Морфофункциональные особенности дыхательной системы у северян

крайний север дыхательный дети Адаптация респираторной системы к климатическим факторам Севера сопровождается изменениями функции внешнего дыхании, которая стабильно регистрируется в условиях температурного комфорта. Исследованиями показано повышение объемов легочной вентиляции у северян в состоянии покоя, выявлена гипервентиляция у жителей Севера при выполнении физических нагрузок.

Основой повышенного минутного объёма дыхания (МОД) является увеличение дыхательного объема (ДО). Величина ДО у северян по сравнению с жителями средней полосы повышена на 130−200 мл.

Известно, что эффективность деятельности системы внешнего дыхания во многом определяется состоянием воздухоносных путей. Исследования системы внешнего дыхания на Севере России выявили, что показатели проходимости бронхов у некоторых обследованных молодых людей в среднем на 30−50% превышали должные значения. Но в ряде других работ выявлено уменьшение проходимости воздухоносных путей у северян.

Детальное изучение механизмов изменения ФОЕ в различных условиях и при различных состояниях организма показало, что увеличение ФОЕ при действии различных факторов обусловлено раскрытием резервных ацинусов, которые включаются в вентиляцию и газообмен. Такие адаптивные сдвиги со стороны внешнего дыхания способствуют защите дыхательных путей от холодового поражения и экономичности энергозатрат в условиях охлаждения.

Существует мнение, что повышенный энергообмен в холодный период года достигается двумя разными механизмами: на 60 °C.ш. преимущественно за счет повышения эффективности дыхания, а на 65 °C.ш. главным образом, за счет повышения уровня вентиляции легких.

Известно, что система внешнего дыхания активно участвует в физической терморегуляции. Потери организмом тепла при низкой температуре внешней среды происходят в основном посредством теплообмена через поверхность кожи и за счет согревания вдыхаемого воздуха.

Исследованиями ученых установлено, что в норме респираторный теплообмен модулируется проходимостью дыхательных путей, температурой и влажностью воздуха и паттерном дыхания. По паттерну дыхания людей делят на тахии брадипноиков. Для первых характерна повышенная частота дыхания при сниженных дыхательном объеме и коэффициенте использования кислорода; для вторых, наоборот, — сниженная частота дыхания и более высокие дыхательный объем и коэффициент использования кислорода.

Увеличение влагопотерь с поверхности органов дыхания, сопровождающееся ростом теплопотерь путем испарения, приводит к усилению функции внешнего дыхания по типу гипервентиляции с гипокапнией, при уменьшении коэффициента использования кислорода.

У жителей Севера установлено наличие легочной гипертензии. Повышение давления в малом круге кровообращения и выраженные вентиляционные нарушения не только взаимосвязаны, но и взаимообусловлены. Умеренное повышение систолического давления в легочной артерии в пределах 40 мм рт. ст. направлено на обеспечение адекватного кровотока в легких и оптимизацию кислородтранспортной функции в условиях повышенного энергообмена. Установлена зависимость напряжений дыхательных газов в смешанной артериальной крови и смешанном альвеолярном воздухе от давления в малом круге. По мнению А. Г. Марачева и А. П. Милованова, длительная гипертензия в малом круге кровообращения у северных жителей могут служить фоном для развития патологических состояний. При длительном проживании на Севере, более 10−15 лет, частота легочной гипертензии может достигать 80%. Вместе с тем, возможность дальнейшего повышения морфофункциональных адаптационных резервов у этих людей оказывается уже достаточно исчерпана. Поэтому большие физические перегрузки, чрезмерное курение, простуда вызывают нарастание гипоксемии и развитие деструктивных изменений легочной ткани. Это в свою очередь, обусловливает частое возникновение и тяжелое течение острых и хронических патологических процессов в органах дыхания.

Наличие таких показателей как МОД 180% должной величины, ЖЕЛ — 95% должной величины, МВЛ — 65% должной величины, гипертрофия правого желудочка, систолическое давление в легочной артерии 30 мм рт. ст., повышенный центральный объем крови и снижение ударного объема являются основными диагностическими критериями циркумполярного гипоксического синдрома и лица, имеющие гипоксический синдром, а следовательно, сниженную общую резистентность организма, должны относиться к группе повышенного риска по заболеваемости, в частности, органов дыхания и кровообращения. Возникновению синдрома полярного напряжения у северян способствуют комплекс экологических и социально-производственных факторов.

Длительные субэкстремальные воздействия окружающей среды (низкая температура воздуха, химическое загрязнение, запыленность воздуха) повреждают как бронхиальное дерево, так и респираторные отделы легких.

