Энерготраты организма в арктике и обеспечение питанием в условиях автономного существования.

 

             Как влияют низкие температуры на организм человека, оказавшегося в условиях Арктики? Знание этого имеет немаловажное практическое значение для жизнеобеспечения человека при автономном существовании. По мнению отечественных и зарубежных ученых, низкие температуры окружающей среды сами по себе уже нарушают баланс между расходованием энергии и ее образованием в организме. На их воздействие он отвечает своеобразной защитной реакцией - усилением теплопродукции. Эта реакция на холод названа немецким гигиенистом Р. М. Рубнером «химической теплорегуляцией». Физиолог А. Д. Слоним, например, считает, что в условиях длительного воздействия низких температур поддержание температуры тела на постоянном уровне происходит не за счет процессов химической терморегуляции, а главным образом за счет регуляции теплоотдачи.

            На характер и степень изменения обменных процессов при низких температурах мнения исследователей расходятся. Одни считают, что основной обмен у лиц, прибывших в Арктику, понижается. Причем это снижение, особенно к концу Полярной ночи, весьма значительно, 15 - 30% по отношению к принятым физиологическим стандартам. В. В.Борискин (1973), исследовавший уровень основного обмена у зимовщиков дрейфующей станции «Северный полюс - 4», установил, что изменения его не превышают 7 - 8%. Другие ученые указывают, что в арктических условиях основной обмен имеет тенденцию к повышению на 4 - 5%, а у лиц, постоянно работающих вне помещений,- на 10 - 16% Аналогичные результаты получили канадские физиологи, изучавшие основной обмен у эскимосов и военнослужащих канадских ВВС. Было установлено, что даже кратковременное воздействие холода увеличивает потребление кислорода в 2,5 раза, что свидетельствует об увеличении обменных процессов. Но как отечественные, так и зарубежные исследователи сходятся во мнении, что энерготраты организма в Арктике существенно повышаются. Уровень суточных энерготрат у людей, занятых одной и той же физической работой, в Арктике на 15-30% выше, чем в условиях умеренного климата.  Определяя методом непрямой калориметрии энерготраты летнего состава на Крайнем Севере, Ю. Ф. Удалов и М. И. Кузнецов установили, что они выше по сравнению со средней полосой на 10%. По сообщению О. Эдхолма, у зимовщиков английской антарктической станции энерготраты при выходе из помещений и работе на открытом воздухе возрастали с 5 до 9 - 10,5 ккал/мин. 

По данным В. В. Борискина, энерготраты при ходьбе по ровной местности со скоростью 4 - 4,5 км/час в средней климатической полосе и в Арктике составляют соответственно 227 и 422 ккал/час, а, например, энерготраты при копании снега достигают 670 ккал/час.

И дело не только в действии на организм низкой температуры окружающей среды.  Высокий расход энергии связан с целым комплексом различных факторов: ношение тяжелой, сковывающей движение одежды, ветер, высота снежного покрова и т.д.  Только замена демисезонной одежды на теплую ведет к повышению расхода энергии при легкой физической работе на 7%, а при выполнении тяжелой работы - на 25%. 

Необходимость компенсировать большие энергетические траты издавна учитывалась полярными исследователями. Не случайно арктические рационы всегда отличались высокой калорийностью, иногда в 2 - 3 раза превышающей общепринятую. Так, калорийность суточного рациона зимовщиков дрейфующей станции «Северный полюс-1» составляла 6250 ккал. Зимовщики дрейфующих станций «Северный полюс-2» и «Северный полюс-3» питались рационами энергетической ценностью 4500 - 5000 ккал/сутки. В советских антарктических экспедициях используются пищевые рационы такой же высокой калорийности - 4000-5000 ккал.  А например, американский суточный рацион для зимовщиков антарктических станций имел 5944 ккал.

