Мышечная деятельность в условиях пониженного и повышенного атмосферного давления, а также относительной невесомости

Условия пониженного атмосферного давления в наибольшей степени влияют на продолжитель­ную мышечную деятельность, которая предъявляет высокие требования системе транспорта кислорода и системе анаэробного образования энергии. На вершине Эвереста МПК снижается от 10 до 25 % по сравнению с его величиной в обычных услови­ях. Это значительно ограничивает способность орга­низма выполнять физическую нагрузку. Поскольку МПК снижается на определенный процент, инди­видуумы, характеризующиеся более высокой аэроб­ной способностью, в условиях высокогорья могут выполнять стандартную нагрузку с меньшим ис­пытываемым усилием и при меньшей нагрузке на сердечно-сосудистую систему, чем те, у кого МПК ниже. Это может объяснить, как Месснер и Хабе-лер смогли в 1978 г. достичь вершины Эвереста без кислорода. Несомненно, у них были более высокие показатели МПК в обычных условиях.

1. Гипоксия (пониженное содержание кисло­рода) в условиях высокогорья может приводить к изменению обычных физиологических реакций организма. Легочная вентиляция усиливается, приводя к состоянию гипервентиляции, характе­ризующемуся повышенным выведением диокси­да углерода, итогом которого является респира­торный алкалоз. В ответ на это почки начинают выделять больше ионов двууглекислой соли, вследствие чего нейтрализуется больше кислоты.

2. Условия высокогорья не влияют на диффузи­онную способность легких, в то время как транс­порт кислорода в некоторой степени нарушается вследствие пониженной концентрации гемогло­бина.

3. Градиент диффузии, обеспечивающий обмен кислорода между кровью и активными тканями, в условиях высокогорья значительно понижается, следовательно, нарушается процесс потребления кислорода. Это частично компенсируется умень­шением объема плазмы, приводящим к повыше­нию концентрации эритроцитов, и увеличением транспорта кислорода на единицу крови.

4. Максимальное потребление кислорода уменьшается по мере снижения атмосферного давления. Если снижается парциальное давление кислорода, МПК уменьшается более выражение.

5. При выполнении субмаксимальной физичес­кой нагрузки в условиях высокогорья сердечный выброс увеличивается вследствие повышения ЧСС для компенсации снижения градиента давления, который обеспечивает обмен кислорода.

6. При максимальной нагрузке систолический объем крови и ЧСС понижены, что приводит к уменьшению сердечного выброса. Последнее в со­четании с пониженным градиентом давления зна­чительно нарушает доставку и потребление кис­лорода.

'"НУ Спортсмены, не обладающие высоким уровнем развития выносливости, могут подготовиться к соревнованиям, которые будут проходить в условиях высокогорья, на основании высокоинтенсивных трени­ровочных занятий, направленных на раз­витие выносливости, проводимых в обыч­ных (на уровне моря) условиях, с целью увеличения МПК. Во время соревнований, проводимых в условиях высокогорья, они смогут выполнять физическую нагрузку любой данной интенсивности при более низком проценте МПК

7. Пониженная окислительная способность в условиях высокогорья обусловлена ограниченным транспортом кислорода. Поэтому больше энергии образуется за счет анаэробных процессов, о чем сви­детельствуют повышенные уровни лактата крови при выполнении работы с данной субмаксимальной интенсивностью. Однако при максимальной интен­сивности работы уровни лактата понижены, оче­видно, из-за того, что организм должен выполнять работу с интенсивностью, не позволяющей в пол­ной мере активировать системы энергообеспечения.

Условия среднегорья не оказывают отрицатель­ного воздействия на анаэробную деятельность продолжительностью менее 1 мин (например, плавание на спринтерские дистанции). Выполне­ние такого рода деятельности лишь в некоторой степени зависит от функционирования кислород-транспортной системы и аэробного метаболизма. Энергию для нее обеспечивают гликолитическая система и система АТФ — КФ.

