Гомеостаз и проблемы приполярной медицины (методологические аспекты адаптации)

ПРОБЛЕМЫ АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА НА СЕВЕРЕ

УДК 612.017.2

ГОМЕОСТАЗ И ПРОБЛЕМЫ ПРИПОЛЯРНОЙ МЕДИЦИНЫ

Лев Евгеньевич ПАНИН

НИИ биохимии СО РАМН

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

При адаптации человека к контрастным природно-климатическим условиям высоких широт происходит изменение всех видов обмена: белков, жиров, углеводов, витаминов и биоэлементов. Организм переходит на новый уровень гомеостаза, для которого характерны иные нормы химического состава внутренней среды, иные нормы его здоровья. Перестройка основных видов обмена меняет в организме характер «метаболического обусловливания». Это отражается на работе (реактивности) таких систем, как система воспаления или иммунитета, что способствует хронизации воспалительных процессов и большей подверженности инфекционной патологии. Инициирующую роль в адаптационных изменениях играют высшая и вегетативная нервные системы, а также подкорковые нейрогуморальные структуры.

Ключевые слова: Север, гомеостаз, адаптация человека, здоровье.

Сибирь и Азиатский Север нашей страны уникальны по своему геологическому прошлому. В доледниковую эпоху — это территории с мягким субтропическим климатом и обильной растительностью. В постледниковый период — это район низких температур и вечной мерзлоты. На территории Якутии толщина многолетнемерзлых пород достигает 500 и более метров. В Оймяконской котловине Якутии находится один из полюсов холода северного полушария (—70 °С). Все это способствовало тому, что основные природные энергоресурсы на основе растительного сырья формировались именно здесь. По мнению американских экспертов, в целом за полярным кругом может залегать 90 млрд баррелей нефти, 47 млрд м3 природного газа и 44 млрд м3 газового конденсата. Значительная доля этого богатства приходится на Сибирь и Азиатский Север. Здесь проживают малочисленные азиатские народности, которые могут быть предметом изучения уже сложившихся механизмов адаптации человека к экстремальным природно-климатическим условиям. Этот исторический опыт может быть очень полезным для оптимизации процессов адаптации (акклиматизации) пришлого населения. Однако без глубокого изучения этих механизмов трудно разрабатывать эффективную систему профилактики заболеваний и оказания населению медицинской помощи. Сегодня на территории Сибири и Севера добывают нефть, газ, уголь, золото, алмазы, полиметаллические руды и т. д. С точки зрения перспективы добычи энергоресурсов (нефть, газ, газоконденсат) большой интерес представляют шельфы Северного Ледовитого океана. Это определяло и будет

определять в дальнейшем миграцию сюда пришлого населения из других более мягких в климатическом отношении районов.

Адаптация человека к экстремальным экологическим условиям, состояние его здоровья и работоспособности тесно связаны. Все это делало необходимым разработку нового направления в здравоохранении — приполярной медицины. Именно с этой целью в 1970 г. был создан в г. Новосибирске Сибирский филиал Академии медицинских наук. Его возглавил известный в стране ученый-клиницист В.П. Казначеев. Он же стал директором первого в Новосибирске академического института — Института клинической и экспериментальной медицины (ИКЭМ СФ АМН СССР).

Вклад коллектива ИКЭМ, а в дальнейшем и других институтов (физиологии, биохимии, терапии) в развитие нового направления огромен. В результате интенсивной экспедиционной деятельности на территории Азиатского Севера и Антарктиды стали складываться совершенно новые представления об адаптации человека как процессе (гомеорезис) и адаптации как состоянии (гомеостазис), которые на Севере порою трудно разделить. Оказалось, что в экстремальных условиях высоких широт изменяются все виды обмена: белков, жиров, углеводов, витаминов, макро- и микроэлементов. Формируется полярный метаболический тип. Организм переходит на новый уровень гомеостаза, для которого характерны иные экологически обусловленные нормы состояния его внутренней среды (кровь, лимфа, межклеточная жидкость), иные критерии оценки функциональной активности органов и систем. Например,

