бакте- рицидной активности пищеварительных соков способствует увеличению частоты заболеваний пищеварительной системы инфекционной этиологии. Прием же в условиях пустыни сокогонных препаратов (отвар шиповника, сок из капусты и свеклы, квас и некоторые другие), усиливающих образование пищеварительных соков: с одной стороны, способствует некоторой нормализации пищеварения, а, с другой, – сокогонные препараты, увеличивая секрецию пищеварительных соков и циркуляцию жидкости между кровеносными сосудами и пищеварительным трактом, уменьшают потерю жидкости с мочой и потом, способствуя тем самым более экономному ее использованию организмом. Иными словами, под действием сокогонных веществ ус- ловия пищеварения и водного обмена у неприспособленных к экономии воды в пустыне животных (таких, например, как собака и человек) приближается к привычным для при- 51 родных обитателей пустыни (каракульская овца, верблюд, лама), у которых уровень сек- реции пищеварительных соков довольно высок Общая дегидратация организма приводит к уменьшению мочеобразования. В частности, суточный объем окончательной мочи у жителей аридных зон может снижаться до 500-850 мл, то- гда как минимальный суточный объем в норме составляет не менее 1000 мл. Увеличение степени концентрированности окончательной мочи на фоне снижения ее объема служит причиной более частого камнеобразования у жителей пустынь. Ограничение возможности теплоотдачи на фоне общей дегидратации приводит к резкому снижению работоспособности человека в дневное время суток (развитию т.н. "тропической уста- лости") и ее нормализации в вечернее время. Кроме того, дегидратация самих скелетных мышц (возникающая при потере воды человеком в пределах 5-6% от исходного веса тела) резко снижает физическую работоспособность человека (работоспособность скелетных мышц уменьшается на 50-70%). Подводя итог особенностям жизнесуществования человека в аридных зонах, необходимо отметить, что организм млекопитающих животных и человека в отношении высоких температур более беззащитен, чем в отношении холода. Механизм уменьшения теплопродукции и увеличения теплоотдачи не всегда обеспечивает не только строгое постоянство температуры тела, но и самую возможность существования в условиях высоких температур среды. Наиболее важным патогене- тическим фактором, возникающим в аридных зонах, является нарушение водно-солевого обмена и общая дегидратация организма, приводящие к нарушениям деятельности многих органов (и, пре- жде всего, сердца), а также затруднению дальнейшей реализации теплоотдачи путем испарения. Соответственно механизмы долговременной адаптации в таких климатических условиях направ- лены на: минимизацию теплопродукции организма (за счет снижения активности многих окислитель- ных ферментов в калоригенно активных тканях), нормализацию водно-солевого обмена за счет более экономного использования воды организ- мом и оптимального питьевого режима, а также усиления секреции альдостерона и антидиу- ретичекого гормонов, задерживающих воду и соли в организме, некоторую гипертрофию сердца, позволяющую ему перейти на более высокий уровень функ- циональной активности и обеспечить поддержание достаточного периферического кровообра- щения, гипертрофию потовых желез, что делает возможным повышение эффективности теплоотдачи испарением, а также сдвиг точки их активации в сторону более низких температур кожи, что позволяет избежать перегревания организма. Некоторые особенности жизнедеятельности человека в условиях юмидной зоны В отличие от условий существования в аридной зоне, где периодическая смена температу- ры среды и низкая относительная влажность воздуха являются основными благоприятными для организма человека факторами, – юмидная (влажная тропическая) зона предъявляет к организму исключительно большие требования. Практическое постоянство температуры среды в течение го- да и поддержание ее на достаточно высоком уровне (27-30 С), а также очень высокая абсолютная (около 30 мБ) и относительная влажность (около 85-87%) воздуха сильно затрудняют теплоот- дачу. Всякое мышечное или нервное напряжение, приводящее к повышению теплопродукции, в таких условиях нарушает тепловой