СПОРТИВНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. Спортивная физиология спортивная физиология

• Название: Спортивная физиология спортивная физиология
• Анкор: СПОРТИВНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ.doc
• Дата: 22.02.2018
• Размер: 1.7 Mb.
• Имя файла: СПОРТИВНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ.doc
• Тип: Документы; #15813
• страница: 10 из 19

Раздел третий Спортивная работоспособность. В особых условиях внешней среды

Глава VI

Влияние температуры и влажности воздуха на спортивную работоспособность

Во время напряженной и продолжительной спортивной нагрузки (например, марафонского бега) теплопродукция в работающих мышцах в 15—20 раз превышает теплопродукцию основного обме­на. Практически все образующееся в мышцах тепло передается в кровь и переносится с нею в ядро тела, повышая его температуру до 39—40° и даже более (рабочая гипертермия). Терморегуляция организма направлена в таких случаях на усиление теплоотдачи — передачу избытка тепла поверхности тела путем усиления крово­обращения в сети кожных сосудов, откуда тепло отдается в окру­жающую среду (главным образом за счет испарения пота).

Повышенные температура и влажность окружающего воз­духа серьезно затрудняют теп­лоотдачу, создавая риск пе­регревания тела. Чем выше внешняя температура, тем боль­ше подъем температуры тела. В жаркий и влаж­ный день температура тела у марафонца может достигать 41°. Усиленное испарение пота вызывает нарушение водного баланса тела — дегидратацию. Большую нагрузку испытывает сердечно-сосудистая система. Поэтому в таких условиях сни­жается спортивная работоспо­собность и возникает угроза перегрева организма — теплового удара.

Снижение спортивной работоспособности при повышенных температуре и влажности воздуха определяют три основных фак­тора: 1) перегревание тела, 2) быстрая дегидратация и 3) снижение кислородтранспортных возможностей сердечно-сосудистой системы.

VI.1. Физические механизмы теплоотдачи в условиях повышенных температуры и влажности воздуха

Значение разных путей отдачи телом тепла в окружающую среду неодинаково в условиях покоя и при мышечной деятельно­сти и меняется в зависимости от физических факторов внешней среды.

В условиях покоя с повышением внешней температуры сверх комфортной (около 18°С) усиливается теплопроведение с кон­векцией. Только когда температура воздуха превышает 30°, т.е. приближается к температуре кожи, начинает усиливаться тепло­отдача путем испарения пота. В жаркий день потери тепла прове­дением с конвекцией минимальны, так как мала разность темпера­тур между окружающим воздухом и кожей. Когда внешняя темпе­ратура превышает температуру поверхности тела (около 33°), на­правление теплообмена меняется на противоположное, и поверх­ностные ткани тела получают тепло из окружающей среды. Солнеч­ная радиация создает дополнительные термические нагрузки на организм.

В условиях работы основным путем отдачи тепла явля­ется испарение пота с поверхности кожи. По мере повышения внешней температуры роль этого механизма нарастает. Скорость испарения пота определяется скоростью потообразования и неко­торыми физическими характеристиками окружающей среды, среди которых наиболее существенна относительная влажность воздуха. Скорость испарения пота зависит от разности между влажностью кожи (Р_к) и влажностью атмосферного воздуха (Р_а). Увеличение скорости Потообразования вызывает повышение Р_к и таким образом ускоряет испарение пота при данных внешних условиях. При вы­сокой влажности воздуха градиент влажности между кожей и воз­духом (Р_к—Р_а) уменьшается и испарение пота замедляется. Когда давление водяных паров в окружающем воздухе превышает 40 мм рт. ст., испарение пота с поверхности кожи равно нулю. Поэтому даже при очень высокой температуре воздуха, но при относительно небольшой его влажности спортсмен не испытывает таких трудностей, как при низкой температуре воздуха и высокой влажности. Около 5% теплоотдачи при субмаксимальных аэробных нагрузках происходит за счет испарения воды с воздухоносных пу­тей. При повышении влажности окружающего воздуха этот меха­низм теплоотдачи также ослабевает.

