Энерготраты организма в Арктике и обеспечение питанием в условиях автономного существования

Энерготраты организма в Арктике и обеспечение питанием в условиях автономного существования

Как влияют низкие температуры на организм человека, оказавшегося в условиях Арктики? Знание этого имеет немаловажное практическое значение для жизнеобеспечения экипажа.

По мнению отечественных и зарубежных ученых, низкие температуры окружающей среды сами по себе уже нарушают баланс между расходованием энергии и ее поступлением в организм (Кандрор, 1968; Burton et al., 1940). На их воздействие организм отвечает своеобразной защитной реакцией – усилением теплопродукции. Эта реакция на холод названа известным немецким гигиенистом Р. М. Рубнером «химической теплорегуляцией» (Бартон, Эдхолм, 1957). Известный советский физиолог А. Д. Слоним (1952) считает, что в условиях длительного воздействия низких температур поддержание температуры тела на постоянном уровне происходит не за счет процессов химической терморегуляции, а главным образом за счет регуляции теплоотдачи.

На характер и степень изменения обменных процессов у ученых нет единства во взглядах. По данным некоторых исследователей, основной обмен у лиц, прибывших в Арктику, снижается.

Причем это снижение, особенно к концу полярной ночи, весьма значительно – 15-30% по отношению к принятым физиологическим стандартам (Байченко, 1937; Синадский, 19396; Слоним и др., 1949; Lindhard, 1924). В. В. Борискин (1973), исследовавший уровень основного обмена у зимовщиков дрейфующей станции Северный полюс-4, установил, что снижение его не превышает 7-8%. Другие ученые указывают, что в арктических условиях основной обмен имеет тенденцию к повышению на 4-5%, а у лиц, постоянно работающих вне помещений, на 10-46% (Данишевский, 1955; Кандрор, Раппопорт, 1954; Кандрор, 1957; Кандрор и др., 1957; Удалов, Кузнецов, 1960; Добронравова, 1962). Аналогичные результаты получили канадские физиологи, изучавшие основной обмен у эскимосов и военнослужащих канадских ВВС (Bollerund et al., 1950). Было установлено, что даже кратковременное воздействие холода увеличивает потребление кислорода в 2,5 раза (Horvath et al., 1956). Но как отечественные, так и зарубежные исследователи сходятся во мнении, что энерготраты организма в Арктике существенно повышаются. «Уровень суточных энерготрат у людей, занятых одной и той же физической работой в Арктике, на 15-20%) выше, чем в условиях умеренного климата» (Кандрор, Раппопорт, 1957; Кандрор, 1960). К такому же выводу пришли Ю. Ф. Удалов и М. И. Кузнецов (1960). Определяя методом непрямой калориметрии энерготраты летного состава, исследователи установили, что на Крайнем Севере они примерно на 10% выше, чем в средней климатической полосе.

По данным В. В. Борискина (1969), энерготраты при ходьбе по ровной местности со скоростью 4-4,5 км/час в средней климатической полосе и в Арктике составляют 227 и 422 ккал/час соответственно. Энерготраты при копании снега возрастали до 670 ккал/час.

И дело не только в действии на организм низкой температуры окружающей среды (Кандрор, 1968). Высокий расход энергии связан с целым комплексом различных факторов: ношение тяжелой, сковывающей движение одежды, ветер, снежный покров и т. д. Только замена демисезонной одежды на теплую зимнюю ведет к повышению расхода энергии при легкой физической работе на 7% (Gray et al., 1951), а при выполнении тяжелой работы на 25% (Борискин, 1973).

