Оксигенотерапия. Кислородо-терапия для восстановления.

  

Проблема гипоксии сегодня очень актуальна. Патологические сдвиги, возникающие в организме во время кислородного голодания, сложны и многообразны.
Патологическая картина гипоксии определяется множеством причин: продолжительностью кислородной недостаточности, условиями внешней среды, характером тренировок, функциональным состоянием спортсмена, индивидуальной чувствительностью спортсмена к дефициту 0₂, особенностями метаболических процессов, присущими отдельным органам и тканям, другим системам.

Гипоксемия, гипоксия приводят к существенным изменениям обменных процессов. Биохимические изменения влекут за собой существенные гемодинамические нарушения, патологические сдвиги в системе микроциркуляции и т.д.

Отмечено, что при гипоксии и переутомлении нарушается мобилизация гликогена, что, по-видимому, обусловлено падением запасов катехоламинов в миокарде и снижением адренореактивности сердца.

Нарушение ионной проводимости обусловлено изменениями тканевого обмена при гипоксии и является причиной возникновения боли, характерной для «болезненного плеча», плече лопаточного периартрита и других заболеваний.

Отмечено, что признаками гипоксии миокарда, по данным ЭКГ, являются смещение сегмента S—T, уплощение зубца Т, учащение ритма сердца и др. Гипоксия создает благоприятные условия для развития аритмий или для усиления уже имеющихся.

Кислородное голодание (гипоксия) увеличивает сосудистую проницаемость, вызывает набухание соединительной ткани, растворение коллагеновых волокон, клеточную пролиферацию, дегенеративные изменения и некрозы стенок сосудов (Н.Н. Сиротинин, 1963, и др.). Местная гипоксия ведет к повышенному выведению воды и белков из крови через сосудистую стенку, что, в свою очередь, ограничивает диффузию кислорода в ткани. При дефиците кислорода нарушается кислотно-щелочной баланс и в организме появляется избыток молочной кислоты.
 Существует множество методов введения кислорода с лечебной целью. Кислород вводят подкожно, периартикулярно и в полость сустава. Оксигенотерапия не вызывает повреждения тканей, активизирует кровообращение, усиливает репаративную регенерацию, способствует эффективному рассасыванию кровоизлияний, гематом, нормализации окислительного метаболизма, тем самым улучшается трофика тканей.

Скорость снабжения ткани кислородом зависит от объема крови, омывающей ткани, а этот объем, в свою очередь, зависит от скорости кровотока. Несоответствие количества кислорода метаболическим потребностям мышц, возникающее при действии различных факторов (многократное увеличение потребности мышечной ткани в кислороде при напряженной мышечной деятельности, снижение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, респираторное и циркуляторное нарушения, изменения дыхательной функции крови и др.), приводит к изменениям кислородных режимов мышечной ткани, к развитию тканевой гипоксия.

Гипоксия является важным патогенетическим звеном нарушений энергетического обмена в мышечной ткани не только при напряженной мышечной деятельности, но и в условиях покоя: в высокогорье, при действии факторов авиакосмического полета, при гипербарии, гипотермии, гипокинезии. При клинических нарушениях периферического кровообращения, мышечных дистрофиях различного генеза гипоксия мышц лимитируется функционированием кислородозависимых метаболических систем мышечной ткани даже в условиях покоя.
Картина распределения кислорода в скелетных мышцах весьма динамична: наряду с участками с высокими значениями р0₂выявляются участки со сниженными значениями р0₂, последние нестабильны. Реакция здоровых и патологически измененных тканей и органов различна и зависит от исходного состояния гемодинамики.

Для разработки методов профилактики и лечения травм и заболеваний ОДА большое значение имеет вторичная тканевая гипоксия, которая развивается в результате выраженного несоответствия между объемом доставки кислорода и потребностью в нем тканей. Частный случай вторичной тканевой гипоксии — локальная тканевая гипоксия, возникающая в результате нарушения микроциркуляции крови, патологических изменений сосудистой стенки, клеточных мембран и др.
В связи с этим становится очевидной необходимость использования оксигенотерапии после значительных физических нагрузок, при травмах и заболеваниях опорно-двигательного аппарата.
Приведенные данные показывают, что оксигенотерапия при травмах и заболеваниях могла бы явиться адекватным патогенетическим методом лечения, так как в условиях нарушения микроциркуляции это может обеспечить нормальное кислородное питание тканей.
Ингаляционный метод введения кислорода в организм наиболее удобен в условиях учебно-тренировочных сборов. Для этого используют кислородные баллоны емкостью 1—2 л с редуктором, регулирующим подачу кислорода. Кислород необходимо увлажнять через банку Боброва, наполненную на 2/3 водой, вдыхать его через маску или катетер. Маска плотно накладывается на рот и нос и удерживается резиновыми лямками.

