О ВЗАИМОСВЯЗИ ОБМЕНА НАТРИЯ И КАЛИЯ С УРОВНЕМ ЭНЕРГОТРАТ В ПРОЦЕССЕ АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА К ТЕПЛУ Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 612.591.1.017.2:612.015.31:[546.32 +546.33

О ВЗАИМОСВЯЗИ ОБМЕНА НАТРИЯ И КАЛИЯ С УРОВНЕМ ЭНЕРГОТРАТ В ПРОЦЕССЕ АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА К ТЕПЛУ

Канд. мед. наук Б. Г. Афанасьеву В. А. Жестовский

Кафедра военно-морской гигиены Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова,

Ленинград

В настоящее время большое внимание уделяется изучению сдвигов в концентрации ионов натрия и калия крови при воздействии термических факторов на организм (Я. С. Куно, и др.). Это, возможно, объясняется тем, что ионы натрия и калия влияют на характер обменных процессов и тем самым принимают активное участие в приспособительных реакциях организма. У здоровых, в диете которых полностью отсутствовал хлористый натрий (NaCl) в течение 10 дней, не изменялся обмен, однако при сочетании этого режима с другими методами, вызывающими дополнительную потерю NaCl (потливость и диурез), отмечалось значительное снижение основного обмена.

Огата обнаружил, что жители Северной Маньчжурии в зимние месяцы обычно потребляют в день 40 г NaCl и более без каких-либо нарушений в организме. Огата и его сотрудники провели опыты с целью установления влияния повышенного потребления NaCl в суровое зимнее время. Согласно полученным результатам, ежедневное потребление 50—60 г NaCl через несколько дней приводило к постепенному повышению основного обмена, улучшению аппетита и общего самочувствия. Устойчивость к холоду также значительно повышалась. Согласно же данным проведенных А. Ю. Юнусо-вым исследований рабочих литейного цеха в Ташкенте, работающих и проживающих в условиях высокой температуры воздуха, рекомендуется потребление не более 16 г NaCl в сутки. A Consolazio отмечает, что потребление соли более 15 г препятствует акклиматизации к высокой температуре (Du Bois; Непапе). В рассмотренных работах подчеркивается прямая связь основного обмена с потреблением NaCl, но не приводится сведений о путях перемещения натрия в организме и ничего не сообщается об обмене калия.

Ряд авторов (Г. А. Лушникова А. Ю. Юнусов и соавт.; Frada и Меп-tasana; Mitkova и Raitcheva; Michelet, и др.), изучавших сдвиги в концентрации натрия и калия в крови и моче при воздействиях высокой температуры, приводят крайне противоречивые данные, причем без всякой связи с изменениями основого обмена. Так, Frada и Mentasana обнаружили в плазме крови человека при перегревании снижение содержания натрия и повышение уровня калия. В отличие от этого Г. А. Лушникова в опытах на собаках установила увеличение содержания натрия и уменьшение концентрации калия в плазме крови после 4-часового воздействия тепла (43°). Проведенные же А. Ю. Юнусовым и соавт. исследования рабочих литейных цехов, работавших при температуре 32—38°, не выявили каких-либо сдвигов в цельной крови. Mitkova и Raitcheva, обследуя кузнецов после работы при 30—40°, нашли у них увеличенное выделение натрия и калия с мочой. Michelet у 4 европейцев, проживших 8 месяцев в Сахаре, установил резкое снижение концентрации натрия в моче в наиболее жаркий период.

В нашей работе при участии 8 испытуемых, которые подвергались в тепловой камере непрерывному 6-суточному воздействию высокой температуры (34—35е) и повышенной влажности (80%), было показано, что содержание натрия в плазме крови независимо от его поступления с пищей повышалось, а концентрация калия вначале находилась в прямой зависимости от величины поступления этого электролита с пищей и снизилась к концу эксперимента. При выяснении сдвигов калия и натрия в эритроцитах, ко-

1 Автореферат кандидатской диссертации. М., 1963.

торые являются хорошей моделью как для изучения внутриклеточного электролитного обмена (Нгпсмаг и соавт.), так и для исследования процессов адаптации (Т. Кемень и М. Антал), мы высказали предположение о взаимосвязи между обменом натрия и калия в эритроцитах и уровнем энерготрат в процессе тепловой адаптации. Однако для полного установления такой взаимосвязи необходимо иметь более широкое представление о натрие-во-калиевом обмене с учетом поступления электролитов в организм и выделения их с мочой и потом.

