Борис ВЕЛИЧКОВСЬКИЙ,
академік РАМН, професор Російського державного медичного університету,
На півночі "особливі" легкі
Велика тривалість холодного періоду року є характерну особливість клімату значної частини території нашої країни. На Кольському півострові час напруженої холодової терморегуляції становить в середньому 152 дня, в центральних районах Західного і Східного Сибіру - 210-270 днів, на арктичному узбережжі Крайньої Півночі - 345 днів. При тривалому перебуванні на Півночі у людини розвивається комплекс характерних адаптаційних змін органів дихання.
Клінічно ці зміни проявляються у вигляді задишки і підвищеної стомлюваності при виконанні повсякденної роботи. Зазначене стан отримало назву «полярної задишки». Морфологічні та функціональні зміни органів дихання полягають, перш за все, в збільшенні площі альвеолярної поверхні легенів в середньому на 24 відсотки і обсягу легеневих капілярів - на 39 відсотків. Характерною особливістю процесу адаптації до екстремальних умов Крайньої Півночі є підвищення систолічного тиску в легеневій артерії вище 30 мм рт. ст. яке виявляється у більшості обстежених здорових жителів Заполяр'я. Цьому специфічному для високих широт комплексу змін були дані різні назви: «Синдром полярного напруги», «Магаданська пневмопатія», «циркумполярних гипоксический синдром», «Екзогенна гіпоксія Півночі».
Були висловлені припущення, що в розвитку цих змін, поряд з холодом, грають роль і інші фактори природного середовища Крайньої Півночі. Однак тривалий час їх не вдавалося визначити. Або підозрілий фактор був недостатньо постійний і характерний для високих широт (низька парціальний тиск кисню в атмосфері, сильні вітри), або він не міг бути причиною змін організму, специфічних для жителів Крайньої Півночі (коливання активності геомагнітного поля Землі).
Зміна функції зовнішнього дихання характерно як для корінного населення Півночі, так і для переселенців. Вчені обстежили проживають в Республіці Саха (Якутія) практично здорових осіб двох основних етнічних груп - якутів і російських. Хвилинний обсяг дихання у тих і інших в умовах основного обміну був підвищений, що вказує на наявність гіпервентиляції і змушує шукати причини її розвитку. Життєва ємність легенів при зіставленні з належними величинами для населення середньої смуги Росії мала тенденцію до більш високих показників, близьких до верхніх меж норми. Показники максимальної вентиляції легенів, пневмотахометрии і резерву дихання відповідали верхніх меж європейської норми або дещо перевищували її. Для оцінки ефективності легеневої вентиляції визначався коефіцієнт використання кисню (КВО2), що відображає кількість мілілітрів кисню, споживаного організмом з кожного літра повітря, що надходить в легені. Як у якутів, так і у росіян, які проживають на Півночі, він виявився менше 35, що свідчить про низьку ефективність газообміну.
Таким чином, у практично здорових осіб було виявлено розвиток гіпервентиляції і низький коефіцієнт використання кисню при відсутності статистично достовірних відмінностей порівнюваних показників функції зовнішнього дихання в двох порівнянних за віком і статтю етнічних групах населення Республіки Саха (Якутія).
Дослідники встановили, що адаптація до екстремальних кліматичних умов Півночі проходить кілька етапів. У період початкової адаптації до холоду відбувається нарощування функціональних резервів за рахунок додаткового розкриття альвеол в верхніх і середніх зонах легень. При тривалому проживанні на Півночі, понад 10-15 років, збільшення площі газообміну і розширення «робочої зони» дифузії здійснюється вже, головним чином, за рахунок морфологічних змін: збільшення розмірів альвеол, а також кількості, діаметра і об'єму капілярів, вибухаючої в просвіт альвеол . У цієї групи населення тиск крові в малому колі значно перевищує нормальну величину, частота легеневої гіпертензії сягає 80 відсотків. Разом з тим можливість подальшого підвищення морфо-функціональних адаптаційних резервів у них виявляється вже досить вичерпаною. Тому великі фізичні перевантаження, куріння, застуда викликають наростання гіпоксемії і розвиток деструктивних змін легеневої тканини. Це, в свою чергу, обумовлює часте виникнення і тяжкий перебіг гострих і хронічних патологічних процесів в органах дихання.
