Е.П. Гора
Экология человека
Учебное пособие для вузов. – М.: Дрофа, 2007. – 540 с.

Глава 6. Адаптация ребенка к различным природным и климатогеографическим условиям

6.3. Адаптация детского организма к климатогеографическим регионам

6.3.1. Адаптация ребенка к условиям высоких широт

Климатические условия Севера – одни из самых тяжелых для проживания и адаптации детского организма. Дискомфортные температурные, световые условия, недостаточность ультрафиолета, сильные ветры, резкие перепады давления существенным образом сказываются на функциональном состоянии растущего организма. Значительное снижение двигательной активности в зимний период сказывается на детях в виде интенсивного увеличения массы тела.

• Влияние холода. Среди этого многообразия факторов, воздействующих на ребенка в районе высоких широт, наибольшее внимание уделяется холоду, как основному экстремальному фактору. У детей относительная (по отношению к внутреннему объему) поверхность тела больше, чем у взрослых, и соответственно потери тепла у них относительно более выражены. Поэтому дети быстрее охлаждаются и гораздо чувствительнее к температурным колебаниям. Это вызывает напряжение систем терморегуляции и, как следствие, повышение основного обмена.

Удовлетворение потребности в энергии, восстановление температурного гомеостаза обеспечивается у детей за счет расщепления АТФ, т. е. используется наиболее лабильный путь освобождения энергии. Однако использование АТФ для обогрева организма – слишком дорогое средство. Длительное повторное охлаждение сопровождается нарастанием свободного (нефосфорилирующего) окисления. Поток электронов в дыхательной цепи митохондрий оказывается не связанным ресинтезом АДФ в АТФ. Возникающий вследствие этого дефицит АТФ и КФ сочетается с выделением энергии в виде тепла, необходимого для сохранения температуры и жизни ребенка. Дефицит макроэргов и увеличение потенциала фосфорилирования ведет к адаптации генетического аппарата клетки, увеличению биосинтеза нуклеиновых кислот и белков и к нарастанию мощности системы митохондрий на единицу массы ткани. Последнее, по мнению Ф. З. Меерсона, обеспечивает долговременную адаптацию к холоду.

Следует отметить, что изменения в клетке соответствуют сдвигам, которые возникают при адаптации к гипоксии или физической нагрузке.

В процессе приспособления к холоду одним из мощных нейрогуморальных регуляторов является повышение активности симпатоадреналовой системы. Под влиянием катехоламинов ткани усиленно потребляют кислород, а происходящее разобщение дыхания и фосфорилирования ведет к увеличенному образованию тепла.

• Солнечная радиация. Особенно чувствителен детский организм к дефициту солнечной радиации и неравномерному распределению ее в течение года. У детей развивается недостаточность витамина D и нарушается фосфорно-кальциевый обмен, ведущий к изменению нервно-мышечной возбудимости и повреждению скелета, особенно у детей до 1 года.

Необычный световой режим в период полярного дня приводит к нарушению соотношения процессов возбуждения и торможения в ЦНС с соответствующими изменениями соматических реакций. Извращаются биологические ритмы. Математический анализ ЭКГ показал, что у детей с измененным циркадианным ритмом во все сезоны года отчетливо выражены медленные волны сердечного ритма, которые в полярную ночь дополняются усилением проявления дыхательных волн. То есть выявленные подкорковые влияния на регуляцию циркадианного ритма в полярную ночь сопровождаются напряжением парасимпатической регуляции.

Физиологические аспекты адаптации.

Дыхательная система

Функция дыхания у детей в районе высоких широт осложнена, поскольку слизистая оболочка верхних дыхательных путей в зимнее время года почти постоянно подвергается раздражающему воздействию холодного и сухого воздуха. В крупных городах это дополняется загрязнением атмосферы. В сильные морозы дети мало бывают на улице, но поражение дыхательных путей у них отмечается очень часто. Это связано с привычкой дышать ртом, более частым, чем у взрослых, дыханием и соответственно большим охлаждением слизистых оболочек.

Реакция (рН) носовой слизи у детей на Севере несколько смещена в щелочную сторону, составляя в среднем 7,9–8,0 при рН 7,2–7,8 у детей умеренной зоны. Повышение щелочности слизи соответствует характерному набуханию слизистой оболочки. Это следует, видимо, связывать с изменением тонуса кровеносных сосудов носа. Подтверждением последнего служат данные о более высокой температуре слизистой оболочки нижней раковины (27,0 °C) у детей Заполярья. Температура слизистой оболочки средней носовой раковины (28,8 °C) тоже несколько выше у детей на Севере, но температура глотки не отличается от соответствующего показателя детей умеренной зоны. Не удалось отметить какой-либо разницы в температуре слизистой оболочки носовых раковин и глотки в зависимости от срока проживания детей в высоких широтах.

