CC BY
3
СДВИГИ В ОБЛАСТИ ФИЗИЧЕСКОЙ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ У ЛЮДЕЙ ПРИ АККЛИМАТИЗАЦИИ НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ
Проф. И. С. Кандрор
Из физиологической лаборатории Института общей и коммунальной гигиены имени А. Н. Сысина АМН СССР
Принятое со времен Рубнера разделение механизмов терморегуляции на химические и физические было в последующем значительно развито.
В частности, были подробно изучены реакции физической терморегуляции на охлаждение кожной поверхности и установлена ведущая роль рефлекторных изменений сосудистого тонуса как непосредственно в охлаждаемой области, так и на отдалении от нее. Большой опыт клинического применения гипотермии ясно показал, что само по себе охлаждение внутренних органов даже на 5 и 10° не влечет за собой простуды и может быть безнаказанно перенесено, но при одном непременном условии— при полном выключении с помощью глубокого наркоза всех механизмов терморегуляции. Если же прекратить или ослабить наркоз до того, как температура тела путем пассивного согревания приблизится к норме, то неминуемы тяжелые последствия. Таким образом, значение терморегуляторных реакций в патогенетическом механизме простуды получило яркое подтверждение.
Занимаясь изучением физиологических сдвигов, развивающихся в организме человека в процессе его акклиматизации на Крайнем Севере, мы должны были уделить внимание изменениям в его терморегуляторных реакциях, которые могут произойти под влиянием столь частых на Севере более или менее интенсивных холодовых воздействий. Нас интересовало, в чем конкретно проявляются эти изменения, когда они наступают, какова связь между ними и уровнем заболеваемости и какие гигиенические выводы должны быть сделаны с целью максимального облегчения процесса акклиматизации организма в суровых климатических условиях Крайнего Севера.
Вопрос об изменениях в области химической терморегуляции был нами освещен щ предшествующих работах. В данной работе речь будет идти о сдвигах в области физической терморегуляции, точнее об изменениях в характере сосудистых реакций на охлаждение.
Методика. Изучали сосудистые реакции на охлаждение- области лба и конечностей. Холодовые раздражения на область лба наносили при помощи алюминиевого бюкса диаметром 45 мм, наполненного тающим снегом. Бюкс прикладывали на кожу над переносицей на 30 секунд. До и после раздражения температуру кожи на этом участке измеряли при помощи чувствительной термопары, соединенной с мульти-флексгальванометром. Температуру регистрировали через каждые 30 секунд до достижения устойчивого уровня.
Охлаждение конечностей, кистей и стоп производилось путем погружения их в сосуд с водой при температуре 0°. Для предохранения кожи от увлажнения на конечность надевали прилегающую, но не обтягивающую, полиэтиленовую рукавицу или чулок, под которые на дистальных фалангах пальцев укрепляли термопары. Наблюдаемым были даны инструкции держать руку или ногу в воде до тех пор, пока ощущения не станут непереносимыми. Периодически их опрашивали об общем самочувствии и ощущениях в области охлаждения. До и после окончания наблюдения опреде-
ляли тактильную чувствительность при помощи волосков и щетинок Фрея, а также способность к выполнению тонких движений пальцами — повторение по шаблону извилистого контура карандашом на бумаге. В части наблюдений регистрировали отраженные реакции на односторонней и противоположной половине тела в симметричных точках.
Наблюдения производили ;в одном из пунктов арктического побережья в зимнее время при низкой, умеренной и повышенной температуре помещения. Наблюдаемые (всего около 300 человек) были в основном полярники, прибывшие на Север из центральных областей страны. Среди них были рабочие и служащие разных профессий с разным стажем работы на Севере. Одни из них постоянно работали в отапливаемых помещениях и подвергались охлаждению сравниФельно редко. Другие постоянно работали на открытом воздухе, что в условиях Арктики означает частое и длительное воздействие низких температур и сильного ветра. Микроклиматические условия в жилище у всех наблюдаемых были примерно одинаковыми и близкими к комфортным. Кроме полярников, наблюдения были произведены и на 40 коренных жителях Крайнего севера (якутах, чукчах, эскимосах), которые работали каюрами, занимались подледным ловом рыбы и оленеводством.
