 |
Общебиологические механизмы адаптации к условиям умеренной природной гипоксии
|
|
|
|
Во время пребывания и занятий спортом в горной местности организм человека испытывает воздействие так называемых абиотических, т.е. не связанных с живой материей факторов окружающей среды. Главными из них являются климатические условия, оказывающие физиологический эффект. Они зависят от широты и высоты местности над уровнем моря, степени расчлененности ее рельефа и других физико-географических особенностей. К характерным факторам горного климата относятся пониженное атмосферное давление и связанное с этим пропорциональное снижение РО2 в воздухе, резкие смены дневных и ночных температур, низкая абсолютная влажность воздуха, интенсивная солнечная радиация, сильные ветры, усиливающие охлаждающий эффект, высокая ионизация воздуха с преобладанием отрицательно или положительно заряженных ионов, а также, возможно, и другие, пока недостаточно изученные физические и химические модификаторы. Все они, являясь потенциально стрессовыми, действуют на организм не изолированно, а в комплексе, причем их сочетание варьируется. Уже много лет непрерывно ведется изучение вопросов, связанных с акклиматизацией (адаптацией) человека в условиях горного климата. За это время учеными разных стран выполнено большое число работ, особенно медико-биологического профиля. Это позволило установить основные механизмы акклиматизации к горному климату и адаптации к факторам гипоксии.
Одним из самых ранних и ощутимых влияний горного климата на организм человека является гипоксия, т.е. недостаток кислорода. Её ещё называют горной болезнью. Она представляет собой комплекс нарушений деятельности кровообращения, дыхательной и нервной систем организма[5, С.114].
|
|
|
В зависимости от тренированности человека, а также индивидуальных физиологических характеристик гипоксия может проявляться в различной степени, начиная от ощущения лёгкого недомогания и усталости до тяжелых психических расстройств. Человеку будто не хватает воздуха, в спокойном состоянии дыхание прерывисто, кружится голова, сон нестойкий. Возникает бессонница, т.к. организм при общем дефиците кислорода больше всего стремится насытить им мозг и происходит его возбуждение[5, С.119].
Воздействие же на психику выражается в появлении крайней усталости, депрессии, безразличия к окружающему. Кислородное голодание мозговых клеток приводит к вялости мысли, умственному расслаблению, теряются ориентиры, затрудняется процесс мышления. Нередко наступает гипнотическое состояние. Ослабляется даже зрительная чувствительность. При горной кислородной недостаточности возникают противоречивые ощущения. Возможна эйфория - беззаботное психопатологическое состояние с приступами веселости, беспричинного смеха. Через некоторое время возбуждение сменяется депрессией, появляются угрюмость, сварливость, обидчивость, раздражительность, расстраивается сон, возникают фантастические сновидения, дурные предчувствия. При таких психических нарушениях теряются самоконтроль и реальная оценка своего состояния. А человек уверен, что сознание его ясно и необычно остро. Однако такие проявления гипоксии встречаются крайне редко, и то у людей с уже имеющимися проблемами со здоровьем или новичков[5, С.119].
Явление умеренной гипоксии, наоборот, имеет благотворное влияние на организм человека и его физические возможности. При организации спортивных тренировок в условиях среднегорья происходит следующее.
Для противодействия гипоксии организм спортсмена напрягается, мобилизует свои резервы, становится более жизнеспособным и закаленным. Медики отмечают, что приспособление к одному фактору среды повышает устойчивость человека к другим ее факторам. Такое явление уже достаточно изучено и даже получило специальное название "перекрестная адаптация"[50]. После пребывания в горах в течение 2-3 недель по возвращении на равнину повышается работоспособность, улучшается самочувствие, ощущаются прилив сил, бодрость, энергия. В результате высотных тренировок у спортсменов заметно улучшаются показатели. При этом реакция и выносливость у высокотренированных жителей равнин такие же, как у горцев. Подобные исследования подтверждают влияние приспособления к гипоксии на улучшение мышечной деятельности[15,С.62].
|
|
|
Каким же образом происходит адаптация организма человека к гипоксии и как использовать это явление для улучшения физических показателей. Прежде всего, спортсмену необходимо акклиматизироваться.
