Тепловое состояние и водно-солевой обмен при высоких температурах окружающей среды.
У человека и высокоразвитых млекопитающих животных температура тела поддерживается на постоянном уровне благодаря деятельности механизмов терморегуляции, что обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма. Повышение температуры тела ведет к существенным сдвигам метаболизма и функционального состояния органов и систем. При повышении температуры всего на 2° уже отмечаются существенные нарушения функций сердечно-сосудистой системы и заметное снижение работоспособности. Повышение же ее на 4 - 5° и более несовместимо с жизнедеятельностью организма.
Несомненный интерес представляет зависимость температуры тела от изменений температуры окружающей среды. В экспериментах, проводившихся нами в 1967 - 1982 гг. в утренние относительно прохладные часы (температура воздуха 18 - 23°), температура тела у испытуемых удерживалась в пределах 36,0 - 36,2°. В дневные часы наблюдалось повышение ее на 1,5 - 2° с максимумом, совпадающим с «пиком» температуры воздуха в 14 - 15 часов. Затем она постепенно начинала снижаться, возвращаясь к исходной утренней. Наиболее значительные ее цифры были зарегистрированы в дни, когда температура воздуха в тени достигала 44 - 48°. У некоторых испытуемых температура тела под языком поднималась до 39,0 - 39,3°. Одновременно увеличивалась частота пульса, превысив 100 ударов в минуту. На ЭКГ отмечались изменения, характеризующие появление обменных нарушений в миокарде. Объективные изменения показателей физиологических функций сопровождались резким ухудшением самочувствия испытуемых: отмечались спутанность сознания, общая слабость, одышка, головокружение, неприятные ощущения в области сердца. В совокупности эти симптомы характеризовались нами как предвестники развития теплового удара и служили сигналом к прекращению экспериментов.
Все указанные явления свидетельствовали о нарушении процессов теплообмена, накоплении в организме избыточного тепла. И действительно, теплосодержание организма (по данным Н.А. Крученка) превысило 70 ккал/кв. м, составляя в среднем 77-79 ккал/кв.м, достигнув границы предельно допустимого.
Совершенно очевидно, что все излишнее тепло, грозящее нарушить температурный гомеостаз, требует немедленного удаления. В обычных условиях этот процесс идет несколькими путями: 28% тепла - конвекционным, 37%-лучеиспусканием, 11%-испарением воды через легкие, 2% -теплопроводностью, 4%-при нагревании принимаемой пищи и вдыхаемого воздуха, 4% - с выдыхаемым воздухом и 14% -испарением воды через кожу (перспирацией). Однако с повышением температуры воздуха роль потоотделения в теплорегуляции значительно возрастает. Если при температуре воздуха 15,5° из общего количества потерянной жидкости (1,40 л/сутки) испарением организм теряет 0,94 л, то при 32,2° из 2,994 л на долю пота приходится 2,444 л. При температуре воздуха 33° поддержание теплового баланса осуществляется фактически лишь испарением пота, поскольку другие пути оказываются закрытыми. Таким образом, в условиях пустыни только он, спасительный пот, может избавить организм от перегрева, унося с каждым испарившимся граммом 585 калорий тепла.
Величина перспирации зависит от многих причин: температуры воздуха и его относительной влажности, скорости ветра, прямой и отраженной солнечной радиации, размеров тела и его положения. Накопление тепла в организме происходит до какого-то критического предела, за которым начинаются постепенно нарастающие расстройства физиологических функций, сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
Переносимость тепловой нагрузки носит индивидуальных характер и может колебаться у одного и того же человека в зависимости от состояния здоровья, нарушения режима труда, отдыха, физической нагрузки и т.д. Прием небольшой дозы алкоголя накануне эксперимента почти в 2 раза снижал устойчивость испытуемого к теплу.
Потери воды с потом при температуре внешней среды 37,8° достигают 300 г/час и с дальнейшим повышением температуры на каждые полградуса увеличиваются на 20 г/час. При тяжелой физической нагрузке общие потери жидкости за сутки могут превысить 10-12 л.