Параметры внешнего дыхания у детей на Севере также подвергаются ряду изменений под влиянием неблагоприятных экологических факторов. Большинство авторов пишут о синдроме «полярной одышки», но не дают ему единого объяснения. Действительно, в сильный ветер (скорость более 10 м/с) затрудняется дыхание, особенно трудно осуществлять выдох. Изменения дыхания связывают с угнетающим действием полярной ночи и недостатком ультрафиолетовой радиации на дыхательный центр, вегетативные функции организма, с гиповитаминозом, застоем крови в печени. По мнению И. С. Кандрора, эти сдвиги не имеют приспособительного значения. Напротив, другие исследователи рассматривают изменения функции внешнего дыхания как адаптационные изменения в «борьбе за кислород». Они выражаются в сезонных повышениях минутного объема дыхания (МОД), увеличении кислородной емкости крови и замедлении скорости кровотока. Коэффициент использования кислорода (КИ_о2) при этом снижен. Последнее свидетельствует о меньшей эффективности дыхания, снижении его экономичности.

Увеличение МОД, особенно значительное в период полярной ночи (на 20–30 %), отражает, по-видимому, повышенные потребности организма ребенка в кислороде в условиях Севера. МОД хорошо отражает функциональную недостаточность аппарата внешнего дыхания и системы кровообращения. При первых же признаках дыхательной недостаточности МОД увеличивается как за счет углубления, так и за счет учащения дыхания. У детей возрастание МОД чаще идет путем увеличения частоты дыхания, при этом нарастает удельный вес «мертвого» пространства и снижается вентиляция альвеол. Гипервентиляция при поверхностном дыхании неблагоприятна.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) соответствует уровню физического развития человека и в нормальных условиях является довольно стабильной величиной. У детей на Севере величина ЖЕЛ отчетливо превышала показатели по умеренной зоне. В возрасте от 10 до 13 лет ЖЕЛ нарастала у мальчиков с 2000 до 2800 см³ и у девочек с 1800 до 2600 см³, что соответствовало высокому уровню и гармоничности физического развития детей. В период полярной ночи объем ЖЕЛ снижался на 5-10 %. Отмечались также умеренные (в пределах физиологических величин) колебания уровня МОД, максимальной вентиляции легких, КИ_о2. Длительность проживания детей в Заполярье существенно не отразилась на функции внешнего дыхания.

А. П. Авцын совместно с сотрудниками выявил отчетливые морфологические изменения в легких, которые проявлялись в увеличении альвеолярной поверхности, расширении и некотором укорочении капиллярных сегментов, повышении кровенаполнения легких. Авторы указывают на приспособительный характер морфологической перестройки легких, напоминающий адаптацию к гипоксии в горах.

Повышенные энергетические затраты и флюктуация содержания кислорода в атмосфере Заполярья создают определенные трудности в обеспечении кислородом. Эти трудности усугубляются в сухую погоду. В средней климатической зоне человек находится в помещении около 70 % времени, а в городах на Крайнем Севере – более 90 %. Особенно много времени проводят дети в помещении в холодный период года. Расчеты показали, что в воздухе закрытого помещения весовое содержание кислорода меньше, чем в атмосферном, на 10–15 % зимой и на 0,5–5% летом. Уменьшение весового содержания кислорода у большинства детей вызывает ухудшение самочувствия, вялость, апатию, головную боль, сонливость, капризничание и другие проявления гипоксии.

Сердечно-сосудистая система

Адаптация организма к северным условиям проявляется также некоторым увеличением МОК и сердечного индекса. Тенденция к такому гиперкинетическому типу кровообращения позволяет транспортировать большее количество кислорода. Поскольку при этом несколько замедляется скорость кровотока в капиллярах, то создаются условия для большего поглощения кислорода и возрастает коэффициент его утилизации тканями. Понижение скорости кровотока в зоне микроциркуляции приводит к накоплению в этом участке углекислоты и недоокисленных продуктов метаболизма, в присутствии которых уменьшается сродство гемоглобина к кислороду, что способствует более легкой отдаче кислорода тканям.

Изменение крутизны кривой диссоциации оксигемоглобина следует рассматривать как приспособительную реакцию организма в борьбе за кислород. При большей крутизне кривой диссоциации НbО₂ обеспечивается лучшее снабжение тканей кислородом, так как при том же pО₂, имеющемся в тканях, отдача О₂ происходит легче.

Сердечно-сосудистая система находится в тесной связи с деятельностью аппарата внешнего дыхания, обеспечивая транспорт кислорода, питательных веществ и выведение метаболитов. Повышение на Севере основного обмена, нарастание энергетических затрат организма, снижение концентрации кислорода в атмосфере – все это вызывает соответствующие изменения всех параметров кровообращения.

Частота сердечных сокращений (ЧСС) у детей в Заполярье несколько больше, чем в умеренных широтах. У школьников 7-13 лет была выявлена синусовая тахикардия – пульс превышает 110 ударов в минуту, что на 3–5 ударов больше соответствующих возрастно-половых нормативов.

Климат Севера оказывает гипертензивное влияние на сосудистый тонус школьников. Диастолическое давление имеет отчетливую тенденцию к умеренному нарастанию от младшего к среднему школьному возрасту в обеих половых группах. Его средние цифры оказались на 2–7 мм рт. ст. выше, чем у детей соответствующих возрастов в Москве. Систолическое давление отчетливо нарастает с увеличением возраста детей, у девочек оно больше, чем у мальчиков. В целом оно на 2–8 мм рт. ст. ниже, чем в Москве. Пульсовое давление с увеличением возраста детей умеренно нарастает, у девочек оно несколько больше, но существенно не отличается от показателей средних широт.

Минутный объем сердца (МОС) у детей 7 лет в Заполярье высок и составляет почти 3 л/мин (на 3-12 % больше), что указывает на высокий уровень их метаболизма и напряжение процессов гемодинамики.

Периферическое сопротивление, обусловленное тонусом гладких мышц прекапилляров, способствует также вместе с сердечным выбросом поддержанию постоянства среднего динамического давления. Относительную величину периферического сопротивления, отнесенную к поверхности тела, называют удельным периферическим сопротивлением (УПС). У здорового человека в условиях основного обмена эта величина довольно постоянна. У детей Заполярья происходит отчетливое нарастание УПСФ (фактического), что совпадает с разной динамикой величины МОС в сравниваемых группах.

Сезонные колебания гемодинамических показателей отражают адаптивную реакцию организма на комплекс сезонных изменений в природе и отмечаются многими исследователями в различных климатических зонах. Однако эти работы выполнены в основном на взрослых. У детей сезонные биоритмы изучены мало.

В сезонной динамике наибольшую контрастность основные параметры кровообращения имели в весенний и осенний периоды года. В мае у девочек и мальчиков отмечены самые низкие цифры ЧСС и всех показателей артериального давления. На низких величинах находилось пульсовое давление, и соответственно уменьшенными оказались МОС и сердечный индекс, т. е. интенсивность кровоснабжения тканей и органов была менее значительной, чем в другие периоды года. Удельное периферическое сопротивление кровеносных сосудов несколько повышено, но в большей степени, чем это должно было бы быть в ответ на уменьшение МОС. Выявленные сдвиги являются, несомненно, адаптационными и развились в ответ на резкие изменения гелио-, геофизических и метеорологических условий в весенний период, когда резко возрастают инсоляция, длительность дня, температура воздуха, физическая активность детей (после долгих месяцев гипокинезии). О напряжении деятельности сердечно-сосудистой системы в это время свидетельствует также увеличение частоты неблагоприятных типов ее саморегуляции (табл. 6.1).

Таблица 6.1. Типы саморегуляции сердечно-сосудистой системы в разные сезоны года, % (по: Ж. Ж. Раппопорт, 1979)

Указанное изменение параметров гемодинамики является, очевидно, общей закономерностью, свойственной детям в весенний период года. В Красноярске энергетически невыгодные для организма типы саморегуляции аппарата кровообращения были отмечены у 39,2 % детей весной и существенно реже осенью – в 28,5 % случаев, еще более резкая разница выявлена у норильских детей, среди которых благоприятный (смешанный) тип саморегуляции весной имели только 14 % обследованных. У большинства был выражен сердечный тип, у более 1/4 детей отмечен наименее выгодный вариант – сосудистый тип саморегуляции.

Таким образом, выявленные однонаправленные изменения деятельности сердечно-сосудистой системы дают основание считать, что адаптационная перестройка этой системы в весеннее время года в Заполярье протекает со снижением ее функциональных возможностей, ухудшением типа саморегуляции, истощением резервов и падением работоспособности детей. То есть в конечном счете организм ребенка оказывается в меньшей степени приспособленным к данной экологической ситуации.

В последующие летние месяцы во всех возрастно-половых группах детей отмечалось непрерывное повышение гемодинамических показателей: в июне увеличиваются ЧСС, артериальное давление, МОС. Соответственно снижается периферическое сопротивление (фактическое), увеличивается частота благоприятных реакций аппарата кровообращения на нагрузку (в августе отмечалась максимальная частота – 70–85 %).

В октябре дети на Крайнем Севере находятся в довольно сложных условиях, так как в это время происходит психологическая и функциональная реадаптация их к школе, а также реадаптация к экологическим условиям Заполярья, поскольку 2/3 детей проводят летние каникулы на юге или в средних широтах. Видимо, поэтому в октябре у всех детей отмечаются наиболее значительные изменения в деятельности аппарата кровообращения: увеличивается величина ЧСС, повышается до максимальных цифр (в сравнении с другими периодами года) систолическое, диастолическое, среднее артериальное давление и МОС. На высоком уровне остается сердечный индекс. О снижении адекватности вегетативной регуляции говорит также уменьшение частоты благоприятных реакций (41,0-47,8 %) в ответ на физическую нагрузку.

Следовательно, адаптация детей в ее остром периоде сопровождается выраженным напряжением деятельности аппарата кровообращения и его регуляторных механизмов.

Исследования, проведенные в декабре (в разгар полярной ночи), выявили очередные сдвиги, вызванные помимо прочего также и резким уменьшением двигательной активности детей. В декабре отмечено некоторое урежение ЧСС, снижение в сравнении с предыдущим периодом артериального давления, уменьшение МОС и СИ, тенденция к повышению УПСФ. Частота благоприятных реакций на физическую нагрузку у мальчиков снизилась до 40,0 %, но особенно резкое снижение произошло у девочек – до 16,7 % случаев. Следовательно, адаптационная перестройка деятельности гемодинамики в соответствии с изменяющимися условиями жизни привела не только к количественным сдвигам ее параметров, но и к уменьшению ее способности к адекватной функции при дополнительной физической нагрузке.

Таким образом, комплекс исследований свидетельствует о принципиально нормальных онтогенетических процессах морфологического и функционального созревания кардиореспираторной системы у детей в Заполярье. Все наблюдаемые сдвиги, отражающие приспособление организма детей в экстремальных условиях, не выходят за физиологические границы и по своему значению могут рассматриваться как адаптивные.

Пищеварение и питание

Дети коренных национальностей Севера в грудном и раннем возрасте мало отличаются по показателям физического развития от своих сверстников средней полосы. В дальнейшем намечается их отставание в росте. В школьном возрасте, несмотря на невысокий рост, дети-аборигены имеют крепкое телосложение – широкую грудную клетку, хорошо развитые скелет и мышечную систему. Кожные покровы у них, как правило, суховаты, что связывают с дефицитом витамина С.

Традиционное питание детей коренных национальностей отличается однообразием, но полностью удовлетворяет потребности растущего организма в пластическом и энергетическом материале. Основное место в их пищевом балансе занимают продукты животного происхождения. Жиры и белки животного происхождения наиболее полно покрывают большие энергетические затраты в условиях низких температур. Углеводы играют гораздо меньшую роль в пищевом рационе и представлены в основном дикорастущими ягодами. Недостатком традиционного питания является отсутствие или ограниченность овощей и фруктов – основных источников витамина С, минеральных солей и микроэлементов. Отрицательное значение имеет и сыроедение, которое хотя и обеспечивает организм витаминами, но служит источником глистной инвазии.

Преимущественно белковая пища является одним из ведущих факторов относительного повышения содержания глобулиновых фракций в сыворотке крови у детей-северян и имеет большое значение в формировании высокой иммунологической реактивности организма.

Половое развитие

Исследования показали, что половое развитие у школьников, постоянно живущих за Полярным кругом, несколько замедленно, но постепенно выравнивается (у девушек быстрее) и заканчивается к 14–16 годам у девушек и к 17 – у юношей. В целом физическое и умственное развитие детей коренного населения высоких широт происходит нормально.