Кроме того, разреженный воздух в условиях высокогорья оказывает меньшее аэродинамичес­кое сопротивление движению спортсменов. На Олимпийских играх 1968 г, в Мехико, например, разреженный воздух, несомненно, способствовал успешным выступлениям спринтеров (бег) и пры­гунов в длину.

Изнурительные физические нагрузки

При выполнении изнурительной физической нагрузки в условиях высокогорья уровни лактата в крови и мышцах оказываются ниже, чем при

1. Условия пониженного атмосферного давле­ния оказывают наиболее отрицательное влияние на мышечную деятельность, требующую прояв­ления выносливости, вследствие ограничения окислительных процессов образования энергии.

2. Условия среднегорья, как правило, не влия­ют на анаэробную спринтерскую деятельность, продолжительностью менее 1 мин.

3. Более разреженный воздух в условиях высо­когорья обеспечивает меньшее сопротивление дви­жению, что явилось главной причиной удивитель­ных результатов в спринтерском беге и прыжках в длину на Олимпийских играх 1968 г. в Мехико.

АККЛИМАТИЗАЦИЯ:

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОЕ ПРЕБЫВАНИЕ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГОРЬЯ

В ряде исследований изучали адаптацию орга­низма человека к условиям высокогорья. Когда люди пребывают в условиях высокогорья несколь­ко дней или недель, их организм постепенно адап­тируется к пониженному давлению воздуха. Вме­сте с тем, как бы хорошо человек ни акклимати­зировался в условиях высокогорья, полностью компенсировать явление гипоксии он не может. Даже спортсмены, занимающиеся видами спорта, требующими проявления выносливости, и живу­щие в условиях высокогорья, несколько лет не могут достичь такого уровня мышечной деятель­ности или МПК, какой они достигают в обыч­ных условиях.

В следующих разделах мы рассмотрим некото­рые адаптационные реакции, происходящие в орга­низме человека при длительном пребывании в ус­ловиях высокогорья. Главное внимание обратим на адаптационные реакции системы кровообраще­ния, мышц и кардиореспираторной системы.

В первые недели пребывания в условиях вы­сокогорья увеличивается количество циркулиру­ющих эритроцитов. Нехватка кислорода в этих условиях стимулирует выделение эритропоэтина — гормона, способствующего образованию эритро­цитов. Концентрация эритропоэтина повышает­ся уже через 3 ч после прибытия на высокогорье, а максимальные концентрации достигаются че­рез 24 — 48 ч [44]. После 6 мес пребывания на высоте 4 000 м (13 120 футов) общий объем крови возрастает на 9 — 10 % не только за счет увели­ченного образования эритроцитов, но и вслед­ствие увеличения объема плазмы [28].

Доля общего объема крови, состоящей из эрит­роцитов, называется гематокритом. У жителей Перу (Анды — 4 540 м, или 14 891 фут) средний показатель гематокрита — 65 %. Это намного выше, чем у тех, кто живет в местности, располо­женной на уровне моря, — 48 %. Отметим, что у последних после нахождения в течение 6 недель на такой же высоте гематокрит вырос в среднем до 59 %.

С увеличением объема эритроцитов содержа­ние гемоглобина в крови повышается. Как видно из рис. 12.4, концентрация гемоглобина возрас­тает экспоненциально в зависимости от высоты над уровнем моря. Эти адаптационные реакции улучшают кислородтранспортную способность данного объема крови.

Объем плазмы через несколько часов после прибытия на высокогорье уменьшается вследствие перемещения жидкости и респираторных потерь воды. Вспомним, что в условиях высокогорья больше воды теряется путем испарения в процес­се дыхания, поскольку поступающий в легкие воздух очень сухой. Это вызывает обезвоживание,

'У В условиях высокогорья объем плазмы ⁷ вначале уменьшается, увеличивая относи­тельное количество эритроцитов и, сле­довательно, гемоглобина в данном объеме крови, что приводит к повышению кисло-родтранспортной способности данного объема крови. Эта адаптационная реак­ция положительно влияет на выполнение небольших физических нагрузок, однако ухудшает выносливость при почти макси­мальных или максимальных нагрузках

приводящее к понижению объема плазмы. В ре­зультате повышается концентрация эритроцитов, еще больше увеличивая кислородтранспортную способность крови.

