Increase the extreme environmental factors resistance among the military personnel with the help of a normobaric hypoxic mixture

Full Text

Важность исследований, связанных с проблемами адаптации человека к экстремальным влияниям внешней среды, в настоящее время обусловлена необходимостью постоянной дислокации военнослужащих в районах Крайнего Севера, а также в пустынно-горных местностях, где служат наши пограничники, охраняя рубежи Российской Федерации. Проблемой оценки и прогнозирования устойчивости человека к действию гипоксии и холода исследователи активно занимаются начиная с 80-х годов прошлого столетия [1, 2, 5]. Совместными исследованиями, проводимыми в последние годы на кафедре нормальной физиологии Военно-медицинской академии им. С.М.Кирова, в Военном институте физической культуры и научно-исследовательском центре «Арктика» ДВО РАН было установлено, что гипоксическая проба и локальное низкотемпературное воздействие позволяют выделять лиц, имеющих высокую или низкую гипоксическую и холодовую устойчивость [3, 4, 6, 7, 13]. Оказалось, что даже среди аборигенов Севера встречаются лица, имеющие низкую устойчивость к холодовому фактору и гипоксии. Высокий уровень физической тренированности не всегда свидетельствует о высокой гипоксической и тем более холодовой устойчивости [6, 7]. Поэтому выяснение зависимости уровня физического развития и характеристик неспецифической резистентности организма, возможности сохранения следовых реакций на выработанную устойчивость к действию экстремальных факторов, характерных для арктических и высокогорных условий, является весьма актуальной научно-практической задачей. Материал и методы В работе приведены некоторые данные, обобщающие результаты совместных исследований по изучению механизмов адаптации организма человека к гипоксии и локальному холодовому воздействию. В экспериментах принимали участие более 170 добровольцев - курсантов ВМедА им. С.М.Кирова и Военного института физической культуры. Эксперименты выполнялись в лабораторных условиях, а также на разных высотах над уровнем моря: на равнине, в низко- и среднегорье. Уровень резистентности к гипоксии и холоду определялся в процессе выполнения гипоксической и холодовой проб. При этом фиксировались такие показатели, как частота сердечных сокращений (ЧСС), артериальное давление, ударный объем сердца, минутный объем кровообращения, дыхательный объем, частота дыхания, минутный объем дыхания, степень насыщения гемоглобина кислородом (SpO2) и ряд других показателей. Динамика изменений вегетативной регуляции изучалась с помощью анализа вариабельности сердечного ритма по методике Р.М.Баевского. Физическая работоспособность исследовалась с помощью многоступенчатого нагрузочного велоэргометрического теста с работой до отказа. Рассчитывались: PWC170, суммарная величина выполненной работы (SА) и другие показатели. Проводился тест Р.Маргария - определение максимальной анаэробной мощности (МАМ). Интервальная гипоксическая тренировка (ИГТ) проводилась дыханием 10% кислородно-азотной смесью в течение 5 мин с последующим 5-минутным интервалом дыхания обычным воздухом. За один сеанс выполнялось 6 таких циклов. Результаты и обсуждение Природные условия в горах и на Крайнем Севере значительно более тяжелые для здоровья человека, чем в средней полосе. Особенности климата здесь хорошо известны: - низкое парциальное давление кислорода в атмосфере; - низкие температуры воздушной среды; - длительная и суровая зима, короткое и холодное лето; - резкое нарушение фотопериодичности, световое голодание в период полярной ночи и световая избыточность во время полярного дня и в горах; - выраженные гравитационные и магнитные возмущения, ураганные ветры; - кислородная недостаточность и разреженность воздуха, резкие изменения атмосферного давления, температуры и влажности воздуха. Таким образом, как в Заполярье, так и в условиях среднегорья гипоксия и холод являются ведущими негативными факторами ухудшения функционального состояния организма человека и в первую очередь физической работоспособности. Уже на высоте 2000 м над уровнем моря рО2 в альвеолярном воздухе составляет около 80 мм рт. ст. вместо 100 мм рт. ст. на уровне моря. При этом градиент давления, обеспечивающий диффузию кислорода из альвеол в кровь уменьшается до 40-50 мм рт. ст., что приводит к существенному снижению темпа поступления кислорода в кровь, особенно при физической нагрузке. Это отчетливо наблюдается при исследовании SpO2 методом пульсоксиметрии: на равнине 97,7±0,53%, на уровне 1300 м 96±1,05% и на высоте 2150 м 93,9±1,2% (p<0,05) (табл. 1). Возникновение гипоксии приводит к включению механизмов срочной адаптации, которые направлены на немедленное восстановление необходимого уровня поступления кислорода в организм. Как показали наши экспериментальные исследования по изучению воздействия гипоксической гипоксии на организм военнослужащих, изменение функционального состояния