Лекция 7 Адаптивные типы человека Люди живут

Лекция 7 Адаптивные типы человека

Люди живут на планете в различных географических и природно-климатических условиях. Длительная адаптация к этим условиям привела к формированию устойчивых комплексов морфофизиологических особенностей людей, обитающих в разных регионах планеты. Под ними всего имеют в виду расовые различия человека. различия Однако в настоящее время все чаще говорят об его адаптивных типах.

Адаптивный тип – Норма биологической реакции человека на условия окружающей среды, которая обеспечивает состояние относительного равновесия его популяции со средой и выражается в специфическом комплексе морфофизиологических особенностей.

Выделяют следующие основные адаптивные типы людей: Арктический; Умеренного климата; Тропический; Аридный (пустынь); Высокогорный. В аридном адаптивном типе часто выделяют подтипы жарких и холодных пустынь. В тропическом адаптивном типе выделяют подтип пигмеев – обитателей влажных тропических лесов. пигмеев В последнее время наряду с ними все чаще выделяют городской адаптивный тип.

Пигмеи Американоидная Капоидная Австралоидная

Арктический адаптивный тип Распространен почти исключительно в Северном полушарии, преимущественно в Арктике, т. е. на территориях выше Северного полярного круга. Однако этот адаптивный тип распространен и в ряде сопредельных более южных регионов Азии и Северной Америки с суровым, резко континентальным климатом. В их числе – Западная Сибирь, Центральная Якутия, юг Аляски, среднее течение крупных рек бассейна Северного Ледовитого океана – Оби, Колымы, Индигирки, Юкона, Маккензи и др. В заселенной части Южного полушария некоторое сходство с условиями Арктики наблюдается лишь на архипелаге Огненная Земля – южной оконечности Южной Америки.

Природные условия Холодный климат с экстремально низкими для человека зимними температурами (до – 45…– 50 о. С и даже ниже) и значительными температурами перепадами температур в течение года – в некоторых районах Якутии – до 70 – 80 о. С. Очень короткий вегетационный период (не более 2 – 3 месяцев). в Арктике – продолжительный период полярного лета и полярной зимы – до двух месяцев каждый. Дефицит кислорода даже в равнинных районах, особенно ощутимый кислорода в зимний период. Высокий уровень ультрафиолетового излучения в светлый период года вследствие озоновых дыр. Повышенный уровень магнитного поля зимой (полярные сияния). Повышенный уровень естественного радиационного фона, особенно в районах каменистой тундры (Кольский полуостров и др. ), вследствие повышенного содержания изотопов урана в гранитных породах. Низкая продуктивность природных экосистем, что вызывает дефицит пищевых ресурсов, особенно в продолжительный зимний период.

Зимнее полярное сияние

Арктика в разные сезоны года

Из всего многообразия климатических факторов Арктики ведущим для коренных жителей Арктики является холодовой стресс Он определяет в конечном итоге такие формы морфофункциональной адаптации, которые эволюционно закрепились в виде «арктического адаптивного типа» . Характерным для него являются повышение теплопродукции и изменения в системе теплоотдачи на разных уровнях организации (от клеточного до организменного), которые эффективно обеспечивают поддержание температурного гомеостаза.

Коренные жители Арктики

К морфофизиологическим особенностям строения тела народов Арктики относятся коренастое телосложение массивного мускульного типа: Некоторое укорочение конечностей относительно крупного цилиндрического торса. Относительно сильное развитие костно-мышечной системы, большие размеры грудной клетки. Это приводит к сокращению площади поверхности тела на единицу его массы (правило Бергмана) и Бергмана соответственно – к снижению теплоотдачи во внешнюю среду.

Мягкие ткани лица приобрели специфические черты – округлый овал лица, уплощенный широкий нос, узкий разрез глазных щелей. Более высокая степень ороговения кожных покровов снижает теплопотери и защищает от укусов многочисленных кровососущих насекомых (гнус). На плоских молярных областях черепа формируются термозащитные жировые подушки, что снижает прямое холодовое воздействие на открытую лицевую поверхность. Узкий разрез глазных щелей снижает потери тепла и защищает глаза щелей от яркого солнечного света, отражающегося от снега в весенний период. Слева – гнус, справа – человек в накомарнике

Содержание воды в тканях тела понижено. Это понижено снижает их теплопроводность, что способствует удержанию тепла в организме. Более выраженное перераспределение кровотока между поверхностными и более глубокими кровеносными сосудами, особенно в конечностях. Все это приводит к снижению теплопередачи через кожные покровы и способствует стабилизации температуры внутренних органов Пониженное по сравнению с жителями умеренной зоны артериальное давление. Высокий уровень гемоглобина, белков и холестерина в крови, повышенное содержание минеральных веществ.

