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 человека при автономном существовании. По мнению отечественных и зарубежных ученых, низкие температуры окружающей среды сами по себе уже нарушают баланс между расходованием энергии и ее образованием в организме. На их воздействие он отвечает своеобразной защитной реакцией - усилением теплопродукции. Эта реакция на холод названа немецким гигиенистом Р. М. Рубнером <химической теплорегуля-цией>. Физиолог А. Д. Слоним, например, 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 при низких температурах мнения исследователей расходятся. Одни считают, что основной обмен у лиц, прибывших в Арктику, понижается. Причем это снижение, особенно к концу Полярной ночи, весьма значительно, 15 - 30% по отношению к принятым физиологическим стандартам. В. В.Борискин (1973), исследовавший уровень основного обмена у зимовщиков дрейфующей станции <Северный полюс-4>, установил, что изменения его не превышают 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 - 16% Аналогичные результаты получили канадские физиологи, изучав-шие основной обмен у эскимосов и военнослужащих канадских ВВС. Было установлено, что даже кратковременное воздействие холода увеличивает потребление кислорода в 2,5 раза, что свидетельствует об увеличении обменных процессов. 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 15-30% выше, чем в условиях умеренного климата.  Определяя методом непрямой калориметрии энерготраты летнего состава на Крайнем Севере, Ю. Ф. Удалов и М. И. Кузнецов установили, что они выше по сравнению со средней полосой на 10%. По сообщению О. Эдхолма, у зимовщиков английской антарктической станции энерготраты при выходе из помещений и работе на открытом воздухе возрастали с 5 до 9 - 10,5 ккал/мин. 

По данным В. В. Борискина, энерготраты при ходьбе по ровной местности со скоростью 4 - 4,5 км/час в средней климатической полосе и в Арктике составляют соответственно 227 и 422 ккал/час, а, например, энерготраты при копании снега достигают 670 ккал/час.

И дело не только в действии на организм низкой температуры окружающей среды.  Высокий расход энергии связан с целым комплексом различных факторов: ношение тяжелой, сковывающей движение одежды, ветер, высота снежного покрова и т.д.  Только замена демисезонной одежды на теплую ведет к повышению расхода энергии при легкой физической работе на 7%, а при выполнении тяжелой работы - на 25%. 

Необходимость компенсировать большие энергетические траты издавна учитывалась полярными исследователями. Не случайно арктические рационы всегда отличались высокой калорийностью, иногда в 2 - 3 раза превышающей общепринятую. Так, калорийность суточного рациона зимовщиков дрейфующей станции <Северный полюс-1> составляла 6250 ккал. Зимовщики дрейфующих станций <Северный полюс-2> и <Северный полюс-3> питались рационами энергетической ценностью 4500 - 5000 ккал/сутки. В советских антарктических экспедициях используются пищевые рационы такой же высокой калорийности - 4000-5000 ккал.  А например, американский суточный рацион для зимовщиков антарктических станций имел 5944 ккал.

Однако, соглашаясь с необходимостью использовать в Арктике высококалорийные рационы, ученые разошлись во взглядах на важность компонентов питания. Одни придерживались мнения, что основу рациона должны составлять белки, ибо их недостаток сказывается на самочувствии и работоспособности людей; другие считали, что белок должен составлять лишь незначительную часть суточного пайка; третьи полагали, что наиболее выгоден рацион, состоящий из одних углеводов, и люди, использующие его в пищу, гораздо лучше переносят низкие температуры от минус 2 до минус 30°. <Сахар является в высшей степени ценным теплообразующим веществом, и поэтому его суточная норма была доведена до 200 г>.  Многие исследователи указывали на важную роль жиров, которые, по их мнению, повышают устойчивость человека к холоду.

Надо сказать, что еще в недавнем прошлом наиболее популярным продуктом, который обычно брали с собой в дальние походы арктические и антарктические путешественники, была смесь жира с сушеным мясом - пеммикан. В течение многих десятилетий состав пеммикана почти не претерпевал изменений. Он использовался участниками американских экспедиций в Гренландию в 1853 - 1855 гг. под руководством доктора Е.Кэна (1866) и А. Грили в 1881-1884 гг. 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. В пеммикане, который взял с собой Фритьоф Нансен во время лыжного похода к Северному полюсу, животный жир был заменен кокосовым маслом. Покоритель Северного полюса Роберт Пири для придания пеммика-ну более приятного вкуса добавлял к мясо-жировой смеси сушеные фрукты, а Руал Амундсен - сушеные овощи и овсяную крупу. Один килограмм пеммикана, изготовленного по рецепту Р.Амундсена, полностью покрывал энергетические потребности участников санных поездок первой Американской антарктической экспедиции 1928 г.

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, состоявшее из 18 компонентов.  Современные аварийные рационы для Арктики включают в себя высококалорийные продукты, содержащие главным образом белки и жиры.

По данным специалистов Американской арктической лаборатории, комбинированный белково-жировой рацион в 8160 ккал обеспечивает высокую работоспособность и хорошую физическую выносливость при совершении десятисуточного марша на 160 км. 

Исследования в условиях Заполярья показали, что аварийный рацион с повышенным содержанием жиров обеспечивает более высокую работоспособность и ведет к меньшим потерям массы тела. Так, испытуемые, питавшиеся обычным рационом, теряли за семисуточный переход по лесисто-болотистой местности в среднем 1,9-3,5 кг, в то время как лица, использовавшие экспериментальный жировой рацион, - от 1,2 до 2,9 кг. При этом ни у одного участника эксперимента не отмечалось каких-либо нарушений жирового и углеводного обмена. 

Для изучения вопросов питания в условиях автономного существования в Арктике и энергобаланса организма нами были проведены специальные эксперименты, в которых участвовало 12 испытуемых.  Одетые в зимнюю одежду с теплоизоляцией 3,96 + 0,05 кло, они в течение 5 суток находились в неотапливаемых снежных укрытиях, покидая их лишь на несколько часов для выполнения физических упражнений и работы средней тяжести. При наружных температурах минус 16 - 32° температура в укрытиях удерживалась в пределах минус 5 - 10°. Испытуемые в течение всего времени питались аварийным рационом общей энергетической ценностью 3400 ккал при водопотреблении, ограниченном до 600 мл в сутки. Несмотря на неблагоприятные температурные условия, тепловое состояние испытуемых в течение эксперимента изменялось незначительно. Так, температура тела (под языком) удерживалась на уровне 35,9 + 0,1°, а средневзвешенная температура кожи составляла 30,0 + 0,4°. Вместе с тем теплосодержание организма постепенно снижалось, достигнув на пятые сутки эксперимента 83,9 +3,7 ккал (дискомфорт I  степени). Особенно сильно охлаждались стопы и кисти. Испытуемые жаловались на <онемение> стоп, температура которых упала до 15-16°.