Наиболее эффективной считается ступенчатая акклиматизация - поочередные подъемы и спуски, но каждый раз достижением все большей высоты. Этот метод был предложен еще 50 лет назад членом-корреспондентом Академии медицинских наук и академиком АН УССР Н. Н. Сиротининым и с тех пор активно используется альпинистами-высотниками и многими спортсменами. Механизм акклиматизации выглядит следующим образом[15, С.63].
Выделяют кратковременную (от нескольких дней до нескольких недель и даже месяца) и длительную акклиматизацию (от 2-3 до 6 лет). Некоторые ученые считают, что полная акклиматизация наступает лишь у горцев-аборигенов через несколько поколений.
Специфические черты горного климата проявляются уже на высоте 500 м над уровнем моря. А нарушение физиологических функций наблюдается с 1,6-2,5 км. По комфортности для здорового человека высоты местности подразделяются так[16, С.18]:
· зона до 2 км, где никаких изменений в организме не наблюдается
· зона от 2 до 4 км где изменения в организме могут полностью компенсироваться после нескольких дней акклиматизации
· зона выше 4 км, где появляются отчетливые признаки гипоксии
Однако это деление необщепринято. Другие исследователи предлагают иные физиологические отметки[35, С.55]:
· низкогорье (до 1 км)
· среднегорье (1-3 км)
|
|
|
· высокогорье (выше 3 км)
В среднегорье организм лишь начинает перестраиваться, подготавливая себя к недостатку кислорода. Это можно определить по увеличению содержания кислорода в мышцах и тканях, а также биохимическим путем - по количеству молочной кислоты, которая свидетельствует о наличии недоокисленных продуктов в организме. Учащается дыхание, усиливается кровообращение. Организм повышает свои рабочие способности. В результате адаптации происходят соответствующие перестройки в деятельности органов дыхания и кровообращения, состоянии нервной и эндокринной систем, мышечного аппарата и т.д. Эти перестройки охватывают практически все ткани и клетки организма.
В условиях нормального давления можно отметить следующие общие черты в функциональных характеристиках состояния организма лиц, обладающих горной акклиматизацией и адаптированных к длительным физическим упражнениям:
· более экономичная и вместе с тем более эффективная функция вентиляции легких
· тенденция к брадикардии и сниженному кровяному давлению
· сниженный уровень основного обмена
· сниженная концентрация молочной кислоты в крови после нагрузок
Сходство механизмов адаптации к воздействию указанных факторов позволяет говорить о том, что, с одной стороны, повышение спортивной работоспособности может происходить в процессе систематической адаптации к гипоксии. И, с другой, - повышение устойчивости к недостатку О2 может быть достигнуто при помощи систематических занятий физическими упражнениями при использовании больших по объему и интенсивности нагрузок. Таким образом мы имеем явление "переноса" или "перекрестной" адаптации. Однако необходимо иметь в виду, что только виды спортивной деятельности, требующие преимущественного проявления выносливости, близки по структуре возникающих в организме сдвигов к тем, которые имеют место в процессе адаптации к гипоксии[35, С.57].
По мнению С.П.Летунова, механизм положительного влияния тренировки на индивидуальную устойчивость к дефициту кислорода состоит в том, что совершенствуются механизмы, поддерживающие кислородный режим организма на должном уровне[24, С.59].
|
|
|
Исследования Ф.З.Меерсона показывают, что адаптация к физическим нагрузкам, высотной гипоксии и холоду наряду с определенными различиями характеризуется и общностью, выраженной в одних и тех же сдвигах - дефиците макроэргов и увеличении потенциала фосфорилирования. Этот первичный сдвиг является сигналом, активизирующим аппарат клеток, в результате чего повышается выработка митохондриями АТФ. Согласно его концепции адаптация к гипоксии характеризуется общностью сдвигов во всём организме. Яркими показателями этого процесса является изменение лёгочной вентиляции и показатели аэробной производительности[11, С.228].