Для компенсации водопотерь, вызванных усиленным потоотделением, возникает необходимость в увеличении суточной нормы воды. При этом водопотребление возрастает тем больше, чем менее адаптирован человек к условиям высоких температур. А. Ю. Юнусов, изучая водопотребление у различных групп людей - жителей Средней Азии (I группа), прибывших в район с жарким климатом из средней полосы (II группа) и с Крайнего Севера (III группа) ,- установил, что водопотребление I группы составляло в сутки 2550 + 112,7 мл; лица, входившие во II группу, выпивали за сутки 3870 + 54,3 мл. Среднесуточное водопотребление в III группе было наибольшим - 4670 + 294 мл. В наших исследованиях испытуемые в течение недельного подготовительного периода после прибытия в район пустыни выпивали в среднем 4250 + 265,0 мл жидкости в сутки. При этом у всех отмечалось хорошее самочувствие, а температура тела удерживалась на обычном уровне (36,4 - 36,6°). Однако в условиях автономного существования в пустыне при ограничении водопотребления до 1 - 1,5 л в сутки организм, чтобы удалить избыточное тепло, вынужден расходовать на производство пота свои внутренние запасы жидкости. При этом страдают в первую очередь жидкие среды – кровь, лимфа. Известно, что при обезвоживании 1 – 11% плазма крови, например, теряет в 2,7 раза больше жидкости, чем весь организм в целом. О сгущении крови, вызванном обезвоживанием, свидетельствовали и данные, полученные в экспериментах в пустыне. Так, у испытуемых отмечалось повышение вязкости перифирической крови на 25 – 30%, увеличение содержания гемоглобина на 10 – 15% и количества эритроцитов на 500 тыс. и более в 1 куб.мм.
Сгущение, а следовательно, уменьшение общего объема циркулирующей крови ведет к нарушению сердечно-сосудистой деятельности-снижению скорости кровотока, уменьшению ударного объема сердца.
Чтобы удержать минутный объем крови и артериальное давление на уровне, близком к нормальному, сердце вынуждено сокращаться чаще. Учащение пульса связано также с изменением функционального состояния экстракардиальных центров вегетативной нервной системы под влиянием импульсов с периферических терморецепторов и в результате прямого воздействия нагретой крови на эти центры.
Этот процесс мы постоянно наблюдали во время экспериментов, причем нарастание частоты пульса шло почти параллельно с увеличением температуры тела. Интересно, что на вторые и третьи сутки эксперимента в утренние часы частота сердечных сокращений у испытуемых в покое была в некоторых случаях несколько ниже по сравнению с фоновой. Однако даже небольшая физическая нагрузка вызывала сердцебиение. Значительно учащался пульс при ортостатической пробе. Так, на третьи сутки эксперимента при переходе испытуемого из горизонтального положения в вертикальное частота пульса увеличивалась более чем в 2 раза.
Эти явления свидетельствовали о быстром возрастании нагрузки на сердечнососудистую систему и снижении приспособительных механизмов деятельности сердца в условиях высокой температуры окружающей среды. Обнаруженное на электрокардиограмме увеличение зубца Р при одновременном снижении амплитуды зубца Т, косонисходящем снижении сегмента S -Т, принимавшем в сочетании с зубцом Т характерную корытообразную форму, свидетельствовало о процессах в мышце сердца, которые нередко регистрируются при коронарной недостаточности или при резком нарушении электролитного обмена.
В тесной связи с изменениями водного обмена находятся наблюдающиеся в пустыне нарушения электролитного равновесия. Недостаток солей в аварийном рационе, большие потери электролитов с потом и мочой приводят к отрицательному балансу таких элементов, как калий, натрий, хлор.
В умеренном климате при небольшом потоотделении организм помимо 12 - 15 г хлоридов натрия и калия, которые выводятся через почки с мочой, теряет с потом не более 2 - 6 г.
Но при воздействии высоких температур, когда потоотделение возрастает до десяти и более литров, потери солей с потом могут даже превышать величину их экскреции с мочой. Возникающий дефицит электролитов может вызвать серьезные расстройства физиологических функций органов и систем даже при полном замещении водопотерь.
В большей степени выражены компенсаторные реакции, предупреждающие возникновение в организме натриевого дефицита: содержание хлористого натрия в поте снижается с. 0,2-0,3% до 0,1-0,15%, а в моче падает до минимума. Даже тепловая олигурия (Уменьшение мочеотделения до пределов, необходимых лишь для удаления из организма продуктов обмена веществ.), как полагают, не что иное, как своеобразный рефлекс, направленный не столько на сохранение воды в клетках и тканях, сколько на сбережение натрия, основная масса которого выводится с мочой.
Так, американские физиологи, проводя тепловые эксперименты в термокамере, установили, что у испытуемых при температуре воздуха 27° содержание натрия в моче снизилось за три часа с 25 до 14 ммоль/ч. При повышении температуры до 46°, а затем до 55° количество натрия снизилось до 8,4 и 7,6 ммоль/ч.
В наших экспериментах в пустыне при ограничении водопотребления до 1 - 1,5 л при температуре окружающей среды 42 - 44° диурез падал с 1000 - 1100 мл до 300 - 400 мл уже на вторые сутки. Содержание натрия в моче уменьшалось со 145 до 15 - 20 ммоль/сутки, а калия- с 70 до 20 - 30 ммоль/сутки..
И все же, несмотря на увеличение потерь хлоридов с потом, необходимость их восполнения (особенно натрия) в условиях автономного существования в пустыне весьма спорна. При ограниченном запасе воды соли, содержащиеся в аварийном пищевом рационе, полностью покрывают потребности организма.