Однако, соглашаясь с необходимостью использовать в Арктике высококалорийные рационы, ученые разошлись во взглядах на важность компонентов питания. Одни придерживались мнения, что основу рациона должны составлять белки, ибо их недостаток сказывается на самочувствии и работоспособности людей; другие считали, что белок должен составлять лишь незначительную часть суточного пайка; третьи полагали, что наиболее выгоден рацион, состоящий из одних углеводов, и люди, использующие его в пищу, гораздо лучше переносят низкие температуры от минус 2 до минус 30°. «Сахар является в высшей степени ценным теплообразующим веществом, и поэтому его суточная норма была доведена до 200 г».  Многие исследователи указывали на важную роль жиров, которые, по их мнению, повышают устойчивость человека к холоду.

Надо сказать, что еще в недавнем прошлом наиболее популярным продуктом, который обычно брали с собой в дальние походы арктические и антарктические путешественники, была смесь жира с сушеным мясом - пеммикан. В течение многих десятилетий состав пеммикана почти не претерпевал изменений. Он использовался участниками американских экспедиций в Гренландию в 1853 - 1855 гг. под руководством доктора Е.Кэна (1866) и А. Грили в 1881-1884 гг. Австралийская антарктическая экспедиция под руководством Дугласа Моусона в 1911-1914 гг. пользовалась пеммиканом, состоявшим на 50% из говяжьего жира и на 50% из сушеной говядины. В пеммикане, который взял с собой Фритьоф Нансен во время лыжного похода к Северному полюсу, животный жир был заменен кокосовым маслом. Покоритель Северного полюса Роберт Пири для придания пеммика-ну более приятного вкуса добавлял к мясо-жировой смеси сушеные фрукты, а Руал Амундсен - сушеные овощи и овсяную крупу. Один килограмм пеммикана, изготовленного по рецепту Р.Амундсена, полностью покрывал энергетические потребности участников санных поездок первой Американской антарктической экспедиции 1928 г.

Совершенствование пеммикана продолжалось и в последующие годы. К тому времени, когда Ричард Бэрд начал в 1933 г.  подготовку ко второй антарктической экспедиции, пеммикан, изготовленный по рецепту Д. Комана и 3. Губенкоу, представлял из себя весьма сложное блюдо, состоявшее из 18 компонентов.  Современные аварийные рационы для Арктики включают в себя высококалорийные продукты, содержащие главным образом белки и жиры.

По данным специалистов Американской арктической лаборатории, комбинированный белково-жировой рацион в 8160 ккал обеспечивает высокую работоспособность и хорошую физическую выносливость при совершении десятисуточного марша на 160 км. 

Исследования Ю.Ф. Удалова в условиях Заполярья показали, что аварийный рацион с повышенным содержанием жиров обеспечивает более высокую работоспособность и ведет к меньшим потерям массы тела. Так, испытуемые, питавшиеся обычным рационом, теряли за семисуточный переход по лесисто-болотистой местности в среднем 1,9-3,5 кг, в то время как лица, использовавшие экспериментальный жировой рацион, - от 1,2 до 2,9 кг. При этом ни у одного участника эксперимента не отмечалось каких-либо нарушений жирового и углеводного обмена. 

Для изучения вопросов питания в условиях автономного существования в Арктике и энергобаланса организма нами были проведены специальные эксперименты, в которых участвовало 12 испытуемых.  Одетые в зимнюю одежду с теплоизоляцией 3,96 + 0,05 кло, они в течение 5 суток находились в неотапливаемых снежных укрытиях, покидая их лишь на несколько часов для выполнения физических упражнений и работы средней тяжести. При наружных температурах минус 16 - 32° температура в укрытиях удерживалась в пределах минус 5 - 10°. Испытуемые в течение всего времени питались аварийным рационом общей энергетической ценностью 3400 ккал при водопотреблении, ограниченном до 600 мл в сутки. Несмотря на неблагоприятные температурные условия, тепловое состояние испытуемых в течение эксперимента изменялось незначительно. Так, температура тела (под языком) удерживалась на уровне 35,9 + 0,1°, а средневзвешенная температура кожи составляла 30,0 + 0,4°. Вместе с тем теплосодержание организма постепенно снижалось, достигнув на пятые сутки эксперимента 83,9 +3,7 ккал (дискомфорт I  степени). Особенно сильно охлаждались стопы и кисти. Испытуемые жаловались на «онемение» стоп, температура которых упала до 15-16°.