У отдельных лиц наблюдали, разумеется, иногда значительные индивидуальные и типологические особенности в характере сосудистых реакций. Однако оказалось возможным обнаружить некоторые отличия, связанные с условиями труда и длительностью проживания на Севере. В первую очередь это , могло быть отнесено к скорости восстановления • температуры на открытых частях тела после охлаждения (см. таблицу).
Обращает на себя внимание то, что восстановление исходного теплового состояния после охлаждения наступало в общем тем быстрее, чем больше и чаще данная группа подвергалась охлаждению. Изменение в скорости сосудистых реакций в зависимости от тренировки к пребыванию в условиях резкого охлаждения видно из рис. 1: в группах, подвергающихся более частым Холодовым воздействиям, уменьшается число лиц с медленными (более 13 минут) и возрастает число лиц с быстрыми (4—6 минут) сосудистыми реакциями. Если сравнить эти данные с реакциями, наблюдавшимися при сходной методике у жителей умеренного климата, где полное восстановление наступало чаще всего через 15 минут и более, то будет ясно, что в общем у жителей Арктики наблюдается сдвиг в сторону большей подвижности сосудистых реакций. При дальнейшем анализе материала обратило на себя внимание то обстоятельство, что скорость сосудистых реакций явно зависела от температуры в помещении (рис. 2). Прослеживание хода восстановлен ния температурной кривой у одних и тех же лиц при разной температу-' ре в помещении позволило заметить, что на первом этапе после прекращения охлаждения сосудистая реакция протекает независимо от температуры в помещении; на более позднем этапе восстановление идет тем быстрее, чем температура в помещении выше. Таким образом, выяснилось, что в процессе акклиматизации уже к концу первого года жизни на Севере сосудистые реакции при охлаждении открытых частей (лоб, лицо) становятся в общем более живыми, более лабильными и что эта
Время до полного восстановления температуры на лбу после стандартного охлаждения (в минутах)
Полярный стаж наблюдаемого Характер работы Число наблюдаемых В средней для группы
1 год В помещении 22 9,7
2 года » » 28 9,9
1 год На открытом
воздухе 33 8,8
2 года То же 48 8,4
Коренное насе- > » 40 7,0
ление
лабильность возрастает при более высокой температуре в помещении. Что касается сосудистых реакций на охлаждение конечностей, то большое число наблюдений на нескольких десятках лиц позволило выявить следующие изменения, зависящие от степени акклиматизации. Как показано на рис. 3, в группе не тренированных к работе на холоде людей температура дистальных отделов конечностей при охлаждении в ванне быстро снижалась до очень низкого уровня — до 5 и даже 3°, тогда как среди тренированных к работе на холоде было много людей, которые при той же степени охлаждения конечности в ванне поддерживали ее температуру на гораздо более высоком уровне —10, 15 и даже 18°. Как правило, эти люди переносили ледяную ванну в течение многих
/Г
Д
' бь/стрь/е реакции (4-6минут) - Ускоренные реакции(7-9пинут) ~ Замедленные реакции(/0-/2минут) ~ Медленные реакции (/3-/¿минут)
Рис. 1. Лабильность сосудистых реакций при охлаждении области лба у разных групп.
Полярники, работающие в отапливаемых помещениях: А — со стажем в 1 год; Б — со стажем более 2 лет. Полярники, работающие на открытом воздухе: В — со стажем в 1 год; Г — со стажем более 2 лет; Д — коренные жители Севера (чукчи, якуты, эскимосы).
ФОН | 1 3 5 " 9 11/3 О
I 3рел я(0 минутах) Охлаждение
Рис. 2. Восстановление температуры кожи лба после охлаждения при разной
температуре помещения. 1 — при температуре помещения 19°; 2 — при температуре помещения 25°.
десятков минут и даже нескольких часов, тогда как среди нетренированных большинство наблюдаемых могло переносить такую степень охлаждения лишь в течение 5—15 минут. Таким образом, тренированные люди при охлаждении конечностей теряли гораздо большее количество тепла, чем нетренированные. Такой характер реакции может показаться на первый взгляд противоречащим принципу более совершенного поддержания теплового равновесия по мере тренировки к холоду и скорее приводящей к нарушению теплового баланса организма. Действительно, хорошо известно, что понижение температуры на охлаждаемом участке происходит не столько вследствие усиленной теплоотдачи, сколько благодаря активному сужению сосудов, главным образом артериол, приводящему к уменьшению кровотока через охлаждаемый участок.