Таким образом, повышенная температура окружающей среды уменьшает температурный градиент между воздухом и кожей, а также между кожей и ядром тела, создавая затруднения для теп­лоотдачи. Эти затруднения тем больше, чем ближе внешняя темпе­ратура к температуре кожи. Аналогичным образом повышенная влажность окружающего воздуха создает барьер для потери тепла путем испарения. Одновременное повышение температуры и влаж­ности воздуха может приводить к чрезмерному повышению темпе­ратуры тела при напряженной и продолжительной спортивной деятельности.

VI.2. Физиологические механизмы усиления теплоотдачи в условиях повышенных температуры и влажности воздуха

В условиях повышения температуры и влажности воздуха уси­ление теплоотдачи осуществляется двумя основными физиологиче­скими механизмами: 1) усилением кожного кровотока, что увели­чивает перенос тепла от ядра к поверхности тела и обеспечивает снабжение потовых желез водой, и 2) усилением потообразования.

VI.2.1. Кожный кровоток и температура кожи

Кожный кровоток у взрослого человека при комфортных условиях внешней среды составляет в покое около 0,16 л/м /мин, во время работы — до 1 л/м²/мин, а при очень высокой внешней температуре может достигать 2,6 л/м²/мин. Это означает,, что в очень жарких условиях до 20% сердечного выброса может направ­ляться в кожную сосудистую сеть для предотвращения перегрева­ния тела. В комфортных условиях при такой же работе эта доля сердечного выброса достигает лишь 5%. Мощность нагрузки практически не влияет на температуру кожи. Средняя температура кожи при работе на велоэргометре (в помещении) есть линейная функция внешней температуры (в пределах от 5 до 35°).

Температура кожи линейно связана с величиной кожно­го кровотока. Усиленный кровоток в коже повышает ее температу­ру, и если температура окружающей среды ниже, чем температура кожи, то повышаются потери тепла проведением с конвекцией и радиацией. Повышение, кожной температуры уменьшает также влияние внешней радиации на тело.

Движение воздуха усиливает отдачу тепла конвекцией и испаре­нием. В результате средняя кожная температура снижается и, таким образом, увеличиваются температурные градиенты «ядро— кожа» и «кожа — окружающая среда», что еще более облегчает условия для теплопотерь конвекцией и радиацией. При высокой температуре воздуха его дополнительное движение делает рабо­чую гипертермию умеренной. Благодаря усиленной конвекции воз­духа при езде на велосипеде средняя температура кожи значитель­но ниже, а теплоотдача выше, чем при беге. Скорость потообразования и потоотделения зависит от целого ряда факторов. Главными из них являются скорость, энергопродук­ции и физические условия окружающей среды (температура и влажность воздуха). Если одна и та же физическая нагрузка вы­полняется при разных внешних температурах (не считая очень высоких и очень низких), внут­ренняя температура тела ос­тается одинаковой, а скорость потоотделения возрастает как линейная функция средней тем­пературы кожи. На­оборот, при постоянной внеш­ней температуре средняя тем­пература кожи постоянна, а скорость потоотделения линей­но связана с внутренней тем­пературой тела, которая, в свою очередь, есть функция мощности нагрузки. Следова­тельно, чем больше мощность выполняемой работы, тем выше скорость потоотделения при той же средней температуре кожи. Таким образом, скорость потоотделения зависит как от температуры ядра тела, так и от температуры его оболочки.

Высокая влажность воздуха даже при относительно невы­сокой его температуре затруд­няет испарение пота: усили­вается потообразование без эффективного потоиспарения. В условиях покоя при темпе­ратуре воздуха 43° секреция пота увеличивается более чем в 3 раза, если относительная влажность воздуха повышает­ся с 30 до 84%. Во время нетяжелой работы повышение влажности воздуха с 30 до 57% почти удваивают скорость потообразования.

При интенсивной спортив­ной деятельности скорость по­тоотделения очень большая. Например, во время марафон­ского бега при небольшой от­носительной влажности воздуха скорость потоотделения у трени­рованного спортсмена достигает 20—25 мл/мин (1200—1.500 мл/ч). При прочих равных условиях увеличение скорости движения воз­духа ускоряет процесс потоиспарения. При повышенной влажности воздуха в безветренную погоду испарение пота замед­ляется, скорость потообразования падает, что приводит к допол­нительному повышению температуры тела.