 

Поскольку энерготраты организма за эксперимент, определявшиеся с помощью газоанализа и хронометражем, составляли 12 - 12,5 тыс. ккал, а ценность пищевого рациона была лишь несколько выше 3000 ккал, калорический дефицит достигал примерно 9000 ккал. Его восполнение шло за счет внутренних, тканевых резервов. Об этом свидетельствовали потери азота с мочой (38,0 +2,1 г) , соответствовавшие распаду 240,0 г тканевых белков, и увеличение содержания в крови неэстерифицированных жирных кислот (850 +100 мэкв/л). В результате потери массы тела испытуемых составили в среднем 5,4 + 0,3 кг. 

Как показали исследования углеводного обмена, в условиях низких температур организм весьма интенсивно использует свои углеводные депо, о чем говорило увеличение в первые сутки эксперимента содержания в крови сахара (со 105 до 122 мг%).  В последующие дни наблюдалось постепенное снижение этого показателя, достигшее к концу эксперимента 56,0 +5,7 мг%.

В результате исследований Г.М. Данишевского, В.В. Ефремова, И.М. Каракалицкого было установлено, что в условиях низких температур значительно возрастают потребности организма в аскорбиновой кислоте. В связи с этим оказалось необходимым пересмотреть и увеличить нормы витамина С для Крайнего Севера до 100 - 125 и даже до 150 мг в сутки.

Поскольку аварийный рацион рассчитан на относительно кратковременное пребывание человека при низких температурах, воп-рос о содержании витаминов на первый взгляд не имел существенного значения. 

Однако исследования,, проведенные нами в Арктике в 1972 -1973 гг., показали, что при сочетании низких температур с субкалорийным питанием потребности организма в витаминах увеличиваются. Об этом свидетельствовало снижение экскреции витаминов с мочой. Так, например, содержание аскорбиновой кислоты в суточной моче у испытуемых уменьшалось почти в 4 раза.  Отчетливо снизилось содержание в моче тиамина (с 1050 + 265 до 600 + 156 мкг) , рибофлавина (с 720 + 251 до 70 + 12 мкг) , пиродоксамина (с 2770 + 252 до 840 + 145 мкг).

Еще более интенсивно эти процессы протекают при большой физической нагрузке.  У всех участников экспериментального 35 - 40-километрового марша по тундре при морозе 15 - 40° было обнаружено значительное снижение содержания в моче аскорбиновой кислоты.

Таким образом, полученные данные свидетельствовали, что даже кратковременные физические нагрузки в сочетании с низкой температурой окружающей среды и субкалорийным питанием могут привести к дефициту витамина С в организме*. Это обстоятельство нельзя не учитывать при комплектовании аварийных рационов и разработке питания участников арктических лыжных походов, санных экспедиций и т.д. При расчетах можно воспользоваться нормами, разработанными профессором В. В. Ефремовым для Крайнего Севера. По его данным, суточный рацион питания должен содержать: витамина А - 2,5-3,0 мг, каротина - 5,0-6,0 мг, витаминов  B1 и В2 - по 5,0 мг, никотиновой кислоты - 30 - 40 мг, витамина Д - 1,25 - 2,5 мкг. 

Как бы ни был богат и разнообразен аварийный пищевой рацион, рано или поздно возникнет вопрос о его восполнении за счет ресурсов «кладовой» Арктики. Некогда В. Стефанссон высказал мнение, что это не столь сложно, поскольку «тюлени и медведи водятся в Арктике повсеместно и их надо только найти».  Действительно, тюлени и медведи встречаются в самых отдаленных от земли районах Центрального Полярного бассейна. Зимовщики дрейфующей станции «Северный полюс - 1» видели белых медведей и нерп на 88°с.ш. 

Не раз появлялись медведи и даже песцы в районе полюса относительной недоступности. Во время дрейфа станции «Северный полюс – 3», когда она находилась на 89° с.ш, белые медведи напали на научную группу, производившую промеры океана.