Такая реакция наблюдается и при перерезке нервов, что, по мнению некоторых исследователей, говорит о том, что она происходит в пределах аксонрефлекторных, т. е. ложнорефлекторных связей. Приспособительный характер этой местной регуляции очевиден. Она направлена на максимальное уменьшение теплоотдачи именно на том участке, где теплопотери по физическим условиям могут оказаться особенно большими.
Регуляция тонуса периферийных сосудов различных областей тела, осуществляемая высшими нервными центрами в коре и подкорке, в отличие от спинномозговых и местных, опирается на более широкую экстеро- и интероцептивную сигнализацию о тепловом состоянии всех органов и тканей и поэтому может иметь более целостный характер, регулируя местные реакции в интересах всего организма как целого и важнейших его органов. Вот почему в порядке высшей кортикальной регуляции, осуществляющей наиболее полное приспособление организма к условиям среды, в процессе акклиматизации местные сосудистые реакции на охлаждение затормаживаются, т. е. делаются по мере тренировки к холоду не более, а менее интенсивными. Кортикальные импульсы
Л
ш:
&
16 12 8 4 у 4 8 12 16
Количество л/овей п. 5
Рис. 3. Снижение температуры кожи кисти или стопы при охлаждении в ванне с тающим снегом (температура воды 0°).
а — работающие на холоду; б — не работающие на холоду.
15 10
5 t2J 5 10
Количество людей о. О
15
Рис. 4. Снижение температуры кожи кисти и стопы к моменту возникновения боли.
а — работающие на холоду; б — не работающие на холоду.
к дилятации противодействуют местным вазоконстрикторным влияниям и берут над ними верх. В условиях интенсивного охлаждения конечности остаются более теплыми, что обеспечивает лучшие условия для выполнения их рабочих функций. Некоторое увеличение общих теплопо-терь, неизбежно происходящее при этом, может быть компенсировано за счет других терморегуляторных реакций. И, действительно, нам удалось наблюдать при изучении динамики изменений газообмена у лиц в разные сроки после их переезда на Север и часто подвергающихся воздействию охлаждений, примерно через 6—12 месяцев наступление тер-морегуляторной перестройки обмена веществ на более высокий уровень. Таким образом, ценой ли более высоких энерготрат, как было указано выше, или ценой перевода окислительных процессов в тканях на иной путь термогенеза, теплообразование в отдельные периоды в организме в целом увеличивается, вследствие чего обеспечивается возможность поддержания температуры рабочих органов на более высоком уровне, без нарушения общего теплового баланса. Целостный характер подобных реакций явно указывает на их кортикальную регуляцию.
Другое важное изменение, наступающее в процессе акклиматизации, касается порогов болевой чувствительности при охлаждении (Ми-чэн, Стэл и Харди) (Mechan, Stall and Hardy), обратившие внимание на очень большую выносливость эскимосов к охлаждению рук, выдвинули вопрос, чем объясняется такое увеличение выносливости, являются ли эскимосы в данном отношении менее чувствительными или лишь более терпеливыми? В свете данных Ашофф (Aschoíf), Гримфилд и Шеферд (Greemfield and Shepherd) о том, что наступление момента перехода холодового ощущения в болевое связано с очередной волной
Í 9
I
усиления сосудосуживающих импульсов, приведенные выше факты о сохранении температуры конечности при охлаждении на более высоком уровне указывают на то, что у тренированных людей болевые ощущения должны быть менее интенсивными. Однако, как показывает анализ большой серии наблюдений, дело отнюдь не ограничивается этим. Как (видно из рис. 4, среди тренированных людей превращение термических местных ощущений в разлитое чувство боли наступает при значительно большем снижении температуры органа. Если у не тренированных к холоду людей боль часто возникает уже при небольшом снижении температуры всего на 5—10°, то у части тренированных людей болевое ощущение возникает лишь при снижении температуры на 15°, а у некоторых и того больше.
Третьей особенностью является, как уже было отмечено в отношении сосудистых реакций на лбу, более быстрое восстановление температуры после охлаждения у тренированных лиц, тогда как у нетренированных даже при значительно меньшей длительности раздражения восстановление затягивается на значительно более долгий промежуток времени.
