Pathophysiological bases of maladjustment formation in high mountains and polar zones

全文:

ВВЕДЕНИЕ

В связи с активным освоением районов Арктического региона и развитием исследований в Антарктиде человек все чаще стал подвергаться выраженному охлаждающему действию внешней среды. Воздействие низких температур, как острое, так и хроническое, несмотря на совершенствование снаряжения, становится главным спутником человека при работах, связанных с промышленным освоением арктического побережья, работе на шельфовых площадках добычи полезных ископаемых, проводке судов по северному морскому пути. Даже легкая степень гипотермии сопровождается резким снижением как физической, так и операторской работоспособности, снижает возможности человека по качественному выполнению задач профессиональной деятельности [1]. Связанная с необходимостью повышения теплопродукции интенсификация обменных процессов ведет к увеличению потребления кислорода в 2,5 раза даже при кратковременном воздействии холодового фактора. Так, уровень суточных энерготрат у людей, занятых одной и той же физической работой, в Арктике на 15–30% выше, чем в условиях умеренного климата.

К категории дезадаптационных состояний, сопряженных с воздействием охлаждающего микроклимата, могут быть отнесены синдромы общего переохлаждения и «полярного напряжения» [2–4]. В патогенезе общего переохлаждения на ранних стадиях процесса существенную роль играет этиологический фактор — охлаждающее воздействие внешней среды, он находится вне организма, воздействуя на него опосредованно, через рецепторные поля кожи и слизистых оболочек, формируя при этом типичную картину стрессовой активации центральной нервной системы (ЦНС), вегетативной и эндокринной регуляции, перестраивая при этом тепловые потоки, связанные с кровоснабжением тканей, для снижения теплопотерь. Со временем, при непрекращающемся внешнем холодовом воздействии и снижении температуры отдельных участков и ядра тела, присоединяется «внутренний» этиологический фактор — гипотермия организма, формирующая вторичные нарушения в функционировании органов и тканей. Именно снижение температуры крови и внутренних органов во многом определяет дальнейшее течение клинической картины охлаждения и является одним из основных звеньев в патогенезе переохлаждения.

Хроническое охлаждение ведет к длительному стрессовому напряжению механизмов терморегуляции и рассогласованию вегетативной регуляции при развитии холодового дезадаптационного синдрома [5, 6].

Для поддержания постоянной температуры ядра тела организм использует два механизма — ограничение теплоотдачи и усиление теплопродукции [7, 8]. Ограничение теплоотдачи обеспечивается периферической вазоконстрикцией, максимально выраженной на уровне кожного покрова, и внутримышечной вазодилятацией, степень которой зависит от локализации охлаждения [9]. Увеличение производства тепла в ответ на действие низких температур может протекать как посредством мышечного термогенеза (холодовая дрожь, при которой энергия не используется для выполнения физической работы), а также путем химического термогенеза. Активация химического термогенеза осуществляется экспрессией в бурой жировой клетчатке и скелетных мышцах специализированных белков — разобщителей окислительного фосфорилирования, она не предотвращает развития охлаждения, а рассматривается как «аварийный» способ защиты от холода [9, 10].

Особое место в ряду дезадаптационных состояний, сопряженных с длительным воздействием условий низких температур, занимает синдром полярного напряжения — специфическая форма хронического психоэмоционального напряжения, характеризующаяся глубокими нарушениями энергетических механизмов жизнедеятельности на клеточном уровне [12]. Проявляется симптомами астенизации, «полярной» одышкой, нарушениями биоритмологической организации физиологических функций, различными формами бессонницы или патологической сонливости, повышенной утомляемостью, развитием тревожно-депрессивных состояний. Синдром связан с комплексом физических (в особенности гелиомагнитных), биологических, психофизиологических, экологических и социально-психологических факторов. Основными механизмами формирования синдрома полярного напряжения, по данным ряда авторов [3, 11–14], являются:

1) истощение субстратов антиоксидантной защиты и снижение активности ее ферментативного звена, приводящие к избыточной активации процессов перекисного окисления липидов, нарушение целостности и функциональной активности внутриклеточных мембран;