Не раз сотрудники дрейфующих станций видели в разводьях тюленей. И все же большинство знатоков полярного мира не разделяет оптимизма Стефанссона. «Судя по нашему опыту, Стефанссон не прав в своих заключениях,- писал известный норвежский ученый  X.Свердруп. - Экспедиция, которая пожелала бы отправиться на север от Сибири, надеясь одной охотой добывать там пропитание, пошла бы навстречу верной гибели». Не менее категоричен в своей оценке рекомендаций Стефанссона Руал Амундсен. И дело не только в бедности арктической фауны, но и в том, что при охоте на морского зверя даже опытным охотникам требуется порой масса терпения и сноровки, чтобы заполучить желанную добычу. «Летом, когда полярные моря кишат зверем, - указывал известный советский полярник Г. А.Ушаков,-добыча дается здесь нелегко. Охота требует от человека много упорства, здоровья, тренировки, выносливости, наблюдательности и настоящего тяжелого труда». Таким образом, в случае автономного существования на дрейфующих льдах запас продовольствия следует расходовать с максимальной экономией, учитывая вероятное время оказания помощи или выхода на берег. 

На арктических островах, там, где располагаются «птичьи базары», терпящим бедствие не придется страдать от голода. В их распоряжении всегда будет вдоволь птичьего мяса и яиц.

Поскольку гнездовья расположены на карнизах отвесных скал, сбор яиц представляет определенные трудности. В целях безопасности собирать птичьи яйца должны два человека. Один из них, спустившись на гнез-довый карниз и придерживаясь за укрепленную сверху веревку, собирает яйца, а другой страхует сборщика, подтягивая или ослабляя веревку по мере необходимости.

Яйца, лежащие на труднодоступных участках, можно доставать с помощью сачка, сделанного из куска ткани и палки длиной 2 - 3 м. В теплое время года в островной и материковой тундре ставят силки на мелких грызунов - зайцев, леммингов. Особенно успешна охота в летние месяцы, когда гуси, утки во время линьки временно теряют способность летать и сотнями собираются на берегах водоемов, густо поросших осокой.

С помощью петель, установленных между карликовыми деревцами, даже в разгар зимы в кустарниковой тундре и на северной окраине лесотундры можно, охотиться на белую, или тундреную, куропатку. 

Хотя растительный мир Арктики не отличается богатством, но вместе с тем в летне-осенний период в тундре на торфяных болотах, на склонах холмов и галечных осыпях можно отыскать немало растений, и в первую очередь ягоды, вполне пригодные в пищу.

Морошка  (Kubus chamaemorus L.) (рис. - 1).  Невысокое, до 8 - 10 см, травянистое растение с широкими листьями из пяти долек и мелкими белыми цветами. Золотистые плоды, напоминающие малину, приятного кисловатого вкуса обладают противоцинготными свойствами. Растет повсеместно в болотистых местах.

                               
 
                                               (Рис. 1. 1 - морошка, 2 - клюква болотная)

            Щебнистые склоны холмов, сухие кочки, высохшие торфяники островной и материковой тундры нередко покрыты зарослями вечнозеленого кустарничка с кожистыми истьями, из-под которых выглядывают алые горошинки ягод. Это брусника  (Vacci-nium vitis-idaea L.) (рис. - 2).  Ягоды брусники, созревающие в конце полярного лета, имеют приятный кисло-сладкий вкус. Бруснику легко спутать с толокнянкой  (Arctostaphy-los uva ursi Spr.).  Эта ошибка при неосторожном жевании может стоить поломанного зуба, так как внутри суховатой мучнистой ягоды этого кустарничка находится твердая косточка. Различают эти растения по характеру листьев. У брусники они загнуты по краям, у толокнянки плоские.

                                          
 
                                                       (рис. 2. 1 - брусника, 2 - голубика)

            Голубика  (Vaccinium uliginosum L.) (рис. - 2).  Растение с розоватыми цветами, овальными листочками и водянистыми ягодами синеватого цвета. Встречается на островах и в материковой тундре на торфяных болотах, на кочках между кустарниками. 

Клюква болотная (Oxycoccos palustris Pers.) (рис. - 1).  Ползучий кустарник с вечнозелеными овальными листочками. Края загнуты, с оборотной стороны имеют как бы восковой налет. Хрупкие, водянистые, красного цвета ягоды, созревая в августе, остаются на веточках в течение всей зимы. Хорошее средство против цинги. Растет на торфяных болотах материковой тундры. 