Адаптационные реакции мышц

Несмотря на малочисленность исследований изменений, происходящих в мышцах в услови­ях высокогорья, данные мышечной биопсии убе­дительно показывают, что они претерпевают значительные структурные и метаболические из­менения. В табл. 12.3 приводятся некоторые адаптационные реакции мышц, наблюдавшие­ся при острой гипоксии в течение 4 — 6 недель у участников экспедиций на Эверест и Мак-Кинли. Сечение мышечных волокон уменьша­лось, что привело к снижению общей площади мышц. Плотность капилляров увеличилась, что повысило количество поступаемых в них крови и кислорода. Чем были вызваны эти измене­ния, в настоящее время является предметом об­суждения специалистов. Неспособность мышеч­ной системы справиться с физической нагруз­кой в условиях высокогорья может быть связана с уменьшением массы мышц и способности об­разовывать АТФ.

Таблица 12.3. Изменение структуры и метаболических характеристик мышц при хронической гипоксии (4—6 недель)

Параметр	Характер изменения	Изменение, %
Площадь мышц Понижение 11—13
Площадь волокон
Медленносокращающиеся " 21 —25
быстросокращающиеся " 19
Плотность капилляров, Увеличение 13
количество капилляров
на 1 мм2
Сукцинат дегидрогеназа Понижение 25
Цитрат-синтаза " 21
Фосфорилаза " 32
Фосфофруктокиназа " 48

Продолжительное пребывание в условиях вы­сокогорья приводит к потере аппетита и суще­ственному снижению массы тела. Во время экс­педиции на Мак-Кинли в 1992 г. у шести участ­ников среднее уменьшение массы тела составило 6 кг (13,2 фунта). Хотя частично оно отражало общее снижение массы тела и количества вне­клеточной жидкости, у всех шести наблюдали за­метное уменьшение мышечной массы. Как вид­но из табл. 12.3, это было связано со значитель­ным уменьшением площади поперечного сечения как медленно-, так и быстросокращающихся мы­шечных волокон. Вполне логично предположить, что такое снижение мышечной массы связано с потерей аппетита и истощением запасов белка в мышцах. Возможно, будущие исследования со­става тела и питания альпинистов помогут объяс­нить отрицательные воздействия условий высо­когорья на мышцы.

Метаболические характеристики мышц пони­жаются спустя несколько недель пребывания в условиях высокогорья (свыше 2 500 м, или 8 200 футов). На большой высоте (Мак-Кинли или Эве­рест) через 3—4 недели значительно снижается активность митохондрий и гликолитических фер­ментов в мышцах ног (латеральной широкой мыш­це бедра и икроножной). Это указывает на то, что, помимо получения меньшего количества кис­лорода, мышцы в некоторой степени теряют свою способность осуществлять окислительное фосфо-рилирование, а также выполнять аэробную и ана­эробную работу. К сожалению, биопсические ис­следования жителей высокогорья не проводились, поэтому мы не знаем, происходят ли в их мыш­цах какие-либо изменения вследствие прожива­ния в условиях высокогорья.

Адаптационные реакции кардиореспираторной системы

Одним из наиболее существенных изменений вследствие пребывания в условиях высокогорья является увеличение легочной вентиляции как в покое, так и при выполнении физической нагруз­ки. Это обусловлено пониженным содержанием кислорода во вдыхаемом воздухе. На высоте 4 000 м (13 100 футов) вентиляция может увеличиться на 50 % в состоянии покоя и при субмаксималь­ной нагрузке. Однако, как уже отмечалось, по­добная гипервентиляция также способствует раз­грузке СО, и подщелачиванию крови. Чтобы не допустить чрезмерного подщелачивания количе­ство двууглекислой соли в крови быстро умень­шается в первые несколько дней пребывания в условиях высокогорья и остается пониженным на протяжении всего периода пребывания.