Необходимость компенсировать большие энергетические затраты издавна учитывалась полярными исследователями. Не случайно арктические рационы всегда отличались высокой калорийностью, иногда в два-три раза превышающей общепринятую (Webster, 1952). Например, калорийность суточного рациона зимовщиков дрейфующей станции «Северный полюс-1» составляла 6250 ккал (Беляков, 1939). При этом предпочтение всегда отдавалось жирам и белкам. Вот почему наиболее популярным продуктом, который брали с собой, отправляясь в дальние походы арктические и антарктические путешественники, был пеммикан – сушеное мясо, смешанное с жиром. В течение столетия состав пеммикана не претерпевал изменений. Пеммикан использовали участники американских экспедиций в Гренландию в 1853-1855 гг. под руководством доктора Е. Кэна (1866) и А. Грили в 1881-1884 гг. (Грили, 1935). Австралийская Антарктическая экспедиция под руководством Дугласа Моусона в 1911-1914 гг. пользовалась пеммиканом, состоявшим на 50% из говяжьего жира и на 50% из сушеной говядины (Моусон, 1935). В пеммикане, который взял с собой Фритьоф Нансен во время лыжного похода к Северному полюсу, животный жир был заменен кокосовым маслом (Нансен, 1956). Покоритель Северного полюса Роберт Пири для придания пеммикану более приятного вкуса добавлял к мясо-жировой смеси сушеные фрукты (Пири, 1906), а Роальд Амундсен – сушеные овощи и овсяную крупу (Амундсен, 1936а). Один килограмм пеммикана, изготовленного по рецепту Р. Амундсена, полностью покрывал энергетические потребности участников санных поездок первой Британской Антарктической экспедиции 1928 г. (Бэрд, 1935).

Совершенствование пеммикана продолжалось и в последующие годы. К тому времени, когда Ричард Бэрд начал в 1933 г. подготовку ко второй Антарктической экспедиции, пеммикан, изготовленный по рецепту Д. Комана и 3. Губенкоу, представлял из себя весьма сложное блюдо (Бэрд, 1937; Nesbitt et al., 1959). Приводим состав пеммикана Комана и Губенкоу (в %): Чистый олеостерин – 32,66; Порошок из цельного молока – 19,80; Высушенный бекон 48-часового копчения – 17,57; Порошок из обезвоженной бычьей печени – 4,95; Обезвоженная измельченная говядина – 4,95; Обезвоженный концентрат из помидоров и овощей – 4,95; Соевая крупа – 4,95; Толокно овсяное – 2,47; Обезвоженная гороховая мука – 2,47; Бланшированный обезвоженный картофель – 1,48; Бульонные кубики – 0,99; Пивные дрожжи – 0,99; Соленый лук – 0,74; Стручковый перец – 0,37; Лимонный порошок – 0,37; Тминное семя – 0,25; Перец кайенский молотый – 0,025; Перец черный молотый – 0,025.

До настоящего времени не существует единства взглядов на преимущественную роль того или иного компонента питания для аварийных арктических рационов. Например, одни ученые придерживаются мнения, что белок должен составлять лишь незначительную часть рациона (Mitchell, Edman, 1964), другие считают, что недостаток белка неблагоприятно сказывается на самочувствии и работоспособности людей (Rodahl et al., 1962). Третьи полагают, что наиболее выгоден паек, состоящий только из одних углеводов, и люди, использующие его в пищу, гораздо лучше переносят низкие температуры от -2° до -30° (Keeton et al., 1946).

Это мнение разделял английский полярный исследователь Э. Шеклтон (1935), утверждавший, «что сахар является в высшей степени ценным теплообразующим веществом и поэтому его суточная норма была доведена до 200 г».

И все же многие физиологи склоняются к точке зрения Whittingham (1953, 1955), высказывавшегося за сохранение в аварийном рационе в разумном соотношении всех пищевых компонентов: белков, жиров, углеводов. По этому принципу скомплектован английский аварийный рацион, состоящий из 1,36 кг углеводов (4771 ккал) и 0,68 кг белков и жиров (2034 ккал). Этот рацион при добавлении 1,5 л воды в сутки рассчитан на трое суток тяжелой физической работы, например марша на 150 км.

Арктический аварийный трехсуточный рацион немецких ВВС во время второй мировой войны содержал консервированную ветчину, сухари, шоколад, бульонные кубики, сахар и таблетки декстрозы, общей калорийностью 11 450 ккал (Hanson, 1955).

