Система кровообращения
е. те ионы, которые находятся в основном в жидкости внеклеточных пространств - плазме и тканевой жидкости. Это главные электролиты, которые больше других определяют осмотическое давление плазмы и тканевых жидкостей, а значит, объем внеклеточной жидкости в теле.
Потери ионов калия и магния, связанных с внутриклеточным водным пространством, значительно меньше.
Следует, однако, иметь в виду, что с потом уходит относительно больше воды, чем электролитов (солей).
Следовательно, во время продолжительного сильного потоотделения потребность организма в замещении воды больше, чем в немедленном восстановлении электролитов.
Потери электролитов с мочой во время мышечной работы обычно очень незначительны, так как образование мочи в этот период уменьшено, а реабсорбция натрия в почечных канальцах усилена, что обеспечивает задержку экскреции ионов натрия с мочой. Важную роль в этом процессе играет повышение активности ренина и концентрации альдостерона в плазме крови (рис. 63).
Недостаточное кровоснабжение почек при работе в жарких условиях может усиливать -эти механизмы задержки натрия в организме. Такая задержка способствует сохранению водного баланса организма, так как объем плазмы и остальной внеклеточной жидкости пропорционален содержанию в них ионов натрия.
Почечная вазоконстрикция и повышенная температура тела при работе в жарких условиях вызывают усиление проницаемости почечных клубочков, в результате чего в моче может появиться белок (рабочая эротеинурия).
Система кровообращения
У человека, находящегося в состоянии покоя в условиях прямого нагревания тела при высокой температуре воздуха (например, в жаркий день на солнце), усиливается кожный кровоток, увеличивается сердечный выброс за счет повышения ЧСС.
Систолический объем при этом практически не изменяется. Общее периферическое сосудистое сопротивление и артериальное (систолическое) давление снижаются.
Так, пребывание в финской бане (сауне), где сухой жаркий воздух, вызывает увеличение сердечного выброса примерно на 70% и ЧСС более чем на 60%.
Избыточный сердечный выброс направляется в кожные сосуды для усиления теплоотдачи. Кроме того, кожный кровоток увеличивается за счет дополнительного перераспределения сердечного выброса - уменьшения кровотока через органы брюшной полости и (в меньшей степени) через мышцы.
Чревный и почечный кровотоки уменьшаются прямо пропорционально повышению температуры кожи.
Потребление Ог ,л/мин Рис. 64.
Сравнение реакции сердечнососудистой системы на работу разной мощности в жарких и нейтральных температурных условиях (Л. Роуэлл, 1974). Штриховая линия-жаркие условия (43,3), сплошная - нейтральные условия (25,6), Стрелки показывают направление изменения данного показателя под влиянием повышения температуры воздуха
Во время работы аэробной мощности повышенная температура воздуха обычно не оказывает заметного влияния на общую скорость потребления О2 (рис. 64).
Лишь при выполнении легкой работы в жарких условиях потребление О2 может быть несколько выше, чем в нейтральных условиях.
Повышенная температура воздуха существенно не влияет на показатели деятельности сердечно-сосудистой системы при выполнении кратковременной работы (продолжительностью до 4-6 мин). Во время максимальной аэробной работы (на уровне МПК) максимальный сердечный выброс, ЧСС и системная АВР-О2 одинаковы в жарких и нейтральных условиях.
МПК, в жарких условиях также не уменьшается, но сильно укорачивается предельная продолжительность работы на уровне МПК.
Во время продолжительной работы в жарких условиях сердечно-сосудистая система должна обеспечить одновременно адекватное кровоснабжение работающих мышц для доставки им достаточного количества О2 (метаболический запрос) и усиленный кожный кровоток для повышенной теплоотдачи (терморегуляторный запрос). Эта задача еще более осложняется из-за уменьшения объема циркулирующей крови и повышения ее вязкости.
