ЛЕКЦИЯ 7 Морфофизиологическая изменчивость и адаптивные типы человека Люди живут на планете в раз
Работа добавлена на сайт samzan.net:
PAGE 16
Вариант - 2013
ЛЕКЦИЯ 7
Морфофизиологическая изменчивость и адаптивные типы человека
Люди живут на планете в различных условиях окружающей среды, что связано с климатическими и географическими особенностями разных регионов. Говоря о морфофизиологических различиях человека, чаще всего имеют в виду расовые различия. Однако в настоящее время все чаще говорят о его адаптивных типах
Адаптивный тип – норма биологической реакции человека на условия окружающей среды, обеспечивающая состояние относительного равновесия популяции со средой и выражающаяся в комплексе морфофизиологических особенностях популяции (Алексеев, 1989).
Выделяют следующие основные адаптивные типы людей: арктический, тропический, зоны, умеренного климата, высокогорный, зоны пустынь (Алексеев, 1989). В адаптивном типе зоны пустынь часто выделяют подтипы зоны жарких и холодных пустынь. В тропическом адаптивном типе выделяют подтип пигмеев – обитателей влажных тропических лесов.
Каждый адаптивный тип представляет специфический комплекс морфо-физиологических, иммунологических и биохимических показателей, сформировавшийся в течение многих поколений людей, Они обуславливают адаптацию человека к существованию в определенных природно-климатических зонах. Адаптивные признаки не зависят от расовой или этнической принадлежности.
В последние годы начали говорить о городском адаптивном типе, к которому относят людей, постоянно проживающих в больших городах в условиях городского микроклимата, в первую очередь - это жилищах, где поддерживаются относительно стабильные условия температурные условия в течение года. Однако скорее городские жители представляют пример дезадаптации. Так, многие жители городов, находящихся в Арктике, даже относящиеся к коренным народам Севера, с трудом могут выжить в природных условиях, в которых жили их предки.
Арктический адаптивный тип распространен почти исключительно в Северном полушарии, преимущественно в Арктике, т.е. территории выше Северного полярного круга (66о33’ северной широты). Однако этот адаптивный тип распространен и в ряде более южных регионов с резко континентальным климатом – Западной Сибири, Центральная Якутия, Колыме, юге Аляски, долина Юкона и др. В Южном полушарии определенное 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…–50оС и даже ниже) и значительными перепадами температур в течение года – в некоторых районах Якутии – до 70 – 80оС. Очень короткий вегетационный период (не более 2 – 3 месяцев), а в Арктике – продолжительный период полярного лета и полярной зимы – до двух месяцев каждый. Дефицит кислорода даже в равнинных районах, особенно ощутимый 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.
Морфофизиологические особенности. Не только по своему происхождению от обезьян, но и по физиологическим особенностям терморегуляции человек относится к тропическим видам. Для него характерна относительно слабое развитие химической терморегуляции, сильная сосудистая реакция, хорошо развитое потоотделение и слабо развитое полипноэ. Температура тела человека подвержена суточным колебаниям в пределах 1оС и не является стабильной в разных частях тела.
Пониженная температура, наряду с голодом и болезнями, являлась на протяжении многих тысячелетий одном из основных факторов смертности. Еще Геродот отмечал, что большинство моряков флота персидского царя Дария, разгромленного греками в сражении у острова Саламин, не утонули, а погибли в воде от холода. При этом чувствительность к холоду возрастает с возрастом. Даже сейчас в большинстве стран умеренной зоны отмечено достоверное повышение смертности пожилых людей в зимний период.
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.
К морфофизиологическим особенностям строения тела народов Арктики относятся коренастое телосложение массивного мускульного типа. Для него характерно некоторое укорочение конечностей относительно крупного цилиндрического торса, что приводит к сокращению площади поверхности тела на единицу его массы (правило Бергмана) и соответственно – к снижению теплоотдачи во внешнюю среду.
Мягкие ткани лица приобрели специфические черты – округлый овал лица, уплощенный широкий нос, узкий разрез глазных щелей, плоские молярные области черепа, обеспечивающие формирование на них термозащитных жировых подушек, более высокая степень ороговения кожных покровов. Все это снижает прямое холодовое воздействие на открытую лицевую поверхность. Наряду с этим узкий разрез глазных щелей защищает глаза от солнечного света, отраженного от снега в весенний период.