Американский аварийный арктический рацион SA-4 калорийностью 2100 ккал включает хлебные брикеты, желе, брикеты сыра, мармелад, шоколад и сухие сливки. Испытания комбинированного (жиро-белкового) арктического рациона, проведенные специалистами Американской Арктической лаборатории авиационной медицины, позволили сделать заключение, что подобный аварийный паек с энергетической ценностью 8160 ккал обеспечивает хорошую работоспособность и физическую выносливость при выполнении десятисуточного марша на 160 км (Rodahl et al., 1962; Rodahl, 1956).

Успешными оказались результаты исследований в натурных условиях Кольского Заполярья аварийного опытного рациона с повышенным содержанием жиров. Испытуемые, питавшиеся в течение 7 суток перехода опытным рационом, потеряли в весе 1,2-2,9 кг, в то время как лица, использовавшие штатный аварийный рацион, потеряли в весе 1,9-3,5 кг. При этом у обеих групп участников эксперимента не отмечалось нарушений жирового и углеводного обмена (Удалов, 1961, 1964).

В условиях низких температур, как было установлено, потребность организма в витаминах, и, в первую очередь, аскорбиновой кислоте, значительно возрастает (Каган, Кузменко, 1932; Данишевский, 1955; Ефремов, 1956). В связи с этим оказалось необходимым пересмотреть и увеличить общепринятые суточные нормы витамина C для условий Крайнего Севера до 100-125 и даже до 150 мг (Шворин, 1953; Немец, Лизарский, 1957). Профессор В. В. Ефремов (1963) предложил увеличить не только норму аскорбиновой кислоты, но и остальных витаминов: A – до 2,5-3 мг, каротина – до 5-6 мг, B, – до 5 мг, B₂ – до 5 мг, PP – до 30-40 мг, D – до 500-1000 и. е.

Поскольку арктический аварийный рацион рассчитан на относительно кратковременное пребывание человека при низких температурах, вопрос о содержании в нем витаминов, на первый взгляд, не имеет существенного значения. Однако исследования, проведенные нами в Арктике в 1972-1973 гг., когда воздействие низких температур сочеталось с недостаточным (субкалорийным) питанием, показали, что при этих условиях расход витаминов в организме значительно повышается[3].

Об этом свидетельствовало снижение экскреции витаминов. Так, например, содержание аскорбиновой кислоты в суточной моче у испытуемых на пятые сутки эксперимента уменьшалось почти в четыре раза. Отчетливо снизилась экскреция тиамина (с 1050±265 до 600±156 мкг), рибофлавина (с 720±251 до 70±12 мкг), пиродоксамина (с 2770±252 до 840±145 мкг).

Эти процессы протекали еще более интенсивно при большой физической нагрузке. Так, после проведения тридцатишестичасового перехода в тундре при температуре воздуха минус 15-20° содержание аскорбиновой кислоты в моче снизилось более чем в два раза.

Полученные данные свидетельствовали о значительном усилении окислительно-восстановительных процессов под влиянием указанных факторов внешней среды.

Таким образом, сочетание низких температур, субкалорийного питания и физической нагрузки оказывается достаточным, чтобы даже при кратковременном воздействии вызвать дефицит витамина C в организме человека. Следовательно, при создании арктических аварийных рационов необходимо учитывать это обстоятельство, включая в их состав витаминный комплекс. При этом можно исходить из суточных норм, предложенных профессором В. В. Ефремовым для Крайнего Севера.