У фізіологічних умовах захист органів дихання від несприятливих впливів здійснюється кількома взаємопов'язаними системами і механізмами. На Крайній Півночі особливе напруження відчуває система кондиціонування вдихуваного повітря. У кондиціонуванні температури і вологості вдихуваного холодного повітря важлива роль належить верхніх дихальних шляхів. При носовому диханні температура повітря, що надходить в трахею, лише на 1-2 ° С нижче температури тіла незалежно від температури атмосферного повітря. Процес зігрівання регулюється рефлекторно. Чутливі закінчення трійчастого нерва дратуються струменем холодного повітря. Імпульс через довгастий мозок перемикається на парасимпатичні центри і досягає носових раковин. Кавернозні тканини носових раковин розширюються і переповнюються кров'ю. Через звужену просвіт носових проходів повітря рухається тонким струменем, омиваючи теплу поверхню слизової оболонки. Завдяки цьому зігрівання вдихуваного повітря здійснюється досить інтенсивно. На холоді для скорочення втрат тепла в верхніх дихальних шляхах змінюється характер дихання: виникає часте поверхневе дихання, іноді з явищами ларингоспазма.
Зволоження вдихуваного повітря також в основному відбувається в порожнині носа за рахунок насичення його вологою, що покриває слизову оболонку. Достатня вологість повітря необхідна для оптимального функціонування миготливого епітелію трахеї і бронхів, а також дихальної поверхні альвеол. Дегідратація слизового шару, що покриває вії, збільшує в'язкість секрету, що знижує активність миготливого епітелію. У середній смузі Росії для зволоження вдихуваного повітря за добу зі слизової оболонки носа здорової людини випаровується близько 500 мг води. На Півночі, в умовах надмірно низький вміст вологи в повітрі, відбувається підвищення влагопотерь з поверхні як верхніх дихальних шляхів, так і легких. Добові втрати води з повітрям, що видихається досягають 1500 мл. Тепловтрати випаровуванням з поверхні легенів складають 42 відсотки всіх тепловтрат організму за рахунок випаровування замість типових для середньої смуги 30 відсотків.
У нагріванні і зволоженні вдихуваного повітря бере участь і ротова порожнина. Однак за відсутності носового дихання ротова порожнина не може забезпечити його повноцінне кондиціонування.
У зв'язку з підвищенням втрат вологи через легені і шкіру у полярників відбувається скорочення діурезу в середньому до 600 мл на добу, тоді як у жителів помірної кліматичної зони обсяг діурезу коливається від 1200 до 1600 мл. Одночасно спостерігається збільшення водоспоживання, що отримало назву «спрага Півночі». Кількість рідини, споживаної учасниками високоширотних експедицій, підвищується до 2500 мл на добу, що приблизно в 1,5 рази більше, ніж середній рівень водоспоживання у населення, що проживає в зоні помірного клімату.
Дослідження показали, що восьмигодинний перебування здорових добровольців в комфортних температурних умовах (+20 о С), але при зниженій абсолютної вологості повітря до значень, характерних для регіонів Крайньої Півночі (2 г / м 3), викликає збільшення кровонаповнення легенів і підвищення судинного тонусу. В умовах проведеного експерименту причина виявлених змін могла полягати тільки у втраті вологи в альвеолах. Ці зміни, очевидно, мають на меті збереження нормальної плинності крові в легеневих капілярах в умовах втрати вологи. Результати досліджень дозволили визначити фізіологічно оптимальну і допустиму величину абсолютної вологості вдихуваного повітря: 9,6 г / м 3 і 5,7 г / м 3 відповідно.