Панин Л.Е. — академик РАМН, д.м.н., проф., директор

для энергетического обмена важную роль играет переключение его с углеводного типа на липидный [1, 2]. Это приводит к тому, что вклад углеводов в энергетический обмен организма становится ниже, а жиров (липидов) — выше. В крови увеличивается содержание транспортных форм жира — липопротеинов очень низкой (ЛПОНП) и низкой (ЛПНП) плотности, т. е. тех форм, которые относят к атерогенным. Однако на Севере это не приводит к развитию атеросклероза или ишемической болезни сердца. Высокая активность связанной с эндотелием сосудов липопротеиновой липазы и печеночной триглицеридлипазы способствует значительному увеличению содержания липо-протеинов высокой плотности (ЛПВП), которые относят к антиатерогенной фракции ЛП. Баланс атерогенных и антиатерогенных форм ЛП в крови восстанавливается. Более того, он даже смещается в сторону антиатерогенных форм. Относительное содержание ЛПВП в крови может увеличиваться до 60 %, а это благоприятное явление. Конечно, факторы риска сердечно-сосудистой патологии на Севере существуют, и они те же, что и в других регионах мира. Это стресс (состояние тревожности), неправильное питание, гиподинамия, вредные привычки (курение, алкоголизм). На Севере они действуют значительно активнее.

ЛПОНП и ЛПНП являются также факторами риска для развития гипертензивных состояний и диабета. Нами впервые было показано, что апо-липопротеин В (апо В), входящий в структуру ате-рогенных форм ЛП, обладает контринсулярным действием и способствует развитию диабета 2-го типа. Диагноз «диабет» часто ставится по обнаружению сахара в моче. Однако на Севере у людей снижается порог реабсорбции в почечных канальцах для сахара и других низкомолекулярных соединений, например, таких как витамины [3]. Появление сахара в моче сочетается с низким содержанием его в крови, содержание инсулина в крови также уменьшается. Такой диабет, экологически обусловленный, носит функциональный, транзиторный характер. Однако нужно помнить, что на Севере легко может развиться и диабет 2-го типа. Если человек находится в состоянии хронического стресса, употребляет избыточное количество углеводов и для него характерна гиподинамия, то вы имеете полный набор факторов риска для развития диабета 2-го типа. Врач, работающий на Крайнем Севере, об этих особенностях должен знать.

Экстремальные условия Севера и приполярных территорий человек, конечно, воспринимает как стрессовые. Но он не может находиться постоянно в состоянии стресса. Хорошо известно, что последний сопровождается повышением в крови содержания стероидных гормонов. Однако на Севере у человека их концентрация незначительно выше по сравнению с другими более мягкими

климатическими районами страны. Оказалось, что организм использует еще один дополнительный механизм реакции на стресс — снижает содержание инсулина в крови, который играет роль контргормона по отношению к глюкокортикои-дам. Этот диабет мы назвали «диабетом напряжения» [2]. Его наблюдал еще Клод Бернар, когда у голодающих кроликов обнаружил сахар в моче при скармливании им моркови. Он назвал его «hunger diabetes» — «голодный диабет». Это было в 80-х годах XIX столетия. Позднее в своих работах мы воспроизвели эти результаты. Показано, что при голодании сахар в моче появляется при нормальном содержании его в крови. Механизм данного явления был раскрыт нами позднее. Оказалось, что он связан с контринсулярным эффектом содержащих апо В ЛПНП и ЛПОНП, которые уменьшают поглощение глюкозы тканями, а в почках это сопровождается снижением порога реабсорбции. Именно такой диабет лежит в основе переключения энергетического обмена с углеводного типа на липидный в экстремальных условиях Крайнего Севера. В этих условиях основным источником углеводов, необходимых для мозга и других тканей, становятся процессы гликонеоге-неза — образования глюкозы из белков и частично жиров. Они протекают в печени. Это нами было экспериментально подтверждено.

