Физическая работоспособность в особых условиях окружающей среды

7.1. Влияние температуры и влажности воздуха на физическую работоспособность.

Во время интенсивной и длительной физической работы теплопродукция в мышцах возрастает в 20-25 раз по сравне­нию с условиями покоя. Почти все тепло передается в кровь и пере­носится с нею в ядро тела, температура которого повышается до 39-40°С. При прочих равных условиях, чем выше температура окружа­ющего воздуха, тем больше поднимается температура тела при работе. Снижение работоспособности при выполнении интенсивных физических нагрузок на фоне повышенных температуры и влажности воздуха обусловлено перегреванием тела, дегидратацией организма и уменьшением кровоснабжения работающих мышц.

Во время интенсивной физической работы скорость потообразования возрастает в десятки раз, достигая, например, во время ма­рафонского бега 20-25 мл/мин. Потери воды за время бега могут достигать 2,5-4,5 л. Самым тяжелым последствием усиленного по­тоотделения является дегидратация, характеризующаяся уменьшением содержания жидкости в организме и снижением концентрации электролитов в жидких средах.

Дегидратация во время мышечной работы приводит к существен­ному снижению физической работоспособности. Причинами этого являются:

1) снижение эффективности регуляции температуры тела вследствие ухудшения переноса тепла от ядра к оболочке и умень­шения активности потовых желез;

2) уменьшение объема плазмы крови, приводящее к снижению объема циркулирующей крови, ве­нозного возврата, систолического объема, а также к увеличению показателя гематокрита и вязкости крови;

3) уменьшение объема межклеточной и внутриклеточной жидкости, а также концентрации электролитов в них, приводящее к нарушению равновесия электро­литов, замедлению скорости протекания биохимических процессов и вследствие этого к нарушению функции как самих мышечных кле­ток, так и регуляторных механизмов, управляющих их работой.

Снижение физической работоспособности в условиях повышенной температуры и влажности воздуха является также следствием умень­шения притока крови к работающим мышцам. С целью предотвра­щения перегревания организма система терморегуляции, не имея собственных исполнительных механизмов, использует другие системы и, в частности, кровообращение. Для усиления теплоотдачи с по­верхности кожи расходуется до 20-25% минутного объема кровооб­ращения. В результате, значительное количество крови (5-8 л/мин) не поступает к работающим мышцам. Это, в свою очередь, умень­шает доставку кислорода к мышечным клеткам и снижает их аэро­бную работоспособность.

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

Находясь на высотах выше уровня моря, спортсмен вынужден выполнять интенсивные физи­ческие нагрузки в условиях пониженного атмосферного давления (гипобарии) и сниженного парциального давления кислорода (ги­поксии), то есть в условиях гипобарической гипоксии. С увеличением высоты, на которой находится человек, дефицит кис­лорода в атмосферном воздухе ведет к снижению парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе, уменьшению его со­держания в артериальной крови и, как следствие, ухудшению снаб­жения тканей кислородом и снижению физической работоспособ­ности при максимальных и субмаксимальных нагрузках. Для спор­тивной практики наибольший интерес представляют физиологичес­кие эффекты среднегорья, на которых часто проводятся соревнова­ния.

При пониженном парциальном давлении кислорода у лиц, выпол­няющих субмаксимальные аэробные нагрузки без предварительной адаптации к высоте, происходят характерные изменения физиологи­ческих функций. Потребность в кислороде при выполнении одной и той же физической нагрузки на высоте 1500-2500 м остается такой же, как и на уровне моря. Поэтому, для того чтобы обеспечить работающий организм требуемым количеством кислорода, уменьше­ние его молекул в единице объема горного разреженного воздуха должно быть компенсировано соответствующим увеличением легоч­ной вентиляции. В этом и состоит основной физиологический ме­ханизм срочной адаптации организма к гипоксическим условиям. Поэтому, если в покое, на высоте среднегорья легочная вентиляция меняется незначительно, то при выполнении мышечной работы она всегда существенно больше, чем на равнине. У одного и того же человека при одинаковой мощности работы минутный объем дыха­ния тем больше, чем больше высота.

Пониженное насыщение крови кислородом на высоте при выпол­нении субмаксимальной аэробной работы компенсируется увеличе­нием минутного объема кровообращения, который возрастает за счет увеличения частоты сердечных сокращений при мало меняющемся систолическом объеме. Максимальные величины частоты сердечных сокращений, систолического объема и минутного объема кровообра­щения на высоте и на уровне моря одинаковы. Однако, при работе в гипоксических условиях предельные величины частоты сердечных сокращений и минутного объема кровообращения достигаются при меньших величинах нагрузки, чем на равнине.

Уменьшение содержания О₂, в артериальной крови у человека, находящегося в среднегорье, приводит к уменьшению максимального потребления кислорода. Cущественное для спортивной практики снижение мак­симального потребления кислорода начинается с подъема на высоты более 1500 м. Далее оно уменьшается примерно на 1% при подъеме на каждые 100 м. Снижение максимального потребления кислорода является основной причиной уменьшения аэробной выносливости человека в условиях среднегорья.

С увеличением высоты, наряду со снижением барометрического давления, уменьшается плотность воздуха и, следовательно, его со­противление движущемуся телу. Поэтому, в скоростно-силовых уп­ражнения (спринтерский бег, прыжки, метания и др.) и силовых упражнениях, в отличие от упражнений на выносливость, спортив­ный результат в среднегорье может быть выше, чем на равнине.

В процессе адаптации к высоте (горной акклиматизации) умень­шается влияние сниженного парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе на организм человека и повышается его физи­ческая работоспособность. Минимальная продолжительность време­ни, необходимая для адаптации кислород-транспортной системы к условиям пониженного парциального давления О₂ зависит, прежде всего, от высоты, на которой находится спортсмен. Так, на высотах 2000-2500 м это время составляет не менее 8-10 дней, а на высотах 3600 м — 15-21 день. Продолжительность периода адаптации к условиям среднегорья уменьшается в результате выполнения пра­вильно подобранных по интенсивности и длительности физических нагрузок. В то же время при любой продолжительности пребывания на высоте никогда не достигается уровень физической работоспо­собности человека, характерный для него в условиях равнины.

Повышение работоспособности человека в процессе адаптации к сниженному парциональному давлению кислорода связано с активи­зацией механизмов транспорта кислорода к тканям тела и усилени­ем эффективности использования кислорода клетками для целей аэробного образования энергии. Достигается это увеличением легоч­ной вентиляции при выполнении одной и той же нагрузки; возрас­танием диффузионной способности легких; повышением кислород­ной емкости крови в результате увеличения числа эритроцитов и содержания гемоглобина; увеличением плотности капилляров в ске­летных мышцах; повышением концентрации миоглобина в мышцах; увеличением плотности митохондрий в клетках, а также содержания и активности окислительных ферментов в них. Клеточные структур­но-метаболические механизмы адаптации к сниженному содержанию кислорода в воздухе требуют значительно большего периода времени, чем физиологические механизмы. В результате всех этих адап­тивных изменений максимальное потребление кислорода постепенно возрастает и через 3-4 недели пребывания в среднегорье становится лишь на 10-20% меньше, чем на уровне моря. Даже постоянно проживающие в горах спортсмены обладают более низкими величинами максимального потребления кислорода на «своей» высоте, чем на равнине.

Таким образом, физическая работоспособность человека снижается по мере повышения высоты над уровнем моря и снижения парциального давления кислорода. В первую очередь это касается аэробной выносливости. Мышечная сила, максимальная аэробная мощность и координация движений при выполнении физических упражнений спортсменами практически не меняются. Более того, из-за пониженной плотности воздуха спортивные результаты на спринтерских дистанциях, в прыжках, метаниях, могут быть даже выше, чем на уровне моря. Поскольку процессы восстановления физиологических функций после напряженной физической работы на высоте замедленны, с целью предотвращения развития переутомления в этих условиях реализация повторных нагрузок допустима лишь после более длительных, чем на равнине, периодов отдыха.

