Адаптація людини до висотної гіпоксії

Адаптація людини до висотної гіпоксії є складною інтегральною реакцією, до якої залучаються різні системи організму. Найбільш вираженими виявляються зміни з боку серцево-судинної системи, апарату кровотворення, зовнішнього дихання і газообміну, що зумовлює інтерес до висотної гіпоксії фахівців в області спорту. Зрозуміло, що інтегрована і координована перебудова функцій на субклітинному, клітинному, органному, системному і організменому рівнях можлива лише завдяки перебудові функції систем, регулюючих цілісні фізіологічні відповіді. Звідси стає очевидним, що адаптація неможлива без адекватної перебудови функцій нервової і ендокринної систем, що забезпечують тонку регуляцію фізіологічних відправлень різноманітних систем (Мєєрсон, 1986).

Основні адаптаційні реакції, обумовлені перебуванням в гірських умовах, наступні:

• збільшення легеневої вентиляції;

• збільшення серцевого викиду;

• збільшення змісту гемоглобіну;

• збільшення кількості еритроцитів;

• підвищення в еритроцитах 2,3-дифосфогли-церата (ДФГ), що сприяє виведенню кисню з гемоглобіну;

• збільшення кількості міоглобіну, що полегшує споживання кисню;

• збільшення розміру і кількості мітохондрій;

• збільшення кількості окислювальних ферментів.

Серед чинників, що впливають на організм людини в гірських умовах, найважливішими являються зниження атмосферного тиску, щільність атмосферного повітря, зниження парціального тиску кисню. Решта чинників (зменшення вологості повітря і сили гравітації, підвищена сонячна радіація, знижена температура і ін.), також, поза сумнівом, що впливають на функціональні реакції організму людини, грають другорядну роль. Проте слід враховувати чинники, згідно яким температура навколишнього середовища знижується на 2 °С через кожних 300 м висоти, а пряме ультрафіолетове випромінювання збільшується на 35 % вже при підйомі на 1000 м.

Зниження парціального тиску кисню із збільшенням висоти і пов'язане з ним наростання явищ гіпоксій призводить до зниження кількості кисню в альвеолярному повітрі і, природно, до погіршення постачання тканин киснем.

Залежно від ступеня гіпоксії зменшується як парціальний тиск кисню в крові, так і насичення гемоглобіну киснем. Відповідно зменшується градієнт тиску кисню між капілярною кров'ю і тканинами, погіршується перехід кисню в тканині. При цьому важливішим чинником в розвитку гіпоксії є зниження парціального тиску кисню в артеріальній крові, чим зміна насичення її киснем.

В умовах среднегорья і, особливо, високогір'я істотно зменшуються величини максимальної ЧСС, максимального об'єму систоли і серцевого викиду, швидкості транспорту кисню артеріальною кров'ю і, як наслідок, максимального споживання кисню (Dempsey et al., 1988). У числі чинників, що обумовлюють ці реакції, разом із зниженням парціального тиску кисню, що призводить до зниження скоротливої здатності міокарду, необхідно назвати зміну рідинного балансу, що викликає підвищення в'язкості крові.

Відразу після переміщення в гори в організмі людини, що потрапила в умови гіпоксії, мобілізуються компенсаторні механізми захисту від недоліку кисню. Помітні зміни в діяльності різних систем організму спостерігаються вже починаючи з висоти 1000–1200 м над рівнем моря.

У людей, не адаптованих до гірських умов, ЧСС у спокої, і особливо при виконанні стандартних навантажень, може збільшуватися вже на висоті 800–1000 м над рівнем морить. Особливо яскраво компенсаторні реакції виявляються при виконанні стандартних навантажень. У цьому можна легко переконатися, розглядаючи динаміку збільшення концентрації лактату в крові при виконанні стандартних навантажень на різній висоті. Якщо виконання таких навантажень на висоті 1500 м веде до збільшення лактату всього на 30 % в порівнянні з даними, отриманими на рівнині, то на висоті 3000–3500 м воно досягає 170-240%.

Розглянемо характер пристосовних реакцій до висотної гіпоксії на різних стадіях процесу адаптації. При цьому, природно, зупинимося на термінових і довготривалих адаптаційних реакціях функціональних систем і механізмів, які мають першочергове значення для спорту вищих досягнень

У першій стадії (гостра адаптація) гіпоксичні умови приводять до виникнення гіпоксемії і тим самим різко порушують гомеостаз організму, викликаючи ряд взаємозв'язаних процесів. По-перше, активізуються функції систем, відповідальних за транспорт кисню з навколишнього середовища в організм і його розподіл усередині організму: гіпервентиляція легенів, збільшення серцевого викиду, розширення судин мозку і серця, звуження судин органів черевної порожнини і м'язів та ін.

Одній з перших гемодинамічних реакцій при підйомі на висоту є почастішання серцевих скорочень, підвищення легеневого артеріального тиску в результаті спазму легеневих артеріол, що забезпечує регіональний перерозподіл крові і зменшення артеріальної гіпоксемії.

Разом з підвищенням легеневого артеріального тиску наголошується істотне підвищення ЧСС і серцевого викиду, що особливо яскраво виявляється в перші дні перебування в горах. На висоті 2000–2500 м ЧСС підвищується на 4 – 6 уд/хв., серцевий викид – на 0,3–0,4 л/хв. На висоті 3000–4000 м ці зміни можуть досягати відповідно 8–10 уд/хв і 0,6–0,8 л/хв. Через декілька днів величини серцевого викиду повертаються до рівнинного рівня, що є наслідком підвищення здатності м'язів до утилізації кисню з крові, що виявляється в збільшенні артеріовенозної різниці по кисню (Уїлмор, Костілл, 2001). Збільшується і об'єм циркулюючої крові: у перші дні перебування в горах – в результаті рефлекторного викиду з депо і перерозподілу крові (Мєєрсон, 1986), а надалі – унаслідок посилення кровотворення.

Паралельно з гемодинамічними реакціями у людей, що опинилися в умовах гіпоксії, відбуваються виражені зміни зовнішнього дихання і газообміну. Збільшення вентиляції легенів наголошується вже на висоті близько 1000 м в основному за рахунок деякого збільшення глибини дихання. Фізичні навантаження роблять цю реакцію значно більш вираженої: стандартні навантаження на висоті 900–1200 м над рівнем моря приводять до достовірного збільшення в порівнянні з рівнинними умовами легеневої вентиляції за рахунок як глибини, так і частоти дихання. Збільшення легеневої і альвеолярної вентиляції веде до підвищення р02 в альвеолах, що сприяє підвищенню насичення артеріальної крові киснем. Із збільшенням висоти реакції носять явно виражений характер навіть у чоловіків, тренованих і адаптованих до умов гір.

Максимальна аеробна потужність після прибуття в умови среднегорья і високогір'я істотно знижується і залишається зниженою, не дивлячись на швидке і істотне підвищення гемоглобіну. Обмеження максимального рівня споживання кисню значною мірою визначається також розвитком гіпоксії міокарду, яка є основною причиною зменшення серцевого викиду, і підвищенням навантаження на респіраторні м'язи, що вимагає додаткового кисню.

Одній з найбільш гострих реакцій, що протікають в організмі людини вже протягом першого години перебування в горах, є поліцитемія (підвищення кількості еритроцитів і гемоглобіну). Інтенсивність цієї реакції визначається заввишки, швидкістю підйому в гори, індивідуальними особливостями людей. Вже через декілька годинників після підйому в гори знижується об'єм плазми унаслідок підвищення втрат рідини, викликаних сухістю повітря. Це приводить до збільшення концентрації еритроцитів, підвищуючи кислородтранспортную здатність крові.

Ретикулоцитоз починається наступного дня після підйому в гори, що є віддзеркаленням посиленої діяльності кісткового мозку. Нестача кисню сама по собі стимулює виділення еритропоетину, що виявляється вжечерез три години після прибуття на висоту. Максимальне виділення эритропоетина досягається через 24–48 год.

З часом при адаптації до гірських умов, коли загальна кількість еритроцитів зростає і стабілізується на новому ypoвні ретикулоцитоз припиняється На дуже великих висотах значне збільшення еритроцитної маси може настільки підвищити в'язкість крові, що вона буде обмежувати серцевий викид.

Перебування жителів рівнин в умовах середнегір’я і високогір'я достатньо швидко призводить до збільшення кількості еритроцитів і концентрації гемоглобіну, що лежить в основі істотного поліпшення постачання тканин киснем. Киснева ємкість крові зростає при збільшенні висоти. На рівні моря вона складає 17–18,5%, на висоті 1850–2000 м – 20-22 %, на висоті 3500–4000 м - 25-27,5 %.

Серед чинників, що забезпечують підвищення працездатності і максимального споживання кисню в результаті перебування і тренування в горах, васкуляризація і пов'язане з нею збільшення капілярного кровотоку в м'язах знаходяться в числі найважливіших.

Подібні зміни відбуваються і в головному мозку, який володіє найбільш високою чутливістю до недоліку кисню. Тривале перебування в горах приводить до значного збільшення числа і протяжності мозкових капілярів, сприяючи посиленню кровопостачання головного мозку.

Пристосовні реакції з боку функції дихання і газообміну в другій і третій стадіях зводяться до наступного. Дихання стає менш частим і глибшим в порівнянні з реакціями, що відзначаються в першій фазі адаптації. Хвилинний об'єм дихання також декілька знижується, але не перевищує рівнинної норми; нівелюється респіраторний алкалоз; відбувається збільшення екскурсії грудної клітки і наступає стійке збільшення всіх легеневих об'ємів і ємкостей, а також частка альвеолярної вентиляції в хвилинному об'ємі дихання.

Стійка адаптація до гіпоксії зв'язана і з істотними змінами можливостей центральної і периферичної частин нервової системи. На рівні вищих відділів нервової системи це виявляється в збільшенні стійкості мозку до надмірних подразників, конфліктних ситуацій, підвищенні стійкості умовних рефлексів, прискоренні переходу короткочасної пам'яті в довготривалу.

На рівні вегетативної регуляції стійка адаптація виявляється, наприклад, в збільшенні потужності адренергічної регуляції роботи серця, що виражається в гіпертрофії симпатичних нейронів, збільшенні кількості симпатичних волокон в міокарді, а також збільшенні інтенсивності і зменшенні тривалості інотропної відповіді серця на норадреналін.

Такі зміни адренергічній регуляції серця і судинного русла забезпечують положення, при якому збільшення серцевого викиду під час поведінкових реакцій, по-перше, швидше реалізується і завершується, а по-друге, супроводжується меншим підвищенням артеріального тиску, тобто в цілому є економнішим.

Тренування в гірських умовах сприяє підвищенню економічності роботи. Вже 5–8 ч активного навантаження протягом перших трьох днів перебування на висоті 2500 м приводить до збільшення кисневої ємкості крові, а також дифузії кисню в м'язову тканину. Достатньо наочно це виявляється і при аналізі частоти серцевих скорочень при виконанні програм стандартних тестів в різні дні тренування в горах. У перших 3–4 дні періоду акліматизації ЧСС виявляється підвищеними на 3–8 % в порівнянні з умовами рівнини. До кінця першого тижня завершується процес акліматизації, і ЧСС встановлюється на рівні, близькому до того, що наголошується в рівнинних умовах. Проте вже через тиждень тренування, не дивлячись на збільшення швидкості пересування в програмах тестів, у спортсменів наголошується зниження ЧСС.