Отмечается относительно сильное развитие костно-мышечной системы, большие размеры грудной клетки, высокий уровень гемоглобина, белков и холестерина в крови, повышенное содержание минеральных веществ, повышенная способность окислять жиры.
Содержание воды в тканях тела понижено, в результате чего они обладают пониженной теплопроводностью, что способствует удержанию тепла в организме.
Возможности перераспределения кровотока между поверхностными и более глубокими кровеносными сосудами, особенно в конечностях, более выражены у народов Севера, чем у жителей умеренных широт. Это приводит к снижению теплопередачи через кожные покровы и способствует стабилизации температуры внутренних органов. Артериальное давление ниже, чем у жителей умеренной зоны.
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 явления адаптации могут сохраняться в течение 15 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.
Для коренных народов Севера свойственна специфическая диета, которая включает включающая значительное количество жиров и белков. Для переваривания такой пищи необходим особый набор пищеварительных ферментов, который закреплен генетически. Суточный рацион у жителей Крайнего Севера должен быть не менее 3,5 тыс. ккал.
У коренных жителей Арктики, постоянно находящихся на открытом воздухе, в зимний период отмечено повышение уровня основного обмена по сравнению не только с жителями умеренных широт, но и приезжими на Север. У эскимосов в зимнее время 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.
Однако у жителей Севера, работающих в помещениях в условиях пониженной мышечной активности, возрастания основного обмена не обнаружено. Отсюда некоторые специалисты считает, что зимнее повышение обмена у коренных народов Севера скорее связано с ношением тяжелой одежды, чем с непосредственным воздействием холода на терморецепторы.
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 последнем случае является менее энергоемкий гликоген.
Печень, обеспечивающая сопряжение белкового, углеводного и жирового обмена, функционирует в условиях повышенной нагрузки, что ведет к увеличению ее размеров и иногда может нарушить ее нормальную деятельность.
С другой стороны, не обнаружено никаких отличий от критической точки обмена у лопарей (27оС) по сравнению с жителями умеренного и даже тропического поясов.
Поэтому адаптация к существованию в условиях Арктики у человека обусловлена не биологическими, социальными механизмами - одеждой, жилищем, использованием огня и т.п.
У детей коренных народов Арктики в период полярной ночи рост прекращается, но зато в период полярного дня он ускоряется, так что годовой прирост остается таким как у детей из умеренных широт.
Тем не менее, существование в суровых условиях Арктики требует напряженного функционирования всех систем органов, что представляет серьезную нагрузку для организма. Так, у аборигенных народов Арктики часто наблюдается задержка полового созревания, высокий процент первичного бесплодия и преждевременных родов. Часто возникают заболевания желудочно-кишечного тракта и системы органов дыхания, снижение реактивности детского организма.
Адаптация к холодному климату у жителей умеренной зоны. Адаптация человека к природным условиям Арктики и Субарктики не аналогична адаптации его к холоду, даже при условии его повседневного воздействия на организм. В процессе акклиматизации человека к условиям Крайнего Севера наблюдаются три фазы:
1. Начальная фаза акклиматизации, длится около 6 месяцев, в которой наблюдается дестабилизация многих физиологических функций.
2. Фаза нормализации и синхронизации вегетативных и соматических функций, которая длится 2–3 года. На ней происходит перестройка механизмов уравновешивания организма со средой. На этой стадии часто наблюдаются явления дезадаптации.
3. Фаза устойчивой акклиматизации, которую достигают далеко не все люди. Она длится не менее 10–15 лет. На этой стадии происходит постепенная стабилизация функций, для чего требуется напряжение регуляторных систем, что чревато их истощением. Далеко не все люди способны пройти эту стадию.
При попадании человека в экстремальные условия процесс его адаптации будет зависеть от его индивидуальных особенностей, или конституции. В первые годы адаптивного процессе разные конституционные типы человека неодинаково реагируют на даже на одинаковые внешние условия.
По способности к адаптации в условиям Севере были выделены три типа: стайеры, спринтеры и миксты, т.е. промежуточный тип (Казначеев, 1980).
Стайеры оказались слабо приспособленными к действию мощных кратковременных нагрузок. Однако после относительно короткой перестройки они становились 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.
Промежуточный тип проявляет средние адаптационные способности.
В популяциях умеренной зоны бывшего СССР большинство составляет промежуточный тип. Так, среди жителей Новосибирска его доля достигает в среднем 66%, а спринтеров и стайеров – только 22 и 12% соответственно.