С этой целью нами проведены дальнейшая обработка и уточнение экспериментальных данных, а также получены дополнительные материалы, относящиеся к контрольной группе и касающиеся выделения натрия и калия с потом позволяющие произвести анализ баланса натрия и калия в организме. В эксперименте участвовало 11 мужчин в возрасте 20—24 лет, из которых 8 человек (1-я и 2-я группы) находились в тепловой камере в состоянии физического покоя в течение 6 суток при 34—35° и 80% относительной влажности; 3-я (контрольная) группа находилась вне тепловой камеры в комфортных микроклиматических условиях (18—21° и 40—60% относительной влажности) в состоянии физического покоя.

1-я группа (6 человек) получала субкалорийный паек (1840 ккал/сутки) с дефицитом натрия и калия (0,5 и 1 г соответственно); 2-я группа (2 человека) — высококалорийный паек (около 4000 ккал/сутки) с нормальным содержанием натрия и калия (5—7 и 3—5 г соответственно); 3-я группа (3 человека) — субкалорийный паек с дефицитом натрия и калия, как и 1-я группа.

В ходе эксперимента ежесуточно утром натощак мы производили у наблюдаемых забор крови из пальца в количестве 3—4 мл с помощью иглы Франка и собирали суточную мочу. Помимо этого, врач К. К. Сильченко по методу Куно собирал у испытуемых пот в полиэтиленовые мешки, одеваемые герметично на чисто вымытую дистиллированной водой руку. Количество пота, выделившегося за сутки, вычислялось с учетом потери веса тела и количества выпитой воды. Содержание натрия и калия в плазме, эритроцитах, моче и поте определялось методом пламенной фотометрии. Вместе с этим старший научный сотрудник 3. К. Сулимо-Самуйло у испытуемых определяла газообмен методом Дуглас — Холдена 2.

Полученные данные представлены на рис. 1 и 2.

При анализе данных, представленных на рис. 1 и 2, можно отметить, что изменения концентраций натрия и калия в плазме крови и эритроцитах лиц 3-й (контрольной) группы отличаются от показателей испытуемых 1-й и 2-й групп. Так, увеличение содержания натрия в плазме крови было выражено незначительно по сравнению с величинами натрия в плазме крови лиц, находившихся в тепловой камере (в 3-й группе всего на 2 мэкв/л, а в 1-й и 2-й группах в среднем на 20 мэкв/л к концу эксперимента). Содержание калия в плазме крови испытуемых 3-й группы в отличие от 1-й группы и отчасти 2-й группы оказалось повышенным с первых суток эксперимента. Изменение концентрации натрия в эритроцитах лиц 3-й группы в своей направленности было схоже с изменением содержания натрия в эритроцитах испытуемых, подвергавшихся тепловому воздействию. Однако при этом исходный уровень натрия в эритроцитах 3-й группы был значительно выше чем у испытуемых первых 2 групп (42,2+1,9 мэкв/л в 3-й группе и 27,0 ± ±1,76 мэкв/л во 2-й группе). В процессе эксперимента уровень натрия в эритроцитах 3-й группы на 2—4-е и 6-е сутки приблизительно сравнялся с исходными данными у испытуемых 1-й и 2-й групп. Содержание калия в эритроцитах 3-й группы было повышено с первых суток исследования. Однако это наблюдалось только в первой половине эксперимента. В даль-

1 Данные о выделении натрия и калия с потом были представлены нам врачом К. К. С и л ь ч е н к о, за что мы выражаем ему глубокую благодарность.

2 Величины энерготрат по данным газообмена вычислялись нами.

2 Гигиена и санитария N° 6

33

• к (

а

АТа к

я А

А/ п и О

Термокамера После ' Термокамера, После

Ф0Н1 2 3 4 5 6 12 3

Сутки

- 110

.100 -

-33 -90

- 80 Ш

- 70 -

- 60 -

- 50 т

т т

Фон1 2 3 4 5 6 12 3 Сутки

6 иа к

Термокамера

203

после

АТа к

Термокамера После

Фон 1

3 4- 5 6 12 3

Сутки

срон1 2

3 4 5 6 12 Сутки

Рис. 1. Изменение концентрации натрия и калия в плазме и эритроцитах в процессе адаптации к высокой температуре окружающей среды (в мэкв/л).