баланс человека. Возникающий при этом избыток тепла в ор- ганизме элиминируется лишь в течение длительного времени, и, как правило, мало адаптирован- ный человек в условиях тропиков резко снижает работоспособность. Столь обычная для круп- ных тропических млекопитающих, особенно копытных, ночная активность, для человека оказыва- ется исключенной в силу генетических и социальных предпосылок, делающих его исключительно дневным организмом. Вследствие этого человек в юмидной зоне подвергается воздействию: солнечного облучения, которое, с одной стороны, при высокой температуре воздуха способст- вует нагреванию тела, а с другой – делает неэффективной теплоотдачу путем радиации (т.е. 52 имеет место положительный радиационный баланс), теплопроведения и конвекции. Кроме то- го, довольно интенсивное солнечное облучение обуславливает и выраженное воздействие на организм ультрафиолетового и ионизирующего излучения, постоянно высокой температуры воздуха, что предполагает напряжение механизмов теплоот- дачи и минимизацию теплопродукции в организме, высокой влажности воздуха, которая исключает возможность эффективной теплоотдачи испа- рением, реализующейся в аридной зоне. У жителей тропической зоны, как правило, наблюдается понижение уровня обменных про- цессов (он составляет 60-65% от такового людей с подобным соотношением массы тела к его по- верхности, живущих в умеренных широтах). Понижение основного обмена в юмидной зоне имеет компенсаторное значение, поскольку снижает уровень теплопродукции организма и обеспечивает- ся следующими возможными механизмами. Во-первых, характером питания. В частности, люди, проживающие в тропической зоне, употребляют пищу, сравнительно бедную белками, но богатую углеводами. Малое содержание белков в пище уменьшает их специфически динамическое дейст- вие на обмен веществ (после приема белковой пищи уровень обменных процессов и соответствен- но теплопродукция увеличиваются на 30%, тогда как после приема жирной или углеводной пищи – всего на 14-15%). Кроме того, большое количество углеводов в пище оказывает угнетающее действие на функциональную активность щитовидной железы (тогда как жирная пища, напротив, стимулирующе влияет на щитовидную железу). Действительно, функциональная активность щи- товидной железы у представителей юмидной зоны оказывается сниженной по сравнению с тако- вой людей, проживающих в умеренных и северных широтах. В пользу зависимости уровня обменных процессов от характера питания свидетельствует и тот факт, что у японцев, питающихся в летний сезон преимущественно углеводной пищей, наблю- дается резкое снижение основного обмена летом, тогда как у американцев, потребляющих значи- тельное количество жиров и зимой и летом, основной обмен в летний период остается неизмен- ным. Во-вторых, снижение функциональной активности щитовидной железы сопровождается и определенными изменениями мембранных процессов, в частности, уменьшением интенсивности активного ионного транспорта в главных органах теплообразования (почки, скелетные мышцы, печень), что уменьшает и уровень их теплопродукции. Такое предположение правомерно в связи с тем, что тиреоидные гормоны обладают способностью усиливать активный ионный транспорт как непосредственно (негеномным путем) активируя Na + /К + -АТФазу мембран большинства клеток ор- ганизма (гепатоцитов, эритроцитов, тимоцитов, скелетных и сердечных мышечных волокон, по- чечных клеток), так и ускоряя синтез этого белка-фермента в клетках (данный эффект реализуется геномным путем), а также повышая пассивную проницаемость мембран ряда клеток для натрия, что сопровождается компенсаторным усилением активного транспорта этого иона. Соответственно некоторое снижение функциональной активности щитовидной железы, ти- пичное для тропических широт, должно сопровождаться ослаблением работы систем активного транспорта, а, следовательно, уменьшением уровня теплопродукции. Кроме того, несколько сни- женное по сравнению с умеренными и северными широтами содержание тиреоидных гормонов в организме жителей тропиков приводит к некоторому увеличению КПД биологического окисления (поскольку тиреоидные гормоны вызывают некоторое его