Наконец, четвертая особенность заключается в более ограниченном, локализованном характере сосудодвигательной реакции непосредственно в области охлаждения и нераспространении ее на другие симметричные участки.
Все указанные особенности легко можно заметить при сравнении сосудистых реакций на охлаждение у лиц, разных по степени тренированности к работе на холоде. Так, у нетренированных лиц при охлаждении кисти происходит быстрое снижение температуры до очень низкого уровня— 3—7°. Холодовое ощущение переходит в болевое уже через 6—10 минут, быстро достигает «непереносимой» степени, что приводит к требованию прекратить исследование. Восстановление температуры затяжное, возвращение к исходному уровню наблюдается через 12—15 минут. На симметричных неохлаждаемых участках отмечается выраженная отраженная реакция.
Таким образом, в процессе акклиматизации происходит наряду с повышением порогов болевой чувствительности повышение лабильности сосудистых реакций в области охлаждения, затормаживание сосудистого тонуса »в дистальных отделах конечностей и отраженных реакций в глубине и на неохлаждаемых участках тела. Если последние две реакции имеют своим следствием повышение устойчивости организма против простуды, то первые повышают функциональные возможности рабочих органов. Действительно, тренированные люди после длительного охлаждения не теряли способности совершать тонкие двигательные акты, такие, например, как обвести остро отточенным карандашом на бумаге сложный контур, тогда как у нетренированных руки в результате менее длительного охлаждения «коченели» до такой степени, что они с трудом могли удержать в руке карандаш, часто ломали его и очень неточно очерчивали заданный контур.
Изложенные выше данные могут быть дополнены результатами наблюдения ряда американских исследователей, которые установили, что у эскимосов кровоток через конечности при одинаковых температурах окружающего воздуха почти в 2 раза сильнее, чем у нетренированных американцев, и что у них отмечается увеличение общего объема плазмы крови. Все эти факты хорошо согласуются между собой и с установленным нами, как и другими авторами, понижением уровня систолического и диастолического давления у коренных жителей Севера и полярников.
Каково же гигиеническое значение обнаруженных явлений?
Первый общий вывод касается связи данных явлений с уровнем заболеваемости населения Арктики. Выше указывалось, что отмеченная
перестройка ряда функций происходит главным образом на протяжении первого года жизни и работы на Севере.
Именно на этот период, как показал специальный анализ структуры и уровня общей заболеваемости населения Арктики, проведенный Е. И. Солтыским, приходится наибольшее число заболеваний, а также наибольшее число болевших лиц (рис. 5). Это же относится к числу заболеваний, связанных с фактором охлаждения, к числу производственных травм, одними из главных причин которых являются резкое охлаждение конечностей и недостаток искусственного освещения места работ в темный период года.
Вряд ли необходимо особо доказывать, что в данном случае между •обоими рядами явлений — физиологическими сдвигами и заболевае-
1 <4
5
I
I!
600 500 400 300 200 100 О
До ¿года У-Згода 4-6лет 7/Одет Нлет \ Стаж- проживания / /Грлти/ге
400
300'
¡00
О---------
Д* ¡года /Згеда 4-6лет 7-/0лет Нле/п ;Стаж проживания в Дрнти/ге
Рис. 5. Уровень общей заболеваемости полярников в зависимости от стажа
проживания в Арктике (на 1000 населения). А — общее число заболеваний; Б — количество болевших людей; 1 — Тикси; 2 — Бухта Провидения.
мостью — имеется глубокая внутренняя связь причинно-следственного характера. Из этого вытекает важный гигиенический вывод о том, что особое внимание должно быть направлено на разработку и осуществление ряда гигиенических мероприятий именно в этом наиболее уязвимом для здоровья человека периоде акклиматизации.
Более частные выводы касаются таких вопросов, как необходимость лучшего использования современных технических средств для улучшения условий труда в шахтах с вечной мерзлотой, на открытых работах и т. п. Особо эффективными именно в этих условиях могут оказаться источники лучистого обогрева, организация пунктов для периодического обогрева и др. Важная роль принадлежит регламентации допустимых периодов пребывания и работы на открытом воздухе при разных комбинациях метеорологических условий.