А — 1-я группа (субкалорийный паек); Б — 2-я группа (высококалорийный паек); а, б — плазма; в, г — эритроциты; I — натрий; II —

калий.

Фон 1 2 3 4 5 6 1 Фон 1 2 3 4 5 д 1

Сутки С утка.

Рис. 2. Изменение концентрации натрия и калия в плазме и эритроцитах у испытуемых контрольной группы (в мэкв/л).

А — 3-я группа (субкалорийный паек вне тепловой камеры); а — плазма; б — эритроциты; I — натрий; II —

калий.

На. к Термокамера после /Уа к

Термокамера §

сэ

о Фон1 2 3 4 5 6 12 3

Сутки

Рис. 3. Изменение энерготрат при потреблении субкалорийного и высококалорийного пайка в процессе адаптации к высокой температуре окружающей среды (в

ккал/сутки).

/ — 1-я группа (субкалорийный паек); II — 2-я группа (высококалорийный паек).

После

%

нейшем концентрация калия снижалась и на б-е сутки достигла исходной величины. У испытуемых, подвергавшихся тепловому воздействию, наоборот, наибольшее повышение количества калия в эритроцитах отмечалось во второй половине эксперимента.

Таким образом, можно полагать, что изменение содержания натрия и калия в плазме и эритроцитах испытуемых 1-й и 2-й групп вызвано преимущественно воздействием высокой температуры окружающей среды.

При рассмотрении уровней энергетических трат в процессе тепловой адаптации у испытуемых 1-й и 2-й групп отмечались довольно значительные различия (рис. 3).

Из рис. 3 видно, что изменение уровня энерготрат у испытуемых 1-й группы носило двухфазный характер. Так, в первые 3 суток эксперимента величина энерготрат возросла с 2041 + 15,5 до 2668 + 302—3051 + + 218 ккал/сутки; приблизилась к исходному уровню она только на 4-е сутки (2096+ 136,5 ккал/сутки). На 5-е и 6-е сутки уровень энерготрат стал ниже исходного (1900+121,5 и 1718 + 56,5 ккал/сутки). Энергетические траты у лиц 2-й группы были высокими в течение всех 6 суток. Энерготраты в первые 5 суток эксперимента составляли в среднем 3000 ккал/сутки и достигали 3460+170 ккал/сутки (на 2-е сутки). На 6-е сутки они несколько снизились и приблизились к исходному уровню (2415 + 50 ккал/сутки по сравнению с 2162±17,5 ккал/сутки).

Таким различиям в уровнях энерготрат у испытуемых 1-й и 2-й групп соответствует и разное повышение ректальной температуры, которая является наиболее точным показателем теплового напряжения организма (Г. X. Шахбазян). У испытуемых 1-й группы ректальная температура в течение всего исследования находилась на уровне 37,1—37,2° с колебаниями ±0,1°. Повышение ректальной температуры до 37,3—37,5 + 0,2° у испытуемых 2-й группы указывает на то, что высококалорийный паек способствует усилению теплового напряжения. Величина потоотделения, которая также служит критерием теплового напряжения (Г. X. Шахбазян), подтверждает неблагоприятное влияние высококалорийного пайка на термо-регуляторную систему. Так, у испытуемых 1-й группы суточное потоотделение составляло в среднем 1,8—2,1 л, а у испытуемых 2-й группы — 3,1 — 3,7 л. Определенную, но не решающую роль здесь могло сыграть некоторое ограничение потребления воды у испытуемых 1-й группы.

Изменение уровня энергетических трат обнаруживает тесную взаимосвязь с натриево-калиевым обменом. Так, из рис. 1 и 3 следует, что при снижении натрия в эритроцитах у испытуемых 1-й группы на 5-е и 6-е сутки с 29,1+2,12 до 23,5+ 1,34—23,3 + 0,8 мэкв/л энерготраты также оказываются ниже исходных. У испытуемых 2-й группы содержание натрия в эритроцитах было ниже исходного лишь на 6-е сутки теплового воздействия (24,8 + + 1,3 мэкв/л). И именно в эти же сутки энерготраты снизились и приблизились к исходному уровню. Концентрация калия в эритроцитах при этом достигала максимума в обеих группах.

Внутриклеточное перераспределение натрия и калия (см. рис. 1), наступившее вместе со снижением энерготрат (см. рис. 3), имеет прямое отношение к выделению обоих электролитов из организма (рис. 4).

