Адаптация к воздействию низкой температуры. Патогенетическая роль дезадаптации к холоду в развитии донозологических состояний в условиях севера герасимова людмила ивановна
- 1512Расскажу про одну из самых невероятных, с точки зрения обыденных представлений, практик – практику свободной адаптации к холоду.
Согласно общепринятым представлениям человек не может находиться на холоде без теплой одежды. Холод абсолютно губителен, и стоит волею судьбы выйти на улицу без куртки, как несчастного ждет мучительное замерзание, и неизбежный букет болезней по возвращении.
Иначе говоря, общепринятые представления вовсе отказывают человеку в способности адаптироваться к холоду. Считается, что диапазон комфорта расположен исключительно выше комнатной температуры.
Вроде и не поспоришь. Нельзя же в России всю зиму проходить в шортах и футболке...
В том то и дело, что можно!!
Нет, не стиснув зубы, обрастая сосульками, чтобы поставить нелепый рекорд. А свободно. Ощущая себя, в среднем, даже более комфортно, чем окружающие. Это реальный практический опыт, сокрушительно ломающий общепринятые шаблоны.
Казалось бы, зачем владеть подобными практиками? Да все очень просто. Новые горизонты всегда делают жизнь более интересной. Убирая внушенные страхи, становишься свободнее.
Колоссально расширяется диапазон комфорта. Когда остальным, то жарко, то холодно, тебе везде хорошо. Полностью исчезают фобии. Взамен страха заболеть, недостаточно тепло одевшись, ты получаешь полную свободу и уверенность в своих силах. Бегать по морозу действительно приятно. Если же и выходишь за пределы своих сил, то это не влечет никаких последствий.
Как это вообще возможно? Все очень просто. Мы устроены намного лучше, чем принято считать. И у нас есть механизмы, позволяющие нам свободно находиться на холоде.
Во первых, при колебаниях температуры в определенных пределах меняется скорость метаболизма, свойства кожных покровов, и т.д. Чтобы не рассеивать тепло, внешний контур тела сильно снижает температуру, в то время, как температура ядра остается очень стабильной. (Да, холодные лапы – это нормально!! Как бы нас не убеждали в детстве, это не признак замерзания!)
При еще большей холодовой нагрузке включаются специфические механизмы термогенеза. Мы знаем про сократительный термогенез, проще говоря, дрожь. Механизм, по сути, аварийный. Дрожь согревает, но включается она не от хорошей жизни, а когда действительно мерзнешь.
Но есть еще несократительный термогенез, производящий тепло за счет прямого окисления питательных веществ в митохондриях непосредственно в тепло. В кругу людей, практикующих холодовые практики этот механизм прозвали просто "печкой". Когда "печка" включается, тепло мерно производится в фоновом режиме в количестве достаточном для длительного нахождения на морозе без одежды.
Субъективно это ощущается довольно необычно. В русском языке словом «холодно» называют два, принципиально разных ощущения: «холодно на улице» и «холодно тебе». Они могут присутствовать независимо. Можно мерзнуть в достаточно теплом помещении. А можно ощущать кожей жгучий холод снаружи, но совершенно не замерзать и не испытывать дискомфорта. Более того, это приятно.
Как же научится использованию этих механизмов? Решительно скажу, что считаю рискованным «обучение по статье». Технологию нужно передавать лично в руки.
Не сократительный термогенез запускается на достаточно серьезном морозе. И включение его достаточно инерционно. «Печка» начинает работать не раньше, чем через несколько минут. Поэтому, как ни парадоксально, научиться свободно гулять на холоде, гораздо легче в лютый мороз, чем в прохладный осенний день.
Стоит выйти на мороз, как начинаешь ощущать холод. Неопытного человека при этом охватывает панический ужас. Ему кажется, что если уже сейчас холодно, то через десяток минут настанет полный абзац. Многие просто не дожидаются выхода «реактора» на рабочий режим.
Когда «печка» все же запускается, становится ясно, что, вопреки ожиданиям, на холоде находиться довольно комфортно. Этот опыт полезен тем, что немедленно рвет внушенные с детства шаблоны о невозможности подобного, и помогает иначе посмотреть на реальность в целом.
Впервые выходить на мороз нужно под руководством человека, который уже умеет это делать, или там, где вы в любой момент можете вернуться в тепло!
И выходить нужно предельно раздетым. Шорты, лучше даже без майки и ничего больше. Организм нужно как следует напугать, чтобы он включил забытые системы адаптации. Если испугаться, и надеть свитер, мастерку, или что-то подобное, то потери тепла будут достаточными, чтобы очень сильно замерзнуть, но «реактор» не запустится!
По той же причине опасно постепенное «закаливание». Снижение температуры воздуха или ванны «на один градус в десять дней» ведет к тому, что рано или поздно наступает тот момент, когда уже достаточно холодно, чтобы заболеть, но недостаточно для запуска термогенеза. Воистину, такое закаливание могут выдержать только железные люди. А вот выйти сразу на мороз или нырнуть в прорубь сможет практически каждый.
После сказанного уже можно догадаться, что адаптация не к морозу, а к низким плюсовым температурам более сложная задача, чем пробежки по морозу, и требует она более высокой подготовки. «Печка» при +10 не включается вовсе, и работают только не специфические механизмы.
Следует помнить, что нельзя терпеть выраженный дискомфорт. Когда все получается правильно, никакого переохлаждения не развивается. Если начинаешь сильно замерзать, значит, необходимо прервать практику. Периодические выходы за пределы комфорта неизбежны (иначе и не раздвинуть эти пределы), но нельзя допускать перерастание экстрима в пипец.
Система обогрева со временем устает работать под нагрузкой. Пределы выносливости весьма далеко. Но они есть. Можно свободно гулять при -10 весь день, а при -20 пару часов. Но не получится пойти в одной майке в лыжный поход. (Полевые условия это вообще отдельная тема. Зимой экономить на взятой с собой в поход одежде нельзя! Можно ее сложить в рюкзак, но никак не забыть дома. В бесснежное же время можно рискнуть оставить дома лишние вещи, которые берутся только из-за страха перед погодой. Но, при наличии опыта)
Для большего комфорта лучше гулять так на более-менее чистом воздухе, подальше от источников дыма и от смога – чувствительность к тому, чем мы дышим, в этом состоянии возрастает в разы. Понятно, что с куревом и бухлом практика вообще несовместима.
Нахождение на холоде может вызвать холодовую эйфорию. Ощущение приятное, но требует предельного самоконтроля, во избежание потери адекватности. Это одна из причин, по которой очень нежелательно начинать практику без учителя.
Еще один важный нюанс – длительная перезагрузка системы обогрева после значительных нагрузок. Как следует нахватав холода можно ощущать себя довольно неплохо, но при заходе в теплое помещение «печка» отключается, и тело начинает согреваться дрожью. Если при этом снова выйти на мороз, «печка» не включится, и можно сильно замерзнуть.
Наконец, нужно понимать, что владение практикой не дает гарантии не мерзнуть нигде и никогда. Состояние меняется, и влияет много факторов. Но, вероятность обрести неприятностей от погоды все же снижается. Подобно тому, как вероятность физически сдуться у спортсмена всяко ниже, чем у хлюпика.
Увы, создать цельную статью не получилось. Я лишь в общих чертах обрисовал эту практику (точнее, комплекс практик, ибо ныряние в прорубь, пробежки в футболке по морозу и шатание по лесу в стиле Маугли это разное). Подытожу тем, с чего начал. Владение собственными ресурсами позволяет избавиться от страхов, и чувствовать себя куда комфортнее. И это интересно.
В предыдущей главе были разобраны общие (т.е. неспецифические) закономерности адаптации, но организм человека отвечает по отношению к конкретным факторам и специфическими приспособительными реакциями. Именно такие реакции адаптации (к изменению температуры, к различному режиму двигательной активности, к невесомости, к гипоксии, к дефициту информации, к психогенным факторам, а также особенности адаптации человека и управление адаптацией) рассмотрены в этой главе.
АДАПТАЦИЯ К ИЗМЕНЕНИЮ ТЕМПЕРАТУРЫ
Температура тела человека, как и любого гомойотермного организма, характеризуется постоянством и колеблется в чрезвычайно узких границах. Эти границы составляют от 36,4 ?C до 37,5 ?C .
Адаптация к действию низкой температуры
Условия, при которых организм человека должен адаптироваться к холоду, могут быть различными. Это может быть работа в холодных цехах (холод действует не круглосуточно, а чередуясь с нормальным температурным режимом) или адаптация к жизни в северных широтах (человек в условия Севера подвергается действию не только низкой температуры, но и изменённого режима освещённости и уровня радиации).