2) снижение мощности детоксикационных и выделительных процессов, направленных на удаление продуктов распада поврежденных тканей или недоокисленных субстратов метаболизма;

3) расстройства общего метаболизма, северная полярная тканевая гипоксия;

4) функциональная иммунная недостаточность, угнетение неспецифического иммунитета, гипореактивность Т-системы иммунитета;

5) расстройства эндокринной регуляции, связанные с гипофункцией гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, щитовидной и поджелудочной желез, половых органов;

6) регенераторно-пластическая недостаточность, значительное снижение биосинтетических процессов в клетках, что может проявляться различными дистрофическими процессами в миокарде, печени, почках, других органах;

7) нарушения электромагнитного гомеостаза;

8) нарастание функциональной межполушарной асимметрии;

9) десинхроноз;

10) психоэмоциональное напряжение;

11) метеопатии.

Эти звенья патогенеза могут проявляться как по отдельности, так и вместе, определяя индивидуальную картину развития синдрома полярного напряжения.

Выраженная гипотермия всегда сопровождается кислородным голоданием тканей, в формировании которого присутствуют элементы респираторной, циркуляторной и гемической гипоксии, в связи с чем возникает научная задача определения роли гипоксии в формировании нарушений здоровья, типичных для высокоширотных регионов. С этой целью могут быть использованы различные методические подходы, включая контент-анализ с построением графов связей между проявлениями и механизмами гипоксических и холодовых поражений. Особая значимость взаимодействия между этими факторами проявляется в процессе их одновременного воздействия на человека, например, в горах зимой, на высокогорных антарктических станциях, при нахождении людей в обедненной кислородом среде при воздействии низких температур.

Цель исследования — выявление патофизиологических особенностей формирования дезадаптаций в горно-холодовых условиях как проявления синдрома взаимного отягощения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Методической базой исследования стал контент-анализ, проводимый по широкому кругу литературных источников, характеризующих переносимость человеком воздействия комплекса факторов высокогорья и полярных зон. Суть контент-анализа заключается в выявлении ключевых понятий, терминов, характеристик в опубликованных научных текстах, оценке взаимосвязей их между собой, механизмов возможного взаимодействия и его последствий [15, 16]. Сформированные смысловые карты по каждому из неблагоприятных воздействующих факторов были объединены по принципу общего звена, что позволило далее анализировать их смысловые взаимосвязи.

Исходные научные источники, включенные в процедуру контент-анализа, представлены в табл.1.

 

Таблица 1. Литературные источники, включенные в контент-анализ / Table 1. Literary sources included in the content analysis

Источник	Горная гипоксия	Гипотермия	Горно-холодовая дезадаптация
Монографии	53	18	16
Диссертации	25	7	1
Статьи в научных журналах	33	10	6

 

Анализ распределения времени выхода монографий показывает, что подавляющее число их приходится на периоды 1960–1980 и 1981–2000 гг. (40 и 34% соответственно), причем они примерно в разной пропорции затрагивают действие анализируемых факторов по отдельности. На период до 1960 г. приходится 9% монографий, 2001–2015 гг. — 11%, на период после 2015 г. — 6%, причем в них появляются специфические разделы, посвященные одновременному воздействию на человека как гипоксии, так и гипотермии. Среди последних наиболее значимых монографий в контент-анализ были включены монография Л.Д. Лукьяновой [18] и цикл монографий В.С. Новикова и др. [3, 6, 18].

Из вошедших в аналитический массив диссертационных работ 57% составили диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских или биологических наук. К работам последних лет относится диссертационное исследование [20].

