Доктор биологических наук, профессор Н.И. Волков Российская государственная академия физической культуры, Москва
Введение. Состояние гипоксии (кислородной недостаточности) возникает всякий раз, когда напряжение кислорода в клетках и тканях организма становится ниже критического значения, при котором еще возможно поддержание максимальной скорости ферментативных окислительных реакций в дыхательной цепи митохондрий. Причины, непосредственно обуславливающие возникновение и развитие состояния гипоксии, могут быть как внешнего (изменение газового состава среды, подъем на высоту, затруднение легочного дыхания), так и внутреннего характера (функциональная недостаточность или патологические изменения жизненно важных органов, резкие изменения обмена веществ, сопровождающиеся увеличением кислородного запроса тканей, действие ядов и вредных продуктов обмена и т.д.). Независимо от причин, ее порождающих, гипоксия оказывает выраженное влияние на протекание метаболических и физиологических процессов в организме, определяющих состояние здоровья и работоспособности человека.
Кратковременное воздействие умеренных степеней гипоксии стимулирует аэробный обмен в большинстве органов и тканей, повышает общую неспецифическую резистентность организма, способствует развитию адаптации к различного рода неблагоприятным воздействиям [1, 6, 10]. Увеличение продолжительности воздействия гипоксии или резкое повышение силы этого воздействия, зависящее от степени снижения давления О2 во вдыхаемом воздухе, неизбежно приводит к различного рода функциональным расстройствам и развитию стойкой патологии (например, горная болезнь и т.п. [9]). Остро развивающаяся тканевая гипоксия является наиболее опасным спутником большинства тяжелых заболеваний [12, 13]. Однако периодически возникающая гипоксия той или иной степени обычна для многих форм трудовой, воинской и спортивной деятельности [3, 5, 8]. С учетом этого обстоятельства пребывание в условиях умеренной гипоксии или повторное использование ее кратковременных воздействий может быть использовано в целях увеличения адаптационного резерва организма, лечения и профилактики ряда заболеваний, а также специальной подготовки к условиям профессиональной деятельности.
Многие виды профессионального труда, отдельные формы воинской службы и особенно занятия спортом связаны с необходимостью выполнения напряженной мышечной работы, резко повышающей кислородный запрос и приводящей к возникновению тканевой гипоксии, имеющей обратимый характер и сменяющейся значительным усилением аэробного обмена при прекращении работы или при снижении ее интенсивности. К возникновению гипоксии регионального характера приводят также необходимость поддержания фиксированных поз рабочего акта, затрудняющих кровоток и дыхание, и значительные эмоциональные напряжения, сопровождающиеся выбросом катехоламинов в кровь и увеличением метаболической потребности тканей в кислороде. Следует также отметить, что многие виды профессиональной и воинской деятельности требуют многочасового нахождения в замкнутом пространстве в состоянии напряженного ожидания (работа операторов, управление сложными аппаратами и системами). Выраженная гиподинамия на фоне отрицательных эмоций в этих случаях способствует развитию астенезии и падению работоспособности.
Чтобы обеспечить успешную деятельность в указанных условиях и поддержать высокую работоспособность, необходима специальная гипоксическая подготовка. Основными средствами такой подготовки являются эпизодически повторяющиеся сеансы искусственно вызываемой гипоксии (подъемы в барокамерах, дыхание в замкнутое пространство или просто задержки дыхания, вдыхания смесей с низким содержанием О2 и т.п.), варьирующие по продолжительности и величине снижения РО2. К настоящему времени разработано и предложено для использования на практике несколько разновидностей технических устройств, позволяющих создавать искусственную гипоксическую среду. По своим характеристикам такого рода устройства делятся на стационарные (барокамеры, аппараты-гипоксикаторы большой производительности), портативные, рассчитанные на обслуживание небольшого числа пациентов в быстро изменяющихся условиях среды, и устройства индивидуального пользования (специальные маски с дополнительным мертвым пространством, закрытые системы возвратного дыхания и т.п.). С помощью такого рода технических устройств представляется возможным реализовать на практике различные методологии использования искусственно вызванной гипоксии и ее комбинации с иными физиотерапевтическими, диетарными и фармакологическими воздействиями в целях улучшения здоровья, повышения физической и умственной работоспособности, лечения и профилактики различного рода заболеваний.
Интервальная гипоксическая тренировка. Достигаемый эффект гипоксического воздействия определяется суммарной продолжительно стью сеанса и величиной снижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. При резком падении РО2, сопровождающемся острым развитием тяжелых гипоксических состояний, поддержание заданного уровня функционирования организма возможно только в течение нескольких десятков секунд или минут. При менее резком падении РО2 развитие гипоксии и нормальная функциональная активность распростра няются на период времени, исчисляемый многими минутами или даже часами.