Основна причина зниження вмісту кисню в артеріальній крові - гіпоксемії - в умовах Півночі полягає в порушенні дифузії газів (О2 і СО2) через альвеолярно-капілярну мембрану легенів. Рух води і розчиненого в ній кисню і діоксиду вуглецю через клітинні мембрани здійснюється шляхом дифузії в напрямку меншої концентрації. Можливості регулювання цього за своєю суттю фізичного процесу у організму вкрай обмежені. У той же час спрямування цих дифузійних потоків в альвеолярної області легких в умовах високих широт прямо протилежне. Вода з легеневих капілярів просочується на поверхню слизової оболонки альвеол, а розчинений в ній кисень з поверхні альвеол переміщається в легеневі капіляри. Зазначена зустрічна дифузія, в кінцевому рахунку, знижує швидкість переміщення кисню. Тим самим знижується дифузійна здатність альвеолярної поверхні по відношенню до кисню і зменшується коефіцієнт використання кисню (КВО2). Навпаки, односпрямована дифузія води і діоксиду вуглецю підсилює гіпокапнію.
У різноспрямованою дифузії води і газів в альвеолярно-клітинній мембрані, на нашу думку, і полягає прихована молекулярна першопричина характерного для Крайньої Півночі погіршення газообміном функції легень, виникнення інтерстиціального набряку в нижніх і базальних зонах легких, розвитку гіпоксемії і гипокапнии.
На Півночі, мабуть, можливий і додатковий механізм труднощі газообміну, пов'язаний з порушенням теплового гомеостазу в глибоких відділах легких. Випаровування вологи з поверхні альвеол викликає додаткові втрати тепла. На випаровування 1 мл води, як відомо, потрібно 2,4 кДж. Посиленого кровонаповнення існуючої капілярної мережі альвеол може бути недостатньо для підтримки необхідного рівня як газообміну, так і температурного гомеостазу. Обидві зазначені причини зумовлюють розвиток односпрямованих адаптаційних морфологічних змін в легенях, що полягають в освіті в альвеолярних стінках нових капілярів, збільшення їх діаметра і загальної об'ємної щільності на одиницю площі альвеолярних перегородок.
У фізіології та клініці досліджується дихання при підвищеному і зниженому атмосферному тиску. Для нашої країни не менш актуальним є вивчення дихання при нормальному атмосферному тиску, але при зниженій абсолютної вологості повітря. Необхідна оцінка змін функції зовнішнього дихання у хворих і здорових осіб, які проживають на Крайній Півночі, з урахуванням, як рівня гіпоксемії, так і гипокапнии, знижує чутливість дихального центру. Постійний інтерстиціальний набряк з часом призводить до розвитку фіброзних змін і зниження функції в нижніх і базальних відділах легенів. Особи з подібними змінами органів дихання повинні підлягати перекладу з роботи на зовнішньому повітрі.
Не менш велике на Півночі негативний вплив і інший згубної звички - зловживання алкоголем. Легкі є найбільшу мембрану нашого організму. Вихідний «будівельний матеріал» для клітинних мембран синтезується в печінці. Погіршення функціонального стану печінки знижує синтез фосфоліпідів, необхідних для побудови клітинних мембран. Одночасно зменшується утворення і антиоксидантних ферментів, і низькомолекулярних антиоксидантів (сечової кислоти і ін.), Необхідних для нейтралізації надлишку вільних радикалів. Все це веде до ослаблення стійкості органів дихання до зовнішніх впливів. Саме з цієї причини пневмонія алкоголіка на Крайній Півночі є смертельне захворювання.
У північних районах в житлових і виробничих приміщеннях слід підтримувати оптимальним не тільки температурний, але і вологісний режим повітря, використовуючи різні типи влагоувлажнітелей безперервної дії. Одяг та засоби індивідуального захисту органів дихання також повинні запобігати згубний вплив як холоду, так і низького абсолютного вмісту вологи в атмосферному повітрі, для чого ефективні пухнасті вовняні шарфи, хутряні коміри з довгим ворсом. Перспективні респіратори з пристроєм для підігріву вдихуваного повітря.