У коренных жителей Севера снижена чувствительность холодовых рецепторов. У рыбаков, руки которых подвержены длительному систематическому охлаждению, наблюдается общая пониженная реакция к холоду в результате изменения общей чувствительности к нему. Эти особенности у рыбаков могут сохраняться в течение 15 -ти лет после прекращения работы. Температура кожи у народов Севера всегда более высокая даже чем у приезжих из умеренных широт, длительное время живущих на Севере. Это обусловлено тем, что на холоде их кожные сосуды периодически расширяются, усиленный кровоток согревает кожные покровы, предохраняя их от замерзания.

Основную роль в химической терморегуляции коренных жителей Арктики играет бурая жировая ткань ( «несократительный термогенез» ). Дрожание мышечных тканей ( «сократительный термогенез» ) имеет у них второстепенное значение. Источником энергии в этом случае является гораздо менее энергоемкий гликоген. У коренных жителей Арктики, постоянно находящихся на открытом воздухе, зимой повышен уровень основного обмена по сравнению не только с жителями умеренных широт, но и приезжими на Север. При этом критическая точка обмена у лопарей (прибл. 27 о. С) практически не отличается от таковой у жителей умеренного и тропического поясов. У эскимосов зимой основной обмен повышается на 15 -30%, объем плазмы крови – на 25 -45%, а количество эритроцитов – на 15 -20%. Летом все эти сдвиги исчезают, как полагают, в результате дезакклиматизации.

Для коренных народов Севера свойственна специфическая диета, которая включает значительное количество жиров и белков. Однако в зимний период имеет место дефицит витаминов. Для переваривания такой пищи необходим особый набор пищеварительных ферментов, который закреплен генетически. В частности жители Арктики обладают повышенной способностью усваивать жиры. Суточный рацион у жителей Крайнего Севера в холодный период года должен составлять не менее 3, 5 тыс. ккал. Способность к потоотделению у жителей Арктики и Субарктики существенно снижена, поэтому они очень плохо переносят жаркую и влажную погоду С другой стороны, у коренных жителей Арктики снижена активность алкоголь-дегидрогеназы Поэтому алкоголизм у малочисленных народов Крайнего Севера представляет серьезную медицинскую и социальную проблему. .

Существование в экстремальных для человека условиях Арктики требует напряженного функционирования всех систем органов, что представляет серьезную нагрузку для организма. Печень, обеспечивающая сопряжение белкового, углеводного и жирового обмена, функционирует в условиях повышенной нагрузки. Это приводит к увеличению ее размеров, что иногда может приводить к нарушению ее нормальной деятельности. У аборигенов Арктики часто наблюдается задержка полового созревания, у них высокий процент первичного бесплодия и преждевременных родов. Часто возникают заболевания желудочно-кишечного тракта и системы органов дыхания, снижение реактивности детского организма. У детей коренных народов Арктики в период полярной ночи рост прекращается, что рассматривается как адаптация, предотвращающая развитие рахита. Зато в период полярного дня он ускоряется, поэтому годовой прирост остается таким как у детей из умеренных широт

Механизмы морфофизиологической адаптации людей к условиям Арктики принципиально не отличаются от таковых у разных видов арктических млекопитающих. Однако адаптация человека к этим условиям обусловлена не столько биологическими, сколько социальными механизмами – одеждой, жилищем, использованием огня и т. п. Поселение эскимосов из снега. XIX столетие Главная улица Норильска, наши дни

Адаптация к холодному климату у жителей умеренной зоны. В процессе акклиматизации человека к условиям Арктики и Субарктики наблюдаются три фазы: 1. Начальная фаза акклиматизации, длится около 6 месяцев. акклиматизации На ней наблюдается дестабилизация многих физиологических функций. 2. Фаза нормализации и синхронизации вегетативных и соматических функций, длится 2– 3 года. функций На этой стадии происходит перестройка механизмов адаптивных механизмов, устойчивость организма возрастает. Однако на ней часто наблюдаются явления дезадаптации. 3. Фаза устойчивой акклиматизации, которую достигают акклиматизации далеко не все люди; длится не менее 10– 15 лет. На этой стадии происходит постепенная стабилизация функций, для чего требуется напряжение регуляторных систем, что чревато их истощением.