Как бы ни был совершенен и калориен аварийный пищевой рацион, рано или поздно возникнет вопрос – можно ли пополнить запас продовольствия из «кладовой Арктики?» Выдающийся полярный исследователь В. Стефанссон утверждал, что, «поскольку тюлени и белые медведи водятся в Арктике повсеместно и их надо только найти», проблема питания решается весьма просто (Стефанссон, 1948; Stefansson, 1921). Действительно, арктические животные встречаются в самых отдаленных районах Центрального Полярного бассейна. Зимовщики дрейфующей станции Северный полюс-1 видели белых медведей и нерп на 88° с. ш. (Папанин, 1938; Кренкель, 1940; «Станция Северный полюс», 1938). Не раз появлялись медведи и даже песцы в районе Полюса относительной недоступности (Яковлев, 1957; Толстиков, 1957). Во время дрейфа станции Северный полюс-З, когда она находилась на 89° с. ш., белые медведи напали на научную группу, производившую промеры океана (Волович, 1957; Яцун, 1957).

Не раз сотрудники дрейфующих станций видели в разводьях тюленей.

Однако оптимизм Стефанссона не разделяют большинство знатоков полярного мира. «Судя по нашему опыту, Стефанссон не прав в своих заключениях, – писал известный норвежский ученый X. Свердруп (1930). – Экспедиция, которая пожелала бы отправиться на север от Сибири, надеясь одной охотой добывать там пропитание, пошла бы навстречу верной гибели». Не менее категоричен в своей оценке рекомендаций Стефанссона Руал Амундсен, опыту и знаниям которого почти не было равных. И дело не только в бедности арктической фауны, но и в том, что при охоте на морского зверя даже опытным охотникам требуется порой масса терпения и сноровки, чтобы заполучить желанную добычу (Расмуссен, 1958). «Летом, когда полярные моря кишат зверем, – указывал известный советский полярник Г. Я Ушаков (1953), – добыча дается здесь нелегко. Охота требует от человека много упорства, здоровья, тренировки, выносливости, наблюдательности и настоящего тяжелого труда». Таким образом, в случае вынужденного приземления на дрейфующих льдах имеющийся в НАЗе запас продовольствия следует расходовать с максимальной экономией, учитывая возможное время оказания помощи или выхода на берег острова или материка.

На арктических островах, там, где расположены птичьи базары, экипажу, потерпевшему аварию, не придется страдать от голода. В его распоряжении всегда будет вдоволь птичьего мяса и яиц.

Поскольку гнездовья расположены на карнизах отвесных скал, сбор яиц представляет определенные трудности. В целях безопасности собирать птичьи яйца должны два человека. Один из них, спустившись на гнездовый карниз и придерживаясь за укрепленную сверху веревку, собирает яйца, а другой страхует сборщика, подтягивая или ослабляя веревку по мере необходимости (Успенский, 1958).

Яйца, лежащие на труднодоступных участках, можно доставать с помощью сачка, сделанного из парашютной ткани, укрепленного на палке, длиной 2-3 м. В теплое время года в островной и материковой тундре ставят силки на мелких грызунов – зайцев, леммингов. Особенно успешной бывает охота в летние месяцы, когда гуси, утки во время линьки временно теряют способность летать и сотнями собираются на берегах водоемов, густо поросших осокой (Толмачев, 1932).

Даже в разгар зимы в кустарниковой тундре и северной окраине лесотундры можно охотиться на белую и тундряную куропатку. Их отлавливают петлями, установленными между карликовыми деревцами.

Растительный мир Арктики не отличается богатством, но вместе с тем в летне-осенний период в тундре на торфяных болотах, на склонах холмов и галечных осыпях можно отыскать немало растений, и, в первую очередь, ягоды, вполне пригодные в пищу (Толмачев, 1932; Перфильев, 1936; Сдобников, 1953).

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

Голубика (Vaccinium uliginosum L.). Невысокое растение с розоватыми цветами и овальными листочками с водянистыми ягодами синеватого цвета. Встречается на островах и в материковой тундре на торфяных болотах, в кустарниках, на кочках.

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

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

Копеечник (Hedysarum obscurum L.). Растение с крупными пурпурно-фиолетовыми цветами, бурыми листиками яйцевидной формы. Его клубни съедобны после кулинарной обработки. Растет на склонах берегов, холмов, на луговинах полярных островов.