Кислород подается со скоростью 5—6 л/мин. Длительность вдыхания — 3~5 мин (при острой травме в первые трое суток ингаляцию проводят многократно в течение дня). Этот способ можно многократно использовать в первые дни послеслучившейся травмы (заболевания). 

Кислород можно также вводить через носовые катетеры (при помощи У-образного тройника). Два катетера вводят через нижние носовые ходы непосредственно в носоглотку. Вдох спортсмен должен совершать активно через нос.

Применение катетеров для оксигенотерапии исключается при воспалительных заболеваниях слизистой носа и горла, нарушениях носового дыхания, при резко повышенных рефлексах слизистой верхних дыхательных путей.

Более эффективное использование кислорода, подаваемого из баллона, достигается путем применения специальных масок с вдыхательным и выдыхательным клапанами. При введении чистого кислорода с помощью маски уровень оксигемоглобина в артериальной крови быстро и значительно повышается.

Сеансы оксигенотерапии сочетают с сегментарным массажем, который целесообразно проводить до оксигенотерапии. Такая тактика обеспечивает увеличение микроциркуляции и усвоение большего количества вдыхаемого кислорода.

Один грамм гемоглобина связывает 1,33 мл кислорода. Следовательно, 100 мл крови, содержащие 15 г гемоглобина (если кровь полностью насыщена), приносят 20 мл кислорода или 19,4 мл, если она насыщена только на 97%.

При вдыхании чистого кислорода при нормальном атмосферном давлении, то есть когда парциальное давление его в альвеолярном воздухе будет 673 мм рт. ст., гемоглобин крови полностью насыщен кислородом, а в плазме количество растворенного кислорода увеличивается до 2,02 об%, т.е. в 100 мл крови будет содержаться 2,02 мл физически растворенного кислорода. При этом парциальное давление кислорода в крови увеличивается в 1,5 раза.

В атмосферном воздухе парциальное давление кислорода — р0₂ — составляет 159 мм рт. ст. Даже у здоровых людей парциальное давление кислорода в артериальной крови не будет таким, как в альвеолярном воздухе, так как в капиллярах легких к капиллярной крови всегда примешивается некоторое количество венозной. В обычных условиях венозная кровь попадает в артериальное русло через так называемые тебезиевы вены, а так же из бронхиальных и плевральных вен, но количество ее не слишком велико.

В патологических условиях может быть значительно увеличено попадание венозной крови в артериальную. Это происходит не только при врожденных пороках сердечно-сосудистойсисте мы, но также при неравномерной вентиляции и нарушениях диффузной способности легких, изменении кровотока и т.д.

Сегодня совершенно неоспорим факт прямой зависимости выраженности трофических и дегенеративных изменений тканевых структур ОДА от длительности гипоксии. Отсюда следует логический вывод о целесообразности применения ингаляционной оксигенотерапии при травмах и заболеваниях ОДА, в патогенезе которых значительное место занимает хроническая гипоксия тканей.

Энтеральный метод введения кислорода. Напряженная мышечная деятельность характеризуется кислородной недостаточностью (гипоксемией), накоплением в мышцах недоокисленных продуктов, что отрицательно влияет на функциональное состояние печени, сердечно-сосудистой системы, мышц, ЦНС.

Местная гипоксия ведет к повышенному выведению воды и белков из крови через сосудистую стенку, что в свою очередь ограничивает диффузию кислорода в ткани. При дефиците кислорода нарушается кислотно-щелочной баланс и в организме появляется избыток молочной кислоты.
Для спортсменов предложен энтеральный метод введения в желудок кислородной пены. Простота и доступность данного метода создают предпосылки для более полного и эффективного использования обогащенного кислородом напитка для стимуляции регенеративных процессов при травмах и заболеваниях, а также для восстановления спортивной работоспособности.
Кислородный коктейль — это напиток, обогащенный кисло родом. Его готовят по следующему рецепту: к литру кипяченой остуженной воды добавляют черносмородиновый, вишневый или малиновый сироп или сироп шиповника с витамином С (70—100 мл) и один яичный белок. Через напиток с помощью распылителя пропускают кислород, в результате чего образуется пена — масса стойких пузырьков, наполненных кислородом. Спортсмен съедает стакан или два такой пены, в которой содержится примерно 150—400 мл кислорода.