Подобные изменения всех видов обмена веществ, естественно, предъявляют другие требования к характеру питания человека. На Севере снижается потребность в углеводах и повышается потребность в белках и жирах. Снижение интенсивности углеводного обмена уменьшает потребность организма в ряде водорастворимых витаминов, таких как Вр В2 [3]. Одновременное усиление жирового обмена повышает потребность в жирорастворимых витаминах, таких как А, D, Е, играющих роль антиоксидантов по отношению к ненасыщенным жирным кислотам. Организм человека на Севере предъявляет особые требования к питанию и ведет себя как тонкая самонастраивающаяся система.

На Севере большое значение также приобретает еще одна проблема. Это низкая минерализация воды в местных реках, обусловленная разбавлением их стока в связи с активным таянием снега весной и летом. В этот период возникает проблема дефицита макро- и микроэлементов. Известно, что минеральные вещества играют важную роль в ассимиляции организмом витаминов. Использование в пищу низкоминерализованной воды приводит к развитию вторичных гиповитаминозов [3]. Мы показали, что успешное решение этой проблемы на Севере связано с использованием витаминноминеральных композиций. Сегодня мы знаем, что аналогичная задача решалась и в космической медицине. Нами на Севере широко использовались не только такие витаминно-минеральные компо-

зиции, но и естественные дополнительно витаминизированные продукты питания (соки, молоко, дрожжевой напиток). Оказалось, что они гораздо эффективнее решают проблему гиповитаминозов, чем аптечные поливитаминные препараты.

В науке есть такое понятие как «обусловливающий фактор». Занимаясь проблемой адаптации человека на Севере, мы пришли к выводу, что здесь важную роль играет «метаболическое обусловливание» [2]. Известно, что макрофаг занимает ключевые позиции в обмене липопротеинов крови: ЛПВП, ЛПНП и ЛПОНП. На Севере у человека обмен липопротеинов значительно выше. Это ложится большой нагрузкой на макрофаги, особенно их печеночный пул. Однако макрофаг отвечает и за многие другие функции. Известно, что макрофаг — ключевая клетка системы иммунитета. Переключение макрофагов на другие функции снижает их роль в формировании иммунного ответа. Например, на Севере это приводит к «прорыву» антигенов кишечной микрофлоры в лимфоидную систему организма с последующим усилением иммунного ответа. По данным Д.Н. Маянского [4], у северян выявлены высокие титры антител к общей аллергеноактивной фракции энтеробактерий. Это наиболее ярко проявляется первые 10 лет проживания на Севере. Угнетение работы «макро-фагального фильтра» в отношении бактериальновирусной инфекции определяет большую подверженность человека на Севере инфекционным заболеваниям. Похожая ситуация складывается и в отношении течения воспалительных процессов.

Нами впервые было показано, что макрофаг отвечает за процессы клеточной регенерации в патологическом очаге любой этиологии. Усиление экспрессии генов и синтеза белка в клетках в очаге воспаления происходит под влиянием кооперативного механизма действия продуктов деградации клеток, стероидных гормонов и ЛПВП. Он реализуется в макрофагах и приводит к образованию биологически активного комплекса «восстановленные формы стероидных гормонов (тетрагидросоединения) — апо А-1». Последний запускает процессы регенерации. Угнетение фагоцитарной активности макрофагов подавляет действие этого механизма, что способствует хронизации воспалительной патологии у человека на Севере. С этим явлением врачи постоянно сталкиваются.

Воспаление и иммунитет тесно связаны друг с другом. «Воспаление, — писал И.И. Мечников, — является важнейшим проявлением иммунитета организма» [5]. Эту же мысль в своих работах развивал И.В. Давыдовский. Он писал: «Можно говорить о принципиальной близости иммунитета к воспалению — все равно, будет ли стоять вопрос о значении иммунитета для воспаления или, наоборот, о значении воспаления для иммунитета» [6]. На Севере легко убеждаешься, что это действительно так.