Процесс адаптации человека к экстремальным условиям в значительной степени зависит от его индивидуальных особенностей, или конституции. По способности к адаптации в условиям Арктики выделяются три типа: стайеры, спринтеры и миксты (промежуточный тип). стайеры спринтеры В первые годы адаптивного процесса разные конституционные типы по разному реагируют на даже на одинаковые внешние условия. Стайеры слабо приспособлены к действию мощных кратковременных нагрузок. Однако после относительно короткой перестройки они становятся способными переносить длительное воздействие неблагоприятных экологических факторов. Спринтеры способны проявлять мощные физиологические реакции в ответ на сильные, но непродолжительные воздействия экстремальных экологических условий. Однако длительное воздействие неблагоприятных факторов они переходят плохо. Миксты проявляют средние адаптационные способности.

Доля разных адаптивных типов (%%) в отдельных выборках людей Выборки Стайеры Спринтеры Миксты Жители юга Сибири 22 12 66 Строители, прибывшие на БАМ 32 25 43 Строители, проработавшие на БАМе более года 53, 0 17, 6 29, 4 Считается, что успешно адаптироваться к условия Арктики способны не более 10% жителей умеренной зоны. При этом процесс акклиматизации длится не менее 10 – 15 лет и имеет необратимый характер. Люди, покинувшие Арктику после этого срока, должны постоянно проживать в климатических зонах центральной или северной частей умеренного пояса. Проживание в более южных регионах будет негативно сказываться на их здоровье.

У людей, прибывающих в условия высоких широт, имеет место активация симпато-адреналиновой системы, что сопровождается повышением концентрации адреналина и норадреналина в крови, а также увеличение их экксреция с мочой. На начальной стадии холодой акклиматизации катехоламины повышают интенсивность обмена в мыщцах, активизируют расщепление жиров (липолиз), увеличивают утилизацию свободных жирных кислот мышцами. В результате термогенного эффекта происходит быстрое повышение основного обмена и увеличение теплопродукции.

На этой стадии также имеет место усиление мочеотделения – «холодовой диурез» . диурез Это регулирует водно-солевой гомеостаз организма, поскольку потоотделение в условиях холода резко снижается, а количество образующейся воды в организме воды в результате расщепления жиров повышается. Уменьшение содержание воды в плазме и тканях организма снижает их теплопроводность и способствует сохранению в нем тепла. Однако увеличение мочеотделения ведет к дегидратации организма и повышению концентрации минеральных веществ в плазме, что может приводить к нежелательным последствиям. Количество эритроцитов и гемоглобина у людей при адаптации к холоду меняется неоднозначно. Для полярников высокогорья в Антарктиде характерно увеличение их концентрации, а для полярников в Арктике – уменьшение.

Адаптация человека к условиях Крайнего Севера сопровождается изменениями состояния сердечнососудистой системы. В начальный период акклиматизации наблюдаются отдышка, особенно при физической нагрузке, увеличение сердечного ритма, боли в области сердца. Особенно эти симптомы обостряются во время полярной ночи. В этот период происходит перестройка сердечнососудистой системы – увеличение сердечного ритма, повышение кровяного давления и скорости кровотока, На последующей стадии акклиматизации наблюдаются брадикардия, снижение минутного объема кровообращения, однако артериальное давление остается повышенным.

Одним из критериев акклиматизации к условиям Севера является скорость восстановления температуры кожи после стандартного охлаждения. Она особенно велика у коренного населения Севера – чукчей, эскимосов, якутов. У приезжих из умеренной зоны, работающих на Севере на открытом воздухе, этот показатель приближается к таковому у аборигенов только после трех лет акклиматизации. В зимний период эта реакция выражена сильнее, чем летом.

Адаптация человека к условиям Арктики не сводится только к адаптации к холоду, даже его повседневном воздействия на организм. Не меньшее значение имеет и изменение фотопериода и светового режима в условиях полярного для и полярной ночи. Длительная (около 3 месяцев) полярная ночь оказывает значительное отрицательное воздействие на организм человека. Световое голодание и отсутствие ультрафиолетового излучения приводит к заболеваниям детей переселенцев рахитом и остановке их роста. Наблюдается снижение содержания в крови лейкоцитов и гемоглобина. Изменяются иммунобиологические реакции у детей и взрослых, что выражается в увеличении случаев заболевания скарлатиной и корью в зимний период. Имеет место снижение неспецифического иммунитета, особенно у тех, кто недавно прибыл в Заполярье. Полярная ночь в астрономический полдень

Тропический адаптивный тип сформировался под воздействием жаркого и влажного климата, а также низкого содержания белков в пище. Это в основном представители экваториальной расы, населяющие тропики и низкие субтропики Африки, Азии, Америки и Австралии с достаточным количеством осадков – преимущественно тропические леса и саванны.

Природные условия. Повышенные летние температуры (до 30 – 35 о. С, что значительно выше критической точки) и положительные температуры зимой. Влажный климат обусловленный большим количеством осадков – до 10 000 – 14 000 мм в год. Сравнительно узкие диапазоны годовых колебаний температуры (не более 20 – 30 о. С). Среднегодовая температура близка к температуре критической точки человека (27 ± 2 о. С). Очень малая изменчивость длительности светового дня в течение года. Высокая влажность в зоне влажных тропических лесов и в сезон дождей в саванне, однако в сухой сезон в саванне может иметь место дефицит воды. Очень высокий уровень солнечного излучения в течение всего года. Естественная биологическая продуктивность природных экосистем очень высокая, однако растительные продукты питания бедны белками.

Влажные тропические леса Саванна в сезон дождей Саванна в сухой сезон

Морфофизиологические особенности. Для людей тропического адаптивного типа характерны удлиненная форма туловища и конечностей, уменьшение окружности грудной клетки и относительное снижение мышечной массы. Они также отличаются повышенным основным обменом, потоотделением и синтезом жиров, сниженной концентрацией холестерина в крови и повышенным артериальным давлением. В механизмах адаптации к условиям тропиков у представителей разных рас (негроиды, пигмеи, австралоиды, американоиды) существенных различий не установлено. У всех жителей тропиков имеются общие морфофизиологические особенности – напр. , увеличенную площадь губ и ушей, широко отрытые глаза, короткий, но широкий нос. Все это способствует отводу тепла от тела. Темный цвет кожи и глаз – адаптация к повышенному уровню УФизлучения. Короткие курчавые волосы имеют воздушные камеры, что защищает голову от солнечного удара.

Адаптивный тип тропиков

Процессы адаптации к жаркому климату сводятся в основном к развитию механизмов отведения образующегося в организме тепла. Один из основных механизмов этого – увеличение периферического кровообращения. Это обеспечивает не только повышенную теплоотдачу с поверхности тела, но и усиленную работу потовых желез. Способность к потоотделению возрастает в процессе акклиматизации к повышенной температуре. Поэтому интенсивная работа в тропиках у хорошо потеющих людей перегревания не вызывает.

В большинстве случаев обнаруживается стойкое снижение кровяного давления, и возрастание минутного и ударного объема сердца. Хотя полипноэ у человека выражено слабо, значительная роль в терморегуляции в тропиках принадлежит и дыхательному аппарату. При этом температура выдыхаемого воздуха зависит не только от температуры внешней среды, но и одежды, т. е. от общей теплоотдачи организма. В плазме крови увеличивается содержание воды, особенно заметное в начальный период воздействия высокой температуры. Несколько повышено р. Н крови.

Как правило, в тропиках наблюдается лишь незначительное снижение основного обмена, что отчасти связывается с особенностями питания в условиях высокой температуры. Однако в строго контролируемых условиях наблюдается снижение основного обмена как у местных жителей, так и у хорошо адаптированных приезжих. Интенсивность химической терморегуляции у человека, адаптированного к условиям высокой температуры, снижена. В тропиках значительно возрастают расходы энергии на работу систем внутренних органов – кровеносной, дыхательной, выделительной, отводящих образовавшиеся в организме избытки тепла. Таким образом, хотя человек по происхождению и биологическим особенностям, является тропическим видом, его интенсивная мышечная деятельность в условиях тропиков крайне затруднена и требует искусственных мер охлаждения.

Пигмеи – адаптивный тип обитателей влажных тропических лесов Примером адаптации к условиям являются постоянные жители влажных тропических лесов – пигмеи. К ним относятся племена бассейна р. Конго, а также ряд племен в Индонезии и на Филиппинских островах (негритосы). Этот адаптивный тип имеет конвергентный характер и сформировался независимо у представителей негроидной и монголоидной рас. Юноша - пигмей Негритосы, один из типов к монглоидной расы

Природные условия Важнейшим экстремальным фактором для человека в условиях влажных тропических лесов является очень большое количество осадков – от 2000— 7000 до 14 000 мм осадков в год. Осадки достаточно равномерно распределяются в течение всего года; четко выраженные сухие сезоны и сезоны дождей отсутствуют. Кроны высоких деревьев в густых тропических лесах создают сплошной полог, не пропускающий солнечный свет, в том числе и ультрафиолетовое излучение, поэтому под пологом леса даже днем всегда сумрачно. Большое количество осадков обусловливает повышенную влажность, Уровень испарения здесь в 3 раза выше, чем в среднем на планете. Средняя температура днем достигает 28 о. С, с суточными колебаниями в пределах 3 – 9 о. С. Под пологом тропического леса всегда жарко и влажно, как в теплице. Ветры очень слабые. Воздух насыщен углекислым газом и обладает специфическим запахом, в нем много микроскопических органических частичек.

