Большая продолжительность холодного периода года представляет собой характерную особенность климата значительной части территории нашей страны. На Кольском полуострове время напряженной холодовой терморегуляции составляет в среднем 152 дня, в центральных районах Западной и Восточной Сибири — 210-270 дней, на арктическом побережье Крайнего Севера — 345 дней. При длительном пребывании на Севере у человека развивается комплекс характерных адаптационных изменений органов дыхания.
Клинически эти изменения проявляются в виде одышки и повышенной утомляемости при выполнении повседневной работы. Указанное состояние получило название «полярной одышки». Морфологические и функциональные изменения органов дыхания заключаются, прежде всего, в увеличении площади альвеолярной поверхности легких в среднем на 24 процента и объема легочных капилляров — на 39 процентов. Характерной особенностью процесса адаптации к экстремальным условиям Крайнего Севера является повышение систолического давления в легочной артерии выше 30 мм рт. ст., которое выявляется у большинства обследованных здоровых жителей Заполярья. Этому специфичному для высоких широт комплексу изменений были даны различные наименования: «Синдром полярного напряжения», «Магаданская пневмопатия», «Циркумполярный гипоксический синдром», «Экзогенная гипоксия Севера».
Были высказаны предположения, что в развитии этих изменений, наряду с холодом, играют роль и другие факторы природной среды Крайнего Севера. Однако длительное время их не удавалось определить. Только в конце 80-х годов XX века был выявлен фактор природной среды, в такой же мере характерный для высоких широт, как и холод. Это — низкое абсолютное содержание водяных паров в атмосфере. Среднегодовое абсолютное содержание влаги в атмосферном воздухе приполярных областей ниже, чем в воздухе пустынь, так как при сильном морозе влага вымерзает. В районах холодного климата низкая абсолютная влажность характерна не только для открытого пространства, но и для жилых, служебных и производственных помещений, то есть сухость воздуха является постоянным фактором среды обитания.
Изменение функции внешнего дыхания характерно как для коренного населения Севера, так и для переселенцев. Ученые обследовали проживающих в Республике Саха (Якутия) практически здоровых лиц двух основных этнических групп — якутов и русских. Минутный объем дыхания у тех и других в условиях основного обмена был повышен, что указывает на наличие гипервентиляции и заставляет искать причины ее развития.
Для оценки эффективности легочной вентиляции определялся коэффициент использования кислорода (КИО2), отражающий количество миллилитров кислорода, потребляемого организмом из каждого литра воздуха, поступающего в легкие. Как у якутов, так и у русских, проживающих на Севере, он оказался меньше 35, что свидетельствует о низкой эффективности газообмена.
Таким образом, у практически здоровых лиц было выявлено развитие гипервентиляции и низкий коэффициент использования кислорода при отсутствии статистически достоверных различий сравниваемых показателей функции внешнего дыхания в двух сопоставимых по возрасту и полу этнических группах населения Республики Саха (Якутия).
Исследователи установили, что адаптация к экстремальным климатическим условиям Севера проходит несколько этапов. В период начальной адаптации к холоду происходит наращивание функциональных резервов за счет дополнительного раскрытия альвеол в верхних и средних зонах легких. При длительном проживании на Севере, более 10-15 лет, увеличение площади газообмена и расширение «рабочей зоны» диффузии осуществляется уже, главным образом, за счет морфологических изменений: увеличения размеров альвеол, а также количества, диаметра и объема капилляров, выбухающих в просвет альвеол. У этой группы населения давление крови в малом кругу значительно превышает нормальную величину, частота легочной гипертензии достигает 80 процентов. Вместе с тем возможность дальнейшего повышения морфо-функциональных адаптационных резервов у них оказывается уже достаточно исчерпанной. Поэтому большие физические перегрузки, курение, простуда вызывают нарастание гипоксемии и развитие деструктивных изменений легочной ткани. Это, в свою очередь, обусловливает частое возникновение и тяжелое течение острых и хронических патологических процессов в органах дыхания.