Пониженное в первые дни МПК немного по­вышается в последующие несколько недель. От­сутствие улучшения аэробной способности в ус­ловиях высокогорья изучали у бегунов на длин-

252

ные дистанции. Аэробная способность не изменя­лась при нахождении в условиях высокогорья в течение 18— 57 дней [4, 15]. Хотя бегуны, ранее находившиеся в условиях высокогорья, характе­ризовались большей толерантностью к гипоксии, их МПК и результаты в беге не очень существен­но улучшились в результате акклиматизации. Вви­ду изменений в крови, имевших место во время этих относительно продолжительных "визитов" в условия высокогорья, отсутствие улучшений аэроб­ной выносливости оказалось немного неожидан­ным. Возможно, в организме этих тренированных испытуемых уже произошли максимальные трени­ровочные адаптации и дальнейший процесс адап­тации стал невозможным. Или же пониженное /^?

"2

в условиях высокогорья не позволило им трени­роваться с такой же интенсивностью и в таком же объеме, как в обычных условиях.

СПОРТИВНАЯ ТРЕНИРОВКА И МЫШЕЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Итак, мы рассмотрели основные изменения, происходящие в организме человека по мере адап­тации к условиям высокогорья, а также то, как адаптационные реакции влияют на осуществле­ние мышечной деятельности в этих условиях. Что же происходит при проведении тренировочных занятий в условиях высокогорья?

Тренировка в условиях высокогорья для улучшения спортивных результатов

Способствуют ли тренировочные занятия, про­водимые в условиях высокогорья, улучшению спортивных результатов в соревнованиях, кото­рые проводятся в обычных (на уровне моря) ус­ловиях? Результаты большинства исследований дали отрицательный ответ. В нескольких иссле­дованиях, где наблюдали улучшение спортивных результатов, испытуемые имели низкий уровень подготовленности до проведения тренировочных занятий в условиях высокогорья. Этот факт не позволяет установить, в какой степени улучше­ние спортивных результатов было обусловлено именно тренировочными занятиями, независимо от действия условий высокогорья.

Исследование спортсменов в условиях высоко­горья связано с определенными трудностями, по­скольку атлеты очень часто оказываются неспособ­ными тренироваться с такой же интенсивностью и в таком же объеме, как в обычных условиях. Кроме того, в условиях среднегорья и высокогорья проис­ходит обезвоживание организма и спортсмены те­ряют чистую массу тела. Эти и другие обстоятель­ства снижают толерантность к интенсивным тре­нировочным занятиям. Таким образом, результаты предыдущих исследований трудно интерпретировать и споры об эффективности тренировок в условиях высокогорья еще не завершились.

Проведение тренировочных занятий в ус- ловиях высокогорья направлено на улуч­шение мышечной деятельности спортсме­нов, занимающихся видами спорта, требу­ющими проявления выносливости. Однако этот вид тренировочных занятий весьма дорогостоящий (переезд, размещение, пи­тание и т.п.), а результаты исследований, проводившихся на спортсменах, занимаю­щихся циклическими видами спорта, не убеждают в его эффективности

В отношении тренировочных занятий, прово­димых в условиях высокогорья, можно сделать следующие предположения. Во-первых, трениров­ка в условиях высокогорья вызывает значитель­ную гипоксию тканей (пониженное снабжение кислородом). Считается, что это — необходимое условие инициации реакции на тренировку. Во-вторых, обусловленное условиями высокогорья увеличение числа эритроцитов и концентрации гемоглобина улучшает кислородтранспортную способность при возвращении в обычные усло­вия. И хотя эти изменения через несколько дней исчезают, тем не менее они дают спортсмену оп­ределенное преимущество.

Можно допустить, что все эти адаптационные реакции дадут спортсмену очевидное преимуще­ство по возвращении в обычные условия. Это подтверждают также устные сообщения спортсме­нов, тренировавшихся в условиях высокогорья и участвовавших в соревнованиях, которые прово­дились в обычных условиях, однако полный ответ могут дать лишь результаты исследований. Боль­шинство специалистов считает, что тренировоч­ные занятия в условиях высокогорья мало эффек­тивны для сильных спортсменов. Однако несмот­ря на то, что эта проблема до конца не разрешена, многие тренеры и спортсмены уверены в эффек­тивности тренировок в условиях высокогорья (в частности, это относится к плаванию).