В жарких условиях ЧСС и сердечный выброс выше, чем при выполнении такой же работы в нейтральных условиях среды (см. рис. 64). Помимо температуры на ЧСС влияет также повышенная влажность воздуха. Увеличение ЧСС обнаруживается с самого начала работы в жарких условиях.
Сердечный выброс увеличивается постепенно в процессе выполнения работы, а систолический объем прогрессивно уменьшается. Увеличение сердечного выброса обеспечивает дополнительный кровоток через кожные сосуды для усиления теплоотдачи.
С увеличением мощности выполняемой работы тепловой прирост сердечного выброса уменьшается. При субмаксимальных и околомаксимальных аэробных нагрузках сердечный выброс в жарких условиях среды примерно такой же, что и в нейтральных температурных условиях.
Однако, при высокой температуре воздуха происходит заметное снижение систолического объема, которое компенсируется дополнительным повышением ЧСС. Поскольку сердечный выброс не может быть более увеличен, дальнейшее усиление кожного кровотока обеспечивается только за счет перераспределения сердечного выброса. В результате уменьшается кровоток через работающие мышцы, возникает дефицит в их снабжении О2, возрастает анаэробная доля в энергопродукции мышц. Поэтому при одних и тех же субмаксимальных и околомаксимальных аэробных нагрузках концентрация лактата в крови в жарких условиях выше, чем в нейтральных (см. рис.
64).
Ухудшение кровоснабжения работающих мышц является одной из главных причин снижения работоспособности в жарких условиях. Из сказанного следует, что ухудшение мышечного кровотока является следствием двух основных причин: во-первых, увеличивается доля сердечного выброса, направляемая в кожные сосуды для усиленной теплоотдачи; во-вторых, по мере развития дегидратации уменьшается сердечный выброс в результате уменьшения систолического объема, вызванного падением венозного возврата из-за снижения общего и центрального объемов циркулирующей крови (см. рис.
64).
Максимально возможная объемная скорость кожного кровотока - 7-8 л/мин. Тем не менее во время работы даже при очень высокой температуре воздуха кожный кровоток вероятно не превышает 3-4 л/мин. Следовательно, даже в этих условиях кожные сосуды несколько сужены (состояние активного сосудистого тонуса). Постепенно по мере продолжения работы кожные сосуды расширяются из-за снижения сосудистого тонуса.
В результате еще большее количество крови направляется в кожную сосудистую сеть, а кровоснабжение работающих мышц еще больше ухудшается.
С расширением кожных сосудов уменьшается общее периферическое сосудистое сопротивление. При неизменном сердечном выбросе это ведет к падению артериального давления, которое постепенно снижается, вплоть до уровня, вызывающего сосудистый коллапс (обморок).
Особенно резко АД падает из-за снижения сердечного выброса. Это происходит, когда ЧСС достигает максимально возможного для данного человека уровня, а систолический объем продолжает уменьшаться.
Поскольку при работе в жарких условиях резко уменьшается чревный кровоток (см. рис. 64), создаются дополнительные затруднения для организма, связанные с недостаточным кровоснабжением органов брюшной полости, и прежде всего печени. Работа при высокой температуре воздуха вызывает и усиленное снижение почечного кровотока (см. рис.
62).
Тепловая адаптация (акклиматизация)
Непрерывное или повторное пребывание в условиях повышенных температуры и влажности воздуха вызывает постепенное приспособление к этим специфическим условиям внешней среды, в результате чего развивается устойчивость организма против теплового стресса. Человек переносит жару значительно легче; выполнение работы становится менее трудным - как объективно (уменьшаются физиологические сдвиги на тепловые воздействия), так и субъективно.
Наступает состояние тепловой адаптации - акклиматизации.
Физиологические изменения и их механизмы при тепловой адаптации
Тепловая адаптация обусловлена совокупностью специфических физиологических изменений (табл. 18).
