1.2.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].