Подготовка к соревнованиям, проводимым в условиях высокогорья

Как быть спортсменам, которые тренируются в обычных условиях и которым предстоит уча­ствовать в соревнованиях, проводимых в услови­ях высокогорья? Как им наиболее эффективно подготовиться? Несмотря на противоречивость результатов исследований, у спортсменов, кажет­ся, есть два варианта. Первый — принять участие в соревнованиях в течение 24 ч после прибытия. Такой вариант не обеспечивает достаточной акк­лиматизации, однако в течение столь короткого периода времени не успевают полностью про­явиться классические симптомы высотной болез­ни. После первых 24 ч пребывания в условиях

253

высокогорья физическое состояние спортсмена ухудшается вследствие физиологических реакций организма, таких, как обезвоживание и расстрой­ство сна.

Второй вариант — проведение тренировочных занятий в условиях высокогорья в течение не ме­нее 2 недель перед соревнованиями. Однако даже этого срока недостаточно для полной акклимати­зации, требуется не менее 4—6 недель. Спорт­сменам командных видов спорта, требующих зна­чительного уровня выносливости (баскетбол, во­лейбол или футбол) рекомендуется провести в течение нескольких недель интенсивные аэроб­ные тренировки в обычных условиях, чтобы по­высить уровень МПК. Это позволит им соревно­ваться в условиях высокогорья при относительно низкой интенсивности по сравнению с теми, кто не тренировался таким образом.

Тренировочные занятия, обеспечивающие оп­тимальный уровень адаптации, следует проводить на высоте от 1 500 м (4 921 футов), представляю­щей минимальный уровень, при котором наблю­дается тренировочный эффект, до 3 000 м (9 843 фута) — максимальный уровень для достижения максимального тренировочного воздействия. В первые дни пребывания в условиях высокого­рья работоспособность снижается. Поэтому ин­тенсивность тренировочных занятий в первые дни должна составлять 60 — 70 % от обычной; ее не­обходимо постепенно увеличивать, доведя до мак­симальной в течение 10—14 дней.

Адаптационные реакции к условиям высоко­горья представляют собой реакцию на гипоксию, поэтому можно предположить, что вдыхание га­зов с низким Ру вызовет подобные адаптацион­ные реакции. Однако предположение о том, что кратковременные (1 — 2 ч в день) периоды вды­хания газов с низким Ру могут вызвать хотя бы частично адаптационные реакции подобные тем, которые наблюдаются в условиях высокогорья, пока не получило подтверждения. Наряду с этим Дениэлс и Олдридж обнаружили, что чередова­ние тренировок, проводимых на высоте 2 287 м (7 503 фута) и в обычных условиях (на уровне моря), обеспечивает адекватную акклиматизацию к условиям высокогорья [12]. Пребывание в обыч­ных условиях до 11 дней не влияет на обычные приспособительные реакции к условиям высоко­горья, если проводятся тренировочные занятия.

НЕДОМОГАНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ПРЕБЫВАНИЕМ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГОРЬЯ

Кроме низкой температуры воздуха, ветра и солнечного излучения, затрудняющих восхожде­ние альпинистов, у некоторых людей могут на­блюдаться симптомы высотной, или горной, бо­лезни. Это — головная боль, тошнота, рвота, одышка и бессонница. Эти симптомы, как пра­

вило, возникают через 6 — 96 ч после прибытия в условия высокогорья. Острая высотная болезнь, не представляя угрозы для жизни, тем не менее может вывести человека из строя на несколько дней и больше. В некоторых случаях состояние может ухудшиться. У пострадавшего может воз­никнуть более тяжелая степень горной болезни — отек легких или мозга. Рассмотрим вкратце эти заболевания, причины их возникновения и меры предосторожности, которые позволяют их избе­жать.

жүктеу/скачать 4.27 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: