ДЫХАНИЕ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР: КРИТИЧЕСКИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ, МЕХАНИЗМЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ, ФАКТОР ВРЕМЕНИ И СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ

О.В.ГРИШИН

ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ СО РАМН

ЭКСПЕДИЦИИ ЛАБОРАТОРИИ В РАЗНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПОЯСАХ РОССИИ: 1976-1997

ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ ФАКТОРЫ СЕВЕРА

Факторы Севера1.Световой режим2.Геомагнитные воздействия3.Ионизированный воздух4.Холодный воздух5.Низкая влажность воздуха

Проявления1.Депрессии2.Полярная одышка3.Повышенная утомляемость

Последствия1.Раннее развитие хронических заболеваний2.Преждевременное старение

ГЛАВНЫЙ ФАКТОР ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОРГАНЫ ДЫХАНИЯ

Атмосферный воздух с низкой температурой и низкой влажностью

Экстремальная функциональная задача

Вдыхаемый воздух в верхних дыхательных путях должен быть прогрет в течение 0,5-1 сек до температуры + 37° С и 100 % влажности

НОВЫЙ УРЕНГОЙИССЛЕДОВАНИЕ ЛЕГОЧНОГО ГАЗООБМЕНА В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОТ

-12 ДО -43°С

ЦЕНТРАЛЬНАЯ ПРОБЛЕМА ДЫХАНИЯ НА ХОЛОДЕ

Взаимоисключающие функциональные

задачи

Защитить органы дыхания от холода, обеспечить

поступление теплого и увлажненного воздуха

Обеспечить массоперенос кислорода в соответствии с

возрастающим энергетическим запросом

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТОИМОСТЬ ДЫХАНИЯ И ЗАЩИТНЫЕ РЕАКЦИИ

Энергетическая стоимость дыхания от общих энергозатрат организма

В комфортных условиях: <5 %

На морозе (ниже – 25°С): > 30 %

Защитные реакции системы внешнего дыхания

1.Повышение бронхиального сопротивления на вдохе;

2.Снижение вентиляции легких за счет глубины вдоха;

3.Уменьшение площади газообмена в легких и увеличение функционального мертвого пространства

УМЕНЬШЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОСТАТОЧНОЙ ЕМКОСТИ НА ХОЛОДЕ ПРИ – 25 ГР. С

ГИПОКСИЯ У ЗДОРОВЫХ АДАПТИРОВАННЫХ МУЖЧИН НА ХОЛОДЕ

УВЕЛИЧЕНИЕ ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА НА ХОЛОДЕ

КРИТИЧЕСКИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭНЕРГОДЕФИЦИТА

Для неадаптированных к холоду – прохладный воздух ниже +13 °С при физических нагрузках средней интенсивности:

1) Снижение эффективности легочной вентиляции

2) Снижение энергозатрат на ед. выполненной работы

Для адаптированных к холоду пришлых северян – холодный воздух ниже – 24 °С проявляется в состоянии покоя:

1)Падение напряжения О2 в альвеолярном воздухе;

2)Снижение эффективности легочной вентиляции;

3)Падение интенсивности обмена

Снижение активности защитных реакций

Защитные реакции срочного типа

Увеличение теплопотерь

Респираторная гипоксия

Мобилизация резервов термостабилизации - увеличение способности верхних дыхательных путей к согреванию и увлажнению атмосферного воздуха

Включение реакций отсроченного типа - вовлечение резервов всей системы транспорта кислорода, включая мобилизацию резервной респираторной ткани (увеличение ФОЕ)

Адаптация к раздражающему действию холода

Раздражающее и действие низкотемпературного воздуха

Структурные перестройки в дистальных бронхах и респираторных отделах легких, отражающих нарушение условий легочного газообмена

Дыхание атмосферным воздухом низких температур

Снижение площади газообмена. Формирование хронической патологии органов дыхания

Повреждение слизистой бронхиального дерева и респираторных структур ацинусов

ПУТИ СРЫВА АДАПТАЦИИ

Индивидуальные

особенности (?)

Адаптация к холодному воздуху, снижение реакций защиты

Адаптация к респираторной гипоксии, мобилизация резервов

Частые «простуды», хронические заболевания органов дыхания

Перегрузка сердечно-сосудистой системы, артериальная гипертензия

Сочетанная хроническая патология: Пневмосклероз, эмфизема, Хроническая дыхательная недостаточность, Атеросклероз, ИБС,

хроническая сердечная недостаточность

3-7

10-12

15-20

Стаж Севера,

лет

Отъезд с Севера

«СЕВЕРНЫЕ» МИФЫ1) Содержание кислорода во

вдыхаемом воздухе на Севере понижено настолько, что вызывает полярную одышку

2) Полярная одышка – результат структурных нарушений в аэрогематическом барьере легких

3) У северян вентиляция легких повышена

4) Северяне постоянно испытывают гипоксию

5) Основной (базальный) обмен у северян повышен

1) Содержание О2 в атмосфере везде составляет 0,209

2) Полярная одышка – результат рефлекторного ограничения вентиляции легких и повышения бронхиального сопротивления

3) У адаптированных северян вентиляция легких в норме

4) Северяне испытывают гипоксию при дыхании холодным воздухом

5) При исследовании в тепле основной (базальный) обмен у северян в норме или понижен

ИНТЕНСИВНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ У ПРИШЛЫХ СЕВЕРЯН В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СЕВЕРНОГО СТАЖА, МЛ/МИН НА КГ МАССЫ ТЕЛА

норма

ЗАЩИТА ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ ОТ ХОЛОДА1) Снижает температурный фактор

холода;

2) Повышает влажность вдыхаемого воздуха;

3) Увеличивает мертвое пространство

4) Увеличивает сопротивление дыхательных путей на вдохе и выдохе

Современные средства защиты способствуют стратегии защиты дыхательных путей при этом увеличивают гипоксию и энергетический дефицит

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Исследование легочного газообмена при низких температурах;

2. Исследование энергетических процессов при действии холода в покое и при физических нагрузках;

3. Изучение проблемы метаболического синдрома у пришлых северян

4. Разработка критериев определения энергетического дефицита;

5. Разработка систем индивидуального мониторинга холодовых и физических нагрузок;

6. Разработка систем индивидуального мониторинга физиологических функций основных звеньев системы транспорта кислорода;

7. Разработка новых средств защиты органов дыхания от холода