По мере пребывания в жарких условиях происходит постепенное снижение скорости («утомление») потообразования. Это наблюдается даже в тех случаях, когда потери воды с потом полностью возмещаются выпитой водой. Снижение ско­рости потообразования более выражено в условиях повышенной влажности воздуха, чем при жарком сухом воздухе. Природа такого, «утомления» процесса потообразова­ния пока не выяснена. Если у человека после повторного пребывания в сауне (сухой жаркий воздух) происходит «утомление» потообразования, то мышечная работа еще способна вызвать у него достаточно интенсивное потоотделение. Высушивание кожи периодическим се вытиранием или .за счет увеличения ско­рости движения воздуха ускоряет в этих условиях процесс потоотделения.

Следует отметить, что при одинаковых физических нагрузках и внешней температуре потоотделение у женщин меньше, чем у мужчин.

VI.2.3. Водно-солевой баланс

Одним из самых тяжелых последствий усиленного потоотделе­ния во время мышечной работы, выполняемой в условиях повышен­ных температуры и влажности воздуха, является нарушение водно-солевого баланса организма. Оно заключается в быстрой потере воды телом, т. е. в развитии острой дегидратации (обезво­живания), а также в изменении содержания в водных простран­ствах тела ряда электролитов (солей).

Дегидратация может быть вызвана разными причинами: пре­быванием в условиях повышенной температуры внешней среды (термическая дегидратация), продолжительной и интенсив­ной мышечной работой (рабочая дегидратация) и комбинацией этих двух условий, т. е. интенсивной мышечной работой при повы­шенной температуре (терморабочая дегидратация). Разные формы дегидратации вызывают неодинаковые изменения в функ­циях разных тканей и систем организма.

При рабочей дегидратации особенно заметно снижение физической работоспособности. Значительная рабочая дегидратация развивается лишь при длительных (более 30 мин) и достаточно интенсивных упражнениях (субмаксимальной аэробной мощности), особенно если они выполняются в условиях повышенных температуры и влажности воздуха. При тяжелой, но кратковременной работе даже в условиях повышенных температуры и влажности воздуха сколько-нибудь значительная дегидратация не успевает развиться. Поддержание температуры тела в допустимых пределах для организма важнее, чем сохранение воды. При продолжительной тяжелой работе, сопровождающейся сильным потоотделением, может возникать большой дефицит воды в теле. Например, мара­фонцы могут терять во время соревнований в жарких условиях до 6 л воды с потом. Даже при некотором восполнении потерь воды приемом жидкостей па дистанции вес тела у марафонцев снижается в среднем на 5%, а в предельных случаях — на 8% с потерей 13—14% общего количества воды. Общие потери воды в резуль-тате мышечной работы можно легко оценить, сравнив вес тела до и после работы (с учетом выпитой в этот промежуток воды).

Человек, потерявший большое количество воды, неустойчив к жаре, его работоспособность снижается. Даже уменьшение веса тела на 1—2% из-за потери воды снижает физическую работоспо­собность, особенно у нетренированного человека. В условиях де­гидратации организм хуже регулирует температуру тела, так что при одинаковой нагрузке температура тела у обез­воженных людей (потеря 3—4% веса тела) выше, чем у нормаль­но гидратированных. Чем выше степень дегидратации, тем больше температура тела во время работы. При дегидратации с потерей 3% веса тела уменьшается активность потовых желез.

Одним из наиболее важных отрицательных последствий де­гидратации является уменьшение объема плазмы крови. При рабочей дегидратации с потерей 4% веса тела объем плазмы уменьшается на 16—18%. Соответственно уменьшается объем циркулирующей крови, что приводит к снижению венозного возврата и как следствие — к падению систолического объема. Для компенсации последнего повышается ЧСС.

Другим следствием уменьшения объема плазмы крови является гемоконцентрация с повышением показателя гематокрита и вязкости крови, что увели­чивает нагрузку на сердце и может снижать его производи­тельность.