разобщение), а, следовательно, сопро- вождается снижением энергетической стоимости всех видов деятельности организма. В-третьих, у жителей юмидной зоны в результате долговременной адаптации к жаркому влажному климату несколько повышается КПД мышечной работы, что проявляется только в ус- ловиях небольших мышечных нагрузок и обусловлено следующими обстоятельствами. При не- большой нагрузке в мышечную деятельность вовлекаются не все мышечные единицы, часть же их пассивно перемещается вслед за сокращающимися единицами, в результате чего общие энергети- ческие затраты мышцы (а следовательно, и образование тепла) гораздо ниже, чем при условии во- влечения в реакцию всех двигательных единиц. В то же время тяжелая мышечная работа нивели- рует различия в КПД мышечного сокращения у жителей различных широт, поскольку предполага- ет вовлечение в реакцию всех двигательных единиц. 53 Определенные изменения у жителей юмидных зон возникают и в физиологической системе крови. В частности, эритропоэз у жителей тропических зон замедляется (что отчасти обусловле- но понижением обменных процессов и функциональной активности щитовидной железы). Соот- ветственно уменьшается абсолютное содержание эритроцитов в периферической крови (а, сле- довательно, и ее вязкость) и концентрация гемоглобина (такая реакция наблюдается у здоровых нормально питающихся жителей, а, следовательно, не может быть связана с недостатком пита- ния). Снижение вязкости крови, обусловленное некоторой эритропенией, препятствует затрудне- нию ее движения в случае сильного обезвоживания организма, возникающего вследствие усилен- ного потоотделения и пассивной диффузии воды через кожу в жарком климате. Кроме того, у або- ригенного населения тропиков часто встречается мутация гена гемоглобина, приводящая к обра- зованию НbS и развитию в случае гомозиготного состояния мутировавшего гена серповиднокле- точной анемии. Причем гомозиготы по такой мутации умирают обычно в раннем возрасте по при- чине развития у них анемии, тогда как у гетерозигот данное заболевание не возникает, но в эрит- роцитах обнаруживается небольшое количество НbS, защищающего организм от развития маля- рии (зараженные малярийным плазмодием эритроциты, содержащие НbS, разрываются, предот- вращая тем самым созревание паразитов). Таким образом, мутация гена, кодирующего синтез ге- моглобина, в условиях тропиков оказалась выгодной для гетерозиготных его носителей и закрепи- лась в ходе эволюции Длительное пребывание в юмидных зонах обусловливает развитие определенных морфо- функциональных изменений в потовых железах и коже. Эти изменения проявляются: в некоторой гипертрофии потовых желез. Кроме того, общее их количество (и соответст- венно плотность в различных участках кожи) у аборигенного населения юмидных и аридных зон на 6-20% больше такового людей, проживающих в умеренных широтах. У взрослых лю- дей, переехавших в тропические и экваториальные широты из других регионов Земного шара, общее количество потовых желез не изменяется, что обусловлено окончательным завершением их образования к 2,5-летнему возрасту; происходит сдвиг температуры активации потовых желез в сторону более низких темпе- ратур, что препятствует перегреванию организма; изменяется качественный состав пота. В частности, у жителей юмидных и экваториаль- ных регионов пот оказывается менее концентрированным, что защищает организм от излиш- ней потери солей; вместе с тем верхний предел температуры кожи, при котором потовые железы выключают- ся из функционирования, и наступает резкое перегревание организма (тепловой удар или ги- перпирексия) у жителей юмидных и аридных зон не отличается от такового людей умеренных широт и составляет 39 С. В связи с этим режимы работы, которые выбирает человек в услови- ях высокой температуры воздуха, особенно сочетающейся с высокой влажностью, должны поддерживать температуру тела ниже этой опасной точки; наблюдается некоторое расширение микроциркуляторного русла кожи (увеличивается плотность капилляров), что позволяет увеличивать интенсивность ее перфузии; сама кожа ис- тончается, что уменьшает ее теплоизолирующие свойства и делает более проницаемой для пассивно