При установлении оптимальных режимов гипоксической тренировки следует придерживаться одного общего принципа: сила и продолжительность гипоксического воздействия должны ограничиваться той физиологической нормой, при которой еще возможны эффективная компенсация происходящих функциональных сдвигов и быстрое восстановление после прерывания сеанса гипоксии.
Отмечено, что развитие адаптации к условиям гипоксии и повышение общей неспецифической резистентности организма существенно ускоряются в том случае, если общая доза гипоксического воздействия разделяется на несколько отдельных повторных периодов гипоксической экспозиции, совершаемых через определенные моменты нормобарической респирации [2, 4, 11]. Такая форма организации гипоксической подготовки обычно обозначается как прерывистая, или интервальная, гипоксическая тренировка (ИГТ). В этой статье мы будем придерживаться последнего из приведенных терминов как наиболее принятого среди специалистов [7]. В этой форме гипоксической подготовки существует возможность широкого варьирования соотношений силы и продолжительности отдельного гипоксического стимула с продолжительностью пауз нормобарической респирации и общим временем экспозиции к гипоксии.
При установлении основных параметров ИГТ следует принять во внимание, что развитие ответной реакции организма на острое воздействие гипоксии требует определенного времени: необходимая продолжительность для отдельного гипоксического воздействия - 3-10 мин. Общая продолжительность ежедневного сеанса гипоксии должна быть достаточной для развития адаптационной реакции организма на такое воздействие. Эта суммарная доза гипоксии будет зависеть от ее степени и состояния общей неспецифической резистентности организма. Как правило, общая продолжительность гипоксических сеансов в течение одного дня не должна превышать 1,5-2 ч.
По остроте гипоксического воздействия диапазоны допустимого снижения концентрации О2 во вдыхаемом воздухе во время гипоксических сеансов, используемых в качестве тренировки, могут быть разделены на три степени:
- умеренная (подострая) гипоксия , достигаемая при снижении содержания О2 во вдыхаемом воздухе в пределах от 20 до 15 об%;
- острая гипоксия , развивающаяся при падении содержания О2 во вдыхаемом воздухе до 15-10 об%;
- сверхострая гипоксия , возникающая при снижении О2 во вдыхаемом воздухе ниже 10 об%.
Варьируя параметры ИГТ, можно добиться необходимой степени избирательного воздействия на основные физиологические функции организма и направленно влиять на отдельные стороны обмена веществ. Это открывает широкие возможности для использования ИГТ в целях профилактики и лечения различного рода заболеваний, улучшения состояния здоровья и повышения производительности труда.
Основные режимы интервальной гипоксической тренировки . Выбор эффективного режима ИГТ осуществляется в зависимости от избранной цели подготовки, конкретного состава пользовате лей и их функционального статуса, а также специфических условий профессиональной деятельности, в которых применяется данный метод. Ниже приводится описание тех основных режимов ИГТ, которые обычно применяются для улучшения функционального состояния и повышения производи тельности пациентов без существенных отклонений в состоянии здоровья и с определенным уровнем физической подготовленности.
Тренировочный и общеоздоровительный эффект ИГТ, как уже указывалось выше, зависит от выбора значений ее основных параметров - силы гипоксического воздействия (содержания О2 во вдыхаемом воздухе), продолжительности отдельной гипоксической экспозиции, длительности паузы нормобарической респирации воздухом обычного состава, количества повторных экспозиций, общей длительности ежедневного сеанса гипоксической тренировки и некоторых иных дополнительных условий. Для целей реабилитации и профилактики заболеваний могут быть предложены следующие хорошо изученные режимы ИГТ:
1. Базовый тренировочный режим. Продолжительность отдельного периода гипоксической экспозиции - 3-5 мин, пауза нормобарической респирации - 5 мин. Количество повторных экспозиций в одном сеансе - 10-12 раз. Содержание О2 во вдыхаемом воздухе - 14-15 об%. В течение одного тренировочного дня возможно наличие одного или двух сеансов ИГТ в данном режиме.
Применяется на протяжении 3-4 недель, 4-5 раз в неделю при регулярном медицинском контроле.
2. Втягивающий тренировочный режим. Продолжительность отдельного периода гипоксической экспозиции - 1 мин, пауза нормобарической респирации - 1 мин. Количество повторных экспозиций в одной серии - от 3 до 6 раз. Количество серий в одном сеансе ИГТ - 3-4. Пауза нормобарической респирации между сериями - 5 мин. Содержание О2 во вдыхаемом воздухе - 12 об%.