Работа в холодных цехах. Первые дни в ответ на низкую температуру теплопродукция нарастает неэкономично, избыточно, теплоотдача ещё недостаточно ограничена. После установления фазы стойкой адаптации процессы теплопродукции интенсифицируются, теплоотдачи - снижаются; в конечном счёте устанавливается оптимальный баланс для поддержания стабильной температуры тела.
Адаптация к условиям Севера характеризуется несбалансированным сочетанием теплопродукции и теплоотдачи. Снижение эффективности теплоотдачи достигается благодаря уменьшению
и прекращению потоотделения, сужению артериальных сосудов кожи и мышц. Активация теплопродукции вначале осущест- вляется за счёт увеличения кровотока во внутренних органах и повышения мышечного сократительного термогенеза. Аварийная стадия. Обязательной составляющей адаптивного процесса является включение стрессорной реакции (активация ЦНС, повышение электрической активности центров терморегуляции, уве- личение секреции либеринов в нейронах гипоталамуса, в аденоцитах гипофиза - адренокортикотропного и тиреотропного гормонов, в щитовидной железе - тиреоидных гормонов, в мозговом веществе надпочечников - катехоламинов, а в их коре - кортикостероидов). Эти изменения существенно модифицируют функцию органов и физиологических систем организма, изменения в которых направлены на увеличение кислород-транспортной функции (рис. 3-1).
Рис. 3-1. Обеспечение кислород-транспортной функции при адаптации к холоду
Стойкая адаптация сопровождается усилением липидного обмена. В крови повышается содержание жирных кислот и несколько снижается уровень сахара, происходит вымывание жирных кислот из жировой ткани за счёт усиления «глубинного» кровотока. В митохондриях, адаптированных к условиям Севера, имеется тенденция к разобщению фосфорилирования и окисления, доминирующим становится окисление. Более того, в тканях жителей Севера относительно много свободных радикалов.
Холодная вода. Физическим агентом, через который низкая температура влияет на организм, чаще всего является воздух, но может быть и вода. Например, при нахождении в холодной воде охлаждение организма происходит быстрее, чем на воздухе (вода обладает в 4 раза большей теплоёмкостью и в 25 раз большей теплопроводностью, чем воздух). Так, в воде, температура которой + 12 ?C , теряется тепла в 15 раз больше, чем на воздухе при такой же температуре.
Только при температуре воды +33- 35 ?C температурные ощущения находящихся в ней людей считают комфортными и время пребывания в ней не ограничено.
При температуре воды + 29,4 ?C люди могут находиться в ней более суток, но при температуре воды + 23,8 ?C это время составляет 8 ч 20 мин.
В воде с температурой ниже + 20 ?C быстро развиваются явления острого охлаждения, а время безопасного пребывания в ней исчисляется минутами.
Пребывание человека в воде, температура которой +10- 12 ?C , в течение 1 ч и менее вызывает угрожающие для жизни состояния.
Пребывание в воде при температуре + 1 ?C неминуемо ведёт к смерти, а при +2- 5 ?C уже через 10-15 мин вызывает угрожающие для жизни осложнения.
Время безопасного пребывания в ледяной воде составляет не более 30 мин, а в некоторых случаях люди умирают через 5- 10 мин.
Организм человека, погружённого в воду, испытывает значительные перегрузки в связи с необходимостью поддерживать постоянную температуру «ядра тела» из-за высокой теплопроводности воды и отсутствия вспомогательных механизмов, обеспечивающих термоизоляцию человека в воздушной среде (теплоизоляция одежды резко снижается за счёт её намокания, исчезает тонкий слой нагретого воздуха у кожи). В холодной воде у человека остаются только два механизма для поддержания постоянной температуры «ядра тела», а именно: увеличение производства тепла и ограничение поступления тепла от внутренних органов к коже.
Ограничение поступления тепла от внутренних органов к коже (и от кожи в окружающую среду) обеспечивается периферической вазоконстрикцией, максимально выраженной на уровне кожного покрова, и внутримышечной вазодилатацией, степень которой зависит от локализации охлаждения. Эти вазомоторные реакции, перераспределяя объём крови по направлению к центральным органам, способны поддерживать температуру «ядра тела». Одновременно с этим происходит уменьшение объёма плазмы за счёт повышения проницаемости капилляров, клубочковой фильтрации и снижения канальцевой реабсорбции.
Увеличение производства тепла (химический термогенез) происходит посредством повышенной мышечной активности, проявлением которой является дрожь. При температуре воды + 25 ?C дрожь наступает, когда температура кожи падает до + 28 ?C . В развитии этого механизма различают три последовательных фазы:
Начальное снижение температуры «ядра»;
Резкое её возрастание, иногда превышающее температуру «ядра тела» до охлаждения;
Снижение до уровня, зависящего от температуры воды. В очень холодной воде (ниже + 10 ?C) дрожь начинается весьма резко, очень интенсивна, сочетается с учащённым поверхностным дыханием и ощущением сжатия грудной клетки.
Активация химического термогенеза не предотвращает охлаждения, а рассматривается как «аварийный» способ защиты от холода. Падение температуры «ядра» тела человека ниже + 35 ?C свидетельствует о том, что компенсаторные механизмы терморегуляции не справляются с разрушающим действием низких температур, наступает глубокое переохлаждение организма. Возникающая при этом гипотермия изменяет все важнейшие жизненные функции организма, так как замедляет скорость протекания химических реакций в клетках. Неизбежным фактором, сопровождающим гипотермию, является гипоксия. Результатом гипоксии являются функциональные и структурные нарушения, которые при отсутствии необходимого лечения приводят к смерти.
Гипоксия имеет сложное и многообразное происхождение.
Циркуляторная гипоксия возникает из-за брадикардии и нарушений периферического кровообращения.
Гемодинамическая гипоксия развивается вследствие перемещения кривой диссоциации оксигемоглобина влево.
Гипоксическая гипоксия наступает при торможении дыхательного центра и судорожного сокращения дыхательных мышц.
Адаптация к действию высокой температуры
Высокая температура может действовать на организм человека при разных ситуациях (например, на производстве, при пожаре, в боевых и аварийных условиях, в бане). Механизмы адаптации направлены на увеличение теплоотдачи и снижение теплопродукции. В результате температура тела (хотя и повышается) остаётся в пределах верхней границы нормального диапазона. Проявления гипертермии в значительной мере определяются температурой окружающей среды.
При повышении внешней температуры до +30-31 ?С происходит расширение артерий кожи и усиление в ней кровотока, увеличивается температура поверхностных тканей. Эти изменения направлены на отдачу организмом избытка тепла путём конвекции, теплопроведения и радиации, но по мере нарастания температуры окружающей среды эффективность этих механизмов теплоотдачи снижается.
При внешней температуре +32- 33 ?C и выше прекращаются конвекция и радиация. Ведущее значение приобретает теплоотдача путём потоотделения и испарения влаги с поверхности тела и дыхательных путей. Так, с 1 мл пота теряется примерно 0,6 ккал тепла.
В органах и функциональных системах при гипертермии происходят характерные сдвиги.
Потовые железы секретируют калликреин, расщепляющий а,2-глобулин. Это ведёт к образованию в крови каллидина, брадикинина и других кининов. Кинины, в свою очередь, обеспечивают двоякие эффекты: расширение артериол кожи и подкожной клетчатки; потенцирование потоотделения. Эти эффекты кининов существенно увеличивают теплоотдачу организма.
В связи с активацией симпатоадреналовой системы увеличивается ЧСС и минутный выброс сердца.
Происходит перераспределение кровотока с развитием его централизации.
Отмечается тенденция к повышению АД.
В дальнейшем приспособление идёт за счёт снижения теплопродукции и формирования стойкого перераспределения кровенаполнения сосудов. Избыточное потоотделение превращается в адекватное при высокой температуре. Потеря с потом воды и солей может компенсироваться питьём подсолённой воды.
АДАПТАЦИЯ К РЕЖИМУ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ
Нередко под влиянием каких-либо требований внешней среды уровень двигательной активности изменяется в сторону его повыше- ния или понижения.
Повышенная активность
Если двигательная активность по необходимости становится высокой, то организм человека должен приспособиться к новому
состоянию (например, к тяжёлой физической работе, занятиям спортом и т.д.). Различают «срочную» и «долговременную» адаптацию к повышенной двигательной активности.