Кислородный коктейль применяется после тренировок, при травмах и заболеваниях, для нормализации сна и с профилактической целью 2—3 раза в день после массажа.
Для приготовления кислородного коктейля можно рекомендовать простой и удобный аппарат

Энтеральная оксигенотерапия является одним из биологических методов и в настоящее время широко применяется в клинических условиях для восстановления спортивной работоспособности.
Под влиянием массажа и оксигенотерапии происходит четкая нормализация многих показателей жизнедеятельности организма. Так, благодаря массажу ускоряется микроциркуляция (мышечный кровоток) в травмированных участках тканей, чтоприводит к увеличению их насыщения кислородом. Кроме того, кислород через систему центральных и периферических механизмов нейрогуморальной регуляции оказывает влияние на метаболическую активность клеток разных органов, происходит устранение метаболического ацидоза в крови, нормализация содержания биологически активных веществ — гистамина и других аминов.

Оксигенотерапия способствует уменьшению отека тканей, активации трофических и регенеративных процессов в мышцах кожи, костях и др., усилению регенеративных изменений в периферических нервах, уменьшению коллагенизации тканей.

Под влиянием оксигенотерапии увеличивается насыщенность артериальной крови кислородом, уменьшается частота дыхания, количество недоокисленных продуктов обмена (лактат, мочевина и др.). Отмечено, что оксигенация артериальной крови здорового человека в нормальных условиях зависит от объема и распределения легочного кровотока (В.И. Дубровский, 1973, 1990, 1993; С. Dolleryet al., 1960; J.В. West, 1977, и др.).

Эффект от вдыхания кислорода объясняется не только ликвидацией гипоксии, но и непосредственным влиянием на окислительно-обменные процессы, на интенсивность метаболических процессов.

При травмах характерно наличие гипоксии на тканевом уровне в связи с резко уменьшенной перфузией, что связано с уменьшением скорости и объема кровотока, недостаточной вазомоторной деятельностью на периферии, комбинацией этих моментов. В связи с этим уменьшается подача кислорода тканям и нарушается обмен веществ в клетках (тканях). По данным реографии отмечено снижение реографического индекса (РИ) после травмы на обеих конечностях, а после проведенного массажа и 0₂, — его восстановление.

Исследования подтвердили функциональный характер перечисленных сосудистых изменений на поврежденной и интактной конечности (В.И. Дубровский, 1980, 1982). Изменения регионарного кровообращения при травмах связаны с сопутствующими травме изменениями мышечного тонуса.
При травмах локтевого сустава, по данным капилляроскопии, отмечается бледность и мутность капилляроскопического фона, сглаженность рельефа сосочкового слоя. Значительно (по сравнению с интактной конечностью) уменьшается число функционирующих капилляров, кровоток резко замедляется, вплоть до развития стаза, что свидетельствует о развитии спазма в микроциркулярном русле дистальнее места травмы. Этот факт подтверждается радиоизотопным методом (Хе¹³). Через 5—10 мин после проведенного сегментарно-рефлекторного массажа эти явления исчезали. Повышается также кожная температура.

Применение оксигенотерапии и массажа в ранние сроки при травмах и заболеваниях опорно-двигательного аппарата улучшает течение репаративных процессов, позволяет раньше начать тренировочные занятия.

При ингаляционном методе введения повышенных концентраций кислорода, по мнению В.И. Дубровского (1973, 1980, 1992), терапевтический эффект определяется не только заместительным и нервно-рефлекторным влиянием кислорода, но и местным действием на легочную ткань. Последнее связано с усилением диффузии его в тканевую жидкость, омывающую клетки легочной ткани, и с активизацией в этих клетках окислительно-восстановительных процессов.

Оксигенотерапия повышает парциальное напряжение кислорода в артериальной крови, способствует активизации тканевых ферментов и в конечном счете уменьшает или ликвидирует гипоксия.