Морфофизиологические особенности. Пигмеи ниже ростом и весят меньше, чем жители близлежащих саванн. Средний рост взрослых мужчин у пигмеев составляет 144 см, а вес – только 40 кг, но их телосложение пропорциональное и коренастое. Соответствующие показатели для жителей африканских саванн (народы банту) составляют 169 см и 63 кг. У пигмеев интенсивность метаболизма, относительный объем легких и частота пульса повышены. Однако неясно, вызвано ли это адаптацией к условиям среды или является простым следствием степенной зависимости обмена от массы тела

Адаптивный тип зоны умеренного климата Занимает промежуточное положение между арктическим и тропическим типами. Установить четко выраженные морфофизиологические характеристики этого типа очень сложно по многим причинам, в первую очередь – интенсивной метисацией с представителями других адаптивных типов. Природно-климатические условия умеренной зоны близки к оптимальным для человека. Это делает излишним формирование специфических морфофизиологических адаптаций. Практически единственный специфический адаптивный признак – слабая пигментация кожи, способствующая синтезу кожи витамина D в условиях пониженной солнечной радиации. Кроме того, преобладающая часть населения умеренной зоны проживает в городах, где сформировался специфический городской адаптивный тип, где преобладают социальные механизмы адаптации.

Адаптивный тип пустынь распространен в субтропическом и умеренном поясах всех континентов Эйкумены, исключая Европу. Природные условия Пустыни подразделяются на: Жаркие пустыни, находятся в субтропическом поясе: Сахара, пустыни Калахари, Аравийская пустыня, Атакама, Большая Австралийская пустыня и др. ); Холодные пустыни, расположены в районах умеренной зоны: пустыни Гоби, Такла-Макан, Каракумы, Кызылкум, Патагонская и др. Распространение пустынь на планете

Нагорье Тибести – высшая точка Сахары Пустыня Такла-Макан летом Каменистая пустыня Наска в Перу Пустыня Гоби зимой

Пустыни характеризуются очень низким количеством атмосферных осадков (менее 200 – 250 мм) и высокой испаряемостью. Их температурный режим зависит в первую очередь от географического положения. Воздух пустынь имеет крайне низкую влажность и практически не защищает поверхность почвы от интенсивной солнечной радиации, что вызывает ее сильное нагревание – до 70 – 80 о. С. Температура приземного слоя воздуха несколько ниже, однако температуры 45 – 50°C вполне обычны. Максимальная температура воздуха, зарегистрированная в Сахаре достигает 59°C. Ночью температура гораздо ниже, так как нагретая почва при безоблачном небе быстро теряет тепло.

Суточные амплитуды температур в жарких пустынях достигают 30 – 40°С, а в холодных – обычно около 20°C. Температуры холодных пустынь отличаются значительными сезонными колебаниями – до 70 о. С. Лето них обычно теплое, иногда даже жаркое, а зимы очень суровые, морозы могут достигать − 50°C. Однако и в жарких пустынях отрицательные ночные температуры (до -5…-10 о. С) в осеннезимний период вполне обычны.

Характерной чертой пустынь являются постоянно дующие ветры, достигающие скорости 15 – 20 м сек-1 и более. Они вызывают пыльные бури, а зимой – метели. В холодных пустынях снежный покров очень тонкий, если вообще имеется. Жаркий и сухой климат пустынь обуславливает дефицит воды и низкую естественную продуктивность естественных экосистем, следовательно, - недостаток пищевых ресурсов.

Морфофизиологические особенности В жарких пустынях, где теплоотдача затруднена, преобладает высокорослый с уплощенной грудной клеткой тип строения тела. Пониженная масса тела при достаточно высоком росте обуславливает более высокую удельную поверхность тела, что облегчает теплоотдачу. Скелет более хрупкий вследствие пониженной минерализации костей. В аридных зонах при температуре воздуха свыше 40 – 45 о. С, поступление тепла в организм человека из внешней среды может достигать 500 ккал в час. Это приводит к повышению температуры тела до предельных значений, что обуславливает повышенное потоотделение.

Из физиологических признаков типично снижение кровяного давления вследствие увеличенного давления потоотделения и расширения кожных сосудов. Содержание гемоглобина повышено вследствие повышено большой потери влаги организмом, вызывающей дегидратацию крови. Более эффективная, по сравнению с другими адаптивными типами, сосудодвигательная регуляция потерь тепла в условиях значительных суточных колебаний температуры. При охлаждении кожи теплопродукция у коренных жителей жарких пустынь остается постоянной, тогда как у европейцев она снижается. Морфофизиологические особенности коренных обитателей холодных пустынь близки к таковым у представителей арктического адаптивного типа. Например, узкие глазные щели защищают глаза от пыли.