«Срочная» адаптация - начальная, аварийная стадия приспособления - характеризуется максимальной мобилизацией функциональной системы, ответственной за адаптацию, выраженной стрессреакцией и двигательным возбуждением.
В ответ на нагрузку возникает интенсивная иррадиация возбуждения в корковых, подкорковых и нижележащих двигательных центрах, приводящая к генерализованной, но недостаточно координированной двигательной реакции. Например, возрастает частота сердечных сокращений, но также происходит генерализованное включение «лишних» мышц.
Возбуждение нервной системы приводит к активации стрессреализующих систем: адренергической, гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной, что сопровождается значительным выбросом катехоламинов, кортиколиберина, АКТГ и соматотропного гормонов. Напротив, концентрация в крови инсулина и C-пептида под влиянием нагрузок понижается.
Стресс-реализующие системы. Изменения метаболизма гормонов при стресс-реакции (особенно катехоламинов и кортикостероидов) приводят к мобилизации энергетических ресурсов организма; потенцируют деятельность функциональной системы адаптации и формируют структурную основу долговременной адаптации.
Стресс-лимитирующие системы. Одновременно с активацией стресс-реализующих систем происходит активация стресс-лимитирующих систем - опиоидных пептидов, серотонинергической и других. Например, параллельно с увеличением в крови содержания АКТГ происходит увеличение концентрации в крови β -эндорфина и энкефалинов.
Нейрогуморальная перестройка при срочной адаптации к физической нагрузке обеспечивает активацию синтеза нуклеиновых кислот и белков, избирательный рост определённых структур в клетках органов, увеличение мощности и экономичности деятельности функциональной системы адаптации при повторяющихся физических нагрузках.
При повторяющихся физических нагрузках увеличивается мышечная масса и возрастает её энергообеспечение. Наряду с этим
происходят изменения в кислород-транспортной системе и эффективности функций внешнего дыхания и миокарда:
Увеличивается плотность капилляров в скелетных мышцах и миокарде;
Увеличивается скорость и амплитуда сокращения дыхательных мышц, возрастает жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ), максимальная вентиляция, коэффициент утилизации кислорода;
Происходит гипертрофия миокарда, увеличивается число и плотность коронарных капилляров, концентрация миоглобина в миокарде;
Увеличивается число митохондрий в миокарде и энергообеспечение сократительной функции сердца; возрастает скорость сокращения и расслабления сердца при нагрузках, ударный и минутный объёмы.
В результате объём функции приходит в соответствие с объёмом структуры органов, и организм в целом становится адаптированным к нагрузке данной величины.
Пониженная активность
Гипокинезия (ограничение двигательной активности) вызывает характерный симптомокомплекс расстройств, существенно ограничивающих работоспособность человека. Наиболее характерные проявления гипокинезии:
Нарушение регуляции кровообращения при ортостатических воздействиях;
Ухудшение показателей экономичности работы и регуляции кислородного режима организма в покое и при физических нагрузках;
Явления относительной дегидратации, нарушения изоосмии, химизма и структуры тканей, нарушения почечной функции;
Атрофия мышечной ткани, нарушения тонуса и функции нервномышечного аппарата;
Уменьшение объёма циркулирующей крови, плазмы и массы эритроцитов;
Нарушение моторной и ферментативной функций пищеварительного аппарата;
Нарушение показателей естественного иммунитета.
Аварийная фаза адаптации к гипокинезии характеризуется моби- лизацией реакций, компенсирующих недостаток двигательных функций. К таким защитным реакциям относится возбуждение симпато-
адреналовой системы. Симпатоадреналовая система обусловливает временную, частичную компенсацию нарушений кровообращения в виде усиления сердечной деятельности, повышения сосудистого тонуса и, следовательно, кровяного давления, усиления дыхания (повышение вентиляции лёгких). Однако эти реакции кратковременны и быстро угасают при продолжающейся гипокинезии.
Дальнейшее развитие гипокинезии можно представить себе следующим образом:
Неподвижность способствует, прежде всего, снижению катаболических процессов;
Выделение энергии уменьшается, снижается интенсивность окислительных реакций;
В крови уменьшается содержание углекислоты, молочной кислоты и других продуктов метаболизма, в норме стимулирующих дыхание и кровообращение.
В отличие от адаптации к изменённому газовому составу, низкой температуре окружающей среды и т.п., адаптация к абсолютной гипокинезии не может считаться полноценной. Вместо фазы резистентности идёт медленное истощение всех функций.
АДАПТАЦИЯ К НЕВЕСОМОСТИ
Человек рождается, растёт и развивается под действием земного притяжения. Сила притяжения формирует функции скелетной мус- кулатуры, гравитационные рефлексы, координированную мышечную работу. При изменении гравитации в организме наблюдаются различные изменения, определяемые устранением гидростатического давления и перераспределением жидких сред организма, устранением гравитационно-зависимой деформации и механического напряжения структур тела, а также снижением функциональной нагрузки на опорно-двигательный аппарат, устранением опоры, изменением биомеханики движений. В результате формируется гипогравитационный двигательный синдром, который включает изменения сенсорных систем, моторного контроля, функции мышц, гемодинамики.
Сенсорные системы:
Снижение уровня опорной афферентации;
Снижение уровня проприоцептивной активности;
Изменение функции вестибулярного аппарата;
Изменение афферентного обеспечения двигательных реакций;
Расстройство всех форм зрительного слежения;
Функциональные изменения в деятельности отолитового аппарата при изменении положения головы и действии линейных ускорений.
Моторный контроль:
Сенсорная и моторная атаксия;
Спинальная гиперрефлексия;
Изменение стратегии управления движениями;
Повышение тонуса мышц-сгибателей.
Мышцы:
Снижение скоростно-силовых свойств;
Атония;
Атрофия, изменение композиции мышечных волокон.
Гемодинамические нарушения:
Увеличение сердечного выброса;
Снижение секреции вазопрессина и ренина;
Увеличение секреции натрийуретического фактора;
Увеличение почечного кровотока;
Уменьшение объёма плазмы крови.
Возможность истинной адаптации к невесомости, при которой происходит перестройка системы регулирования, адекватная сущес- твованию на Земле, гипотетична и требует научного подтверждения.
АДАПТАЦИЯ К ГИПОКСИИ
Гипоксия - состояние, возникающее в результате недостаточного обеспечения тканей кислородом. Гипоксия нередко сочетается с гипоксемией - уменьшением уровня напряжения и содержания кислорода в крови. Различают гипоксии экзогенные и эндогенные.
Экзогенные типы гипоксии - нормо- и гипобарическая. Причина их развития: уменьшение парциального давления кислорода в воздухе, поступающем в организм.
Нормобарическая экзогенная гипоксия связана с ограничением поступления в организм кислорода с воздухом при нормальном барометрическом давлении. Такие условия складываются при:
■ нахождении людей в небольшом и/или плохо вентилируемом пространстве (помещении, шахте, колодце, лифте);
■ нарушениях регенерации воздуха и/или подачи кислородной смеси для дыхания в летательных и глубинных аппаратах;
■ несоблюдении методики искусственной вентиляции лёгких. - Гипобарическая экзогенная гипоксия может возникнуть:
■ при подъёме в горы;
■ у людей, поднятых на большую высоту в открытых летательных аппаратах, на креслах-подъёмниках, а также при снижении давления в барокамере;
■ при резком снижении барометрического давления.
Эндогенные гипоксии являются результатом патологических процессов различной этиологии.
Различают острую и хроническую гипоксию.
Острая гипоксия возникает при резком уменьшении доступа кислорода в организм: при помещении исследуемого в барокамеру, откуда выкачивается воздух, отравлении окисью углерода, остром нарушении кровообращения или дыхания.
Хроническая гипоксия возникает после длительного пребывания в горах или в любых других условиях недостаточного снабжения кислородом.
Гипоксия - универсальный действующий фактор, к которому в организме на протяжении многих веков эволюции выработались эффективные приспособительные механизмы. Реакция организма на гипоксическое воздействие может быть рассмотрена на модели гипоксии при подъёме в горы.
Первой компенсаторной реакцией на гипоксию является увеличение частоты сердечных сокращений, ударного и минутного объёмов крови. Если организм человека потребляет в покое 300 мл кислорода в минуту, его содержание во вдыхаемом воздухе (а, следовательно, и в крови) уменьшилось на 1 / 3 , достаточно увеличить на 30% минутный объём крови, чтобы к тканям было доставлено то же количество кислорода. Раскрытие дополнительных капилляров в тканях реализует увеличение кровотока, так как при этом увеличивается скорость диффузии кислорода.