Долж на быть ускорена регламентация конкретных нормативов микроклимата для жилых, общественных и производственных помещений, для детских и лечебных учреждений применительно к климатическим особенностям Крайнего Севера. При этом следует учесть изложенные выше данные о зависимости скорости восстановления сосудистых реакций после охлаждения. Новые данные о роли холодового мышечного тонуса при умеренных степенях охлаждения объясняют и в известной степени обосновывают целесообразность того факта, бесспорно установленного рядом исследователей, что население на Крайнем Севере явно предпочитает поддерживать в жилых помещениях температуру на уровне несколько более высоком, чем в умеренном климате.
Наконец, важные выводы должны быть сделаны в отношении разработки рациональных форм закаливания и тренировки к работе в условиях резкого охлаждения, разработки мер личной гигиены и профи-
лактики, новых, более совершенных образцов производственной одежды и т. п.
Предстоящая в годы осуществления семилетнего плана огромная работа по освоению Крайнего Севера, значительное увеличение длительности навигации по Северному морскому пути в связи с вводом в строй мощных ледоколов, великие стройки в Сибири — все это вызовет необходимость привлечения для работы на Крайнем Севере десятки тысяч советских людей. В связи с этим резко возрастает гигиеническое значение проблем, определяющих успешное течение процесса акклиматизации населения.
Выводы
1. Изучались сдвиги в области физической терморегуляции человека в процессе его акклиматизации на Крайнем Севере путем учета сосудистых реакций при охлаждении области лба и сосудистых реакций при охлаждении кистей и стоп.
2. Обнаруженные сдвиги в области физической терморегуляции в известной мере могут объяснить снижение уровня общей заболеваемости и особенно числа заболеваний, связанных с фактором охлаждения, происходящее в процессе акклиматизации населения к условиям Крайнего Севера. Эти сдвиги должны быть учтены при разработке рациональных форм закаливания и тренировки в условиях резкого охлаждения, мер личной гигиены и профилактики, новых образцов производственной одежды.
ЛИТЕРАТУРА
Бартом А., Эдхолм О. Человек в условиях холода. М., 1957. — К а к д-рор И. С., Рапопорт К. А., Солтыский Е. И. Воен.-мед. жури., 1957, № К стр. 61. — Кандрор И. С. Физиологические сдвиги в организме человека в процессе акклиматизации в Арктике. Докт. дисс. М., 1952. — Кой р а некий Б. Б. Простуда и борьба с ней. Л., 1954.—Маршак М. Е. Физиологические основы закаливания организма человека. М., 1957. — Он же. Физиол. журн. СССР, 1940, т. 28, № 2—3, стр. 223. — Па леев Н. Р. Тезисы докл. 1-й научной конференции по вопросам клнма-топатологии в клинике сердечно-сосудистых заболеваний. М., 1959, стр. 15. — С л о-н и м А. Д. Животная теплота и ее регуляция в организме млекопитающих. М.—Л., 1952. •— Стефенсон В. Гостеприимная Арктика. М., 1948. — Aschoff J., Arch, ges. Physiol., 1944, Bd. 248, S. 436. - Baugn C. W„ Bird G. S„ Brown G, W. a. oth., J. Physiol., 1958, v. 140, p. 347. — Burton A. C„ Bronk D. W„ Am. J. Physiol., 1937, v. 119, p. 284. — Brown G. W., Bird G. S„ Delahaye D. J. a. oth., Canad. M. J., 1954, v. 70, p. 258. — G r e e m f i e 1 d A. D. M, Shepherd J. T. a. oth., Clin. Sc., 1950, v. 9, p. 323; p. 349. — Lewis Т., Heart., 1930, v. 15, p. 177. — Маек worth N. H., J. Appl. Physiol., 1953, v. 5, p. 533.
Поступила 6/X 1959 r.
\
PHYSICAL THERMOREGULATION CHANGES IN MAN DURING ACCLIMATIZATION IN THE EXTREME NORTH
/. S. Kandror, professor
The shifts of physical thermoregulation occurring in humans during their acclimatization in the Extreme North have beAi investigated by taking account of vascular reactions while cooling the forehead and extremities, hands and feet. The physical thermoregulation changes detected during these experiments may partly explain the fall of the general morbidity rate and, especially, that of colds, as a result of the acclimatization of the population in the conditions specific for the Extreme North. These facts should be taken into consideration when elaborating rational forms of "hardening" and training he body for work in the cold, measures of personal hygiene and prophylaxis and new types of occupational protective clothing.