В физиологических условиях защита органов дыхания от неблагоприятных воздействий осуществляется несколькими взаимосвязанными системами и механизмами. На Крайнем Севере особое напряжение испытывает система кондиционирования вдыхаемого воздуха. В кондиционировании температуры и влажности вдыхаемого холодного воздуха важная роль принадлежит верхним дыхательным путям. При носовом дыхании температура воздуха, поступающего в трахею, лишь на 1-2оС ниже температуры тела независимо от температуры атмосферного воздуха. Процесс согревания регулируется рефлекторно. Чувствительные окончания тройничного нерва раздражаются струей холодного воздуха. Импульс через продолговатый мозг переключается на парасимпатические центры и достигает носовых раковин. Кавернозные ткани носовых раковин расширяются и переполняются кровью. Через сузившийся просвет носовых проходов воздух движется тонкой струей, омывая теплую поверхность слизистой оболочки. Благодаря этому согревание вдыхаемого воздуха осуществляется весьма интенсивно. На холоде для сокращения потерь тепла в верхних дыхательных путях изменяется характер дыхания: возникает частое поверхностное дыхание, иногда с явлениями ларингоспазма.
Увлажнение вдыхаемого воздуха также в основном происходит в полости носа за счет насыщения его влагой, покрывающей слизистую оболочку. Достаточная влажность воздуха необходима для оптимального функционирования мерцательного эпителия трахеи и бронхов, а также дыхательной поверхности альвеол. Дегидратация слизистого слоя, покрывающего реснички, увеличивает вязкость секрета, что снижает активность мерцательного эпителия. В средней полосе России для увлажнения вдыхаемого воздуха за сутки со слизистой оболочки носа здорового человека испаряется порядка 500 мг воды. На Севере, в условиях чрезмерно низкого содержания влаги в воздухе, происходит повышение влагопотерь с поверхности как верхних дыхательных путей, так и легких. Суточные потери воды с выдыхаемым воздухом достигают 1500 мл. Теплопотери испарением с поверхности легких составляют 42 процента всех теплопотерь организма за счет испарения вместо типичных для средней полосы 30 процентов.
В нагревании и увлажнении вдыхаемого воздуха принимает участие и ротовая полость. Однако в отсутствие носового дыхания ротовая полость не может обеспечить его полноценное кондиционирование.
Одновременно наблюдается увеличение водопотребления, получившее название «жажда Севера». Количество жидкости, потребляемой участниками высокоширотных экспедиций, повышается до 2500 мл в сутки, что примерно в 1,5 раза больше, чем средний уровень водопотребления у населения, проживающего в зоне умеренного климата.
Основная причина снижения содержания кислорода в артериальной крови — гипоксемии — в условиях Севера заключается в нарушении диффузии газов (О2 и СО2) через альвеолярно-капиллярную мембрану легких. В разнонаправленной диффузии воды и газов в альвеолярно-клеточной мембране, по нашему мнению, и заключается скрытая молекулярная первопричина характерного для Крайнего Севера ухудшения газообменной функции легких, возникновения интерстициального отека в нижних и базальных зонах легких, развития гипоксемии и гипокапнии.
На Севере, по-видимому, возможен и дополнительный механизм затруднения газообмена, связанный с нарушением теплового гомеостаза в глубоких отделах легких. Испарение влаги с поверхности альвеол вызывает дополнительные потери тепла. На испарение 1 мл воды, как известно, требуется 2,4 кДж. Усиленного кровенаполнения существующей капиллярной сети альвеол может быть недостаточно для поддержания необходимого уровня как газообмена, так и температурного гомеостаза. Обе указанные причины обусловливают развитие однонаправленных адаптационных морфологических изменений в легких, заключающихся в образовании в альвеолярных стенках новых капилляров, увеличении их диаметра и общей объемной плотности на единицу площади альвеолярных перегородок.
Постоянный интерстициальный отек со временем приводит к развитию фиброзных изменений и понижению функции в нижних и базальных отделах легких. Лица с подобными изменениями органов дыхания должны подлежать переводу с работы на наружном воздухе.
Длительная гипоксемия, усиливающаяся в холодное время года, повышает свободно-радикальные процессы и снижает содержание антиоксидантов в организме, в частности витаминов С и Е, не столько вследствие дефицита их в пище, сколько благодаря повышенной утилизации.
В северных районах в жилых и производственных помещениях следует поддерживать оптимальным не только температурный, но и влажностный режим воздуха, используя различные типы влагоувлажнителей непрерывного действия. Одежда и средства индивидуальной защиты органов дыхания также должны предотвращать пагубное влияние как холода, так и низкого абсолютного содержания влаги в атмосферном воздухе, для чего эффективны пушистые шерстяные шарфы, меховые воротники с длинным ворсом. Перспективны респираторы с устройством для подогрева вдыхаемого воздуха – теплообменные маски.

Борис ВЕЛИЧКОВСКИЙ,
академик РАМН, профессор Российского государственного медицинского университета