Север — это холод. Человек, адаптированный к холоду, предпочтительнее окисляет жирные кислоты, что и было нами показано. Часть энергии окисления тратится на обогрев организма, а часть — на выполнение химической или физической работы. На Севере теплопродукция выше, что приводит к снижению коэффициента полезного действия физической работы. Отсюда следует: чтобы нормально выполнять физическую работу на Севере, суточная калорийность пищевого рациона человека должна быть выше на 10 %, чем это необходимо в регионах с умеренным климатом.

Интересно, что адаптированный к холоду человек старается снизить свои теплопотери. У него снижается количество холодовых точек и средневзвешенная температура кожи [7, 8], изменяется температурная чувствительность центральных ги-поталамических терморецепторов (sat point) [9]. Это приводит к некоторому уменьшению температуры ядра тела. Мы говорим, что система терморегуляции переходит на другой уровень гомеостаза. Однако на Севере могут быть и исключения из общего правила. Люди, стремящиеся носить очень теплую одежду, утрачивают эти особенности адаптации к холоду. Именно у них нередки случаи обморожения и даже замерзания, что наблюдается часто в состоянии алкогольного опьянения.

Выявлены особенности использования фармакологических препаратов для лечения различных заболеваний на Севере. Они связаны с повышенным окислением лекарств в системе метаболизма ксенобиотиков организма и с активным их клиренсом. Данная проблема нуждается в дальнейшем изучении.

Проживая в средних и низких широтах, мы все привыкаем к закономерной и неизбежной смене дня и ночи. Это формирует в организме циркадные (околосуточные) ритмы. Ритмичной становится активность всех функциональных систем организма. На Севере светопериодика совсем другая. Полярный день сменяется полярной ночью, а между ними действует более естественная для нас смена дня и ночи, определяющая привычную фотопериодику суток. Внутрисистемные и многочисленные межсистемные связи в организме нарушаются. Возникают десинхронозы, которые лежат в основе формирования хронопатологии у человека на Севере. Клинически это проявляется в снижении умственной и физической работоспособности, нарушении сна, эмоциональной нестабильности, непредсказуемости поведения человека и т. д. [10].

В период полярной ночи возникают признаки сенсорной депривации, развиваются депрессивные состояния, иногда порождающие суицидные поступки. В период полярного дня доминируют повышенная возбудимость центральной нервной системы, раздражительность, нарушение сна, различные вегетативные расстройства, в первую

очередь кардиогенного характера и т. д. Все это нуждается в правильной психотропной терапии, грамотном поведении врачей — невропатолога и психиатра.

В развитии психосоматической патологии на Севере важную роль играет «синдром психоэмоционального напряжения». Ведущим его признаком является развитие тревожности [10]. Тревожность — это эмоциональная окраска состояния, которое характеризуется ожиданием непредсказуемой угрозы и опережающей мобилизацией энергетических ресурсов и резервных возможностей организма. Функционально близким понятием является дистресс по Селье [11]. Клинически тревожность сопровождается повышением внутренней напряженности, раздражительности и при нарастании тревожной симптоматики может переходить в невроз или депрессию. Такие состояния хорошо снимаются транквилизаторами бензодиазепинового ряда (седуксен, элениум), которые подавляют активность моноаминоэргических систем мозга. Отсюда следует, что тревожность формируется на фоне повышения активности центральных моноаминергических систем: норадренергической, дофаминергический и серотонинергической [12]. Доминирующую роль играет все-таки норадренергическая система. Вы-

ход в психосоматическую патологию здесь определяется индивидуальными особенностями высшей нервной деятельности. У интровертов — это развитие ишемической болезни сердца, у экстравертов — гипертонической болезни. Однако могут быть и другие проявления психосоматической патологии: заболевания нервной системы, язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки. Увеличивается также процент инфекционных и простудных заболеваний.