Главными из них являются усиление потоотделения, снижение температуры ядра и оболочки тела и уменьшение ЧСС при нагрузке по мере пребывания в условиях повышенной температуры (рис. 65).
Таблица 18. Адаптационные физиологические изменения в условиях повышенной температуры окружающей среды
| Механизмы | Адаптационные изменения |
| Потоотделение | Более быстрое начало потоотделения (при работе), т. е. снижение температурного порога потоотделения |
| Повышение скорости потоотделения | |
| Кровь и кровообращение |
Более равномерное распределение пота по поверхности тела, снижение содержания солей в поте, снижение ЧСС |
| Увеличение систолического объема | |
| Усиление кожного кровотока | |
| Увеличение объема циркулирующей крови | |
| Снижение степени рабочей гемоконцентраций | |
| Более быстрое перераспределение крови (в систему кожных сосудов) | |
| Приближение кровотока к поверхности тела и более эффективное его распределение по поверхности тела | |
| Уменьшение падения чревного и почечного кровотоков (во время работы) | |
| Метаболизм | Снижение основного объема |
| Снижение кислородной стоимости стандартной (легкой) работы | |
| Терморегуляция | Снижение температуры ядра и оболочки тела в покое и при мышечной работе |
| Рост устойчивости организма к повышенной температуре тела | |
| Дыхание | Уменьшение одышки (частого и поверхностного дыхания) |
Основные механизмы тепловой адаптации направлены на усиление отдачи тепла телом во внешнюю среду. По мере тепловой адаптации происходит усиление потообразования: увеличивается число функционирующих потовых желез, а также количество секретируе-мого пота при выполнении одной и той же физической нагрузки.
Снижается температурный порог потоотделения - оно начинается при более низкой температуре кожи и ядра тела и усиливается быстрее с повышением температуры тела.
Рис. 65.
Средние данные скорости потоотделения, ректальной температуры, ЧСС во время стандартной работы у группы мужчин на протяжении 9 дней акклиматизации к жарким условиям. Отметка О соответствует данным, полученным до начала тепловой акклиматизации при работе на протяжении 100 мин в нейтральных условиях среды. Все последующие дни испытуемые выполняли ту же нагрузку (300 ккал/ч) в жарких; условиях (показания сухого термометра - 48,9, влажного - 26,7)
У адаптированного к жаре человека меньше пота стекает в виде капелек, не испаряясь, так как пот более равномерно распределяется по поверхности тела, чем у неадаптированного человека. В результате возрастает площадь поверхности тела для усиленной теплоотдачи потоиспарением.
Усиление потоиспарения ведет к снижению температуры кожи. Благодаря этому кровь, протекающая в кожных сосудах, охлаждается сильнее, и потому растет температурный градиент ядро тела - кожа. Поэтому усиливается физический транспорт тепла (проведением) от глубоких частей тела к его поверхности.
Запрос в дополнительном усилении кожного кровотока (циркуляторной конвекции) соответственно снижается.
Гл авным эффектом усиления адаптивных механизмов теплоотдачи является снижение температуры тела (см. рис. 65).
При этом снижается как температура тела в условиях покоя, так и ее прирост в процессе мышечной работы.
В результате тепловой акклиматизации происходит снижение содержания солей в поте, т. е. пот становится более разбавленным. С потом теряется относительно больше воды, чем солей, и потому концентрация электролитов в крови повышается. Следовательно, увеличивается осмолярность крови. Повышенная осмолярность вызывает сильное ощущение жажды, которое является механизмом, направленным на компенсацию потерь жидкостей организмом.
У неадаптированного человека чувство жажды не во всех случаях достаточно, чтобы обеспечить потребность организма в воде. Адаптированный к жаре человек способен лучше поддерживать водный баланс.
В процессе тепловой адаптации проницаемость кожных капилляров снижается, что уменьшает выход молекул белка из этих сосудов. Содержание белка в тканевой жидкости кожи увеличивается.