Наблюдается незначительное увеличение интенсивности дыхания, одышка возникает только при выраженных степенях кислородного голодания (pO 2 во вдыхаемом воздухе - менее 81 мм рт.ст.). Объясняется это тем, что усиление дыхания в гипоксической атмосфере сопровождается гипокапнией, которая сдерживает увеличение лёгочной вентиляции, и только
через определённое время (1-2 недели) пребывания в условиях гипоксии происходит существенное увеличение лёгочной вентиляции из-за повышения чувствительности дыхательного центра к углекислому газу.
Возрастает количество эритроцитов и концентрация гемоглобина в крови за счёт опорожнения кровяных депо и сгущения крови, а далее за счёт интенсификации кроветворения. Уменьшение атмосферного давления на 100 мм рт.ст. вызывает увеличение содержания гемоглобина в крови на 10%.
Изменяются кислород-транспортные свойства гемоглобина, увеличивается сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо, что способствует более полной отдаче кислорода тканям.
В клетках возрастает количество митохондрий, увеличивается содержание ферментов дыхательной цепи, что позволяет интенсифицировать процессы использования энергии в клетке.
Происходит модификация поведения (ограничение двигательной активности, избегание воздействия высоких температур).
Таким образом, в результате действия всех звеньев нейрогуморальной системы происходят структурно-функциональные пере- стройки в организме, в результате которых формируются адаптивные реакции к данному экстремальному воздействию.
ПСИХОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ И ДЕФИЦИТ ИНФОРМАЦИИ
Адаптация к воздействию психогенных факторов протекает поразному у лиц с разным типом ВНД (холериков, сангвиников, флег- матиков, меланхоликов). У крайних типов (холериков, меланхоликов) такая адаптация не является стойкой, рано или поздно факторы, воздействующие на психику, приводят к срыву ВНД и развитию неврозов.
В качестве основных принципов противострессовой защиты можно назвать следующие:
Изоляцию от стрессора;
Активацию стресс-лимитирующих систем;
Подавление очага повышенного возбуждения в ЦНС путём создания новой доминанты (переключения внимания);
Подавление системы отрицательного подкрепления, связанной с негативными эмоциями;
Активацию системы положительного подкрепления;
Восстановление энергетических ресурсов организма;
Физиологическую релаксацию.
Информационный стресс
Один из видов психологического стресса - информационный стресс. Проблема информационного стресса - проблема XXI сто- летия. Если поток информации превышает сформированные в процессе эволюции возможности мозга для её переработки, развивается информационный стресс. Последствия информационных перегрузок столь велики, что вводятся даже новые термины для обозначения не совсем понятных состояний человеческого организма: синдром хронической усталости, компьютерная зависимость и т.д.
Адаптация к дефициту информации
Мозг нуждается не только в минимальном отдыхе, но и в некотором количестве возбуждения (эмоционально значимых стимулах). Г. Селье описывает это состояние как состояние эустресса. К пос- ледствиям дефицита информации относятся дефицит эмоционально значимых стимулов и нарастающий страх.
Дефицит эмоционально значимых стимулов, особенно в раннем возрасте (сенсорная депривация), часто приводит к формированию личности агрессора, причём значимость этого фактора в формировании агрессивности на порядок выше, чем физические наказания и другие вредные в воспитательном отношении факторы.
В условиях сенсорной изоляции человек начинает испытывать нарастающий страх вплоть до паники и галлюцинации. Э. Фромм в качестве одного из важнейших условий созревания индивида называет наличие чувства единения. Э. Эриксон считает, что человеку необходимо идентифицировать себя с другими людьми (референтной группой), нацией и т.п., то есть сказать «Я - такой как они, они такие же, как я». Для человека предпочтительней идентифицировать себя даже с такими субкультурами, как хиппи или наркоманы, чем не идентифицировать себя вовсе.
Сенсорная депривация (от лат. sensus - чувство, ощущение и deprivatio - лишение) - продолжительное, более или менее полное лишение человека зрительных, слуховых, тактильных или иных ощущений, подвижности, общения, эмоциональных переживаний, осуществляемое либо с экспериментальными целями, либо в резуль-
тате сложившейся ситуации. При сенсорной депривации в ответ на недостаточность афферентной информации активизируются процессы, которые определённым образом воздействуют на образную память.
По мере увеличения времени пребывания в этих условиях у людей появляется эмоциональная лабильность со сдвигом в сторону пониженного настроения (заторможенность, депрессия, апатия), которые на короткое время сменяются эйфорией, раздражительностью.
Наблюдаются нарушения памяти, находящиеся в прямой зависимости от цикличности эмоциональных состояний.
Нарушается ритм сна и бодрствования, развиваются гипнотические состояния, которые затягиваются на относительно продолжительное время, проецируются вовне и сопровождаются иллюзией непроизвольности.
Таким образом, ограничение движения и информации - факторы, нарушающие условия развития организма, приводящие к деградации соответствующих функций. Адаптация по отношению к этим факторам не носит компенсаторного характера, так как в ней не проявляются типичные черты активного приспособления и преобладают лишь реакции, связанные со снижением функций и приводящие в конечном итоге к патологии.
ОСОБЕННОСТИ АДАПТАЦИИ У ЧЕЛОВЕКА
К особенностям адаптации человека относится сочетание развития физиологических адаптивных свойств организма с искусствен- ными способами, преобразующими среду в его интересах.
Управление адаптацией
Способы управления адаптацией можно разделить на социальноэкономические и физиологические.
К социально-экономическим способам относят все мероприятия, направленные на улучшение условий быта, питания, создания безопасной социальной среды. Эта группа мероприятий имеет крайне важное значение.
Физиологические способы управления адаптацией направлены на формирование неспецифической резистентности организма. В их число входят организация режима (смены сна и бодрствования, отдыха и труда), физическая тренировка, закаливание.
Физическая тренировка. Наиболее эффективным средством повышения сопротивляемости организма болезням и неблагоприятным влияниям среды являются регулярные физические упражнения. Двигательная активность оказывает влияние на многие системы жизнедеятельности. Она распространяется на сбалансированность метаболизма, активизирует вегетативные системы: кровообращение, дыхание.
Закаливание. Существуют мероприятия, направленные на повышение сопротивляемости организма, объединённые понятием «закаливание». Классическим примером закаливания является постоянная тренировка холодом, водные процедуры, зарядка под открытым небом в любую погоду.
Дозированное использование гипоксии, в частности в виде тренировочного пребывания человека на высоте около 2-2,5 тыс. метров, повышает неспецифическую резистентность организма. Гипоксический фактор способствует повышенной отдаче кислорода тканям, высокой утилизации его в окислительных процессах, активизации ферментативных тканевых реакций, экономичному использованию резервов сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
Стресс-реакция из звена адаптации может при чрезмерно сильных воздействиях среды трансформироваться в звено патогенеза и индуцировать развитие болезней - от язвенных до тяжёлых сердечно-сосудистых и иммунных.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. В чём заключается адаптация к действию низкой температуры?
2. Назовите отличия приспособления к действию холодной воды.
3. Назовите механизм адаптации к действию высокой температуры.
4. В чём заключается приспособление к высокой физической активности?
5. В чём заключается приспособление к низкой физической активности?
6. Возможна ли адаптация к невесомости?
7. В чём отличие адаптации к острой гипоксии от адаптации к хронической гипоксии?
8. Чем опасна сенсорная депривация?
9. В чём заключаются особенности адаптации человека?
10. Какие способы управления адаптацией вы знаете?
Способность адаптации к холоду обусловлена величиной энергетических и пластических ресурсов организма, при их отсутствии адаптация к холоду невозможна. Ответная реакция на холод развивается стадийно и практически во всех системах организма. Ранняя стадия адаптации к холоду может сформироваться при температуре 3С о в течении 2мин, а при 10С о за 7мин.
Со стороны сердечно-сосудистой системы можно выделить 3 фазы адаптационных реакций. 2 первые являются оптимальными (желательными) при воздействии холодом с целью закаливания. Они проявляются в включении, посредством нервной и эндокринной системы, механизмов несократительного термогенеза, на фоне сужения сосудистого русла в коже, результатом чего является теплопродукция и повышение температуры «ядра», что приводит к рефлекторному увеличению кровотока в коже и повышенной теплоотдаче, в том числе посредством включения резервных капилляров. Внешне это выглядит равномерной гиперемией кожи, приятным ощущением тепла и бодрости.