На Крайнем Севере мы также столкнулись с более высокой зависимостью человека от алкоголя. Формирование такой зависимости здесь идет быстрее, чем в умеренных широтах (примерно на 5 лет раньше). Оказалось, что у северян в различных клетках снижается скорость гликолиза, метаболическим ответвлением которого является образование эндогенного (собственного) этанола (ЭЭ). Снижение образования ЭЭ, участвующего в синтезе гормонов позитивного настроения, приводит к потребности повысить его содержание в крови за счет алкогольных напитков. Постепенно это формирует метаболическую зависимость от алкоголя. В дальнейшем уже в условиях эксперимента нами была разработана пропись антиалкогольного препарата «РЬ—алко», повышающего содержание ЭЭ

Фактический результат действия

Рис. Схема психосоматических взаимоотношений, лежащих в основе адаптивного поведения организма, компенсации функций и развития психосоматической патологии, если не удается достичь необходимого результата действия

в крови и получено разрешение на его применение для коррекции отмеченных выше нарушений обмена веществ у человека. Препарат оказался весьма эффективным и широко применяется для лечения алкогольной зависимости. Описанные выше особенности состояния здоровья человека являются проявлением системных изменений.

Адаптационно-компенсаторные механизмы человека в субэкстремальных и экстремальных условиях определяются, прежде всего, работой природных гомеостатических систем в новых условиях существования. Ведущими являются такие системы, как энергетический, температурный, водно-солевой, иммуноструктурный, кислотнощелочной гомеостаз и др. В различных экологических условиях вклад этих систем в механизмы адаптации будет разным, что позволяет говорить о формировании различных экологически обусловленных метаболических типов. В высоких широтах — это полярный метаболический тип. Инициирующую роль в его формировании играет высшая и вегетативная нервная системы, а также подкорковые нейрогуморальные механизмы регуляции. Схематически эти взаимоотношения представлены на рисунке.

Несмотря на свою уникальную структурнофункциональную организацию и автономность, гомеостатические системы связаны между собой многочисленными метаболическими связями. Благодаря этим (межсистемным) связям оказывается возможной работа компенсаторных механизмов при нарушении функций отдельных гомеостатических систем. Благодаря этим связям осуществляется влияние на течение типовых физиологических и патологических процессов: регенерацию, воспаление, формирование иммунодефицитов и аутоиммунной патологии.

Работа любых гомеостатических систем (адаптационных механизмов) требует больших энергетических затрат. Поэтому энергетический гомеостаз, поставляющий необходимое количество «энергетического горючего» (АТФ), занимает ключевые позиции в процессах адаптации. Данный гомеостаз оказывает самое большое влияние на состояние обмена веществ в целом и различные метаболические связи. Выше уже отмечалось, что в условиях значительного функционального напряжения в организме происходит переключение энергетического обмена (гомеостаза) с углеводного типа на липидный. Потребление тканями углеводов снижается, а потребление липидов возрастает. В результате усиления гликонеогенеза изменяется и обмен белков. Снижается потребность в ряде водорастворимых витаминов и возрастает потребность в жирорастворимых витаминах. В условиях Севера формируется полярный метаболический тип, которому соответствует другой уровень гомеостаза, т. е. постоянства химического состава внутренней среды.

Таким образом, мы говорим, что в новых экологических условиях организм переходит на новый уровень гомеостаза, которому соответствует и новый уровень состояния его здоровья. Сам процесс перехода с одного уровня гомеостаза на другой обозначается термином «гомеорезис». Он определяет адаптацию как процесс. В условиях выраженного психоэмоционального напряжения или при наличии дефектов в работе каких-либо гомеостатических систем можно говорить о незавершенной адаптации [7]. В таких случаях возможно включение компенсаторных механизмов за счет других гомеостатических систем. Если этого оказывается недостаточно, развивается предпато-логическое состояние, которое затем переходит в патологию.

Данный методологический подход сегодня опирается на огромный фактический материал, полученный в различных институтах СО РАМН, занимающихся проблемой адаптации человека к экологическим условиям Сибири и Азиатского Севера. Он очень продуктивен и может быть востребован при формировании систем жизнеобеспечения человека в период освоения государством природных ресурсов шельфа Северного Ледовитого океана.

Список литературы

1. Панин Л.Е. Энергетические аспекты адаптации. Л., 1978. 190 с.

Panin L.E. Energetic aspects of adaptation L., 1978. 190 p.

2. Панин Л.Е. Биохимические механизмы стресса. Новосибирск: Наука, 1983. 232 с.