Оксигенотерапия оказывает нормализующее влияние на легочный газообмен, сократительную активность дыхательной мускулатуры грудной клетки и диафрагмы. Под влиянием сеансов кислородного лечения улучшаются качество и уровень тканевого дыхания в основном за счет нормализации активности клеточных дыхательных ферментов, а также более полного внутриклеточного окисления.

Под влиянием оксигенотерапии улучшается капилляроскопическая картина. Фон становится розовым, увеличивается число функционирующих капилляров, усиливается кровоток в них и т.д. Эти сдвиги способствуют улучшению тканевого дыхания и метаболизма, тем более, что одновременно в ходе сеанса оксигенотерапии повышается парциальное напряжение кислорода в артериальной крови. Оксигенотерапия положительно влияет и на функцию дыхательной мускулатуры: улучшаются бронхиальная проходимость и сила дыхательных мышц (по данным пневмотометрии).

Под влиянием оксигенотерапии нормализуется сон, который становится более глубоким и продолжительным, уменьшается период засыпания и двигательной активности (по данным актографии). На основании этих данных можно считать, что оксигенотерапия путем усиления охранительного торможения улучшает функциональное состояние ЦНС.

Гипербарическая оксигенация (ГБО) — лечение кислородом под повышенным давлением — один из видов общей баротерапии. При многих заболеваниях и патологических состояниях кислородное голодание невозможно ликвидировать путем вдыхания кислорода под обычным атмосферным давлением. Связано это с ограниченной возможностью гемоглобина химически

связывать атомы кислорода, а его растворимость в плазме крови при обычном атмосферном давлении невелика. При вдыхании 0₂ под давлением 2—3 атм парциальное давление его в легких резко увеличивается, и, согласно закону Генри, значительно возрастает растворимость кислорода в плазме крови, что усиливает снабжение тканей организма кислородом. Такой метод общей баротерапии получил название «гипербарической оксигенации». Для этой цели применяют специальные герметичные камеры, к которым присоединены насосы и компрессоры, нагнетающие воздух и 0₂.

Применение ГБО основано на простом расчете: при обычном атмосферном давлении и дыхании 100%-м кислородом в плазме растворяется 2,3 мл кислорода на 100 мл крови, а при давлении в 3 атм — 6,9 мл. Этого достаточно, чтобы удовлетворить все потребности организма, не расходуя кислород, соединенный с гемоглобином, количество которого мало зависит от давления и концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе.

Более того, при давлении в 3 атм в 100 мл воды растворяется 7 мл кислорода. В теле человека средней комплекции содержится около 50 л воды, значит, кислородная емкость тела составляет около 3,5 л.

Показания к баротерапии устанавливает врач, он же определяет режим гипербарической оксигенации в каждом конкретном случае. Применяют барокамеры «Ока-М», «БЛКС-3», «Иртыш», «Vikkers» (Великобритания), «Drager» (Германия), специальные детские барокамеры «Мана-2» и «КБ-03» и др.

В спорте высших достижений ГБО применяют для восстановления спортивной работоспособности, особенно если имеет место невроз (переутомление, перетренированность) с изменениями на ЭКГ, повышенным содержанием лактата, мочевины и других метаболитов в крови, т.е. когда имеет место метаболический ацидоз и др. Если спортсмен чувствует себя хорошо, нет изменений на ЭКГ и биохимические показатели в пределах нормы, то баротерапия не показана, чтобы не вызвать излишнюю возбудимость, беспокойство и другие симптомы.

Методика применения баротерапии у высококвалифицированных спортсменов. Проводится сухой массаж (без талька и мазей) для улучшения микроциркуляции (мышечного крово- и лимфотока), затем спортсмена помещают в барокамеру на 15—35 мин. Режим гипербарической оксигенации: рабочее давление в диапазоне 1216—1621 гПа (1,2—1,6 атм). Курс 8—10 сеансов. ГБО проводится, как правило, за несколько дней до соревнований.

Методы улучшения процесса доставки кислорода

  

Доставка кислорода к работающим мышцам является наиболее важным компонентом в упражнениях аэробного характера и, таким образом, транспортировка кислорода является основным лимитирующим фактором для видов спорта, связанных с проявлением выносливости. Специалисты, связанные со спортом, изыскивают разнообразные способы улучшения транспортировки кислорода с тем, чтобы улучшить спортивные достижения. Некоторые из них, такие как горная подготовка или иные условия, связанные с гипоксией этически вполне приемлемы. Другие же, связанные с медицинскими клиническими манипуляциями, являются запрещенными в спортивной практике. В данной статье Председатель медицинской и анти-допинговой комиссии ИААФ обсуждает разнообразные методы увеличения кислородного обеспечения работающих мышц, применяемые в практике или находящиеся в стадии разработки. Он  анализирует развитие этих методов в спортивной практике, а также информирует о возможном риске при применении запрещенных субстанций и способов обнаружения их в организме спортсмена. В заключение J.M.Alonso выражает удовлетворение практикой  мероприятий, проводимых в системе антидопинга. 