Дослідження свідчать про те, що тренування в середнегір’ї є могутнім чинником підвищення економічності роботи. Згідно з отриманими результатами 12-тижневе тренування марафонців в умовах гір привело до достовірного зниження кисневої вартості бігу із стандартною швидкістю Узагальнення результатів численних досліджень, проведених з проблеми адаптації людини до умов висотної гіпоксії, дозволило виділити ряд координованих між собою пристосовних механізмів: 1) механізми, мобілізація яких може забезпечити достатнє надходження кисню в організм, не дивлячись на дефіцит його в середовищі: гіпервентиляція; гіперфункція серця, що забезпечує рух від легенів до тканин збільшеної кількості крові; 2) поліцитемія і відповідне збільшення кисневої ємкості крові; 3) механізми, що роблять можливим достатнє надходження кисню до мозку, серця і інших життєво важливих органів, не дивлячись на гіпоксемію, а саме: розширення артерій і капілярів мозку, серця і др.; 4) зменшення дифузійної відстані для кисню між капілярною стінкою і мітохондріями кліток за рахунок утворення нових капілярів і зміни властивостей клітинних мембран; 5) збільшення здатності кліток утилізувати кисень унаслідок зростання концентрації міоглобіну; збільшення здатності кліток і тканин утилізувати кисень з крові і утворювати АТФ, не дивлячись на недолік кисню; 6) збільшення анаеробного ресинтезу АТФ за рахунок активації гліколізу, оцінюване багатьма дослідниками як істотний механізм адаптації.

Неправильно побудоване тренування в умовах среднегорья і високогір'я {надвисокі навантаження, нераціональне чергування роботи і відпочинку і т. п.) може привести до надмірного стресу, при якому суммация дії гірської гіпоксії і гіпоксії навантаження здатні привести до реакцій, характерних для хронічної гірської хвороби.

Особливо зростає ризик гірської хвороби при надмірних напружених фізичних навантаженнях в умовах високогір'я на висоті 2500–3000 м і більш. He слід думати, що високий рівень адаптації спортсменів до гірських умов і їх часте перебування в горах є могутнім профілактичним засобом проти виникнення гірської хвороби. Хвороба може виникнути і у спортсменів високої кваліфікації з великим досвідом підготовки в середньо- і високогір'я, оскільки вони, як правило, починають інтенсивну підготовку без необхідної попередньої адаптації.

Профілактиці виникнення гірської хвороби сприяє попереднє штучне гі-поксичне тренування, пасивне перебування в барокамері, планомірне переміщення у високогір'ї. Для усунення симптомів гірської хвороби можливе застосування спеціальних препаратів (за свідченнями лікаря) або переміщення на меншу висоту.

Слід зазначити, що час, необхідний для досягнення стійкої адаптації, визначається багатьма чинниками. За інших рівних умов адаптація наступає швидше у людей, що регулярно знаходяться в умовах штучної або природної гіпоксії. Спортсмени, адаптовані до навантажень на витривалість, пристосовуються до умов среднегорья і високогір'я швидше, ніж особи, що не займаються спортом, або спортсмени, що спеціалізуються в швидкісно-силових видах спорту. Збільшення висоти (у певних межах) стимулює адаптаційні реакції і прискорює процес адаптації; процес адаптації протікає значно швидше у осіб, що широко використовують інтенсивні фізичні навантаження, в порівнянні з особами, ведучими звичайний спосіб життя. Для досягнення максимальних величин об'єму циркулюючої крові і маси циркулюючих еритроцитів на висоті 3200 м в умовах звичайного режиму життя необхідно близько 40 днів. Проте залежно від перерахованих вище чинників цей період може бути скорочений в 1,5–2 рази.

Цими ж чинниками визначається і тривалість періоду, протягом якого зберігається досягнутий рівень адаптації. Спортсмени, добре адаптовані до умов гіпоксій, при певному режимі тренування і застосуванні сеансів штучної гіпоксії здатні зберігати рівень реакцій, досягнутий в горах, через 30–40 днів і більш після переїзду в умови рівнини. При одноразовому плануванні підготовки в горах кількість еритроцитів, наприклад, повертається до початкового рівня вже через 9–12 днів. Коли ж гіпоксичні тренування проводиться регулярно впродовж багатьох місяців, її ефект наголошується через 40 днів і більш після припинення такого тренування. Це відноситься і до таких показників, як максимальне споживання кисню, споживання кисню на рівні порогу анаеробного обміну та ін.

Дата добавления: 2015-05-26