Третья фаза развивается при перегрузке холодовым агентом по интенсивности или длительности. Активная гиперемия сменяется на пассивную (застойную), ток крови замедляется, кожа приобретает синюшный оттенок (венозная застойная гиперемия), появляется тремор мышц, «гусиная кожа». Эта фаза ответной реакции не желательна. Она свидетельствует об истощении компенсаторных возможностей организма, их недостаточности для восполнения теплопотери и переходе на сократительный термогенез.
Реакции сердечно-сосудистой системы складываются не только из перераспределения кровотока в кожном депо. Сердечная деятельность уряжается, фракция выброса становится больше. Происходит некоторое снижение показателей вязкости крови и повышение артериального давления. При передозировке фактором (третья фаза) происходит повышение вязкости крови с компенсаторным перемещением межтканевой жидкости в сосуды, что приводит к дегидратации тканей.
Регуляция дыхания
В обычных условиях дыхание регулируется по отклонению парциального давления О 2 иСО 2 и величины рН в артериальной крови. Умеренная гипотермия возбуждающе действует на дыхательные центры и угнетающе на рН чувствительные хеморецепторы. При длительном холоде присоединяется спазм бронхиальной мускулатуры, что увеличивает сопротивление дыханию и газообмену, а также снижается хемочувствительность рецепторов. Происходящие процессы лежат в основе холодовой гипоксии, а при срыве адаптации к так называемой «полярной» одышке. На лечебные холодовые процедуры органы дыхания реагируют задержкой в первый момент с последующим учащением на короткое время. В дальнейшем дыхание замедляется и становится глубоким. Происходит усиление газообмена, окислительных процессов, основного обмена.
Метаболические реакции
Реакции метаболизма охватывают все стороны обмена. Основным направлением, естественно, является увеличение теплопродукции. В первую очередь происходит активация несократительного термогенеза путём мобилизации метаболизма липидов (концентрация в крови свободных жирных кислот под действием холода возрастает на 300%) и углеводов. Так же активируется потребление тканями кислорода, витаминов, макро- и микроэлементов. В дальнейшем, при некомпенсированных тепловых потерях, происходит включение дрожательного термогенеза. Термогенная активность дрожи выше таковой при производстве произвольных сократительных движений, т.к. не совершается работа, а вся энергия превращается в тепло. В эту реакцию включаются все мышцы, даже дыхательная мускулатура грудной клетки.
Водно-солевой обмен
При остром действии холода первоначально активируется симпатико-адреналовая система и увеличивается секреция щитовидной железы. Повышается выработка антидиуретического гормона, который уменьшает реабсорбцую натрия в почечных канальцах и увеличивает экскрецию жидкости. Это приводит к развитию дегидратации, гемоконцентрации и повышению осмолярности плазмы. По-видимому, выведение воды служит защитным действием в отношении тканей, которые могут повреждаться на фоне её кристаллизации под действием холода.
Основные стадии адаптации к холоду
Долговременная адаптация к холоду сказывается неоднозначно на структурно-функциональных перестройках организма. Наряду с гипертрофией симпатико-адреналовой системы, щитовидной железы, системы митохондрий в мышцах и всех звеньев транспорта кислорода, наблюдается жировая гипотрофия печени и снижение ей дезинтоксикационных функций, дистрофические явления со стороны ряда систем со снижением их функционального потенциала.
Выделяют 4 адаптационных стадии к холоду
(Н.А. Барбараш, Г.Я. Двуреченская)
Первая - аварийная - неустойчивой адаптации к холоду
Характеризуется резкой реакцией ограничения теплоотдачи в виде спазма периферических сосудов. Увеличение теплопродукции происходит за счет распада запасов АТФ и сократительного термогенеза. Развивается дефицит богатых энергией фосфатов. Возможно развитие повреждений (отморожения, ферментемия, некротизация тканей).
Вторая - переходная - стадия срочной адаптации
Отмечается уменьшение стресс-реакции при сохранении гиперфункции симпатико-адреналовой системы и щитовидной железы. Активизируются процессы синтеза нуклеиновых кислот и белков, ресинтез АТФ. Уменьшается вазоконстрикция периферических тканей, а, следовательно, риск развития повреждения.
Третья - устойчивости - стадия долгосрочной адаптации
Долговременная адаптация формируется при периодическом действии холода. При его непрерывном воздействии она менее вероятна. Она характеризуется гипертрофией симпатико-адреналовой системы, щитовидной железы, усилением окислительно-восстановительных реакций, что приводит как к прямой адаптации к холоду (стационарное увеличение теплопродукции для сохранения гомеостаза), так и положительной перекрестной - атеросклерозу, солевой гипертонии, гипоксии. Более устойчивы к стрессу становятся регуляторные системы, включая высшие.
Четвертая стадия - истощения
Развивается при непрерывном длительном или интенсивном периодическом воздействии холода. Она характеризуется явлениями негативной перекрестной адаптацией, с развитием хронических заболеваний и дистрофических процессов со снижением функции в ряде внутренних органов.
Для того чтобы понять механизмы закаливания, в том числе и механизмы адаптации детей к сниженной температуре среды, необходимо разобрать вопросы, связанные с терморегуляцией в раннем постнатальном периоде.
В антенатальном периоде организм развивается в условиях постоянной температуры, равной температуре тела матери. Постоянство температуры окружающей среды во внутриутробном периоде является важным и непременным фактором раннего развития, поскольку плод еще не способен сам поддерживать собственную температуру тела. Преждевременно рождающиеся дети, а также незрелорождающиеся млекопитающие в условиях обычной температуры окружающей среды, равной 21-22 °С, не могут поддерживать гомойотер- мию и потому снижают температуру собственного тела. Исследования показали, что однократное или многократное снижение температуры беременного животного не безразлично для внутриутробного развития и приводит к существенной задержке роста и развития плода.
Сразу после рождения температура окружающей среды для ребенка снижается на 10-15 °С.
Какие физиологические закономерности лежат в основе регуляции функций в этих условиях? Пониманию законо-мерностей целого организма в значительной степени способствует развитие системного подхода в биологии и медицине. Системы нередко определяются как «совокупность отдельных элементов», их «упорядоченность». Открытие системных закономерностей в деятельности живых систем связано с именем академика П. К. Анохина. П. К. Анохин обратил внимание на то, что системы живых организмов не просто упорядочивают входящие в них отдельные элементы, но и объединяют их для осуществления отдельных жизненно важных функций. Такие системы получили название функциональных систем.
Системообразующим фактором функциональной системы любой степени сложности (по П. К. Анохину) являются полезные приспособительные результаты для системы и организма в целом. К ним относятся: 1) показатели внутренней среды (питательные вещества, кислород, температура, реакции крови, осмотическое и кровяное давление), то, что в зна-чительной мере определяет уровень здоровья взрослых и детей; 2) результаты поведенческой и социальной деятельности, удовлетворяющие основные биологические потребности организма (пищевые, питьевые, оборонительные и т. д.) и социальные.
Рассмотрим отдельные узловые механизмы формирования функциональной системы, определяющей оптимальный для метаболизма уровень температуры тела. Она объединяет две подсистемы: подсистему внутренней эндогенной саморегуляции и подсистему поведенческой регуляции температуры тела [Макаров В. А., 1983]. Эндогенные механизмы саморегуляции за счет процессов теплопродукции и теплорегуля- ции определяют поддержание необходимой для метаболизма температуры тела. Однако в отдельных условиях действия этих механизмов становятся недостаточными. Тогда на основе первичных изменений внутри организма рождается мотивация к изменению положения организма во внешней среде и возникает поведение, направленное на восстановление температурного оптимума организма.
Принципиальная архитектура функциональной системы, поддерживающей температуру тела на оптимальном для метаболизма уровне, представлена на рис. 2. Полезным приспособительным результатом данной функциональной системы является температура крови, которая, с одной стороны, обеспечивает нормальное течение обменных процессов в организме, а с другой стороны, сама определяется интенсивностью процессов метаболизма.
Для нормального течения метаболических процессов го- мойотермные животные, в том числе и человек, вынуждены поддерживать температуру тела на относительно постоянном уровне. Измерение температуры в течение дня позволяет определить ее суточные колебания с наивысшим уровнем в 12-16 ч и низшим - в 2-4 ч. Эти колебания идут параллельно с функциональными сдвигами процессов кровообращения, дыхания, пищеварения и др. и отражают, таким образом, суточные колебания жизнедеятельности организма, обусловленные биологическими ритмами. Благодаря механизмам саморегуляции необходимая для обмена веществ температура поддерживается уже в крови. Температура крови и ее малейшие изменения немедленно воспринимаются терморецепторами сосудов или клетками гипоталамической области. В случае повышения температуры крови усиливаются процессы теплоотдачи за счет расширения сосудов, усиления потери тепла конвекцией, излучением и др. Одновременно с этим наблюдается торможение процессов теплопродукции.