Среди строителей БАМ в течение первого года с момента переселения на долю спринтеров приходилось 32%, стайеров – 25%, микстов – 43%. Среди лиц, проработавших на БАМе более двух лет, доля стайеров выросла до 53%, микстов – снизилась до 29,4%, а спринтеров – до 17,6%. Это объясняется тем, что значительная часть людей, генетическая конституция не соответствовала стайерам, покинула эту экстремальную зону.
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». Это рассматривается как адаптация, направленная на поддержание водно-солевого гомеостаза, 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.
Пребывание человека в условиях Крайнего Севера сопровождается изменениями состояния сердечно-сосудистой системы. В начальный период адаптации наблюдаются такие негативные симптомы, как отдышка, особенно при физической нагрузке, увеличение сердечного ритма, боли в области сердца. Особенно эти симптомы обостряются во время полярной ночи.
Объективно в этот период происходит перестройка сердечно-сосудистой системы к условиям Севера – увеличение сердечного ритма, повышение кровяного давления и скорости кровотока,
На последующей стадии акклиматизации наблюдаются урежение частоты пульса, снижением минутного объема кровообращения, но артериальное давление остается увеличенным.
Длительное пребывание на Севере может отразиться в развитии гипертонической болезни сердца, мозговых инсультов и инфарктов миокарда.
Одним из критериев акклиматизации к условиям Севера можно считать скорость восстановления температуры кожи после стандартного охлаждения. Эта скорость 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 природных условиям Арктики не сводится только к его адаптации его к холоду, даже при условии его повседневного 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 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. Наблюдается снижение неспецифического иммунитета, особенно у тех, кто недавно прибыл в Заполярье.
Проблема успешной акклиматизация к условиям Крайнего Севера решается, по-видимому, в плане создания необходимых санитарно-бытовых и гигиенических условий проживания людей, в т.ч. соляриев, полноценного питания, необходимого режима труда и отдыха.
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 саванну.
Природные условия. Повышенные летние температуры (до 30 – 35оС) и положительные температуры зимой. Сравнительно узкие диапазоны годовых колебаний температуры (не более 20 – 30оС), при этом среднегодовая температура близка к температуре критической точки человека (27 ± 2оС). 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.
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.
Несмотря на то, что коренными жителями жарких регионов планеты являются народы, принадлежащие к африканской расе, большинство исследователей считает, что в процессах адаптации к условиям тропиков у людей из разных рас нет существенных различий. Однако у жителей тропиков имеются определенные морфофизиологические особенности – напр., увеличенную площадь губ, способствующую отводу тепла. Темный цвет кожи – адаптация к повышенному уровню УФ-излучения.
В тропическом климате с незначительными годовыми и суточными колебаниями температуры в тени, близкими к критической точке организм человека в состоянии покоя может поддерживать нормальный теплообмен без всякой одежды. Однако всякая мышечная активность в этих условиях повышает теплопродукцию, которая отводится в результате обильного потоотделения.
Потоотделение в тропиках возрастает, причем эта способность увеличивается в процессе акклиматизации. Это и объясняет, что интенсивная работа в тропиках у хорошо потеющих людей перегревания не вызывает.
Процессы адаптации к жаркому климату сводятся в основном к снижению температуры тела. Один из основных механизмов этого – увеличение периферического кровообращения. Это обеспечивает не только повышенную теплоотдачу с поверхности тела, но и усиленную работу потовых желез.
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 повышается рН крови.
Как правило, в условиях тропиков наблюдается лишь незначительное снижение основного обмена, что отчасти связывается с особенностями питания в условиях высокой температуры. Однако в строго контролируемых условиях наблюдали снижение основного обмена как у местных жителей, так и у хорошо адаптированных приезжих. Имеются данные, что интенсивность химической терморегуляции у человека, адаптированного к условиям высокой температуры, снижена.
В условиях тропиков 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). Таким образом, это адаптивный тип имеет конвергентный характер и сформировался независимо у представителей негроидной расы
Природные условия. Важнейшим экстремальным фактором для человека в условиях влажных тропических тропиков является очень большое количество осадков – от 2000—7000 до 14 000 мм осадков в год. При этом 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 28оС, с суточными колебаниями в пределах 3 – 9оС.
Поэтому в тропическом лесу 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
Этот тип занимает промежуточное положение между арктическим и тропическим типами. Установить четко выраженные морфофизиологические характеристики этого типа очень сложно по многим причинам – интенсивной метисацией с представителями других адаптивных типов, проживанием значительной части населения в городах.