Проведенные Г. С. Шишкиным, Н. В. Устюжаниновой исследования позволили установить три различных состояния функции внешнего дыхания:

• 1 — нормальное дыхание (нормальная эффективность вентиляции при разном ее уровне);
• 2 — компенсаторная гипервентиляция, при которой вентиляционный аппарат напряжен, что указывает на то, что в морфологической структуре респираторных отделов легких имеются какие-то изменения. Это состояние можно рассматривать как пограничное между нормой и патологией;
• 3 — глубокое высокоэффективное дыхание, оно не имеет каких-либо признаков напряжения функции или аппарата внешнего дыхания и его можно рассматривать как генофенотипический вариант нормы.

В настоящее время установлено, что при длительном пребывании на Севере у человека развивается комплекс характерных адаптационных морфологических изменений системы дыхания. Так у северян, по сравнению с жителями средней полосы России, респираторная поверхность больше в том же объеме паренхимы легких. Морфологические исследования позволили установить, что у жителей Севера альвеолярная поверхность легких увеличена на 16% но сравнению с москвичами, что закономерно сопровождается приростом и их капиллярной поверхности. Общая капиллярная поверхность легких у северян по сравнению с москвичами увеличена в среднем на 24%, а объем капилляров на 39%, что расценивается как приспособительные реакции, усиливающие газообмен. Увеличение площади альвеолярной и капиллярной поверхности легких приводит к повышению общей диффузионной способности легких.

Известно, что холод может непосредственно влиять на мембрану гладкомышечных клеток дыхательных путей. По данным морфологических исследований, у адаптированных жителей Севера в проксимальных микроструктурах ацинусов (в респираторных бронхиолах I, II и III порядков) частично или полностью закрываются или исчезают альвеолы. Таким образом, из вентиляции выключается наиболее охлаждаемая часть респираторной поверхности. Об уменьшении количества функционирующих ацинусов на Севере свидетельствуют работы Б. В. Норейко (1986), О. В. Гришина с соавторами (1990).

Исследованиями А. Г. Марачева (1980), Л. Н. Матвеева (1981), Л. Н. Матвеева и др. (1985) показано, что у практически здоровых жителей Севера структура и функции системы внешнего дыхания претерпевают значительную перестройку. Эта перестройка выражается в повышенной васкуляризации слизистой дыхательных путей, в гипертрофии и гиперплазии бокаловидных клеток и собственных желез трахеи и бронхов, гипертрофии мышечных, эластических и ретикулярных волокон бронхов и сосудов различных уровней ветвления, в регионарной перестройке бронхиол, артериол и венул. При этом повышаются «калориферная» и увлажняющая функция дыхательных путей, а также изменение их общей диффузионной способности за счет увеличения площади и истончения аэрогематического барьера.

При изучении морфофункционального состояния аэрогематического барьера у человека в условиях Крайнего Севера выявлено достоверное повышение сурфактанта в гистологически нормальных легких у лиц, проживших на Севере более 5 лет.

У значительной части северян, включая аборигенов, наряду с эффективной приспособительной перестройкой органов дыхания наблюдаются дизадаптационные реакции, которые проявляются в виде деструкции и атрофии мукоцилиарного, эластического и мышечного аппаратов респираторного тракта с постепенным развитием нарушения дренажной функции бронхов, повышения бронхиального сопротивления и динамической компрессии мелких бронхов, что приводит к увеличению не-равномерности альвеолярной вентиляции и снижению эффективности газообмена.

Морфологической основой, лимитирующей скорость воздушного потока у северян, может служить гиперплазия слизистой, выраженная ее складчатость, гипертрофия мышечных пучков, а также активация железистого аппарата трахеи и бронхов. По данным Г. С. Шишкина с соавторами (2001), структурным механизмом компенсаторных реакций в системе внешнего дыхания при различных длительных раздражителях является перестройка покровного эпителия. Пролиферативные реакции в этих условиях должны значительно перекрывать альтеративные процессы. В течение определенного времени происходит регенерация эпителиоцитов с полноценной его дифференцировкой. В дальнейшем многорядный цилиндрический эпителий, использовав несколько детерминированных программ, способствующих компенсации нарушенных функций, «вынужден» изменить направление дифференцировки, превращаясь в многослойный плоский. Это сопровождается минимизацией его функций. Относительная резистентность крупных бронхов с широкими формообразовательными потенциями носит приспособительный характер и является проявлением адаптации к определенным условиям существования, реализующимся на основе пластичности тканей. Метаплазию в данном случае можно рассматривать как своеобразную «плату» за адаптацию. Метаплазия бронхиального эпителия, возникающая при различных раздражениях органов дыхания, будучи регенераторной по существу, сопровождается нарушением функции бронхов и становится одним из существенных факторов, ответственных за возникновение и хроническое течение патологических процессов в легких.

Таким образом, характер морфофункциональных изменений дыхательной системы у северян позволяет считать их проявлением защитных реакций, направленных на ограничение контакта дыхательных путей с холодным воздухом и снижение теплопотерь.