Включенные в контент-анализ статьи представлены как русскоязычными (60%), так и иностранными (40) публикациями. Для русскоязычных публикаций был характерен период с 1981 по 2000 г. (29%) и 2001–2015 гг. (46%), за последние 5 лет отмечено 5% отобранных для контент-анализа публикаций. Для иностранных публикаций максимум публикаций отмечен для диапазона 1961–1980 г. (40%), причем публикаций, направленных на изучение эффектов или механизмов одновременного воздействия гипоксии и гипотермии, выявлено не было. Основная масса статей (44%) была опубликована в профильных журналах физиологического профиля («Физиологический журнал СССР», «Физиология человека», «Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова», «Авиакосмическая и экологическая медицина», «Бюллетень экспериментальной медицины», Journal of Applied Physiology, Federation Proceedings, Journal of Physiology Proceedings, American Journal of Physiology, Japan Journal of Physiology, Canadian Journal of Biochemistry and Physiology, Aerospace Medicine и др.).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Смысловые карты, подготовленные в ходе контент-анализа понятий «гипоксия» и «гипотермия», позволили сформировать несколько терминологических «областей» и «троп». Под терминологической «областью» понимается совокупность терминов и понятий, характеризующих значимую самостоятельную общность черт исследуемого понятия. Так, например, в смысловой карте понятия «гипоксия» такой терминологической «областью» может считаться группа терминов, характеризующих газообмен кислорода и углекислого газа (гипоксическая гипоксия, гипобарическая гипоксия, гемическая гипоксия, геморрагическая гипоксия, респираторная гипоксия, циркуляторная гипоксия, гипоксемия, гиперкапния, гипокапния, метаболический ацидоз, респираторный алкалоз; парциальное давление кислорода или углекислого газа во вдыхаемом воздухе, альвеолярном пространстве, артериальной крови, капиллярном русле, венозной крови; альвеолярно-капиллярный барьер, гистогематический барьер; диссоциация оксигемоглобина, кривая диссоциации оксигемоглобина, диффузия кислорода в ткани, диффузия углекислого газа, растворение газов в крови, гемоглобин и его модификации, эритроцит и его структура, ретикулоцит, эритробласт и др.). Другими значимыми терминологическими «областями» при контент-анализе понятия «гипоксия» являются компенсаторно-приспособительные реакции (гипервентиляция, гипоксичекая тахикардия, гиперциркуляция, перестройка микроциркуляторного русла, сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина, усиление эритропоэза, гипоксия-индуцибельный фактор, экспрессия генов, адаптация, акклиматизация, прекондиционирование и др.), митохондрии и энергетический обмен (анаэробный гликолиз, окислительное фосфорилирование, цикл трикарбоновых кислот, митохондрии, митохондриальные мембраны, транспорт электронов, транспорт протонов, цитохромоксидаза, убихинон, мультиферментные комплексы окисления, коферменты, субстраты, митохондриальные переносчики и др.), а также область дезадаптации и горной патологии (острая горная болезнь, горная эйфория, высокогорный отек легких, высокогорный отек мозга, хроническая горная болезнь, андская болезнь, средства профилактики, антигипоксанты и др.).

Под терминологической «тропой» при контент-анализе понимается логически последовательная цепочка терминов и уточняющих смысловых характеристик, приводящей к ключевой для понимания информации. Именно терминологические «тропы» представляют особый интерес с точки зрения патофизиологии, поскольку они отражают уровень проработки патогенеза того или иного патологического процесса или состояния организма, возможных механизмов саногенеза, определяющих эффективность подходов к профилактике, лечению и реабилитации. В качестве примера терминологической тропы приведем группу понятий, характеризующих теплопродукцию при гипотермии — холодовой стресс, активация гипоталамических ядер, высвобождение тиреотропин-рилизинг-гормона, выброс тиреотропного гормона, повышение активности щитовидной железы, повышение уровня трийодтиронина в крови, бурая жировая ткань, разобщающие белки — термогенины, экспрессия генов разобщающих белков, транспорт протонов на внутренней мембране митохондрий, скорость генерации аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), коэффициент полезного действия окислительного фосфорилирования, рассеивание энергии химических связей при окислении в виде тепла.

При одновременном воздействии гипоксии и гипотермии значимыми с патофизиологической точки зрения будут пересекающиеся звенья терминологических «троп», зачастую имеющих диаметрально противоположную динамику изменений характеризуемых понятий. Так, в терминологической митохондриальной «тропе» энергетического обмена присутствует экспрессия разобщающих белков, которая для повышения переносимости гипотермии должна активизироваться и переключить энергетический обмен на преимущественную утилизацию жирных кислот, а в условиях гипоксии, наоборот, угнетаться для поддержания доступного клеткам уровня АТФ. В терминологической «тропе» компенсаторных реакций в ответ на гипоксемию присутствует объем легочной вентиляции, который для улучшения переносимости гипоксии должен нарастать, что в условиях горно-холодового воздействия ведет к усилению теплопотерь и ухудшению переносимости низких температур.