Коренные жители Сахары Берберы Туареги

Коренные жители холодных пустынь Азии Уйгуры, живущие в пустыне Такла-Макан Каракалпаки Приаралья Узбеки, живущие в пустыне Кызылкум Монголы пустыни Гоби

Адаптивный тип высокогорий Сформировался преимущественно в результате адаптации к гипоксии, т. е. пониженному содержанию кислорода в воздухе и, соответственно, к пониженному снабжению им организма. Природные условия В физиологии принято следующее подразделение высот: Равнины: 0 – 200 м; Низкогорье: 200 – 1000 м; Среднегорье: 1000 – 3000 м; Высокогорье: 3000 – 8848 м. Все виды деятельности человека, за исключением полетов на стратостатах, авиационной и космической технике, протекают в самой нижней оболочке земной атмосферы – тропосфере. Ее высота изменяется от 8 -10 км в полярных областях до 16 – 18 км на экваторе.

Природные условия С высотой над уровнем моря парциальное давление кислорода в воздухе быстро снижается. Еще быстрее с высотой уменьшается содержание водяного пара и пыли в воздухе. Снижение плотности и увеличение прозрачности атмосферы приводят к росту интенсивности солнечной радиации, в том числе ультрафиолетового излучения, а также корпускулярного космического излучения. Температура воздуха в тропосфере достаточно быстро снижается с высотой – в среднем на 0, 65 о. С при подъеме на каждые 100 м. Суточные колебания температуры в горах значительно выше, чем на близлежащих равнинах, а продолжительность весенне-летнего периода – короче.

Высота над уровнем моря, м Атмосферное давление воздуха и парциальное давление кислорода на разных высотах Насыщение крови гемоглобином с высотой снижается медленнее, чем парциальное давление кислорода

Морфофизиологические особенности Условия высокогорья, наряду с Арктикой, относятся к экстремальным для человека. Для адаптивного типа высокогорий характерны повышенный уровень основного обмена, относительное удлинение костей скелета, расширение грудной клетки. Кислородная емкость крови повышается за счет увеличения количества эритроцитов, содержания гемоглобина и относительной легкости его перехода в оксигемоглобин. Артериальное давление понижено.

Жители Тибета Шерпы отличаются исключительной выносливостью и трудоспособностью на больших высотах. Они являются носильщиками при подъемах альпинистов на вершины Гималаев. Шерпы, живущие в Непале

Легочное дыхание, как и кровообращение и другие физиологические функции организмов находится в тесной зависимости от интенсивности окислительных процессов. Последние в конечном итоге зависят от парциального давления кислорода в воздухе. У людей, живущих на высокогорье, увеличивается жизненная емкость легких. Кислородная емкость их крови повышается за счет увеличения числа эритроцитов и содержания гемоглобина, в том числе и фетального гемоглобина, обладающего гемоглобина повышенным сродством с кислородом. В мышцах становится больше миоглобина, а в митохондриях усиливается активность ферментов, аэробного дыхания и гликолиза. Интересно, что эти явления отсутствуют у новорожденных младенцев, но появляются уже через несколько дней после рождения.

Некоторые гематологические показатели у жителей Перу разных высот Показатели г. Лима, уровень моря г. Маракоч, 4540 м Общий объем крови, л 4, 77 5, 70 Общий гемоглобин, г 756 1176 Гемоглобин на единицу массы тела, г·кг-1 12, 6 20, 7 Эритроциты, млн·мм-3 5, 11 6, 44 Доля эритроцитов, %% 46, 6 59, 5

Индивидуальная устойчивость в человеческой популяции к гипоксии изменяется в широких пределах, она в известной мере зависит от тренированности и физического состояния людей. Гипоксия вызывает и расстройство психики – психики нарушение координации движений, эйфорию, утрату самоконтроля и потерю сознания, которая может наступить совершенно внезапно и привести к гибели. Под влиянием гипоксии включаются специфические компенсаторные физиологические механизмы. Первым их звеном является увеличение рефлекторное легочной вентиляции. Одновременно возрастают частота сердечных сокращений и минутный объем крови. В результате связывание кислорода несколько возрастает.

Однако увеличение вентиляции легких имеет и отрицательное значение, поскольку при этом увеличивается выделение СО 2 без повышения ее продукции в организме. Это может привести к снижению возбудимости дыхательного центра, что иногда вызывает смерть от остановки дыхания во сне (синдром внезапной смерти альпинистов). альпинистов Наконец, усиленная вентиляция легких требует дополнительного расхода энергии на работу дыхательных мышц.