Panin L.E. Biochemical mechanisms of stress. Novosibirsk: Nauka, 1983. 232 p.

3. Механизм адаптации человека в условиях высоких широт / Ред. В.П. Казначеев. Л.: Медицина, 1980. 199 с.

Mechanisms of human adaptation to high latitude environmental conditions / Ed. V.P. Kaznacheev. L.: Meditsina, 1980. 199 p.

4. Маянский Д.Н. Клетка Купфера и система мононуклеарных фагоцитов. Новосибирск: Наука, 1981. 168 с.

Mayansky D.N. Kupffer cell and mononuclear phagocyte system. Novosibirsk: Nauka, 1981. 168 p.

5. Мечников И.И. Лекции по сравнительной патологии человека. М., 1917.

Metchnikov I.I. Lectures on the comparative human pathology. M., 1917.

6. Давыдовский И.В. Общая патология человека. М.: Медицина, 1969. 610 с.

Davydovskii I.V. Common human pathology. M.: Meditsina, 1969. 610 p.

7. Кривощеков С.Г., Охотников С.В. Производственные миграции и здоровье человека на Севере. Новосибирск: СО РАМН, 2000. 117 с.

Krivoschekov S.G., Okhotnikov S. V. Industrial migrations and human health in the North. Novosibirsk: SO RAMN, 2000. 117 p.

8. Козырева Т.В., Якименко М.А. К вопросу о температурной чувствительности человека к холоду // Физиол. журн. СССР. 1978. 64. (2). 220-225.

Kozyreva T. V., Yakimenko M.A. On the human temperature sensitivity to cold // Fiziol. zhurn. SSSR. 1978. 64. (2). 220-225.

9. Козырева Т.В. Активность центральных и периферических терморецепторов при длительной адаптации к холоду и действии норадреналина // Организм и среда. Новосибирск: СО РАМН, 2003. 80-94.

Kozyreva T.V. The activity of central and peripheral thermoreceptors at long cold adaptation and noradrenaline action // Organism and the environment. Novosibirsk: SO RAMN, 2003. 80-94.

10. Панин Л.Е., Соколов В.П. Психосоматические взаимоотношения при хроническом эмоциональном напряжении. Новосибирск: Наука, 1981. 178 с.

Panin L.E., Sokolov V.P. Psychosomatic interrelations at chronic emotional stress. Novosibirsk: Nauka, 1981. 178 p.

11. Селье Г. Концепция стресса, как мы ее представляем в 1976 году // Новое о гормонах и механизмах их действия. Киев, 1977. 21-51.

Selye H. The concept of stress, as we understand it in 1976 // New on hormones and mechanisms of their action. Kiev, 1977. 21-51.

12. Панин Л.Е., Усенко Г.А. Тревожность, адаптация и донозологическая диспансеризация. Новосибирск: СО РАМН, 2004. 315 с.

Panin L.E., Usenko G.A. Anxiety, adaptation and prenosological dispensary. Novosibirsk: SO RAMN, 2004. 315 p.

HOMEOSTASIS AND PROBLEMS OF CIRCUMPOLAR HEALTH

Lev Evgenjevich PANIN

Scientific Research Institute of Biochemistry of SB RAMS 630117, Novosibirsk, Timakov st., 2

The change of all types of metabolism: proteins, fats, carbohydrates, vitamins and bioelements is observed during human adaptation to contrasting natural-climatic conditions of high latitudes. The organism moves to a new level of homeostasis, which is characterized by different norms of the chemical composition of the internal environment, other regulations (standards) of its health. The alterations of the main types of metabolism in an organism change the nature of the «metabolic conditioning». This is reflected in the work (reactivity) of such systems as a system of inflammation or immunity, which contributes to chronic inflammatory processes and greater susceptibility to infectious disease. The central and vegetative nervous system, as well as neurohumoral subcortical structures play initial role in the adaptive changes.

Key words: North, homeostasis, human adaptation, health.

Panin L.E. — academician of RAMS, doctor of medical sciences, professor, director