В результате исследований, выполненных в Арктическом регионе и на антарктических станциях установлено, что на человека оказывает существенное влияние весь комплекс природных и социальных факторов, а не какой-либо отдельный, пусть даже и физиологически значимый, вызывая повышенное напряжение всех регуляторных систем организма, при этом полной адаптации к годичному пребыванию человека в Антарктиде не наступает [6, 8, 9, 20]. В течение зимовки у членов полярных экспедиций происходят изменения физиологических и биохимических показателей, свидетельствующие о снижении функциональных резервов и защитных свойств организма. Практически в течение всего периода пребывания человека в условиях полярных регионов повышено содержание адренокортикотропного гормона и катехоламинов, что отражает высокий уровень стрессогенности условий. В сыворотке крови снижается содержание кальция. В ряде случаев в организме обнаруживается явный дефицит не только витаминов группы В, но и витамина С. Отмечается дефицит основных микроэлементов, требующий специальной нутритивной коррекции.

Главным патогенетическим звеном при кислородном голодании тканей является дефицит энергии в клетках. Основным источником энергии на короткое время становится анаэробный гликолиз. Необходимо учитывать, что и в условиях гипоксии, и в условиях гипотермии доставка кислорода в организм зависит от разнообразных условий, к которым относятся содержание кислорода во вдыхаемом воздухе, объем вентиляции альвеол, условия диффузии кислорода через стенку альвеол и их кровоснабжения, скорость сатурации гемоглобина крови кислородом, формы кривой диссоциации оксигемоглобина, скорость потока эритроцитов в микроциркуляторном русле (МЦР), плотности сети МЦР, величины коэффициента диффузии и тесно связанного с ним коэффициента растворимости кислорода в данной ткани, скорости потребления кислорода данной тканью (клеткой). Изменение или нарушение любых из этих условий или их комбинаций может вызвать недостаток кислорода в тканях и стать причиной энергетической недостаточности [22].

Объединение показателей гипоксического и холодового воздействия, а также терминологических «троп» в смежных между этими категориями областях выявляет высокую вероятность развития синдрома взаимного отягощения, под которым понимают усиление (утяжеление) патологического процесса при воздействии на организм двух и более поражающих факторов (табл. 2).

 

Таблица 2. Показатели состояния организма в условиях горно-холодовой дезадаптации, способствующие развитию синдрома взаимного отягощения / Table 2. Indicators of the state of the body in conditions of mountain-cold maladjustment, contributing to the development of the syndrome of mutual burdening

Показатель	Значимость показателя в оценке динамики состояния		Вероятность развития синдрома отягощения при одновременном воздействии
	умеренная гипоксия	гипотермия
Потребность в кислороде	++	+++	максимальная
Гипоксемия	++	++	высокая
Гипоксия тканей	++	+++	высокая
Преобладание в ЦНС процессов возбуждения	++	фазная	сомнительная
Преобладание симпатического отдела ВНС	+	+++	высокая
Синдром полиэндокринной недостаточности	++	+++	высокая
Истощение гормонов коры надпочечников	++	+++	высокая
Повышение активности щитовидной железы	++	+++	высокая
Гипервентиляция, гипокапния, газовый алкалоз	+++	Гиповентиляция, гиперкапния, газовый ацидоз	отсутствует
Распад гликогена в тканях	+++	++	высокая
Основной источник энергии	гликолиз	Липолиз, окисление жирных кислот	сомнительная
Снижение объема циркулирующей плазмы	++	+++	высокая
Повышение вязкости крови	++	+++	высокая
Повышение свертываемости крови	+	++	умеренная
Нарушения микроциркуляции	++	+++	высокая
Нарушения тканевого дыхания, энергопродукции	+++	+++	высокая
Активация свобднорадикального перекисного окисления липидов (СПОЛ)	+++	+++	высокая
Накопление свободных радикалов	+++	+++	высокая
Лактацидоз	+++	++	высокая
Нарушение детоксикации, синдром эндогенной интоксикации	++	+++	высокая
Повышение давления в легочной артерии	+++	+	низкая
Повышение центрального венозного давления (ЦВД)	++	+	сомнительная
Повышение частоты сердечных сокращений	++	фазное	высокая
Сердечная недостаточность	+++	+++	высокая
Сосудистая недостаточность	++	+++	высокая
Одышка	++	++	высокая
Угнетение пищеварения	++	+++	высокая
Нарушение функции почек	++	+++	высокая
Функциональная недостаточность иммунитета	++	+++	высокая
Нарушения ЦНС	+++	+++	максимальная
Астения, десинхроноз	++	+++	высокая
Снижение физической работоспособности	+++	+++	максимальная
Истощение функциональных резервов	+++	+++	максимальная
Регенераторно-клеточная недостаточность	++	+++	высокая