Камнеломка колосоцветная  (Saxifraga hieracif olia) (рис. - 3). Травянистое растение с длинным, до 30 см, мясистым стеблем и эллиптическими листьями. Удлиненное колосовидное соцветие с красноватыми цветами.  В пищу употребляются молодые побеги.  Встречается на каменистых склонах береговых холмов островной и материковой тундры.

 

 

            

          (рис. 3. Камнеломка              (рис. 4. Копеечник. 1 - верхняя часть
              колосоцветная)                    цветущего растения, 2 - ягодки,
                                                                                     3 - клубеньки.)

                Копеечник арктический  (Hedisarum obs-curum L.) (рис. - 4) ,  так'питутана (чукотск.). Высокие, до полуметра, стебли этого травянистого растения с перистыми листьями увенчаны кистями крупных ярко-красных или пурпурных цветков. Его толстое, уходящее глубоко в почву корневище с клубеньками богато белками и пригодно в пищу как в свежем, так и в сухом виде. Растет копеечник всюду по тундре на сухих щебнистых склонах, по галечникам на луговинах арктических островов.

Дягиль, или дудник  (Archangelica of ficinalis Hof fm.) (рис. - 5). Крупное растение, до 3 м высотой, с цилиндрическим толстым стеблем, большими перистыми листьями.  Молодые, нежные черешки, очищенные от кожуры, съедобны в сыром виде. Произрастает на берегах ручьев, в кустарничках материковой тундры.

 

                                                              
 
                                                                  Рис. 5 - Дягиль

Водяника, или вероника  (Empetrrum nigrum L.) (рис. - 6). Мелкий стелющийся вечнозеленый кустарник с узкими неопадающими листочками, похожими на хвою ели. Плоды черные, круглые, с несколькими косточками. Ягоды остаются на кусте в течение всей зимы. При употреблении их в большом количестве может появиться головокружение.  Растет на болотах, торфяниках и мшистых местах, на каменистых, щебнистых склонах в тундре и на островах.

                                     

                                                                    Рис. 6 - Водяника

Горец живородящий  (Polygonum vivipa-rum Lr) (рис. - 7).  Небольшое травянистое растение с узкими продолговатыми листьями и мелкими белыми или розовыми цветами, вытянутыми на длинном стебле в виде колоса.  В нижней части соцветия имеются мелкие темные луковки. Луковки и корневище можно употреблять в пищу в сыром или вареном виде. Встречается на островах, в прибрежной тундре.

                                         
                   

            Рис. 7 - Горец живородящий. 1 - общий вид,
                                    2 и 3 - луковичка, 4 - корневище.

Оксирия  (Oxyria digina Hill) (рис. - 8 )  Травянистое растение с почковидными листьями округленной формы и сухим перепончатым раструбом. Съедобна в вареном виде. Встречается в тундре повсеместно.

                                            

                                                                  Рис. 8 - Оксирия

Клайтония остролистная  (Claytonia acu-tifolia Pall.) (рис. - 9).  Небольшое травянистое растение с узкими листьями и крупными розоватыми цветами. Корень растения клубневидный (клайтония клубневая) или удлиненный толстый (клайтония остролистная), имеет вкус картофеля. Пригоден в пищу в сыром и вареном виде во время цветения или до него. Встречается в тундре на каменистых склонах и в поймах рек Сибири и Дальнего Востока.

                                          

                            Рис. 9. 1 - Клайтония остролистая, 2 - клайтония клубневая

Ложечная трава, нередко называемая хреном арктическим  (Cochlear ia arctica Schlecht) (рис. - 10), - травянистое растение высотой до 40 см с розеткой толстоватых овальных прикорневых листьев. Мелкие белые или лиловые цветочки сжаты в плотные кисти. Растет повсеместно вдоль побережья Северного Ледовитого океана в островной и материковой тундре на песчаных и галечных берегах рек. Ложечная трава издавна используется северными народами как средство против цинги, так как содержит витамин С. Ее листья и стебли употребляют в свежем виде.  

                                            

                           Рис. 10 - Ложечная трава. 1 - общий вид растения, 2 - плоды.