Изменения в физиологическом состоянии организма у неадаптированных жителей равнины достоверно регистрируются при подъеме в горы свыше 2000 м. Их быстрый (в течение нескольких часов) подъем на высоту более 3000 м приводит к ряду опасных для здоровья последствий. Может наступить гипоксия, которая оказывает особенно сильное воздействие на головной мозг. Это приводит к «горной» , или «высотной болезни» , болезни симптомами которой являются отдышка и ряд нарушений функций ЦНС (головная боль, бессонница, тошнота). В тяжелых случаях могут иметь место спазмы легочных сосудов, гипертензия малого круга кровообращения и даже смерть от отека легких.

В целом, здоровый человек успешно адаптируется к существованию на высотах до 5000 м. Более того, выполнение физической работы на высотах более 5000 м приводит к меньшему накоплению молочной кислоты в мышцах, т. е. к меньшей утомляемости. Активная деятельность людей в условиях высокогорья простирается до высот 5000 – 5500 м. На них здоровый человек может находиться неопределенно долгое время. Высоты до 7000 считаются предельными для дыхания человека без специальных приборов. На бòльших высотах даже профессиональные альпинисты не могут сколько-нибудь длительное время находиться без кислородных приборов. Альпинисты на вершине Эвереста

Адаптация к нырянию Адаптации к нырянию у человека, как и любого животного, дышащего атмосферным кислородом, касаются, прежде всего, работы его дыхательного аппарата. По способности к нырянию все млекопитающие разделяются на три группы: 1. Водные (киты, дельфины, дюгони), способны находиться под водой дюгони от 30 минут – до 2 часов, достигая при этом глубины свыше 1100 м. 2. Полуводные (моржи, тюлени, морские котики, выдра, бобр, ондатра, утконос и т. п. ), способны находиться под водой от 5 до 15 минут. т. п. ), 3. Наземные (все остальные виды), могут находиться под водой не виды более 4 – 5 минут. К этой группе относится и человек. Профессиональные ловцы жемчуга и сборщики губок, не использующие аквалангов, находятся под водой в среднем 2 - 2, 5 минуты. Профессиональные фридайверы могут находиться под водой до 4 – 4, 5 минут, достигая глубины свыше 150 -200 (!) м. м Затяжное ныряние таит серьезную опасность. Быстрое падение концентрации кислорода и возрастание содержания СО 2 в крови может вызвать внезапную потерю сознания. В этом состоянии человек, находясь под воздействием повышенного содержания СО 2, может инстинктивно вдохнуть воду и захлебнуться.

Фридайвер с моноластой Женщины - ловцы жемчуга на острове Окинава. Средневековая японская гравюра. В Японии ловля жемчуга издавна считалась женской профессией

Адаптации к нырянию сводятся, прежде всего, к повышению запасов кислорода в организме. Кислородная емкость плазмы крови у видов из всех групп очень плазмы -1 (кит) до 250 мл О ·л-1 (бобр). близка – от 141 мл О 2·л 2 У человека этот показатель составляет - 207 мл О 2·л-1. Различия в содержании кислорода в эритроцитах также невелики эритроцитах -1 (бобр) до 613 мл О ·л-1 (тюлень); у человека – 450 мл – от 400 мл О 2·л 2 О 2·л-1. Основной путь повышения запасов кислорода – увеличение содержание мышечного белка - миоглобина, способного связывать его большие объемы Содержание миоглобина особенно высоко в мышцах китообразных, однако у человека его содержание незначительно. У профессиональных японских ныряльщиц за жемчугом (ама), у которых эта профессия передавалась из поколения в поколение, обнаружено увеличение слоя подкожного жира. Это снижает потери тепла в воде, которая отличается высокой теплопроводностью, а также уменьшает удельную массу тела. Развитие слоя подкожного жира, только в гораздо более выраженной форме, отмечено у всех водных и полуводных млекопитающих и птиц.

Воздействия повышенного давления кислорода С этим фактором сталкиваются в основном водолазы при глубоководных погружениях. При увеличении глубины погружения на каждые 10 м давление возрастает в среднем на 1 атм. Следовательно, на глубине 100 м человек вдыхает газовую смесь под давлением 10 атм. Давление дыхательной смеси, которая подается в этих условиях человеку, должно обязательно соответствовать гидростатическому давлению на данной глубине, иначе дыхание будет невозможным. Пропорционально возрастает и плотность этой смеси, что создает сопротивление дыханию. Поэтому на глубинах свыше 60 – 80 м азот полностью или частично заменяют более легким гелием. Кроме того, азот под давлением вызывает у человека наркотический эффект. Поэтому человек даже в специальном водолазном снаряжении (скафандр) может находиться на глубинах не более 250 м. В скафандрах с автономным запасом кислорода можно работать на глубинах до 500 – 600 м.