Адаптивный тип пустынь распространен в субтропическом и умеренном поясах всех континентов Эйкумены, исключая Европу.
Природные условия. Пустыни подразделяются на жаркие, находящиеся в субтропическом поясе (Сахара, Калахари, Аравийская пустыня, Большая Австралийская пустыня и др.) и холодные, расположенные во внутриконтинентальных районах умеренной зоны (Гоби, Такла-Макан, Каракумы, Кызылкум).
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, обладая крайне низкой влажностью, практически не защищает поверхность почвы от интенсивной солнечной радиации, что вызывает ее сильное нагревание – до 70 – 80оС. 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 70оС. Лето в них обычно теплое, даже жаркое, а зимы очень суровые, морозы могут достигать −50 °C. Однако и в жарких пустынях отрицательные ночные температуры вполне обычны.
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 высокую удельную поверхность тела, облегчающую теплоотдачу. Из физиологических признаков типично снижение кровяного давления вследствие увеличенного потоотделения и расширения кожных сосудов. Содержание гемоглобина повышенное вследствие большой потери влаги организмом, вызывающей дегидратацию крови.
В аридных зонах, где температура воздуха летом может достигать 50оС в тени, а на почве – до 70 – 80оС, поступление тепла в организм человека из внешней среды может достигать 500 ккал в час. Это приводит к повышению его температуры.
Имеет место более эффективная, чем у других адаптивных типов, сосудодвигательная регуляция потери тепла в условиях значительных суточных колебаний температуры. При охлаждении кожи теплопродукция у коренных жителей жарких пустынь оставалась постоянной, тогда как у европейцев снижалась.
Морфофизиологические особенности коренных обитателей холодных пустынь близки к таковым у представителей арктического адаптивного типа.
Можно сделать и более общий вывод, что существование человека в условиях разных климатических поясов – от тропиков до Арктики и Антарктики обеспечивается отнюдь не его физиологическими особенностями, а создаваемым им микроклиматом – одеждой и жилищем. Тем не менее, факт адаптации человека к разным температурным условиям несомненен. Ее морфофизиологические механизмы близки к таковым у других видов пойкилотермных организмов.
Адаптивный тип высокогорий
Этот адаптивный тип 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.
Таким образом, 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. Тропосфера отделяется от вышележащей оболочки атмосферы – стратосферы (высота до 50 км) тонким озоновым слоем.
С высотой над уровнем моря парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе быстро снижается. На уровне моря оно составляет около 160 мм рт. ст. На высоте 4000 м оно снижается до 98 мм ртутного столба, а давление кислорода в альвеолах – даже до 60 мм ртутного столба. На высотах 7000 и 8000 м эти величины снижаются соответственно до 50 и 30 мм ртутного столба. Поэтому на высотах свыше 7500 м даже тренированный человек не может длительное время находиться без кислородных приборов.
Еще быстрее, чем атмосферное давление, с высотой уменьшается содержание водяного пара и пыли в воздухе. Это увеличивает прозрачность воздуха, что приводит к возрастанию интенсивности солнечной радиации, в том числе ультрафиолетового излучения. Возрастает также интенсивность электромагнитного и корпускулярного космического излучения.
Другими важными лимитирующими факторами распространения людей в горах являются температура и высота снегового покрова. Температура воздуха в тропосфере достаточно быстро снижается с высотой – в среднем на 0,65оС при подъеме на каждые 100 м. Суточные колебания температуры в горах значительно выше, чем на близлежащих равнинах, а продолжительность весенне-летнего периода – короче. Даже в Беларуси снежный покров на Минской возвышенности весной разрушается на 1 – 1,5 недели позже, чем на прилегающей Неманской низине.
Граница вечных снегов в горах снижается с продвижением от экватора к полюсам. Поэтому в горах тропического и субтропического поясов (Перуанские Анды, Гималаи) обитают на бòльших высотах, чем в горах умеренной и арктической зон (Памир, Тянь-Шань, Кордильеры Аляски).
На больших высотах в горах на температурный режим влияет наличие ледников и снежного покрова, а также от орографических особенностей. На южных склонах, где приток солнечной радиации больше, температура выше, чем на северных. Поэтому высокие горные хребты, особенно расположенные в широтном направлении (Гималаи, Кавказ), являются важными климатическими границами.
