Некоторые вопросы водно-солевого обмена при высоких температурах

Некоторые вопросы водно-солевого обмена при высоких температурах

У человека и высокоразвитых млекопитающих животных температура тела поддерживается на постоянном уровне, благодаря деятельности механизмов терморегуляции. Поддержание ее на постоянном уровне определяет нормальную жизнедеятельность организма. Нарушение температурного гомеостаза приводит к существенным сдвигам метаболизма и функционального состояния органов и систем. При повышении температуры всего на 2-3° уже отмечаются существенные нарушения функций сердечно-сосудистой системы и заметное снижение работоспособности (Еремин и др., 1966). Повышение же ее на длительный срок на 4-5° и более не совместимо с жизнедеятельностью организма. Совершенно очевидно, что все излишнее тепло, грозящее нарушить температурный гомеостаз, требует немедленного удаления.

В обычных условиях этот процесс идет несколькими путями: 28% тепла – конвекционным, 37% – лучеиспусканием, 11% – испарением воды через легкие, 2% – теплопроводностью, 4% – при нагревании принимаемой пищи и вдыхаемого воздуха, 4% – при выдыхании воздуха и 14% – испарением воды через кожу (перспирацией). Однако с повышением температуры воздуха роль потоотделения в теплорегуляции значительно возрастает (Галанин, Глибин, 1950; Коллинс, Вейнер, 1965). Если при температуре воздуха 15,5° из общего количества потерянной жидкости 1,40 л/сутки на долю пота приходится лишь 0,94 л, то при 32,2° из 2,994 л – 2,444 л организм теряет с потом (Winslow et al., 1937). При температуре воздуха 33° поддержание теплового баланса осуществляется фактически лишь испарением пота, так как другие пути оказываются закрытыми (Ротштейн, Таубин, 1952; Гец, 1963). Величина перспирации зависит от многих причин: температуры воздуха и его относительной влажности, скорости ветра, прямой и отраженной солнечной радиации, размеров тела и его положения. Накопление тепла в организме происходит до какого-то критического предела, за которым начинаются постепенно нарастающие расстройства физиологических функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Критерием переносимости тепловой нагрузки может служить, с одной стороны, температура тела (оральная или ректальная), с другой – количество накопленного тепла, отнесенного к единице поверхности тела. По данным отечественных и зарубежных авторов, критической температурой для организма, подвергшегося тепловому воздействию, можно считать 38,4-38,9° (Смирнов, 1961; Афанасьева и др., 1970; Eichna et al., 1954; Bell et al., 1965; и др.) и даже 39,2-39,4° (Windham et al., 1965). Предельной величиной накопленного в организме тепла американские физиологи считают 55-77 ккал/м² (Blockley et al., 1954; Crayg et al., 1954).

К аналогичным выводам пришли советские ученые А. А. Дородницына и Е. Я. Шепелев (1960), проводившие исследования в термокамере при температуре окружающей среды 45-75°. По данным некоторых зарубежных исследователей, накопление избыточного тепла возможно в пределах 65-85 ккал/м² (Hall, Polte, 1960) и даже 89-100 ккал/мг (Webb, 1961; Kaufman, 1963).

В более поздних исследованиях С. М. Городинский с сотрудниками установили, что предельно допустимое накопление тепла в покое составляет 89±9 ккал/м², при физической работе средней тяжести – 84±9 ккал/м², а при тяжелой – 113±6 ккал/м² (Городинский и др., 1968).

Столь значительное различие в определении критических цифр теплонакопления различными авторами связано, видимо, с тем, что переносимость тепловой нагрузки носит не только индивидуальный характер, но и может колебаться у одного и того же человека в зависимости от состояния здоровья, нарушений режима труда, отдыха, физической нагрузки, и т. д.

Например, прием небольшой дозы алкоголя накануне эксперимента почти в два раза снижал устойчивость испытуемого к теплу (Дородницына, Шепелев, 1960).

Потери жидкости с потом при температуре внешней среды 37,8° достигают 300 г/час и с дальнейшим повышением температуры на каждые полградуса увеличиваются на 20 г/час (Госселин, 1952; Арнольди, 1962). При тяжелой физической нагрузке общие потери жидкости за сутки могут превысить 10-12 л (Кассирский, 1935). При достаточном водопотреблении организм успешно справляется с тепловыми нагрузками, не испытывая водного дефицита (Lehman, 1939).