Поэтому дополнительное потребление соли при ограничении водопотребления может вызвать нежелательные осложнения, привести к гипертермии, внутриклеточной дегидратации, возникновению калиевого истощения, что повышает вероятность тепловых поражений. По нашим наблюдениям дефицит натрия за трое суток эксперимента в пустыне не превышает 5% от общего количества его обменоспособной фракции. Следовательно, солевая добавка необходима лишь в строго определенных случаях: при появлении симптомов солевого изнурения, для предотвращения солевого дефицита, вызванного избыточным питьем воды, при оказании помощи людям в состоянии тяжелой дегидратации.
Особенно тяжелые последствия могут быть вызваны дефицитом калия, механизмы удержания которого в организме весьма маломощны. Дефицит калия снижает тепловую устойчивость, обостряет гипотонию, ослабляет вазоконстрикцию, действие катехоламинов, вызывает значительные нарушения в энергетическом обеспечении физической деятельности.
Как показали исследования, выраженный терапевтический эффект в этих условиях дают калийсодержащие препараты. Так, например, ежесуточный прием панангина (3 раза по два драже, содержащих 36,2 мг калия каждое) в комплексе с метандростенолоном (30 мг/сутки) не только поддерживал концентрацию калия в крови на постоянном уровне, но, главное, способствовал предупреждению нарушений электрической активности миокарда.
Чем быстрее расходуются запасы жидкости в организме, тем неотвратимее становится угроза дегидрадации. Она подкрадывается незаметно, напоминая о себе сначала легким недомоганием и участившимся пульсом, затем все усиливающейся жаждой, одышкой и головокружением, а когда водопотери превысят 10% от первоначального веса тела, появятся грозные симптомы водного истощения: нарушается зрение и слух, затрудняется речь. Человек впадает в бессознательное состояние, бредит. Все явления прогрессируют и человек гибнет от глубоких, необратимых расстройств центральной нервной системы, кровообращения и сердечной деятельности.
При температуре выше 30 смерть может наступить при дегидрадации 15% от веса тела, при более низких температурах смертельным считается обезвоживание на 25%.
Вода - ключ выживания в пустыне. «Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты - сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами. С тобой возвращаются к нам силы, с которыми мы уже простились» - так писал А. де Сент-Экзюпери, переживший муки жажды в пустыне после аварии самолета.
О том, что испытывает человек, лишенный воды, красноречиво свидетельствуют записи в дневниках участников эксперимента в пустыне:
«Снился сон, просил у каких-то людей воды. Но они пьют на моих глазах, а мне не дают».
«Считаю минуты, а остальное время лежу в забытьи».
«Вижу сны про воду. Очень тяжело. А кто сказал, что должно быть легко? Вот блестящая возможность проверить свою силу воли. Буду терпеть до последних сил».
«Слабость, пелена в глазах. Стараюсь не двигаться. Встает солнце. Такое нежное, что не верится, что оно может так палить. Страшная жажда».
«Сильная слабость. Остаться без воды просто страшно».
Каков должен быть аварийный запас воды, чтобы обеспечить жизнедеятельность человека в условиях автономного существования в пустыне?
Исследования, проводившиеся нами в пустыне в жаркое время года, показали, что при температуре 40 - 43° у испытуемых, получавших в сутки 1,5 л воды, безопасные сроки автономного существования ограничивались двумя сутками. При повышении температуры воздуха свыше 44° (радиационная температура 65-69° ) процесс обезвоживания развивался настолько интенсивно, что увеличение суточной нормы воды до 3,5 л оказывалось недостаточным для предотвращения дегидратационного изнурения. У испытуемых быстро ухудшалось общее состояние, ортопроба вызывала сильное головокружение, температура тела возрастала до 39°. Наблюдались также изменения элементов кардиограммы.
Для терпящих бедствие в пустыне весьма важно определить оптимальный режим водопотребления, норму одноразового приема, при которой большую часть воды организм сумел использовать на образование пота.
Исследования, проведенные Р. Кении, показали, что наиболее выгодным является так называемый дробный режим. Испытуемые, выпившие одномоментно литр воды, теряли с мочой 371 + 207 мл. Когда то же количество воды было разделено на три порции по 333 мл, мочеотделение снизилось до 227 + 82 мл. В последующем эксперименте участники получали каждый час по 83 мл в течение 12 часов. На этот раз мочи выделилось всего 82 + 29 мл, а всю оставшуюся воду организм использовал на нужды терморегуляции.
На эффективность дробного режима питья (по 80 - 100 мл) указывали А. И. Венчиков (1952), М.Е.Маршак (1952), И. Т. Астанкулова (1959) и многие другие. Вместе с тем неразумно строгое рационирование воды в условиях автономного существования при очень высоких температурах внешней среды быстрее снижает уровень воды в организме до опасной точки, и человек в более короткие сроки теряет работоспособность.