При повышении температуры крови усиливаются процессы теплопродукции за счет мышечной деятельности, дрожи, усиления клеточного метаболизма. Наряду с этим тормозятся процессы теплоотдачи, что и приводит к восстановлению температуры крови. Данная функциональная система находится в постоянных взаимоотношениях с внешней средой посредством действия внешней температуры на терморецепторы кожи.
В последние годы установлено, что в раннем возрасте уже осуществляется функция теплопродукции, которая обеспечивается в первую очередь активностью бурого жира. У плода уже в антенатальном периоде представлена бурая жировая ткань, расположенная главным образом в межлопаточной области [Новикова Е. Ч., Корниенко И. А. и др., 1972; Корниенко И. А., 1979]. Показано, что усиление функции бурого жира связано с возрастанием симпатической регуляции, а именно с изменением содержания норадреналина.
Теплопродукция за счет сократительной активности скелетных мышц в раннем постнатальном возрасте не является основной, первостепенной. У детей еще отсутствует холодовая дрожь. Вместе с тем у них, начиная с периода новорожденное™, уже представлен терморегуляционный тонус скелетных мышц, который приводит к созданию специфической позы (согнутое положение конечностей по отношению к туловищу, что обеспечивает повышение теплопродукции). Во время сна тонус скелетных мышц исчезает, но терморегуляционная активность бурой жировой ткани обеспечивает термогенез и во время сна.
В раннем постнатальном возрасте скелетная мускулатура принимает участие в терморегуляции только при значительном снижении температуры среды. В более старшем возрасте (172-3 года) терморегуляционная активность скелетных мышц начинает проявляться при местном охлаждении - погружении рук в холодную воду (+15 °С) на 2 мин.
С возрастом происходит уменьшение роли химической терморегуляции и возрастание физической терморегуляции, о чем свидетельствует снижение кожной температуры и тем самым увеличение температурных градиентов туловища и конечностей [Кореневская Е. И. и др., 1971; Саатов М. С., 1974; Гохблит И. И., Корниенко И. А., 1978].
Сниженная температура среды через раздражение рецепторов кожи и легких может стимулировать центры иннервации скелетных мышц и способствовать возникновению так называемого терморегуляциопного мышечного тонуса. Как представлены адаптивные механизмы поддержания постоянной температуры тела у взрослого и растущего организма?
Существенное значение в терморегуляции как у взрослых, так и у детей принадлежит скелетной мускулатуре. Однако в детском возрасте значение скелетной мускулатуры в каче-стве фактора теплопродукции меньше, чем у взрослых, поскольку у взрослых больше масса мускулатуры. Она составляет 40 %, в то время как у детей - на 10 % меньше.
Большая роль в теплопродукции отводится печени, кишечнику, причем тем большая, чем меньше возраст ребенка. Хорошо известно, что сокращение мышцы сопровождается освобождением тепла. Однако химическая терморегуляция может проявляться и при отсутствии сократительной деятельности мышц. Это явление получило название «химический тонус», «бездрожевой», «несократительный термогенез».
В настоящее время показано, что функциональная система терморегуляции включает в себя корковый и гипота- ламический отделы мозга [Нетт^\уау А., 1963]. Закаливание изменяет в целом деятельность нервной системы и эндокринного аппарата, приводит к формированию новых условных рефлексов [Миих А. А., 1980].
Как уже было сказано, начальные стадии адаптации к холоду обязаны усилению теплообразования за счет возрастания мышечной активности. Далее дрожевая активность меняется на несократительный термогенез, связанный с возникновением свободного окисления.
Таким образом, если на уровне целостного организма адаптация к холоду вызывает возбуждение симпатического отдела нервной системы, то на уровне клетки адаптивные изменения приводят к увеличению свободного окисления. Это ведет к падению концентрации макроэргов, увеличению потен
циала фосфорилирования, мобилизации гликолиза, что в конечном итоге направлено на увеличение активности генетического аппарата клеток и увеличение количества митохондрий [Меерсон Ф. 3., 1973].
Адаптация к низкой температуре среды предполагает не только увеличение теплопродукции, что обеспечило бы растущему организму выживание, но и сохранение или увеличение рабочих возможностей организма в среде. Иными словами, адаптация к холоду предполагает высокий уровень разобщения окисления и фосфорилирования - возрастание мощности системы разобщения.
Установлено, что адаптация к холоду в раннем постнатальном возрасте может привести к увеличению рабочих воз-‘ можностей сердечно-сосудистой системы. При этом возрастает содержание миоглобина как в сердце, так и в скелетных мышцах [Празников В. П., 1972].
Во время адаптации взрослого организма к холоду происходит увеличение концентрации катехоламинов и, в частности, норадреналина в плазме крови и моче. Чувствительность организма к адреналину и норадреналину во время адаптации к холоду существенно возрастает и становится большей, чем у неадаптированных к холоду животных [Меерсон Ф. 3., Гомазков О. А., 1970]. Еще большая чувствительность к холоду имела место у животных раннего возраста. При фармакологическом выведении катехоламинов из тканей и крови животных раннего возраста происходит резкое снижение адаптивной устойчивости к холоду.
Адаптация детского организма к сниженной температуре среды в целях увеличения устойчивости, резистентности по отношению к переохлаждению и возникновению заболеваний может быть рассмотрена на примере временных холодовых экспозиций, а также на «модели» адаптации детей к условиям Севера. При этом имеется в виду изыскание оптимальных условий проведения различных приемов закаливания в условиях средней полосы и Севера. С другой стороны, адаптация детей к Европейскому и Азиатскому Северу вскрывает те факторы риска, которые могут встретиться при чрезмерной адаптации, при чрезмерном закаливании ребенка к холоду в средней полосе или даже на юге. Чрезмерная адаптация ведет, как правило, к «полому» возможностей сопротивления организма к ряду средовых воздействий и возникновению заболеваний.
Белгородская региональная общественная организация
МБОУДОД «Центр детского-юношеского туризма и экскурсий»
Г. Белгорода
Методическая разработка
Тема: «Физиологически основы адаптации организма спортсмена к новым климатическим условиям»
тренер-преподаватель ЦДЮТЭ
г. Белгород, 2014
1. Понятие адаптации
2. Адаптация и гомеостаз
3. Адаптация к холоду
4. Акклиматизация. Горная болезнь
5. Развитие специфической выносливости как фактор, способствующий высотной акклиматизации
1. Понятие адаптации
Адаптация - это процесс приспособления, который формируется в течение жизни человека. Благодаря адаптационным процессам человек приспосабливается к непривычным условиям или нового уровня активности, т. е. повышается устойчивость его организма против действия различных факторов. Организм человека может адаптироваться к высокой и низкой температурам, эмоциональным раздражениям (страх, боль и т. д.), к низкому атмосферному давлению или даже некоторым патогенным факторам.
Например, адаптированный к недостатку кислорода альпинист может подняться на горную вершину высотой 8000 м и более, где парциальное давление кислорода приближается к 50 мм рт. ст. (6,7 кПа). Атмосфера на такой высоте столь разрежена, что нетренированный человек погибает за несколько минут (из-за нехватки кислорода) даже в состоянии покоя.
Люди, живущие в северных или южных широтах, в горах или на равнине, во влажных тропиках или в пустыне по многим показателям гомеостаза отличаются друг от друга. Поэтому ряд показателей нормы для отдельных регионов земного шара может отличаться.
Можно сказать, что жизнь человека в реальных условиях является постоянным адаптационным процессом. Организм его адаптируется к воздействию различных климатогеографических, природных (атмосферное давление и газовый состав воздуха, продолжительность и интенсивность инсоляции, температура и влажность воздуха, сезонные и суточные ритмы, географическая долгота и широта, горы и равнина и др.) и социальных факторов, условий цивилизации. Как правило, организм адаптируется к действию комплекса различных факторов. Потребность в стимулировании механизмов, приводящих в действие процесс адаптации, возникает по мере нарастания силы или продолжительности воздействия ряда внешних факторов. Например, в естественных условиях жизни такие процессы развиваются осенью и весной, когда организм постепенно перестраивается, адаптируясь к похолоданию, или при потеплении.