Однако в условиях автономного существования в пустыне, когда водный рацион ограничен до предела, а природные водоисточники отсутствуют и влагу, превратившуюся в пот, не удается восполнять, в ход рано или поздно пойдут внутренние резервы организма. При этом, в первую очередь, платит дань кровеносная система. При обезвоживании 1-11% от веса тела плазма теряет в 2,7 раза больше жидкости, чем весь организм в целом (Гинецинский, 1964; Marx, 1940; Hall, 1964), повышается вязкость крови (Маршак, 1931; Ladell et al., 1944; MacRhersor, 1960), увеличивается количество эритроцитов и гемоглобина (Хохлов, 1961).

Во время трехсуточных натурных экспериментов в пустыне при температуре воздуха 40-44° (по зачерненному термометру) мы наблюдали значительную (до 6-8% от первоначального веса тела) потерю веса за счет водопотерь потоотделением (рис. 74).

Рис. 74. Динамика изменения веса в трехсуточном эксперименте в пустыне.

При этом отмечалось повышение вязкости крови на 25-30% (рис. 75, А) и увеличение содержания гемоглобина в периферической крови на 10-15% (рис. 75, Б). Эти исследования еще раз подтверждали тесную связь кровеносной системы с процессом дегидратации[5].

Рис. 75. Изменения некоторых показателей крови во время трехсуточного эксперимента в пустыне. А – вязкость крови; Б – содержание гемоглобина в периферической крови; 1 – до эксперимента; 2 – после эксперимента.

Уменьшение объема циркулирующей крови ведет к снижению скорости кровотока, уменьшению ударного объема сердца (Ажаев, Лапшина, 1971; Whittow, 1958). Чтобы удержать минутный объем крови и артериальное давление на уровне, близком к нормальному, сердце вынуждено сокращаться чаще (Авазбакиева, 1954, 1958; Ротштейн, Таубин, 1952; Saltin 1964). Учащение пульса связано также с изменением функционального состояния экстракардиальных центров вегетативной нервной системы под влиянием импульсов с периферических терморецепторов и в результате прямого воздействия нагретой крови на эти центры (Лемер, 1965; Whittow, 1958).

Таким образом, в условиях пустыни нагрузка на сердечнососудистую систему быстро возрастает (Тилис, 1962).

Представляется интересным, что в покое частота сердечных сокращений у испытуемых была несколько ниже по сравнению с фоном. Однако даже небольшие физические нагрузки сопровождались сердцебиением. Значительно учащался пульс при ортостатической пробе. На третьи сутки эксперимента при переходе испытуемого из горизонтального положения в вертикальное частота пульса увеличивалась более чем в два раза.

Таким образом, по мере развития дегидратации сердце оказывалось все менее приспособленным к деятельности в таких условиях. Это подтверждает анализ электрокардиограмм, записанных в трех стандартных отведениях у испытуемых в покое и при ортостатической пробе. Изменения на электрокардиограмме интервалов P-Q и QRS были относительно невелики. Вольтаж комплекса QRS изменялся незакономерно. Зубец P неизменно увеличивался в ответ на ортостатическую пробу. Вместе с тем, выявились четкие изменения зубца T. При увеличении времени ортостатической пробы он все более уменьшался. После трех суток эксперимента ортостатическая проба сопровождалась уменьшением вольтажа зубца T в 2-3 раза, он уплощался, становился двухфазным.

Увеличение зубца P при одновременном снижении амплитуды зубца T – характерный признак повышенного влияния на сердце симпатической нервной системы.

Значительные изменения в некоторых случаях претерпевал сегмент S-T. На электрокардиограмме во время ортостатической пробы этот сегмент был приподнят и сочетание его с зубцом Т принимало характерную корытообразную форму. Наиболее значительные изменения этого сегмента вместе с описанными изменениями зубца Т после трехсуточного пребывания в эксперименте придавали электрокардиограмме «ишемическую» форму.