Морфофизиологические особенности. Для адаптивного типа высокогорий характерны повышенный уровень основного обмена, относительное удлинение костей скелета, расширение грудной клетки, повышение кислородной емкости крови за счет увеличения количества эритроцитов, содержания гемоглобина и относительной легкости его перехода в оксигемоглобин. Артериальное давление понижено.
Активная деятельность людей в условиях высокогорья простирается до высот 5000 – 5500 м. До этих высот человек может находиться неопределенно долгое время. Выше проникает только человек с помощью специального снаряжения.
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.
Изменения в физиологическом состоянии организма у жителей равнин достоверно регистрируются при подъеме в горы свыше 2000 м. У неадаптированных жителей равнины быстрый подъем (в течение нескольких часов) 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», 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.
Индивидуальная устойчивость в человеческой популяции к гипоксии изменяется в широких пределах, она в известной мере зависит от тренированности и физического состояния людей. Однако высоты 7000-8000 м считаются предельными для дыхания человека без специальных приборов.
Гипоксия вызывает и расстройство психики – нарушение координации движений, эйфорию, утрату самоконтроля и потерю сознания, которая может наступить совершенно внезапно и привести к гибели.
Вместе с тем под влиянием гипоксии включаются 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 СО2 без повышения ее продукции в организме. Это может привести к снижению возбудимости дыхательного центра, что иногда вызывает смерть от остановки дыхания во сне. Наконец, усиленная вентиляция легких требует дополнительного расхода энергии на работу дыхательных мышц.
Поэтому при длительном пребывании в горах включаются иные адаптивные механизмы. Так у постоянных обитателей горных районов Анд и Гималаев реакция на гипоксию резко ослаблена, а легочная вентиляция поддерживается приблизительно на том же уровне, как и у живущих на равнине.
Некоторые гематологические показатели у жителей Перу разных высот
|
Показатели |
Лима (уровень моря) |
Маракоч, 4540 м |
|
Общий объем крови, л |
4,77 |
5,70 |
|
Общий гемоглобин, г |
756 |
1166 |
|
Гемоглобин на вес тела, г кг-1 |
12,6 |
20,7 |
|
Эритроциты, млн мм-3 |
5,11 |
6,44 |
|
Доля эритроцитов, %% |
46,6 |
59,5 |
Зато 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 повышенным сродством с кислородом. В их мышцах становится больше миоглобина, а митохондриях усиливается активность ферментов, аэробного дыхания и гликолиза.
Интересно, что эти явления отсутствуют у новорожденных младенцев, но появляются уже через несколько дней после рождения.
Таким образом, организм человека успешно адаптируется к существованию на высотах до 5000 м. Более того, выполнение физической работы на высоте 5400 м приводит к меньшему накоплению молочной кислоты в мышцах, т.е. меньшей утомляемости.
Адаптация к нырянию
Адаптации к нырянию у человека, как и любого млекопитающего, дышащего атмосферным кислородом, касаются, прежде всего, работы его легочного аппарата. По способности к нырянию все млекопитающие разделяются на три группы:
1. Водные (киты, дельфины, дюгони), способные находиться под водой до 30 минут – до 2 часов, достигая при этом глубины свыше 1100 м.
2. Полуводные (моржи, тюлени, морские котики, выдры, бобр, ондатра, утконос), способные находиться под водой от 5 до 15 минут.
3. Наземные (все остальные виды), способные находиться под водой не более 4 – 5 минут. К этой группе относится и человек. Профессиональные ловцы жемчуга и сборщики губок, не использующие аквалангов, способны находиться под водой в среднем 2 - 2,5 минуты.
Рекордными для людей являются достижения профессиональных дайверов. Однако такое затяжное ныряние таит серьезную опасность; быстрое падение концентрации кислорода в крови может вызвать внезапную потерю сознания; в этом состоянии человек под воздействием повышения содержания СО2, инстинктивно вдохнет воду и захлебнется.
Адаптации к нырянию касаются, прежде всего, повышения его запасов в организме. Кислородная емкость плазмы крови у видов из всех групп очень близка – от 141 мл О2 л-1 (кит) до 250 мл О2 л-1 (бобр). У человека этот показатель составляет - 207 мл О2 л-1. Различия в содержании кислорода в эритроцитах также невелики – от 400 мл О2 л-1 (бобр) до 613 мл О2 л-1 (тюлень); у человека – 450 мл О2 л-1. Основной путь повышения запасов кислорода – увеличение содержание особого белка -- мышечного гемоглобина, способного связывать большое количество кислорода. У человека эта способность развита лишь незначительной степени.