Дягиль (Archangelica Hoffm.). Крупные растение, до 3 м высотой, с цилиндрическим толстым стеблем, большими перистыми яйцевидными и продолговатыми листьями. Молодые нежные черенки, очищенные от кожуры, съедобны в сыром виде. Произрастает на берегах ручьев, в кустарниках материковой тундры.

Брусника (Accinium vitisidaea L.). Небольшое растение с кожистыми, загнутыми по краям листьями, розовыми или белыми цветочками, собранными в соцветия. Ягоды мелкие, круглые, плотные, розового или красного цвета. Растет на кочках и щебенистых склонах, в сухих местах, в тундре и на полярных островах.

Водяника (вороника) (Empetrum nigrem). Мелкий стелящийся вечнозеленый кустарник с узкими неопадающими листочками, похожими на хвою ели. Плоды черные, круглые, с несколькими косточками. Ягоды остаются на кусте в течение всей зимы. При употреблении их в большом количестве может появиться головокружение. Растет на болотах, торфяниках и мшистых местах, на каменистых щебенистых склонах в тундре и на островах.

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

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

Оксирия (Oxyria digina Hill). Травянистое растение с почковидными листьями округленной формы и с сухим перепончатым раструбом. Съедобна в вареном виде. Повсеместно встречается в тундре.

Ложечная трава (Cochlearia arctica Schlecht). Небольшое растение с восходящими стеблями, округленными яйцевидными листьями, с мелкими белыми цветочками и сжатыми эллиптическими стручками. Употреблять в пищу можно в сыром виде. Может служить средством против цинги. Встречается в тундровой и лесной зонах, на щебенистых склонах холмов.

Нардозмия холодная (Nardosmia frigida Hook). Невысокое растение с крупными треугольными листьями и ярко-белыми или розоватыми цветами. Съедобны листья и цветущие стебли. Распространена повсеместно в тундре на кочках, по склонам рек и ручьев.

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

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

Олений мох (Cladonia rangiferina). Небольшие ветвистые кустики, похожие на кораллы, с листообразными лопастями. Его кожистое, буроватое сверху и более светлое снизу слоевище, с углубленными пятнами вымачивают в течение 1-2 суток в воде, к которой добавляют золу, а затем кипятят 15-20 мин. Остуженный отвар быстро застывает, превращаясь в питательную напоминающую кисель студенистую массу.

Скалистый лишайник, покрывающий скалы и валуны, словно сморщенная темно-коричневая кожа, широко используется в пищу эскимосами. Его следует предварительно вымочить в воде, а затем высушить и растолочь. При варке порошок приобретает вид клейкой, кашицеобразной массы, содержащей много растительного белка (Stefansson, 1945; Sciens in Alaska, 1952).

В летне-осенний период тундра богата грибами. Их можно разыскать на склонах холмов, плоских пригорках. Однако, чтобы избежать отравления, рекомендуется собирать только хорошо известные грибы, не употреблять в пищу переспелые, размягченные, даже если они заведомо съедобные. Особенно следует остерегаться бледной (белой) поганки, отравления которой в 35-90% заканчиваются смертельным исходом (Орлов, 1953; Коньков, 1961) в результате поражения организма ядовитыми веществами – аманитогемолизином и аманитотоксином. Бледную поганку можно узнать по белой полушаровидной или плоской гладкой шляпке. Пластинки с изнанки – белые. Белая ножка у основания имеет клубневидное утолщение, покрытое воротничком с тонким беловатым кольцом. Ткань гриба издает слабый неприятный запах. Грибы съедобные мелко нарезают, а затем, тщательно промыв, варят в течение 45-60 мин.

Дополнительным источником питания могут служить водоросли – фукусы (Fucus inflatus, F. vesiculosus) и ламинарии (Laminaria saccharina), которые в изобилии растут в прибрежной зоне арктических морей (Зинова, 1957). Выброшенные на берег, они порой образуют длинные буро-зеленые валы (Иванов, 1933). Водоросли богаты питательными веществами, белками, углеводами.