Физиология клетки

7. Физическая работоспособность в особых условиях окружающей среды

7.1. Влияние температуры и влажности воздуха на физическую работоспособность.

Во время интенсивной и длительной физической работы теплопродукция в мышцах возрастает в 20-25 раз по сравне­нию с условиями покоя. Почти все тепло передается в кровь и пере­носится с нею в ядро тела, температура которого повышается до 39-40°С. При прочих равных условиях, чем выше температура окружа­ющего воздуха, тем больше поднимается температура тела при работе. Снижение работоспособности при выполнении интенсивных физических нагрузок на фоне повышенных температуры и влажности воздуха обусловлено перегреванием тела, дегидратацией организма и уменьшением кровоснабжения работающих мышц.
Во время интенсивной физической работы скорость потообразования возрастает в десятки раз, достигая, например, во время ма­рафонского бега 20-25 мл/мин. Потери воды за время бега могут достигать 2,5-4,5 л. Самым тяжелым последствием усиленного по­тоотделения является дегидратация, характеризующаяся уменьшением содержания жидкости в организме и снижением концентрации электролитов в жидких средах.
Дегидратация во время мышечной работы приводит к существен­ному снижению физической работоспособности. Причинами этого являются:
1) снижение эффективности регуляции температуры тела вследствие ухудшения переноса тепла от ядра к оболочке и умень­шения активности потовых желез;
2) уменьшение объема плазмы крови, приводящее к снижению объема циркулирующей крови, ве­нозного возврата, систолического объема, а также к увеличению показателя гематокрита и вязкости крови;
3) уменьшение объема межклеточной и внутриклеточной жидкости, а также концентрации электролитов в них, приводящее к нарушению равновесия электро­литов, замедлению скорости протекания биохимических процессов и вследствие этого к нарушению функции как самих мышечных кле­ток, так и регуляторных механизмов, управляющих их работой.
Снижение физической работоспособности в условиях повышенной температуры и влажности воздуха является также следствием умень­шения притока крови к работающим мышцам. С целью предотвра­щения перегревания организма система терморегуляции, не имея собственных исполнительных механизмов, использует другие системы и, в частности, кровообращение. Для усиления теплоотдачи с по­верхности кожи расходуется до 20-25% минутного объема кровооб­ращения. В результате, значительное количество крови (5-8 л/мин) не поступает к работающим мышцам. Это, в свою очередь, умень­шает доставку кислорода к мышечным клеткам и снижает их аэро­бную работоспособность.

7.2. Физическая работоспособность в условиях пониженного атмосферного давления (среднегорья).