У профессиональных японских ныряльщиц за жемчугом (ама), у которых эта профессия передавалась из поколения в поколение, обнаружено увеличение отложений подкожного жира. Это снижает потери тепла в водной среде, которая отличается высокой теплоемкостью и теплопроводностью, а также уменьшает удельный вес тела. Такие же адаптации, только в гораздо более выраженной форме, отмечены у всех водных и полуводных млекопитающих.
Воздействия повышенного давления кислорода. С этим фактором сталкиваются в основном водолазы и акванавты при глубоких погружениях. Давление дыхательной смеси, которая подается в этих условиях человеку, должно обязательно соответствовать гидростатическому давлению на данной глубине, иначе дыхание будет невозможным. При увеличении давления на каждые 10 м давление возрастает на 1 атм. Следовательно, на глубине 100 м человек вдыхает газовую смесь под давлением 10 атм. 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.
Серьезная опасность угрожает человеку и при подъеме на поверхность после пребывания на глубине. Во время действия высокого давления кровь и другие жидкости тела насыщаются азотом или гелием. При быстром падении давления дыхательной среды (декомпрессии) эти газы выделяются в виде мелких пузырьков, которые могут закупорить мелкие тонкие кровеносные сосуды и капилляры и вызвать нарушение кровоснабжения внутренних органов, в том числе – головного мозга.
Чтобы предотвратить декомпрессионные расстройства, подъем водолазов и акванавтов ведут очень медленно. Важное значение имеет и правильный газовых смесей.
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.
Поэтому содержание кислорода в дыхательной смеси, которой дышит водолаз, снижают по мере увеличения глубины погружения, сохраняя его парциальное давление, близкое к наземному.
Некоторые ученые считают не случайным, что большинство мировых религий (иудаизм, христианство, мусульманство) 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), а на поверхности планет Солнечной системы – перспективных первоначальных объектов колонизации – Луне и Марсе значительно ниже, чем на Земле.
На Луне сила притяжения меньше земной в 6 раз, а на Марсе – в 3 раза. Тем не менее, вся длительная эволюция человека, как биологического вида, начиная с наземных амфибий, происходила в поле земного тяготения. Это сформировало специфический внешний облик человека, включая массивный скелет и мощные мышцы, поддерживающие его в вертикальном состоянии.
В условиях невесомости необходимость в них отпадает, поэтому в условиях длительного пребывания людей в невесомости, на орбитальных космических станциях в их организмах происходят значительные изменения. Например, из скелета вымывается кальций, происходит атрофия мышц. Поэтому космонавты до трети времени, проводимого на орбите, тратят на физические упражнения.
У людей, которые будут постоянно жить на земной орбите, Луне и Марсе будут происходить изменения, которые будут передаваться по наследству.
Поэтому у людей на орбите будут постепенно атрофироваться конечности и истончаться скелет. Потомки людей на Марсе и Луне будут обладать очень высоким ростом (свыше 3 м), узкими плечами и слабым скелетом. 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.
Единственный способ предотвращения этого – 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.
2. тематическое планирование по биологии на 20132014 учебный год в 8 классах
3. Аллюр ~ вовлеки меня в жизнь
4. интернатов и других стационарных учреждений социального обслуживания для престарелых и инвалидов Заключ
5. ТКФ КАМАТРАКС [7] 2
6. Расчет производственного освещени
7. і Біра~ Стаффинг процесіне джиттерді~ бас~а т~рі де т~н
8. Творчеством одержимый
9. Тема 2 Історія розвитку літературознавчої компаративістики Порівняльне літературознавство як наука розви
10. Две стороны ОВФ Материализм и идеализм их виды
11. тематичних наук Київ 2003 Дисертацією є рукопис.
12. Метод отражает внутренние закономерности развития той деятельности в которой он применяется
13. Особенности расчета пособия по временной нетрудоспособности
14. і Тільки ГалицькоВолинська держава увійшовши до складу Корони Польської як особистий домен короля офіційн
15. Методика преподавания имени существительного
16. історичні передумови виникнення філософії.html
17. варианте синий с геральдическим щитом и продольным расположением реквизитов изготовляются типографским сп
18. Тульский государственный университет Кафедра социологии и политологии
19. В В РЕЗУЛЬТАТЕ РАЗРУШЕНИЯ ГИДРОУЗЛА 9
20. Система стимулирования для менеджеров высшего звена