диффундирующей воды. Определенные изменения у жителей влажных тропических зон возникают и в водно- солевом обмене организма. В частности, действие высокой температуры окружающей среды и, как следствие, нагревание кожи, приводит к усилению потоотделения и первоначальному уменьше- нию объема циркулирующей крови на фоне некоторого ее сгущения. Компенсаторно увеличива- ется секреция вазопрессина передним гипоталамусом и минералокортикоидов клубочковой зоной коры надпочечников. Эти гормоны уменьшают диурез, задерживая воду и соли в организме, что приводит к увеличению объема крови (прежде всего, объема плазмы), и на фоне замедления эри- тропоэза будет способствовать некоторому разжижению крови, а, следовательно, облегчать ее движение. Содержание электролитов в крови, несмотря на усиленное потоотделение, как правило, поддерживается нормальным (хотя иногда у жителей тропиков и пустынь наблюдаются тепловые 54 судороги, обусловленные низким содержанием солей в организме). Причем потребление солей ко- ренными жителями юмидных и аридных зон, как правило, не является повышенным по сравнению с таковым в умеренных широтах (наоборот, оно зачастую даже ниже, чем у жителей умеренных и северных широт). Отсутствие развития "солевого голода" у аборигенного населения в условиях юмидных и аридных зон является следствием некоторого привыкания их периферических тканей к слабой дегидратации. Приезжие европейцы, как правило, употребляют гораздо больше солей с пищей, чем аборигены. Вместе с тем избыточное употребление солей может привести к резкому повышению их содержания в крови, что затруднит нормальную секрецию альдостерона в ответ на дегидратацию организма и может воспрепятствовать развитию адаптационных процессов. Изменения в сердечно-сосудистой системе жителей юмидной зоны во многом аналогичны таковым аридных зон. В частности, артериальное давление вследствие значительного расширения кожных артериол (с целью увеличить кожный кровоток, а, следовательно, потообразование и пас- сивную диффузию воды через кожу) уменьшается. Частота сердечных сокращений увеличивается в ответ на падение артериального давления, снижение объема циркулирующей крови, затруднение ее движения, связанное с повышением вязкости. Длительное пребывание человека в юмидной зоне требует развития некоторой гипертрофии миокарда, что позволяет ему перейти на более высокий уровень функциональной активности и обеспечить хорошую перфузию кожи и самого сердца кро- вью. Развитие гипертрофии сердца сопровождается увеличением систолического выброса и неко- торой нормализацией частоты сердечных сокращений, что служит проявлением наступившей дол- говременной адаптации Деятельность пищеварительной системы у жителей тропиков претерпевает изменения во многом аналогичные таковым в аридной зоне, с той лишь разницей, что они носят гораздо более выраженный характер, поскольку человек в юмидной зоне подвергается постоянному действию не только высокой температуры, но и высокой влажности. В частности, резко ослабевают мотор- ная, секреторная и всасывательная функция желудочно-кишечного тракта, снижается аппетит, а пониженное содержание в составе желудочного сока пепсинов и уменьшение его кислотности яв- ляются одной из причин уменьшения употребления с пищей белков животного происхождения (люди начинают испытывать отвращение к высокобелковой пище). Для жителей тропиков очень часты гастриты с пониженной кислотностью. Вместе с тем применение в пище таких приправ как лук, чеснок, стручковый красный перец способствует улучшению процессов пищеварения; добав- ление к пище лука сопровождается нормализацией секреции соляной кислоты в составе желудоч- ного сока, а красного перца – полностью нормализует моторно-эвакуаторную и секреторную функции желудочно-кишечного тракта. Таким образом, характер изменений со стороны морфо-функционального состояния боль- шинства систем организма в юмидной зоне является во многом аналогичными таковому в аридной зоне с той лишь разницей, что эти изменения носят более выраженный характер, поскольку на- правлены на поддержание постоянства температуры тела не только в условиях высокой темпера- туры воздуха, но и высокой влажности. |