организма человека в результате включения адаптационных механизмов носит строго индивидуальный характер [3, 7, 10, 14]. Однако в зависимости от сроков пребывания в горах и времени воздействия экспериментальной гипоксии, т. е. от сроков развития адаптации, можно выделить некие общие тенденции. В период острой адаптации (от 5-7 до 10-12 дней) гипоксические условия резко нарушают гомеостаз организма, вызывая ряд взаимосвязанных процессов, степень выраженности которых также весьма вариабельна и индивидуальна [8, 12, 13]. Гипоксический стимул, вызывающий недостаток кислорода, приводит к активации газотранспортной системы организма человека. При этом чем этот стимул сильнее, тем более выражена реакция (табл. 2). В первую очередь увеличиваются минутная вентиляция легких и минутный объем кровообращения (в среднем на 11,5%), в основном за счет увеличения дыхательного объема и частоты сердечных сокращений, что было продемонстрировано в наших более ранних работах [3, 6, 13]. По данным литературы, в горах на высоте 2500 м аэробная мощность снижается на 10-12%, 3500 м - на 18-20% от уровня, регистрируемого на равнине. Начиная с высоты 1500 м, подъем на каждую очередную тысячу метров приводит к снижению потребления кислорода на 9,2% [9]. С практической точки зрения большой интерес представляет изменение величины максимального потребления кислорода (VO2max) при нагрузках на разных высотах, т. е. при разных уровнях рО2 во вдыхаемом воздухе. Данные литературы на этот счет весьма скудны и неконкретны. Однако большинство авторов считают, что VO2max после пребывания в условиях среднегорья и высокогорья существенно снижается и долго остается пониженным [15]. Большую роль в мобилизации газотранспортной системы, т. е. аппарата кровообращения и дыхания, играет активация симпато-адреналовой системы [1, 8, 15]. Это выявлено в модельных экспериментах по изучению динамики вегетативной регуляции во время гипоксической пробы с дыханием 10% кислородно-азотной смесью, т. е. моделированием «подъема» на высоту около 6000 м. У всех испытуемых наблюдалось смещение вегетативного баланса в сторону активации симпатической части вегетативного отдела центральной нервной системы и уменьшение общей мощности спектра [3, 13]. Аналогичные реакции системы вегетативного управления наблюдались при проведении холодовой пробы. Оказалось, что вне зависимости от того, вызывает ли холодовая проба снижение или повышение температуры интактной кисти, высокочастотная составляющая кардиоритма (HF), связанная с активностью автономного контура регуляции и влиянием дыхательной аритмии на вариабельность сердечного ритма, всегда по абсолютной величине в процессе низкотемпературного воздействия оказывается меньше фоновых значений. Низкочастотная парасимпатическая составляющая (LF) общей мощности спектра и характеризующая активность сосудодвигательных центров была выше у индивидуумов, реагирующих снижением температуры кисти во время холодовой пробы. Оценить вклад очень высокочастотной составляющей (VLF) в процессе низкотемпературного воздействия не представлялось возможным из-за краткосрочности периода записи кардиоритма, что методически ограничивало возможности спектрального анализа на выявление более длительных гармоник при записях менее 5 мин. Определенная схожесть тенденций изменений системы регуляции сердечного ритма на воздействие гипоксии и холода дает основание рассчитывать на определенный эффект применения ИГТ для адаптации к этим экстремальным влияниям [10]. Устойчивая адаптация за счет ИГТ связана сначала с формированием, а затем закреплением подвижности и экономизации физиологических функций организма человека, конкретным проявлением которых является увеличение мощности работы газотранспортной системы (аппарат внешнего дыхания и кровообращения, системы крови), а так же, по-видимому, более эффективному использованию кислорода на клеточном уровне. Суммируя опыт применения ИГТ, можно отметить основные, доказанные в экспериментах результаты (табл. 2): - возникает стойкая резистентность к острой гипоксии: уровень SpO2 не меняется во время гипоксической пробы, не изменяются показатели внешнего дыхания и ЧСС; - увеличиваются показатели физической работоспособности: PWC170 на 14,5%, а суммарное количество выполненной велоэргометрической работы на 14,1%; - изменяется паттерн дыхания: увеличивается доля вдоха в дыхательном цикле; - практически не меняются «настройки» вегетативной регуляции при анализе вариабельности сердечного ритма во время выполнения гипоксической и холодовой пробы; - улучшаются сосудистые реакции во время проведения холодовой пробы. Обобщение данных литературы и результатов наших экспериментов по проблеме адаптации человека к условиям высотной гипоксии позволяет выделить ряд координированных между собой приспособительных механизмов: - механизмы, мобилизация которых может обеспечить достаточное поступление кислорода в организм, несмотря на дефицит его в среде; - гипервентиляция; - гиперфункция сердца, обеспечивающая движение от легких к тканям увеличенного количества крови; - полицитемия и соответствующее увеличение кислородной емкости крови; - механизмы, делающие возможным достаточное поступление кислорода к мозгу, сердцу и другим жизненно важным органам, несмотря на гипоксемию, а именно: расширение артерий и капилляров мозга, сердца и др.; - уменьшение диффузионного расстояния для кислорода между капиллярной стенкой и митохондриями клеток за счет образования новых капилляров и изменения свойств клеточных мембран; - увеличение способности клеток и тканей утилизировать кислород из крови и образовывать АТФ, несмотря на недостаток кислорода; - увеличение анаэробного ресинтеза АТФ за счет активации гликолиза. Установлено, что высокий уровень общей физической подготовки не является мощным профилактическим средством против возникновения горной болезни. Горная болезнь может возникнуть и у спортсменов высокой квалификации с большим опытом горной подготовки, если они идут в горы без необходимой предварительной адаптации к гипоксии [9, 16]. С практической стороны остается нерешенным вопрос о сроках сохранения адаптационных эффектов, полученных в результате естественной или искусственной адаптации. При прочих равных условиях адаптация наступает быстрее у людей, регулярно находящихся в условиях искусственной или естественной гипоксии, т. е. зависит от количества «подъемов». Увеличение высоты (в определенных пределах) стимулирует адаптационные реакции и ускоряет процесс адаптации; процесс адаптации протекает значительно быстрее у лиц, широко использующих интенсивные физические нагрузки, по сравнению с лицами, ведущими обычный образ жизни [14, 17]. В этом плане высокую эффективность показало проведение цикла интервальной гипоксической тренировки в течение 21 дня, после проведения которой «подъем» на высоту 6000 м в течение 15 мин во время модельной гипоксии не сопровождался существенным падением SpO2, учащением дыхания или частоты пульса (табл. 2). Адаптация к гипоксии не наступает мгновенно. Например, для достижения максимального адаптационного эффекта при пребывании на высоте 3200 м в условиях обычного режима жизни необходимо не менее 40 дней [1, 10, 11]. В литературе имеются данные, свидетельствующие о необходимости значительно более продолжительной акклиматизации: если высота составляет 1200-1500 м над уровнем моря, для акклиматизации требуется, как минимум, неделя, а на высоте 2000 м - месяц [15, 17]. Результаты наших экспериментов показали, что адаптация к гипоксии при гипоксической тренировке начинает формироваться на 10-15-й день и оказывается завершенной на 20-25-й день [3, 13]. Полученные данные показывают, что 16-дневное пребывание в среднегорье (база горной подготовки Терскол, 2150 м, 21 испытуемый) приводит к развитию адаптации к гипоксии лишь у половины испытуемых. С другой стороны, интервальная гипоксическая тренировка, проводимая в течение 21 дня, сопровождалась адаптивными изменениями у всех участников эксперимента [3, 14]. Помимо продолжительности воздействия, большую роль в достижении эффекта адаптации играют величины гипоксического стимула. Под величиной гипоксического стимула понимается степень падения рО2 во вдыхаемом воздухе. Так, изучение динамики SpO2 у курсантов, проходящих горную подготовку на базе в Терсколе, и лиц, находящихся там, т. е. на уровне 2150 м над уровнем моря, показало, что все они адаптированы именно к этой высоте: при подъеме на высоту 3500 м (ст. Мир) у всех обследованных наблюдалось падение SpO2 с 95,2±1,7% до 89,1±0,9%. Было также отмечено учащение пульса в среднем на 11%. Заключение Первой реакцией организма человека на острую модельную гипоксию является активация газотранспортной системы. При исследовании динамики регуляции ритма сердца установлена некая схожесть при воздействии модельной гипоксии и холодовой пробы, выражающаяся в смещении спектра в сторону активации симпатической части вегетативного отдела нервной системы при общем снижении мощности. Проведение превентивной ИГТ нивелирует выявленные эффекты, сопровождается развитием резистентности организма человека к гипоксии и повышает уровень физической работоспособности. Таким образом, пребывание на высоте 2000-3500 м над уровнем моря сопровождается адаптационными изменениями организма человека к гипоксической гипоксии. При этом период острой адаптации продолжается в течение 5-12 дней. Высокий уровень физической подготовленности не является профилактикой возникновения острой горной болезни. Гипоксия, нарастающая параллельно подъему на высоту, приводит к снижению физической работоспособности. Для стойкой адаптации к определенной высоте необходим достаточно длительный период времени (не менее трех недель).

About the authors

V. O Samoilov

A. L Maksimov

N. N Timofeev

N. S Borisenko

V. N Golubev

Email: gol.kor@mail.ru

Yu. N Korolev

References

Supplementary files