 

ВОПРОСЫ К АТТЕСТАЦИи ПО РАЗДЕЛУ: «ФИЗИОЛОГИЯ ВОЗБУДИМЫХ ТКАНЕЙ»

1. Возбудимые ткани. Характеристика возбудимых тканей. Общие свойства (возбудимость, раздражимость, проводимость, лабильность).

2. Возбудимость как высокодифференцированная специализированная форма раздражимости. Способы оценки возбудимости. Мера возбудимости – порог раздражения.

3. Электрические явления в возбудимых тканях. История их открытия (Л. Гальвани, Э. Дюбуа-Реймон).

4. Современные представления о процессе возбуждения. Возбуждение как биологическая реакция. Мембранно-ионная теория возбуждения.

5. Методы изучения и современные представления о строении и функции клеточной мембраны. 6. Мембранный потенциал. Роль концентрационных градиентов и избирательной проницаемости мембраны в возникновении мембранного потенциала.

7. Потенциал действия и его фазы. Критический уровень деполяризации. Местный процесс (локальный ответ) и переход его в распространяющийся потенциал – потенциал действия.

8. Динамика возбудимости в процессе формирования потенциала действия.

9. Законы раздражения возбудимых тканей.

10. Понятие о реобазе и хронаксии. Аккомодация возбудимых тканей.

11. Физиологические свойства мышечной ткани.

12. Скелетные мышечные волокна. Морфологические особенности «быстрых» и «медленных» мышечных волокон.

13. Сократимость как специфическое свойство мышечной ткани. Сокращение мышцы, методика регистрации. Электромиография. Клиническое значение электромиографии. Изометрический и изотонический режим сокращения мышц. Электронно-микроскопическое строение мышцы. 14. Механизм мышечного сокращения. Роль потенциала действия, ионов кальция и АТФ в механизме мышечного сокращения.

15. Явления, сопровождающие мышечное сокращение (химические, тепловые, биоэлектрические).

16. Одиночное сокращение мышцы и его фазы. Изменения возбудимости мышцы в процессе одиночного сокращения. Влияние силы раздражения на величину сокращения мышцы.

17. Суммация сокращений и тетанус. Механизм тетануса (Л. Гельмгольц, Н. Е. Введенский).

18. Оптимум и пессимум частоты раздражения. Лабильность.

19. Утомление мышцы. Анализ утомления нервно-мышечного препарата. Утомление в целом организме. Явления, сопровождающие утомления. Критическая оценка теории утомления. Физиологическая основа тренировки.

20. Эргография. Значение активного отдыха в восстановлении работоспособности после утомления.

21.Физиологические свойства гладких мышц (возбудимость, проводимость, сократимость, пластичность, автоматия). Сравнение свойств гладких и поперечно-полосатых мышц. Особенности нервно-мышечной передачи возбуждения в гладких мышцах.

22. Физиологические свойства нервных волокон. (возбудимость, проводимость).

23. Структурно-функциональная характеристика нервных волокон (миелиновых и безмиелиновых).

24. Классификация нервных волокон. Волокна типа A, B, C. Скорость проведения возбуждения в различных нервных волокон.

25. Законы проведения возбуждения в нервных волокон.

26. Механизм проведения возбуждения в мякотных (миелиновых) и безмякотных (безмиелиновых) нервных волокнах – сальтаторный и непрерывный.

27. Параметры функционального состояния нерва (порог раздражения, лабильность, полезное время, реобаза, хронаксия). Закон Дюбуа‑Реймона.

28. Ультраструктура нервно-мышечного синапса. Медиаторный механизм передачи возбуждения с нерва на мышцу (А. Ф. Самойлов). Роль ацетилхолина и холинэстеразы в процессе нервно-мышечной передачи.

29. Функциональные свойства и особенности нервно-мышечного синапса. Одностороннее проведение возбуждения в синапсах. Синаптическиая задержка. Быстрая «утомляемость» синапсов. Низкая лабильность.

30 Моторные единицы скелетных и гладких мышц. Рецепторный аппарат мышечной системы (мышечные веретена, тельца Гольджи). Роль рецепторов мышечной системы в организации движений.

31. Учение Н. Е. Введенского о пессимуме и оптимуме силы и частоты раздражений.