Такие изменения ЭКГ нередко регистрируются при коронарной недостаточности или при резком нарушении электролитного обмена (K, Ca) в миокарде.

Весьма вероятно, что воздействие высокой температуры в сочетании с обезвоживанием организма ведет к развитию нарушений в ионном равновесии, что и определяет в значительной степени характер изменений электрокардиограммы.

Чем быстрее расходуются запасы жидкости в организме, тем неотвратимее становится угроза дегидратации. Она подкрадется незаметно, напоминая о себе сначала легким недомоганием и участившимся пульсом, потом все усиливающейся жаждой, одышкой и головокружением, а когда водопотери превысят 10% от первоначального веса тела, появятся грозные симптомы водного истощения: нарушатся зрение и слух, затруднится речь.

Человек впадает в бессознательное состояние, бредит. Все явления прогрессируют, и человек гибнет от глубоких, необратимых расстройств центральной нервной системы, кровообращения и сердечной деятельности.

При температуре воздуха выше 30° смерть может наступить при дегидратации 15% от веса тела, при более низких температурах смертельным считается обезвоживание на 25% (Адольф, 1952). Вода – ключ выживания в пустыне. «Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами. С тобою возвращаются к нам силы, с которыми мы уже простились», – так писал А. Сент-Экзюпери (1957), переживший муки жажды в пустыне после вынужденной посадки.

Во время исследований в пустыне Кызылкум, проводившихся в 1967-1970 гг., испытуемые страдали больше всего от отсутствия воды. «Появилось полное безразличие ко всему. Скажут: «Пей» – готов выпить ведро воды; скажут: «Не пей» – могу не пить до тех пор, пока не свалюсь».

«Снился сон, просил у каких-то людей воды. Но они пьют на моих глазах, а мне не дают».

«Считаю минуты, а остальное время лежу в забытьи».

«Вижу сны все про воду. Очень тяжело. А кто сказал, что должно быть легко? Вот блестящая возможность проверить свою силу воли. Буду терпеть до последних сил».

«Приснилось, что поспорил с приятелем на пятнадцать стаканов газированной воды и выпил ее. Проснулся и понял, что могу выпить все двадцать».

«Слабость, пелена в глазах. Стараюсь не двигаться. Встает солнце. Такое нежное, что не верится, что оно может так палить. Страшная жажда».

«Сильная слабость. Остаться без воды просто страшно».

Эти записи из дневников испытуемых весьма красноречивы (Волович, 1974).

Каков же должен быть аварийный запас воды, чтобы обеспечить жизнедеятельность человека в условиях автономного существования в пустыне? По данным Адольфа (1952), приведенным в табл. 8, величина его находится в прямой зависимости от температуры окружающей среды. По наблюдениям Г. А. Арутюнова и Е. Я. Шепелева, в пустыне в летнее время человеку для сохранения работоспособности и предупреждения перегрева требуется 3,5 л воды в сутки (при условии пребывания под тентом в состоянии покоя).

Таблица 8. Вероятные сроки (дни) автономного существования человека в пустыне в зависимости от температуры окружающей среды и имеющихся запасов воды (по Адольфу, 1952).

Исследованиями в пустыне Кызылкум было установлено, что при температурах воздуха 37-40° суточная норма воды в 1,5 л может в известной мере обеспечить жизнедеятельность человека в течение двух-трех суток. Однако при этом, несмотря на полное ограничение физической деятельности, использование тента из парашюта и соблюдение рационального питьевого режима, все испытуемые в результате обезвоживания на третьи сутки потеряли 6-8% веса по сравнению с первоначальным (Волович, 1974).

При повышении температуры воздуха более 44° обезвоживание было настолько интенсивным, что увеличение суточной нормы воды до 3,5 л уже на вторые сутки не могло предупредить резкого ухудшения общего состояния испытуемых; падение работоспособности, головокружение, тахикардия свидетельствовали о развившемся тепловом дегидратационном изнурении.

Когда запасы воды крайне ограниченны, необходимо, чтобы выпитая вода максимально использовалась организмом на образование пота. Ибо это он, спасительный пот, избавляет организм от излишнего тепла – каждый грамм пота, испаряясь, уносит с собой 585 кал. (Кротков, 1962).

Исследования, проведенные (R. Kenney, 1954) для выяснения степени утилизации воды в зависимости от выпитого количества, показали, что наиболее выгодным является так называемый дробный режим. Испытуемые, выпившие одномоментно литр воды, теряли с мочой 371±207 мл. Когда то же количество воды было разделено на три порции по 333 мл, мочеотделение снизилось до 227±82 мл. В последующем эксперименте участники получали каждый час по 83 мл в течение 12 час. На этот раз мочи выделилось всего 82±29 мл, всю оставшуюся воду организм использовал на нужды терморегуляции.

Таким образом, дробный режим питья по 86-100 мл оказывается самым эффективным (Венчиков, 1952; Маршак, 1952; Данилов, 1956; Астанкулова, 1959; Gamble, 1951).

Особый интерес в условиях пустыни представляет солевой обмен. В умеренном климате при небольшом потоотделении организм, помимо 12-15 г хлоридов, которые выводятся через почки с мочой, с потом теряет еще 2-6 г (Юнусов, 1960; Dill, 1938; Robinson, 1963).

При воздействии высоких температур, когда потоотделение возрастает до десятка литров, потери солей могут оказаться весьма значительными. Недостаток солей является важным патологическим фактором. Он может вызвать серьезные расстройства физиологических функций органов и систем даже при полном замещении водопотерь (Taylor et al., 1943; Minard, 1961).

Развитие компенсаторных реакций направлено на предупреждение солевого дефицита: содержание хлоридов в поте несколько снижается, с 0,2-0,3 до 0,1-0,15% (Владимиров, Гейман, 1952; Кравчинский, 1963; Dill et al., 1941), мочеотделение уменьшается до пределов, необходимых только для удаления из организма метаболитов, т. е. до 360-400 мл/сутки (Тульчинский, 1965; Moore, Segar, 1966); содержание натрия в моче снижается до минимума (Солуха, 1960; Матузов, Ушаков, 1964; Cohn, Johnston, 1944; Minard et al., 1961).

Тепловая олигурия, как полагают, – это своеобразный рефлекс, направленный не столько на сохранение воды в клетках и тканях, сколько на сбережение натрия, основная масса которого выводится с мочой (Weiner, 1944; Hellman, Weiner, 1953). При воздействии высоких температур нередко наблюдается усиленная экскреция стероидов, нарастает активность аденокортикотропного гормона (Helmann et al., 1956; Collins, 1963).

В крови наблюдается повышение содержания альдостерона – гормона, регулирующего и повышающего реабсорбцию натрия в почечных канальцах (Kanter, 1964; Koslovski, Saltin, 1964). Так, например, с повышением температуры до 27° экскреция натрия через 3 часа снижается с 25 до 14 мэкв. При температурах 46°, а затем 55° содержание натрия в моче уменьшалось до 8,4 и 7,8 мэкв соответственно (Abramson et al., 1967). Этому способствует некоторое снижение клубочковой фильтрации (Smith et al., 1952).

Во время натурных экспериментов в пустыне мы также наблюдали значительное уменьшение экскреции натрия, калия и хлора с мочой (рис. 76). Так, уже по прошествии одних суток содержание натрия в моче уменьшилось с 145 до 108 мэкв, а через трое суток оно составляло примерно 26 мэкв. Столь же резко изменилась экскреция хлора. Менее выраженным, хотя и достаточно отчетливым, было снижение концентрации в моче калия.

Рис. 76. Изменение содержания микроэлементов в моче у испытуемых во время трехсуточного эксперимента в пустыне.

Несмотря на столь отчетливые изменения экскреции солей, необходимость их восполнения в условиях автономного существования в пустыне весьма спорна, так как при ограниченном запасе воды пищевой рацион не только полностью покрывает потребности организма в солях, но, порой, даже оказывается избыточным (Sohar, Adar, 1964). Поэтому дополнительный прием поваренной соли при недостатке воды может привести к гипертермии, интрацеллюлярной дегидратации.

Более того, избыток хлористого натрия способствует усилению калиуреза, возникновению калиевого истощения, что увеличивает возможность тепловых поражений (Schamadan, Snively, 1967).