Одним из тяжелых послед­ствий большой потери воды те­лом является уменьшение объема межклеточной (тканевой) и внутри­клеточной жидкостей. В клетках с пониженным со­держанием воды и измененным равновесием электролитов на­рушается нормальная жизне­деятельность. Это, в частности, относится к скелетным и сер­дечной мышцам, сократитель­ная способность которых в условиях дегидратации может значительно снижаться.

Физиологические механиз­мы, контролирующие поддержание нормального водно-солевого баланса во всем теле и его водных пространствах, многообразны. Уменьшение содержания воды в плазме повышает в ней концентра­цию электролитов и других веществ, что ведет к повышению осмотического давления плазмы. В процессе работы осмолярность плазмы крови непрерывно повышается также вследствие выхода в кровь низкомолекулярных метаболических продуктов и ионов калия из активных мышечных клеток. В результате часть жидкости перемещается из межклеточных (тканевых) пространств в сосуды, восполняя илазмопотери. Благодаря этому удается вос­станавливать объем плазмы и поддерживать его на относительно постоянном уровне после периода снижения в начале работы. По мере развития термической дегидратации (в отличие от рабочей) объем плазмы непрерывно уменьшается.

При высокой внешней температуре в результате усиления кожного кровотока происходит интенсивная фильтрация жидкости из кожных капилляров во внесосудистые (тканевые) пространства кожи. Это ведет к интенсивному вымыванию белка, которого в этих пространствах относительно много, в лимфоток и оттуда в крове­носную систему. Переход белка в кровь увеличивает ее онкотическое давление, что вызывает усиление адсорбции воды в крове­носные капилляры из межклеточных (внесосудистых) водных пространств, помогая таким образом поддерживать объем цирку­лирующей плазмы (крови). Вымывание белка из кожных тканевых пространств в кровь автоматически компенсирует усиленную потерю воды плазмой крови, вызванную интенсивным потоиспарением.

Во время выполнения мышечной работы уменьшается почечный кровоток, причем тем больше, чем выше интен­сивность работы и в некоторых пределах чем выше темпе­ратура и влажность воздуха. Параллельно, хотя и в меньшей степени, падает скорость фильтрации воды в почечных клубочках, т. е. снижается скорость образования мочи. Уменьшение почечного кровотока и скорости мочеобразования при работе в жарких условиях усиливает задержку воды почками (антидиурез). Одним из механизмов такой задержки является повышенное вы­деление из гипофиза антидиуретического гормона (АДГ) в ответ на снижение объема плазмы (дегидратацию) и увеличение ее осмо-лярности.

Важным дополнительным источником потоотделения во время мышечной работы служит вода, связанная с гликогеном — «эндо­генная» вода, которая освобождается при расщеплении гликогена с каждым граммом гликогена связано 2,7 г воды. Таким образом, гликогенолиз является не только источником энергии для сокра­щающихся мышц, но и дополнительным источником воды для ра­ботающего организма.

Главную роль в восполнении потерь воды в результате усилен­ного потоотделения при продолжительной напряженной мышечной работе (особенно в жарких условиях) играет прием жидкостей— питье воды или водных растворов во время и после работы.

При потере воды с потом организм теряет и некоторые мине­ральные вещества (соли). По сравнению с другими жид­костями пот является сильно разбавленным водным раствором. Концентрация в нем ионов натрия и хлора составляет примерно 1/3 их концентрации в плазме и 1/5 в мышцах. Таким образом, пот — это гипотонический раствор по сравнению с плазмой крови. Ионная концентрация йота сильно варьирует у разных людей и очень за­висит от скорости потоотделения и состояния тепловой акклима­тизации.

С увеличением скорости потообразования концентрация ионов натрия и хлора в ноте увеличивается, концентрация ионов каль­ция уменьшается, а ионов калия и магния не изменяется. Следо­вательно, при длительной напряженной работе (например, во время марафонского бега) спортсмен теряет с потом главным образом ионы натрия и хлора, т. 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). Поэтому при общем сни­жении содержания электролитов их концентрация в жидкостях тела повышается. 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 мочой. Важную роль в этом процессе играет повышение активности ренина и концентрации альдостерона в плазме крови. 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 протеинурия).