При тепловых воздействиях он интенсивно перемещается через лимфатическую сеть кожи в циркулирующую кровь. Все это
вместе позволяет сохранять ее высокое онкотическое давление и достаточный объем. В целом в результате тепловой адаптации объем циркулирующей крови (в покое) увеличивается, а показатель гематокрита и вязкость крови имеют тенденцию к некоторому снижению.
Тепловая адаптация сопровождается снижением нагрузки на сердечно-сосудистую систему. На протяжении адаптации к жаре постепенно уменьшается кожный кровоток при нагрузке, хотя даже у полностью адаптированного человека при работе в жарких условиях кожный кровоток больше, чем в нейтральных условиях.
Вместе с тем растут возможности эффективного усиления кожного кровотока за счет более быстрого перемещения крови в систему кожных сосудов, приближения кровотока к поверхности (за счет раскрытия сети поверхностных сосудов) и более эффективного его распределения.
На протяжении тепловой адаптации уменьшается степень рабочей вазоконстрикции (сужения сосудов) в чревной и почечной областях, что улучшает кровоснабжение органов брюшной полости во время работы в жарких условиях.
Одним из наиболее заметных физиологических признаков тепловой адаптации служит снижение ЧСС в покое и при мышечной деятельности (см. рис. 65).
Постепенно увеличивается систолический объем, так что на протяжении всего периода пребывания в жарких условиях сердечный выброс не изменяется. Рост систолического объема в процессе тепловой адаптации обусловлен увеличением венозного возврата (центрального объема крови), которое происходит благодаря повышению объема циркулирующей крови и ее более эффективного перераспределения, особенно за счет постепенного уменьшения кожного кровотока.
На протяжении периода тепловой адаптации повышается механическая эффективность выполнения физической работы в жарких условиях, на что указывает прогрессивное снижение потребления О2 при выполнении стандартной (легкой) работы.
В процессе тепловой адаптации снижается тоническая активность симпатической нервной системы, о чем говорит, в частности, прогрессивное уменьшение количества выделяющегося с мочой норадреналина.
Важную роль в процессе тепловой акклиматизации играют эндокринные железы. Известно, например, что введение Д-альдостерона вызывает снижение температуры тела и увеличивает продолжительность работы в жарких условиях даже у адаптированных к этим условиям людей.
Этот эффект не связан с величиной потоотделения.
Большинство изменений, связанных с тепловой акклиматизацией, происходит особенно быстро на протяжении первых 4-7 дней пребывания в жарких условиях (см. рис. 65). Процесс тепловой акклиматизации практически полностью заканчивается к 12-14-му дню.
Однако максимальное приспособление к повышенным температуре и влажности воздуха наблюдается лишь у постоянных жителей районов с этими условиями.
Тепловая адаптация развивается не только при непрерывном многодневном проживании в жарких условиях, но и при повторных кратковременных (в течение нескольких часов в день) пребываниях в них: в термокамере, в специальной одежде с подогревом или с повышенными теплоизолирующими свойствами. Степень тепловой адаптации невелика, если, находясь в жарких условиях, человек не выполняет физической нагрузки.
Эффекты тепловой адаптации весьма специфичны. Приспособление организма к условиям сухой жары необязательно гарантирует достаточную адаптацию к жарким и влажным условиям.
Более того, адаптация к легкой работе (около 25% МПК) в жарких условиях не означает адаптации к выполнению умеренной (50% МПК) или тяжелой (75% МПК и более) работы в этих же условиях.
Эффект тепловой адаптации сохраняется на протяжении нескольких недель после пребывания в условиях повышенной температуры воздуха.
С возрастом переносимость повышенной температуры среды ухудшаетгся. У пожилых и старых людей потоотделение начинается позднее - при более высокой температуре тела, чем у молодых. В ответ на тепловую нагрузку кожный кровоток увеличивается у пожилых людей; значительнее, но максимальные возможности такого усиленияних меньше, чем у молодых.