Находясь на высотах выше уровня моря, спортсмен вынужден выполнять интенсивные физи­ческие нагрузки в условиях пониженного атмосферного давления (гипобарии) и сниженного парциального давления кислорода (ги­поксии), то есть в условиях гипобарической гипоксии. С увеличением высоты, на которой находится человек, дефицит кис­лорода в атмосферном воздухе ведет к снижению парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе, уменьшению его со­держания в артериальной крови и, как следствие, ухудшению снаб­жения тканей кислородом и снижению физической работоспособ­ности при максимальных и субмаксимальных нагрузках. Для спор­тивной практики наибольший интерес представляют физиологичес­кие эффекты среднегорья, на которых часто проводятся соревнова­ния.
При пониженном парциальном давлении кислорода у лиц, выпол­няющих субмаксимальные аэробные нагрузки без предварительной адаптации к высоте, происходят характерные изменения физиологи­ческих функций. Потребность в кислороде при выполнении одной и той же физической нагрузки на высоте 1500-2500 м остается такой же, как и на уровне моря. Поэтому, для того чтобы обеспечить работающий организм требуемым количеством кислорода, уменьше­ние его молекул в единице объема горного разреженного воздуха должно быть компенсировано соответствующим увеличением легоч­ной вентиляции. В этом и состоит основной физиологический ме­ханизм срочной адаптации организма к гипоксическим условиям. Поэтому, если в покое, на высоте среднегорья легочная вентиляция меняется незначительно, то при выполнении мышечной работы она всегда существенно больше, чем на равнине. У одного и того же человека при одинаковой мощности работы минутный объем дыха­ния тем больше, чем больше высота.
Пониженное насыщение крови кислородом на высоте при выпол­нении субмаксимальной аэробной работы компенсируется увеличе­нием минутного объема кровообращения, который возрастает за счет увеличения частоты сердечных сокращений при мало меняющемся систолическом объеме. Максимальные величины частоты сердечных сокращений, систолического объема и минутного объема кровообра­щения на высоте и на уровне моря одинаковы. Однако, при работе в гипоксических условиях предельные величины частоты сердечных сокращений и минутного объема кровообращения достигаются при меньших величинах нагрузки, чем на равнине.
Уменьшение содержания О₂, в артериальной крови у человека, находящегося в среднегорье, приводит к уменьшению максимального потребления кислорода. Cущественное для спортивной практики снижение мак­симального потребления кислорода начинается с подъема на высоты более 1500 м. Далее оно уменьшается примерно на 1% при подъеме на каждые 100 м. Снижение максимального потребления кислорода является основной причиной уменьшения аэробной выносливости человека в условиях среднегорья.
С увеличением высоты, наряду со снижением барометрического давления, уменьшается плотность воздуха и, следовательно, его со­противление движущемуся телу. Поэтому, в скоростно-силовых уп­ражнения (спринтерский бег, прыжки, метания и др.) и силовых упражнениях, в отличие от упражнений на выносливость, спортив­ный результат в среднегорье может быть выше, чем на равнине.
В процессе адаптации к высоте (горной акклиматизации) умень­шается влияние сниженного парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе на организм человека и повышается его физи­ческая работоспособность. Минимальная продолжительность време­ни, необходимая для адаптации кислород-транспортной системы к условиям пониженного парциального давления О₂ зависит, прежде всего, от высоты, на которой находится спортсмен. Так, на высотах 2000-2500 м это время составляет не менее 8-10 дней, а на высотах 3600 м — 15-21 день. Продолжительность периода адаптации к условиям среднегорья уменьшается в результате выполнения пра­вильно подобранных по интенсивности и длительности физических нагрузок. В то же время при любой продолжительности пребывания на высоте никогда не достигается уровень физической работоспо­собности человека, характерный для него в условиях равнины.
Повышение работоспособности человека в процессе адаптации к сниженному парциональному давлению кислорода связано с активи­зацией механизмов транспорта кислорода к тканям тела и усилени­ем эффективности использования кислорода клетками для целей аэробного образования энергии. Достигается это увеличением легоч­ной вентиляции при выполнении одной и той же нагрузки; возрас­танием диффузионной способности легких; повышением кислород­ной емкости крови в результате увеличения числа эритроцитов и содержания гемоглобина; увеличением плотности капилляров в ске­летных мышцах; повышением концентрации миоглобина в мышцах; увеличением плотности митохондрий в клетках, а также содержания и активности окислительных ферментов в них. Клеточные структур­но-метаболические механизмы адаптации к сниженному содержанию кислорода в воздухе требуют значительно большего периода времени, чем физиологические механизмы. В результате всех этих адап­тивных изменений максимальное потребление кислорода постепенно возрастает и через 3-4 недели пребывания в среднегорье становится лишь на 10-20% меньше, чем на уровне моря. Даже постоянно проживающие в горах спортсмены обладают более низкими величинами максимального потребления кислорода на «своей» высоте, чем на равнине.
Таким образом, физическая работоспособность человека снижается по мере повышения высоты над уровнем моря и снижения парциального давления кислорода. В первую очередь это касается аэробной выносливости. Мышечная сила, максимальная аэробная мощность и координация движений при выполнении физических упражнений спортсменами практически не меняются. Более того, из-за пониженной плотности воздуха спортивные результаты на спринтерских дистанциях, в прыжках, метаниях, могут быть даже выше, чем на уровне моря. Поскольку процессы восстановления физиологических функций после напряженной физической работы на высоте замедленны, с целью предотвращения развития переутомления в этих условиях реализация повторных нагрузок допустима лишь после более длительных, чем на равнине, периодов отдыха.