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[4].
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) (табл. 6).
Таблица 6. Экскреция витаминов при низких температурах. Достоверность изменения (Р) рассчитывалась по критерию Вилкоксона-Мана-Уитки.
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.