Российский (слева) и американский (справа) автономные скафандры для глубоководных работ

Серьезная опасность угрожает водолазу и при подъеме на поверхность. Под воздействием высокого давления кровь и другие жидкости тела насыщаются азотом. При быстром падении давления дыхательной среды (декомпрессии) азот выделяется в виде мелких пузырьков, которые могут закупорить мелкие тонкие кровеносные сосуды и капилляры. Это вызывает нарушение кровоснабжения внутренних органов, в том числе – головного мозга (кессонная болезнь). болезнь Чтобы предотвратить кессонную болезнь, подъем водолазов и акванавтов ведут очень медленно. При этом содержание кислорода в дыхательной смеси повышают, постепенно приближая к наземному. При быстром подъеме водолазов сразу же помещают в декомпессионную камеру. В герметичной декопрессионной камере вначале создается повышенное давление воздуха. Затем оно в течение нескольких часов постепенно снижается до нормального

Вредным для человека является и повышенное парциальное давление кислорода - гиперксия Так, при обычном атмосферном давлении дыхание чистым кислородом в течение 12 -15 часов может вызвать раздражение слизистой оболочки дыхательных путей, вплоть до воспаления легких. Дыхание кислородом при более высоком давлении (до 2 – 3 атм. ) вызывает тяжелые расстройства ЦНС (судороги, галлюцинации и др. ) уже через 1 -2 часа воздействия. Некоторые ученые считают не случайным, что большинство мировых религий (иудаизм, христианство, ислам) возникли в регионе Палестины и Мертвого моря, где находится самая глубокая впадина на суше (-395 м). Здесь самое высокое парциальное давление кислорода на Земле, что могло вызывать определенное коллективное воздействие на нервную систему и психику людей.

Перспективы существования человека в Космосе Условия среды в космическом пространстве и на других планетах Солнечной системы резко отличаются от таковых на Земле. В первую очередь, это касается гравитации. Сила притяжения в открытом Космосе равна нулю (состояние невесомости). На поверхности планет Солнечной системы – перспективных первоначальных объектов колонизации, она значительно ниже, чем на Земле – на Луне в 6 раз, а на Марсе – в 3 раза. Вся длительная биологическая эволюция человека, начиная с его далеких предков – первых наземных амфибий, происходила на суше в поле земного тяготения. Это сформировало специфический внешний облик человека, включая массивный скелет и мощные мышцы, поддерживающие его тело в вертикальном положении.

В невесомости необходимость в них отпадает, поэтому при длительном пребывании людей в невесомости (на орбитальных космических станциях) в их организмах происходят значительные изменения. Они начинаются уже с первого дня пребывания в космосе и становятся все более заметными, начиная с третьей недели. Из скелета вымывается кальций, в условиях резкого снижения подвижности нарушается фосфорный обмен в костной ткани. Все это приводит к снижению механической прочности костей. Резкое снижение мышечной активности приводит к атрофии мышц, следствием чего является уменьшением потребления организмом кислорода. Возникающий избыток неокисленного гемоглобина может снизить деятельность костного мозга, синтезирующего его. Поэтому космонавты до трети времени, проводимого на орбите, тратят на физические упражнения. Космонавт с эспандером на тренажере-дорожке

У людей, которые будут постоянно жить Луне и Марсе будут происходить изменения, которые будут передаваться по наследству. Потомки людей на Марсе и Луне будут обладать очень высоким ростом (свыше 3 м), узкими плечами, слабым скелетом и мышцами. В условиях земного тяготения они будут ломаться, как спички. По существу на Луне и Марсе могут возникнуть другие виды человека разумного, которые уже не будут способны жить на Земле.

Предлагается в будущем занести на поверхность Марса бактерии, способные разлагать вещества в грунте Марса с выделением СО 2 в атмосферу. Это создаст парниковый эффект и повысит температуру на поверхности Марса. В свою очередь, это вызовет таяние почвенных льдов с выделением водяных паров. Постепенно плотность атмосферы будет повышаться, на поверхности Марса появятся водоемы и планета станет пригодной для заселения людьми. Подобный процесс называется терраморфированием, т. е. «превращением» Марса в Землю. терраморфированием Марс – современный вид Предполагаемый вид Марса после терраформирования

Единственный способ жизни человека в космическом пространстве – создание в Космосе гигантских орбитальных космических станций. Они должны иметь форму бублика диаметром до нескольких километров. Можно подобрать такую скорость вращения станции вокруг своей оси, чтобы создаваемая в результате этого центробежная сила была равна силе земного притяжения. На таких станциях люди могут жить бесконечно долго и безопасно возвращаться на Землю. Современная международная космическая станция

Концептуальные проекты космических станций будущего