После пребывания в условиях жары у пожилых и старых людей температура тела более медленно возвращается к норме.
Тепловая адаптация у спортсменов
Тренировочные и соревновательные нагрузки в видах спорта, требующих проявления выносливости, вызывают существенное повышение температуры ядра тела - до 40, даже в нейтральных условиях среды. Это служит стимулом для развития приспособительных (адаптационных) реакций к большой внутренней Тепловой нагрузке.
Такие реакции со стороны сердечно-сосудистой системы, потовых желез и других органов и систем во многом сходны с реакциями у людей, прошедших акклиматизацию к большим внешним тепловым нагрузкам (высоким температуре и влажности воздуха).
В результате систематических занятий у спортсменов, тренирующих выносливость, совершенствуется терморегуляция: снижается теплопродукция, улучшается способность к теплопотерям за счет повышенного потообразования. Так, для тренированных спортсменов характерна высокая чувствительность реакции потоотделения на тепловые раздражители, равномерное распределение потоотделения по поверхности тела. Соответственно у спортсменов во время работы при обычной или высокой температуре воздуха внутренняя и кожная температура ниже, чем у нетренированных людей, выполняющих такую же абсолютную нагрузку.
Содержание солей в поте у спортсменов также ниже.
В процессе тренировки выносливости в нейтральных условиях увеличивается объем циркулирующей крови, совершенствуются реакции перераспределения кровотока с уменьшением его через кожную сеть, что снижает кожную температуру и повышает проведение тепла от ядра к поверхности тела.
Таким образом, у спортсменов в результате регулярных интенсивных тренировок выносливости даже в нейтральных температурных условиях совершенствуются определенные физиологические механизмы, характерные и для тепловой адаптации. Поэтому хорошо тренированные на выносливость спортсмены обычно лучше приспосабливаются к работе в жарких условиях, чем нетренированные, более быстро акклиматизируются, по крайней мере, для выполнения в жарких условиях работ небольшой мощности. Вместе с тем сама по себе даже высокая спортивная тренированность и тренировки любого характера в нейтральных условиях внешней среды не могут полностью заменить специфическую тепловую адаптацию, которая необходима спортсмену, если он должен выступать на соревновании в условиях повышенных
Тепловых адаптационных приспособлений, вызванных тренировкой в нейтральных (или холодных) условиях, недостаточно для эффективного выполнения интенсивной работы в жарких условиях. При подготовке к соревнованиям, которые будут проводиться в условиях повышенных температуры и влажности воздуха, спортсмен должен начать тренировки в таких же условиях за 7-12 дней до соревнований. Если нет возможности тренироваться в этих условиях, следует использовать костюмы (потники), которые препятствуют отдаче тепла и ограничивают испарение пота.
Тренировка в потнике вызывает эффекты повышенной тепловой устойчивости, хотя и меньшие, чем тренировка в жарких условиях среды.
Питьевой режим
Как уже говорилось, высокая скорость потоотделения при напряженной работе в жарких условиях ведет к значительным потерям организмом воды (дегидратации), а также солей. В результате работоспособность и тепловая устойчивость (способность переносить жару) снижаются.
Потеря воды и их восполнение во время соревнования
Еще бытует среди тренеров и спортсменов мнение о якобы расслабляющем действии воды, о дополнительной нагрузке на сердце лишней жидкости, считается, что надо пить меньше воды, чтобы уменьшить ее потери с потом. Вместе с тем физиологические исследования доказывают, что потери воды в результате напряженной длительной работы (особенно в жарких условиях) должны быть восполнены как можно быстрее и желательно в таких же размерах.
60 9:-; J20
Ерэмя.мнч
Рис. 66. Изменения ректальной температуры (А) и средней ЧСС (В) во время бега на тредбане до отказа на уровне 70% МПК, а также объема плазмы крови (Б) на протяжении 2-часовой работы на велоэргометре в жарких условиях: 1 -без потребления воды во время работы; 2 - с потреблением воды
Если спортсмены на дистанции не пьют достаточного количества жидкости, чтобы восполнить потери воды, у них развивается (в той или иной степени) дегидратация. Когда потребление воды равно потерям ее с потом (водный баланс), температура тела ниже, чем во время такой же работы с меньшим потреблением воды, а тем более без приема воды.
Таким образом, прием жидкости во время соревнований в жарких условиях уменьшает угрозу перегревания тела (рис. 66, А).
Дробное питье воды (рис. 66, Б) в процессе работы на велоэргометре в жарких условиях задерживает потери плазмы крови и тем самым поддерживает нормальный объем циркулирующей крови. В результате предотвращаются уменьшение систолического объема и повышение ЧСС до такого уровня, как при работе без восполнения потерь воды (рис. 66, В).
Прием жидкости во время работы ведет к увеличению ее предельной продолжительности (работоспособности). Жидкость в виде растворов углеводов позволяет не только восполнить потери воды, но и поддерживать нормальное содержание глюкозы в крови, что также очень важно для сохранения высокой работоспособности при нагрузках большой продолжительности.
Состав замещающих жидкостей, используемых для восполнения потерь воды во время мышечной работы, определяется рядом требований. Выпитая жидкость почти не всасывается в кровь из желудка. Абсорбция воды 'происходит почти исключительно в кишечнике. Следовательно, главное, что определяет скорость восполнения потерь воды, - это быстрота эвакуации жидкости из желудка в кишечник.
На быстроту опорожнения желудка влияют объем, температура и осмолярность находящейся в нем жидкости (рис. 67).
Сама по себе мышечная работа мало влияет на скорость опорожнения желудка.
Значительные объемы жидкости (500-600 мл) уходят из желудка быстрее, чем малые. Однако разовый прием большого количества жидкости на дистанции вызывает неприятные ощущения переполненного желудка и тяжёлого дыхания.
Поэтому целесообразнее часто принимать жидкость в относительно небольших объемах, например по 150-250 мл, с интервалами между приемами 10-15 мин.
Холодная жидкость эвакуируется из желудка быстрее, чем теплая. Холодная вода (8-13), снижая температуру в желудке на 7-18, усиливает активность гладких мышц в стенке желудка, ускоряя переход жидкости в кишечник.
Кроме того, нагревание холодной воды в желудке пусть в небольшой степени, но усиливает теплопотери тела (на нагревание этой воды). Поэтому литье охлажденной воды во время соревнования в жарких условиях более целесообразно, чем теплой.
Скорость моторики желудка и его опорожнения отчасти определяется осмолярностью содержимого (см. рис. 67). Вода легко покидает желудок. Еще быстрее уходит из желудка изотонический раствор поваренной соли (0,85%-ный раствор хлористого натрия).
Содержание в растворе даже малых количеств глюкозы (до 5%) вызывает заметное замедление опорожнения желудка. Добавление в питьевую жидкость солей (электролитов) повышает ее осмолярность. Оптимальной является гипотоническая жидкость с осмолярностью около 200 мОсм/л. Такие растворы содержат мало сахара (до 2,5%), быстро покидают желудок и потому способны легко всасываться в кровь из кишечника и обеспечивать восполнение потерь воды с большой скоростью.
При определении общего количества принимаемой жидкости следует иметь, в виду, что в любом случае максимальная скорость всасывания воды не превышает 0,8 л/ч.
Таким образом, во время тяжелой продолжительной работы в жарких условиях, которая сопровождается обильным потоотделением, надо употреблять прохладные гипотонические растворы с содержанием сахара (углеводов) до 2,5%. 500 мл воды (без содержания в ней углеводов) следует выпить примерно за полчаса до старта для создания небольшого водного резерва.
На дистанции каждые 10-15 мин необходимо выпивать 150-200 мл гипотонического раствора.