 

Синдром взаимного отягощения проявляется комплексом симптомов, свидетельствующих о более тяжелом течении каждого компонента политравмы, чем следовало бы ожидать при изолированном течении таких же поражений. Причинами формирования синдрома взаимного отягощения могут быть общие звенья патогенеза обоих патологических процессов, временная причинно-следственная связь между ними, проявление одного процесса как осложнения другого, частичный антагонизм в характерных для процессов механизмах компенсации или саногенеза [22–26].

Горно-холодовая дезадаптация с максимальной вероятностью будет проявляться высокой степенью гипоксических нарушений различного генеза, нарушениями со стороны ЦНС, снижением физической работоспособности и истощением функциональных и регуляторных резервов организма, функциональной иммунной недостаточностью, снижением регенераторного потенциала, развитием синдрома эндогенной интоксикации. С высокой степенью вероятности может быть выявлено фазное значимое синергичное взаимодействие умеренной гипоксии и гипотермии в отношении показателей микроциркуляции (нарушение) и гемоконцентрации (снижение объема циркулирующей плазмы), ЧСС (тахикардия), ЦВД (повышение), вязкости крови (повышение) и ее свертываемости (гиперкоагуляция), СПОЛ (активация). Проявлением коморбидности в этих условиях будет также угнетение пищеварения, белок-синтетической функции печени, нарушение функции почек.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенный анализ показал, что, с точки зрения возможного развития синдрома взаимного отягощения, горно-холодовая дезадаптация с максимальной вероятностью будет проявляться нарушениями со стороны ЦНС, снижением физической работоспособности и истощением функциональных и регуляторных резервов организма. С высокой степенью вероятности может быть выявлено значимое синергичное взаимодействие гипоксии и гипотермии в отношении показателей легочной вентиляции, газов крови (гиперкапния), кислотно-основного равновесия (газовый алкалоз, лактацидоз), ЧСС (тахикардия), артериального давления (гипотония), центрального венозного давления (повышение), вязкости крови (повышение) и ее свертываемости (гиперкоагуляция), процессов перекисного и свободнорадикального окисления (активация), катаболизма белков (усиление). Указанные изменения будут негативно влиять на функциональное состояние специалистов, выполняющих сложные профессиональные задачи в условиях полярных широт.

作者简介

Aleksey Kim

Military Medical Academy named after CM. Kirov Ministry of Defense of the Russian Federation

编辑信件的主要联系方式.
Email: alexpann@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4591-2997
SPIN 代码: 7148-1566

candidate of medical sciences

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

Evgeniy Shustov

Scientific and Clinical Center of Toxicology named after acad. S.N. Golikov FMBA of Russia

Email: shustov-msk@mail.ru
SPIN 代码: 9665-6670

doctor of medical sciences, professor

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

Aleksey Lemeshchenko

Military Medical Academy named after CM. Kirov Ministry of Defense of the Russian Federation

Email: lav_1981@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6786-2332
SPIN 代码: 8534-0822

candidate of medical sciences

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

Vasily Tsygan

Military Medical Academy named after CM. Kirov Ministry of Defense of the Russian Federation

Email: vn-t@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1199-0911
SPIN 代码: 7215-6206

doctor of medical sciences, professor

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

参考

补充文件