Из рис. 4 следует, что выделение натрия с потом и мочой в условиях воздействия высокой температуры в значительной мере превосходит потери калия. Особый интерес представляет анализ соотношения между поступлением и выделением из организма того и другого электролита. Так, если испытуемые 1-й группы получали с пищей 0,5 г натрия в сутки, то суточное выделение его составляло в среднем около 7 г. Потери натрия за 6 суток составили более 40 г при поступлении его с пищей всего лишь в объеме 3 г. У лиц 3-й группы, не подвергавшейся тепловому воздействию и получавшей субкалорийный паек, только на 1-е сутки выделилось 2,8 г натрия. В последующие сутки поступление этого электролита соответствовало его выделению. Всего с пищей за 6 суток поступило 3 г натрия, а выделилось 5 г, т. е. в 8 раз меньше, чем в 1-й группе. Потери натрия у испытуемых 2-й группы, которые получали нормальное количество натрия (5—7 г в сутки), были в 2 раза больше, чем у лиц 1-й группы, и составляли в среднем 14 г в сутки, а за 6 суток более 80 г. Следует отметить, что в первых 2 группах выделение нат-

2*

35

т

я

V

рия с потом и мочой было неравномерным — к 6-м суткам оно снизилось в 2—3 раза по сравнению с 1-ми сутками. Эти данные определяют прямое отношение натрия в клетках организма к интенсивности обменных процессов, так как вместе с удалением 40 г натрия (что составляет 7з его запасов в организме) происходит снижение уровня энерготрат.

В балансе калия наблюдалась совсем иная картина. Так, если в 1-е сутки потери этого электролита в 1-й группе составляли около 2,5 г, а на 2-е сутки— 1,5 г (при поступлении 1 г калия в сутки), то с 3-х суток он стал выделяться в меньшем количестве, чем поступать, т. е. наступил его отрицательный баланс. Во 2-й группе в первые 3 суток выделение калия было в 172 раза выше его поступления, но с 4-х суток выделение калия также стало ниже его поступления; иначе говоря, и в этой группе наблюдался отрицательный баланс калия. Отрицательный баланс калия при

12 3 456

Сутки

2,3

-оГ\р№ от т

о,об о;5

и

ш

ш

1,58

0,42

(Ц6 0,18

Сутки □ /

де 0^9

2

Рис. 4. Сравнительные показатели суточного выделения натрия и калия (в г) в 3 группах при заданном поступлении их в организм [поступление натрия и калия с пищей отмечено отрицательной величиной (—0,5 и —0,6—1,0 и —4,0) у основания диаграмм и вычтено из суточных показателей их экскреций].

• натрий; Б — калий; /—II — 2-я группа? — IV — 2-я группа; V — VI — 3-я груп-/ —положительный баланс; 2 — отрицательный баланс.

А III

па;

повышении содержания его в эритроцитах у испытуемых 2 групп и снижение обмена свидетельствуют не только о взаимосвязи этих процессов, но и о потребности организма обследуемых в ионах калия. Дефицит калия в 3-й группе со 2-го дня исследования наряду с повышением его концентрации в эритроцитах (см. рис. 2) дает возможность предположить о некотором снижении процессов обмена за счет субкалорийного

пайка в состоянии физического покоя.

По-видимому, изменения натриево-калиевого обмена в процессе тепловой адаптации находятся в тесной взаимосвязи с энергетическим обменом и направлены на снижение интенсивности обменных процессов, т. е. могут считаться приспособительными.

Выводы

1. Непрерывное воздействие высокой температуры окружающей среды в первое время приводит к значительному повышению уровня энерготрат, обусловленному, по-видимому, расходом избыточных для тепла энергетических ресурсов организма.

2. В процессе тепловой адаптации происходит снижение уровня энерготрат вместе с переходом ионов калия в эритроциты и выходом из них ионов натрия, одна треть (40 г) которого удаляется из организма с потом и мочой.

3. Изменение концентрации натрия и калия в эритроцитах может служить показателем состояния адаптационных процессов к воздействию высокой температуры внешней среды.

ЛИТЕРАТУРА

Афанасьев Б. Г., Жестовский В. А. Воен.-мед. ж., 1969, № 7, с. 48.— Кемень Т., Антал М. В кн.: Проблемы биохимической адаптации. М., 1966, с. 51. — К у н о Я с. Перспирация у человека. М., 1961. — Шабхазян Г. X. Гиг.