Легочная вентиляция. При выполнении тренировочной нагрузки в среднегорье организм спортсменов в борьбе за кислородное обеспечение работающих мышц и тканей в первую очередь повышает функциональный уровень внешнего дыхания. Всякий раз, когда понижается парциальное давление кислорода в воздухе, происходит компенсаторное увеличение легочной вентиляции. Исследования А.З.Колчинской показывают, что увеличение легочной вентиляции у взрослых людей, начиная с высоты 1000 м, наблюдается в 100 % случаев. При выполнении мышечной работы в условиях среднегорья легочная вентиляция увеличивается в большей мере, чем при аналогичной нагрузке на равнине[20, С.39-40].
Таким образом, в условиях гипоксической гипоксии легочная вентиляция, измеренная применительно к газу, насыщенному водяными парами при температуре тела и давлении окружающей среды (ВТРS), увеличивается уже в покое, а при выполнении субмаксимальной физической нагрузки часто достигает значительных величин. На высоте 1800-2300 м легочная вентиляция превышает равнинную на 15-20 % в основном за счет увеличения частоты дыхания. Это именно то, что испытывает спортсмен в среднегорье. Однако решающим фактором кислородного обеспечения в условиях BTPS является количество молекул газа, перемещенных в стандартных условиях (STPD) [20, С.41].
Приведение объемов легочной вентиляции к стандартным условиям STPD показывает уменьшение ее по мере набора высоты и особенно в период "острой" акклиматизации при выполнении субмакси мальных нагрузок.
Постепенно, по мере акклиматизации, легочная вентиляция (STPD) при выполнении субмаксимальных нагрузок увеличивается. Это заставляет организм усиливать деятельность остальных звеньев кислородно-транспортной системы.
Аэробная производительность. В большинстве исследований зафиксировано падение МПК, измеренного в процессе нагрузок или в специальных тестах в первые дни пребывания и тренировки спортсменов в условиях среднегорья. Итоги эксперимента позволили сделать вывод о том, что вторая "волна акклиматизации", связанная со снижением показателей работоспособности и уровня физиологических функций, обеспечивающих ее, наблюдается в том случае, когда тренировочная нагрузка характеризуется большей интенсивностью, а состояние подготовленности - более высоким уровнем[20, С.41-42].
|
|
|
Частота сердечных сокращений (ЧСС). Изучение динамики ЧСС в условиях акклиматизации показало, что изменение ЧСС в пределах 120-170 уд/мин линейно связано с изменением скорости и мощности работы, легочной вентиляции, потребления кислорода. С помощью этого показателя можно регулировать интенсивность нагрузок и определять реакцию организма спортсменов на них. Учащение пульса характерно для начального периода акклиматизации к высотам, затем оно уступает место другим компенсаторным механизмам. Постепенное снижение ЧСС при стандартных нагрузках в процессе акклиматизации свидетельствует о положительном воздействии тренировки на функциональное состояние спортсменов. При выполнении нагрузки субмаксимальной и максимальной аэробной мощности в среднегорье отмечается тенденция к компенсации уменьшения содержания кислорода в артериальной крови за счет увеличения ЧСС. При работе максимальной интенсивности в лабораториях и естественных условиях на высоте от 1000 до 2300 м ЧСС практически не меняется[20, С.42].
Организм спортсмена, выполняющего напряженную мышечную работу, реагирует в первые дни пребывания в горах на комплекс раздражителей повышением легочной вентиляции (BTPS), частоты сердечных сокращений, снижением уровня МПК и АнП. Это значительно снижает работоспособность и спортивные результаты в зонах субмаксимальной и максимальной аэробной мощности. Постепенно эти изменения сглаживаются и начинают приближаться к исходным значениям, полученным до подъема в горы. Однако данные разных авторов противоречивы в отношении сроков восстановления как работоспособности организма в целом, так и отдельных функций в период тренировки в среднегорье и колеблются от 3-5 до 20-25 дней. Описанная выше динамика адаптационных реакций сердечно-сосудистой и дыхательной систем связана преимущественно с борьбой организма за сохранение снабжения кислородом.
В среднегорье в состоянии покоя эти изменения относительно невелики, что обеспечивает условия, при которых утилизация кислорода остается неизменной. Но при выполнении напряженных тренировочных и соревновательных нагрузок в среднегорье одного усиления функций внешнего дыхания, крови и кровообращения оказывается недостаточно. На помощь им подключаются другие реакции в виде компенсаторных приспособительных изменений со стороны регионарного и капиллярного кровотока, диффузии кислорода из крови в ткани и тканевого дыхания.