Адаптация развивается и тогда, когда человек изменяет уровень активности и начинает заниматься физкультурой или каким-либо нехарактерным видом трудовой деятельности, т. е. нарастает активность двигательного аппарата. В современных условиях в связи с развитием скоростного транспорта человек часто меняет не только климатогеографические условия, но и часовые пояса. Это накладывает свой отпечаток на биоритмы, что также сопровождается развитием адаптационных процессов.
2. Адаптация и гомеостаз
Человек вынужден постоянно приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды, сохраняя свой организм от разрушения под действием внешних факторов. Сохранение организма возможно благодаря гомеостазу - универсальному свойству сохранять и поддерживать стабильность работы различных систем организма в ответ на воздействия, нарушающих эту стабильность.
Гомеостаз - относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Любые физиологические, физические, химические или эмоциональные воздействия, будь то температура воздуха, изменение атмосферного давления или волнение, радость, печаль, могут быть поводом к выходу организма из состояния динамического равновесия. Автоматически, при помощи гуморальных и нервных механизмов регуляции осуществляется саморегуляция физиологических функций, обеспечивающая поддержание жизнедеятельности организма на постоянном уровне. Гуморальная регуляция осуществляется через жидкую внутреннюю среду организма с помощью молекул химических веществ, выделяемых клетками или определенными тканями и органами (гормонов, ферментов и т. д.). Нервная регуляция обеспечивает быструю и направленную передачу сигналов в виде нервных импульсов, поступающих к объекту регуляции.
Важным свойством живого организма, влияющим на эффективность механизмов регуляции, является реактивность. Реактивность - это способность организма отвечать (реагировать) изменениями обмена веществ и функции на раздражители внешней и внутренней среды. Компенсация изменений факторов среды обитания оказывается возможной благодаря активации систем, ответственных за адаптацию (приспособление) организма к внешним условиям.
Гомеостаз и адаптация - два конечных результата, организующих функциональные системы. Вмешательство внешних факторов в состояние гомеостаза приводит к адаптивной перестройке организма, в результате которой одна или несколько функциональных систем компенсируют возможные нарушения и восстанавливают равновесие.
3. Адаптация к холоду
В высокогорье в условиях повышенных физических нагрузок наиболее существенны процессы акклиматизации – адаптации к холоду.
Оптимальная микроклиматическая зона соответствует диапазону температур 15...21 °С; она обеспечивает хорошее самочувствие человека и не вызывает сдвигов со стороны систем терморегуляции;
Допустимая микроклиматическая зона соответствует диапазону температур от минус 5,0 до плюс 14,9°С и 21,7...27,0°С; обеспечивает сохранение здоровья человека в течение длительного времени воздействия, но вызывает неприятные ощущения, а также функциональные сдвиги, не выходящие за пределы его физиологических приспособительных возможностей. При нахождении в этой зоне организм человека способен сохранять температурный баланс за счет изменения кожного кровотока и потоотделения длительное время без ухудшения состояния здоровья;
Предельно допустимая микроклиматическая зона, эффективные температуры от 4.0 до минус 4,9°С и от 27,1 до 32,0°С. Поддержание относительно нормального функционального состояния в течение 1-2 ч достигается за счет напряжения сердечно - сосудистой системы и системы терморегуляции. Нормализация функционального состояния происходит через 1,0-1,5 ч пребывания в условиях оптимальной среды. Частые повторные воздействия приводят к нарушению объемных процессов, истощению защитных сил организма, снижению его неспецифической сопротивляемости;
Предельно переносимая микроклиматическая зона, эффективные температуры от минус 4,9 до минус 15,0 ºС и от 32,1 до 38,0°С.
Выполнение нагрузки при температурах в указанных диапазонах приводит через 30-60 мин. к выраженному изменению функционального состояния: при низких температурах в меховой одежде прохладно, руки в меховых перчатках мерзнут: при высоких температурах теплоощущение «жарко», «очень жарко», появляется вялость, нежелание работать, головная боль, тошнота, повышенная раздражительность; пот, обильно стекаемый со лба, попадает в глаза, мешает; при нарастании симптомов перегревания нарушается зрение.
Опасная микроклиматическая зона ниже минус 15 и выше 38°С, характеризуется такими условиями, которые уже через 10-30 мин. Могут привести к ухудшению состояния здоровья.
Время сохранения работоспособности
при выполнении нагрузки в неблагоприятных микроклиматических условиях
Микроклиматическая зона | Выше оптимальных температур |
|||
Эффективная температура, С | Время, мин. | Эффективная температура, С | Время, мин. |
|
Допустимая | 5,0…14,9 | 60 – 120 | 21,7…27,0 | 30 – 60 |
Предельно допустимая | От 4,9 до минус 4.9 | 30 – 60 | 27,1…32,0 | 20 – 30 |
Предельно переносимая | Минус 4,9…15,0 | 10 – 30 | 32,1…38,0 | 10 – 20 |
Опасная | Ниже минус 15,1 | 5 – 10 | Выше 38,1 | 5 – 10 |
4 . Акклиматизация. Горная болезнь
С подъемом на высоту падает давление воздуха. Соответственно, падает давление всех составных частей воздуха и том числе кислорода. Это значит, что количество кислорода попадающего в легкие при вдохе меньше. И молекулы кислорода менее интенсивно присоединяются к эритроцитам крови. Уменьшается концентрация кислорода в крови. Недостаток кислорода в крови называется гипоксией . Гипоксия приводит к развитию горной болезни .
Типичные проявления горной болезни:
· повышенный пульс;
· одышка при нагрузке;
· головная боль, бессонница ;
· слабость, тошнота и рвота;
· неадекватность поведения.
В запущенных случаях горная болезнь может привести к тяжелым последствиям.
Для безопасного нахождения на больших высотах необходима акклиматизация - приспособление организма к условиям высокогорья.
Акклиматизация невозможна без горной болезни. Легкие формы горной болезни запускают механизмы перестройки организма.
Выделяют две фазы акклиматизации:
· Краткосрочная акклиматизация - это быстрый ответ на гипоксию. Изменения в основном касаются систем транспорта кислорода. Увеличивается частота дыхания и сердцебиения. Из депо крови выбрасываются дополнительные эритроциты. Происходит перераспределение крови в организме. Увеличивается мозговой кровоток, т. к. мозг требует кислорода. Это и приводит к головным болям. Но такие механизмы адаптации могут быть эффективны только непродолжительное время. Организм при этом испытывает стресс и работает на износ.
· Долговременная акклиматизация - это комплекс глубоких изменений в организме. Именно она является целью акклиматизации. В этой фазе смещается акцент с механизмов транспорта на механизмы экономного использования кислорода. Разрастается капиллярная сеть, увеличивается площадь легких. Изменяется состав крови - появляется эмбриональный гемоглобин, который легче присоединяет кислород при низком его парциальном давлении. Увеличивается активность ферментов расщепляющих глюкозу и гликоген. Изменяется биохимия клеток миокарда, что позволяет эффективней использовать кислород.
Ступенчатая акклиматизация
При подъеме на высоту организм испытывает недостаток кислорода. Начинается легкая горная болезнь. Включаются механизмы краткосрочной акклиматизации. Для эффективной акклиматизации после подъема лучше спустится, что бы изменения в организме происходили в более благоприятных условиях и не происходило истощение организма. На этом построен принцип ступенчатой акклиматизации - последовательности подъемов и спусков, в которой каждый последующий подъем выше предыдущего.
Рис. 1. Пилообразный график ступенчатой акклиматизации
Иногда особенности рельефа не дают возможности для полноценной ступенчатой акклиматизации. Например, на многих треках в Гималаях, где ежедневно происходит набор высоты. Тогда дневные переходы делают небольшие, что бы рост высоты не происходил слишком быстро. Очень полезно в таком случае искать возможность сделать пусть и небольшой выход верх от места ночевки. Часто можно вечером прогуляться на близлежащий холм или отрог горы, и набрать хоть пару сотен метров.
Что нужно делать, что бы акклиматизация была успешной до поездки?
Общефизическая подготовка . Тренированному спортсмену легче переносить нагрузки связанные с высотой. Прежде всего, следует развивать выносливость. Это достигается продолжительными нагрузками низкой интенсивности. Наиболее доступным средством развития выносливости является бег .
Практически бесполезно бегать часто, но по малу. Лучше пробежать раз в неделю 1 час, чем каждый день по 10 мин. Для развития выносливости длина пробежек должна быть больше 40 мин, частота - по ощущениям. Важно следить за частотой пульса и не перегружать сердце. В общем, тренировки должны быть приятными, фанатизм не нужен.