и сан., 1968, № 12, с. 80. — Ю н у с о в А. Ю. и др. Мед. ж. Узбекистана, 1969, № 3, с. 26. — Со n s о 1 a z i о W. V. 1947, Цит. А. Ю. Юнусов и др. Мед. ж. Узбекистана, 1969, № 3, с. 26. — D u Bois Е. F., J. Am. med. Ass., 1952, v. 77, p. 5. — H е n а -ne R., Rev. Cps. vét. Armée., 1966, v. 7, p. 2. — Hrncîar J., Guncaga J., H г n с i a г о v a M. et al. Cas. Lék. ces., 1962, т. 101, с. 907. — FradaG., Men-t a s a n a G., Folia med., 1960. — Кемень T., Анта л M. В кн.: Проблемы биохимической адаптации. М., 1966, с. 51. — К у н о Я с. Перспирация у человека. М., 1961.— Mitkova N., Raitcheva V., Arch. Mal. prof., 1964, v. 25, p. 509. — Miche-1 e t J., Ibid., 1964, v. 25, p. 127.

Поступила 20/111 1970 r.

THE CORRELATION OF SODIUM AND POTASSIUM METABOLISM WITH THE LEVEL OF ENERGY CONSUMPTION IN MAN DURING ADAPTATION TO HEAT

B. G. Afanasiev, V. A. Zhestovsky

The sodium and potassium metabolism was studied in a thermal chamber at 35° and 80 per cent of relative humidity in 8 men for a period of 6 days. The control group (3 persons) were outside of the chamber under conditions of thermal comfort. The intracellular sodium .and potassium metabolism were assessed judging by their content in the erythrocytes. The finding was that in the course of adaptation a considerable amount of sodium was excreted by the body in sweat and urine (about 1/3 of sodium content of the human body) as compared with its intake and the amount of potassium retained in the body. Changes in the concentration of sodium and potassium may serve as indices of the state of adaptation processes in constant action of heat.

УДК 613.63:66.062.522.9

К ТОКСИКОЛОГИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКЕ ЭТИЛЕНХЛОРГИДРИНА

В ВОЗДУХЕ РАБОЧИХ ПОМЕЩЕНИЙ

В. Н. Семенова, кандидаты мед. наук С. С. Казанина и Б. Я- Экилтат

Новосибирский научно-исследовательский санитарный институт

В промышленности все более широко используют этиленхлоргидрин (ЭТХГ) как растворитель ацетил клетчатки, лаков и красок, в производстве эпоксидных смол, в бумажном и фармацевтическом производстве, в сельском хозяйстве для протравливания семян и борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур. В литературе, главным образом в зарубежной, имеются лишь отдельные сообщения о возможности острых отравлений ЭТХГ при ингаляционном, пероральном и внутрибрюшинном способах поступления, о хорошей проникающей способности его через кожу (Gold-blatt и Chiesman; Ambrose и соавт.). Описаны случаи отравления людей (Ballotta и соавт.).

ЭТХГ (СН2С1 СН2ОН) является бесцветной жидкостью с легким запахом этилового спирта. Молекулярный вес его 80,52, плотность 1,213, температура кипения 128,8°, давление паров 11 мм рт. ст.

Загрязнение воздуха производственных помещений ЭТХГ в процессе его производства и применения вызвало необходимость более глубокого изучения токсических свойств этого вещества и его нормирования в воздухе рабочих помещений.

Токсичность ЭТХГ изучалась в остром и хроническом экспериментах г. Верхние параметры токсичности определялись на 2 видах лабораторных животных — белых мышах и белых крысах — при различных способах поступления в организм. Расчет LC50hLD60 проводился различными статистическими методами Кербера, Беренса и Шлоссера, Миллера и Тейнтера, Литчфильда и Уилкоксона. Результаты исследований представлены в табл. 1. Они совпадают с данными зарубежных авторов: LD50 для крыс равна 72 мг/кг (Goldblatt и Chiesman; цит. Williams) и 80 мг/кг (Smyth и соавт.).

1 Концентрации ЭТХГ в воздухе затравочных камер определялись по «Техническим условиям на методы определения вредных веществ в воздухе», в. IV, 1965, с. 124.

t

37