После окончания тренировки в горных условиях организм спортсмена оказывается в состоянии более высокой работоспособности, чем до подъема в горы. Это связывают с тем, что явления кислородной недостаточности, которые сопровождают мышечную работу в видах спорта, требующих преимущественного проявления выносливости, переносятся значительно легче. А так как важнейшим условием спортивной работоспособности во многих видах спорта является способность к высокому длительному уровню потребления кислорода, то эта способность после пребывания в горах значительно возрастает. Кроме того, в процессе тренировки в среднегорье и адаптации к гипоксии организм совершенствует способность более экономно расходовать кислород.
Мышечная работа в горах
Д.А. Алипов изучал изменение мышечной силы у 193 спортсменов, тренировавшихся в среднегорье. В соревновательном периоде прирост мышечной силы верхних конечностей составил 6,3 %, становой силы - 4,5 % и силы экспираторных (выдыхательных) мышц - 17,2% от исходного уровня[2, С.36].
В подготовительном периоде на фоне тренировочной работы большого объема прирост становой силы составил 7,2 %, экспираторных мышц - 54,1 %. В контрольных группах, выполнявших аналогичную тренировочную нагрузку в привычных условиях при двукратном обследовании в интервале, равном горному сбору, изучаемые показатели почти ничем не отличались от исходных[2, С.36].
Изучение динамики двух элементарных форм быстроты под влиянием тренировки в горах показало достоверное снижение времени двигательной реакции за счет укорочения латентного периода. В процессе тренировки в горах также статистически достоверно уменьшалось латентное время сокращения и расслабления мышц. Значительно улучшалась скорость выполнения отдельных движений. После возвращения с гор в течение месяца сохранялось укороченное время латентного периода двигательной моторной реакции.
В других исследованиях также отмечено: повышение показателей кистевой динамометрии у лыжников на 3-й неделе в среднегорье и сохранение этих показателей до 20-24 дней после спуска[2, С.36].
Совершенствование скоростно-силовых качеств в условиях среднегорья можно рассматривать и в другом аспекте: как климат среднегорья позволяет наиболее эффективно проявлять имеющийся уровень быстроты, превосходящий показатели равнины? Известно, что один из факторов, лимитирующий достижение высоких спортивных результатов в спринте, - "скоростной барьер".
При работе с соревновательными скоростями воздушный поток приобретает турбулентный характер и меняется в зависимости от плотности атмосферы. Так как сопротивление воздушного потока в среднегорье значительно меньше, чем на уровне моря, это способствует преодолению "скоростного барьера" и повышению результатов в скоростных видах спорта. Интенсивная мышечная деятельность преимущественно анаэробного (алактатного) характера в среднегорье выполняется достаточно успешно.
Основные физиологические сдвиги, обеспечивающие адаптацию к горному климату (до 3,5 км)
| Показатели | Адаптация | |
| острая фаза до 2-х недель | стабильная фаза 4-5 недель | |
| Признаки горной болезни | Умеренные | Отсутствуют |
| Психическая работоспособность | Эйфория, снижение памяти | Нормальная |
| Тонус вегетативной нервной системы | Симпатический | Парасимпатический |
| Адреналовая система | Возбуждена | Обычная |
| ЧСС | Учащенная | Нормальная |
| Артериальное давление | Умеренно повышенное | Нормальное |
| Легочное артериальное давление | Умеренно увеличенное | Приближается к норме |
| Вентиляция легких | Повышена | Повышена в меньшей степени |
| Объемный кровток | Увеличен | Нормален |
| Число эритроцитов | Увеличено | Увеличено |
| Количество гемоглобина | Увеличено | Увеличено |
| Объем циркулирующей плазмы | Снижен | Умеренно снижен |
| Гематокрит | Повышен | Повышен |
| Кортикостероиды | Увеличены | Увеличены |
| Ангиотензин | Снижен | Нормален |
| Альдостерон | Снижен | Умеренно снижен |
|
|
|