Здоровье. Очень важно приехать в горы здоровым и отдохнувшим. Если вы тренировались, то за три недели перед поездкой снизить нагрузки и дать организму отдохнуть. Обязателен полноценный сон и питание. Питание можно дополнить приемом витаминов и микроэлементов. Минимизировать, а лучше отказаться от алкоголя. Не допускать стрессов и переутомления на работе. Нужно вылечить зубы.
В первые дни организм подвержен большим нагрузкам. Иммунитет слабеет и легко заболеть. Необходимо не допускать переохлаждения или перегрева. В горах происходят резкие перепады температур и поэтому нужно соблюдать правило - раздеваться до того как вспотел, одеваться до того как замерз.
Аппетит на высоте может быть снижен, особенно если происходит заезд сразу на большие высоты. Есть через силу не нужно. Отдавайте предпочтение легкоусвояемым продуктам. В горах в связи с сухостью воздуха и большими физическими нагрузками человеку требуется большое количество воды - пейте много .
Продолжайте прием витаминов и микроэлементов. Можно начать принимать аминокислоты, обладающие адаптогенными свойствами.
Режим движения. Бывает, только приехав в горы, туристы, испытывая эмоциональный подъем и ощущая переполняющие их силы, слишком быстро идут по тропе. Нужно себя сдерживать, темп движения должен быть спокойным и равномерным. В первые дни на высокогорье пульс в покое в 1,5 раза выше, чем на равнине. Организму и так тяжело, поэтому не нужно гнать, особенно на подъемах. Небольшие надрывы могут быть незаметны, но имеют свойство накапливаться, и могут привести к срыву акклиматизации.
Если вы пришли на место ночевки, и чувствуете себя неважно, не нужно ложиться спать. Лучше погуляйте в спокойном темпе по окрестностям, поучаствуйте в обустройстве бивуака, в общем, займитесь чем-нибудь.
Движение и работа - отличное лекарство от легких форм горной болезни. Ночь - очень важное время для акклиматизации. Сон должен быть крепкий. Если вечером болит голова - примите обезболивающее. Головная боль дестабилизирует организм, и терпеть ее нельзя. Если не удается заснуть - примите снотворное. Терпеть бессонницу тоже нельзя.
Контролируйте свой пульс перед сном и утром сразу после пробуждения. Утренний пульс должен быть ниже - это показатель того, что организм отдохнул.
При хорошо спланированной подготовке и правильном графике набора высоты удается избежать серьезных проявлений горной болезни и получить удовольствие от покорения больших высот.
5. Развитие специфической выносливости как фактор, способствующий высотной акклиматизации
"Если альпинист (горный турист) в межсезонный и предсезонный период будет повышать свой "кислородный потолок" плаванием, бегом, велосипедом , лыжами, греблей, - он обеспечит совершенствование своего организма, успешнее будет затем справляться с большими, но увлекательными трудностями при штурме горных вершин".
Эта рекомендация – и правда, и неправда. В том плане, что готовиться к горам, конечно, необходимо. Но велосипед, гребля, плавание и другие виды тренировок дают разное "совершенствование своего организма" и, соответственно, разный "кислородный потолок". Когда речь идет о двигательных актах организма, следует четко представлять, что нет "движения вообще" и любой двигательный акт предельно специфичен. А с определенного уровня развитие одного физического качества всегда происходит за счет другого: силы за счет выносливости и скорости, выносливости – за счет силы и скорости.
При тренировках к интенсивной работе расход кислорода и субстратов окисления в мышцах в единицу времени столь велик, что быстро восполнить их запасы усилением работы транспортных систем нереально. Чувствительность дыхательного центра к углекислому газу снижена, что защищает дыхательную систему от ненужного перенапряжения.
Мышцы, способные к выполнению такой нагрузки, фактически работают при этом в автономном режиме, рассчитывая на собственные ресурсы. Это не устраняет развития тканевой гипоксии и приводит к накоплению больших количеств недоокисленных продуктов. Важным аспектом адаптивных реакций в этом случае является формирование толерантности, то есть устойчивости к сдвигу рН. Это обеспечивается увеличением мощности буферных систем крови и тканей, возрастанием т. н. щелочного резерва крови. Увеличивается также мощность системы антиоксидантов в мышцах, что ослабляет или предотвращает перекисное окисление липидов клеточных мембран - один из основных повреждающих эффектов стресс-реакции. Увеличивается мощность системы анаэробного гликолиза за счет повышенного синтеза гликолитических ферментов, повышаются запасы гликогена и креатинфосфата - источников энергии для синтеза АТФ.
При тренировках к умеренной работе разрастание сосудистой сети в мышцах, сердце, легких, увеличение числа митохондрий и изменение их характеристик, возрастание синтеза окислительных ферментов, усиление эритропоэза, ведущее к увеличению кислородной емкости крови, позволяют снизить уровень гипоксии или предотвратить ее. При систематическом выполнении умеренных физических нагрузок, сопровождающихся усилением легочной вентиляции , дыхательный центр, напротив, повышает чувствительность к СО 2 , что обусловлено понижением его содержания вследствие вымывания из крови при усиленном дыхании.
Поэтому в процессе адаптации к интенсивной (как правило, кратковременной) работе в мышцах развивается иной спектр адаптивных приспособлений, чем к длительной умеренной работе. Поэтому, например, при гипоксии при нырянии невозможной становится активация внешнего дыхания, типичного для адаптации к высотной гипоксии или гипоксии при мышечной работе. А борьба за поддержание кислородного гомеостаза проявляется в увеличении запасов кислорода, уносимого под воду. Следовательно, спектр адаптивных приспособлений при разных видах гипоксии – различается, следовательно - далеко не всегда полезный для высоких гор.
Таблица. Объем циркулирующей крови (ОЦК) и ее составных частей у спортсменов, тренирующих выносливость, и нетренированных (Л. Рёккер, 1977). |
||
Показатели | Спортсмены | Не спортсмены |
ОЦК [л] | 6,4 | 5,5 |
ОЦК [мл/кг веса тела] | 95,4 | 76,3 |
Объем циркулирующей плазмы (ОЦП) [л] | 3,6 | 3,1 |
ОЦП [мл/кг веса тела] | 55,2 | 43 |
Объем циркулирующих эритроцитов (ОЦЭ) [л] | 2,8 | 2,4 |
ОЦЭ [мл/кг веса тела] | 40,4 | 33,6 |
Гематокрит [%] | 42,8 | 44,6 |
Так, у нетренированных и у представителей скоростно-силовых видов спорта общее содержание в крови гемоглобина составляет 10-12 г/кг (у женщин - 8-9 г/кг), а у выносливых спортсменов - г/кг (у спортсменок - 12 г/кг).
У спортсменов, тренирующих выносливость, обнаруживается усиленная утилизация образующейся в мышцах молочной, кислоты. Этому способствует повышенный аэробный потенциал всех мышечных волокон и особенно высокий, процент медленных мышечных волокон, а также увеличенная масса сердца. Медленные мышечные волокна, как и миокард, способны активно использовать молочную кислоту, в качестве энергетического субстрата. Кроме того, при одинаковых аэробных нагрузках (равном потреблении О 2 ) кровоток через печень у спортсменов - выше, чем у нетренированных, что также может способствовать более интенсивной экстракции печенью молочной кислоты из крови и ее дальнейшему превращению в глюкозу и гликоген. Таким образом, тренировка аэробной выносливости не только повышает аэробные возможности, но и развивает способность выполнять большие длительные аэробные нагрузки без значительного увеличения содержания молочной кислоты в крови.
Очевидно, что зимой лучше заниматься лыжами, в межсезонье – стайерским бегом по пересеченной местности. Этим тренировкам должна быть посвящена львиная доля физической подготовки тех, кто собирается в высокие горы. Не так давно ученые ломали копья по поводу того, какая раскладка сил при беге является оптимальной. Одни считали, что переменная, другие - равномерная. На самом деле это зависит от уровня тренированности.
Литература
1. Павлов. – М., "Паруса", 2000. – 282 с.
2. Физиология человека в условиях высокогорья: Руководство по физиологии. Под ред. . – Москва, Наука, 1987, 520 с.
3. Хочачка П., Сомеро Дж. Биохимическая адаптация. М.: Мир, 19с
4. Кислородно-транспортная система и выносливость
5. А. Лебедев . Планирование спортивных походов