По внешнему виду, пищевым качествам и способу употребления с хреном арктическим сходна ложечная трава гренландская, растущая по песчаным и глинистым берегам водоемов.

Нордосмия холодная  (Nordosmia frigida Hook.) (рис. - 11),  лапкор (коми), или какыпак (чу-котск.), - травянистое растение с безлистным высотой до 40 см стеблем. Его прикорневые треугольные листья достигают в диаметре 15 см. Ярко-белые или розоватые цветы собраны в корзинке на верхушке растения. Листья и цветущие стебли, напоминающие по вкусу сельдерей, съедобны в сыром виде, длинные корневища - в жареном. Распространена повсеместно в тундре на кочках, по берегам ручьев и рек.

                                          
 
                                                      Рис. 11 - Нардозмия холодная.

Крестовник лировидный  (Senecio resedae-folius Less.) (рис. - 12).  Растение с полым стеблем, заканчивающимся одиночной корзинкой ярко-желтых с фиолетовым оттенком цветов.  Его овальные листья и цветущие стебли съедобны. Растет в тундре и на островах на щебнистых склонах и в сухих местах.  

                                                
   
                                                  Рис. 12 - Крестовик лировидный

В тундре на торфяных болотах, на камнях и стволах деревьев нередко встречаются различные виды лишайников  (Lichenes), которыми можно дополнить свой продуктовый рацион.  

Широко распространены в материковой и островной тундре лишайники из рода С1аdonia,  известные под общим названием «олений мох» (рис. 13). Их небольшие ветвистые кустики с листообразными лопастями напоми-нают кораллы. Кожистое, буроватое сверху и более светлое снизу слоевище вымачивают 1 - 2 суток в воде, к которой добавляют золу, а затем кипятят 15 - 20 минут. Остуженный отвар быстро застывает, превращаясь в питательную, студенистую массу. 

                  
  
                                         Рис. 13. 1 - Исландский мох, 2 - Олений мох.

Цетрария исландская, или исландский мох  (Citraria lslandica (L) Ach.) (рис. - 13),  имеет вид низкорослых беловато- или зеленовато-коричневых кустиков, состоящих из плоских или почти трубчатых лопастей до 10 см длиной и 0,5- 4 см шириной. Цетрария широко распространена на болотах среди мхов, в тундре и лесотундре. Отвары из цетрарии весьма питательны, так как ее таллом (вегетативное тело) содержит до 70% хорошо усваиваемого крахмала лихенина.  Отвар из цетрарии можно применять и в качестве лечебного средства: при желудочно-кишечных заболеваниях как обволакивающее, а при катарах верхних дыхательных путей (трахеитах, бронхитах) - как отличное отхаркивающее средство. Своим лекарственным действием цетрария обязана усниновой кислоте, обладающей сильными антибиотическими свойствами. 

Кроме того, благодаря содержащейся в лишайнике паралихестериновой кислоте отвар можно пить как тонизирующее средство. Отвар готовят из расчета 1 - 2 столовых ложки измельченного таллома на стакан воды. После тридцатиминутного кипячения отвар процеживают, остужают и принимают 3- 4 раза в день по 1 столовой ложке.

Лишайник из семейства  umbilicanaceae, покрывающий скалы и валуны, словно сморщенная темно-коричневая кожа, используется в пищу эскимосами. Его следует предварительно вымочить в воде, а затем высушить и растолочь. При варке порошок превращается в клейкую, кашицеобразную массу, содержащую много растительного белка.

Источником питания могут служить грибы, которые являются неотъемлемой частью тундры. Из 50 распространенных видов грибов наиболее часто встречаются 20 видов. Уже в арктической тундре появляются различные виды сыроежек. В лишай-никово-моховых тундрах (особенно там, где есть кустарники и карликовые деревца) можно собрать березовики, грузди. Особенно много грибов в горных скалисто-щебнистых и кустарниковых тундрах. В пищу используют водоросли-фукусы и ламинарии, образующие целые заросли в прибрежной зоне арктических морей. Выброшенные волнами, они тянутся вдоль берега длинными буро-зелеными валами. Водоросли богаты питательными веществами, белками, углеводами.