Доктор Juan Manuel Alonso родился в 1962 году в Мадриде Испания. Он получил образование в Университете Мадрида по специальности «Спортивная медицина». С 1988 года он сотрудничает с испанской федерацией легкой атлетики (RFEA), а  c 1996 года возглавляет медицинский отдел федерации. В 2003 году доктор J.M.Alonso назначен председателем Медицинской и Антидопинговой комиссии ИААФ. 

Введение 

Доставка кислорода к работающим мышцам является наиболее важным фактором обеспечения работоспособности в упражнениях, связанных с проявлением максимальной и субмаксимальной мощности. Транспортировку кислорода к  работающим мышцам обеспечивает система кровеносных сосудов. Кислород доставляется посредством диффузии в плазме крови (3%) и в соединении  с гемоглобином Hb (97%).

Увеличение насыщения крови кислородом возможно следующими путями: повышение концентрации Hb или увеличения емкости Hb, используя стимулирующие эффекты, а также применяя возможные заменители Hb. Применяя вышеназванные способы, снабжение кислородом улучшается и мышцы работают более продуктивно, позволяя достигать лучших результатов. 
Внимание спортсменов, тренеров и специалистов спорта сосредоточено на способах улучшения качества выносливости при изменении содержания кислорода в транспортируемой крови. Некоторые из таких методов приемлемы, другие же являются запрещенными в легкой атлетике и других видах спорта. Автор данной статье поддерживает современные правила анти-допинга и осуждает  искусственные запрещенные методы повышения работоспособности спортсменов.
Целью представленного исследования является анализ методов и препаратов, повышающих содержание кислорода в крови. Автор описывает развитие взглядов на данную проблему, эффективность применяемых средств и возможность риска при их применении и выражает надежду, что данная информация будет способствовать усилению борьбы с допингом. 

Прямое воздействие гемоглобина (Hb) 

Улучшение кислородного обеспечения непосредственным воздействием на Hb для увеличения количества красных кровяных телец (RBC)  или модифицируя возможности Hb для повышения объема связываемого кислорода. 

1.1 Трансфузия крови 

Идея использования метода трансфузии крови возникла в 1970 годах. Использование «кровяного допинга»  в беге на длинные дистанции, велогонках, лыжном спорте и биатлоне началось с Олимпийских игр 1972 года. В 1976 году  медицинская комиссия Олимпийского комитета формально осудила применение этого метода, но практика его использования продолжалась. Только после откровения сделанного Олимпийским комитетом США  в том, что семь членов команды США в 1984 использовали «кровяной допинг» этот метод был запрещен.

«Кровяной допинг» введен в список запрещенных манипуляций с любым видом крови как собственной, так и посторонней, а также с препаратами, содержащими эритроциты, плазму крови или иные ингредиенты.

В случае аутогемотрансфузии несколько порций крови  (обычно ~450мл) забирается из вены спортсмена. Затем эритроциты разделяются и сохраняются для последующего введения в организм  атлета. При температуре 4 град С эритроциты могут сохраняться в течение 35-42 дней. При температуре -65град С в глицерине они могут сохраняться до 10 лет. Если сохранение забранной крови производится при температуре 4 град С, то максимальное ее сохранение не более 42 дней и в этот срок необходимо ее использовать для обратной инъекции. Однако в течение этого срока костный мозг полностью не успевает восстановить весь дефицит потерянных эритроцитов, поэтому такой способ сохранения крови атлета не является оптимальным. Другой же способ конечно намного эффективнее, но требует специального оборудования и более дорог.

Обычно введение забранной предварительно крови производится от 1 до 7 дней до основного соревнования.

Считается, что метод аутогетрансфузии не является в полной мере безопасным, возможные ошибки при хранении могут привести к серьезным нарушениям здоровья атлета. Спортсмены также подвергаются риску внесения бактериальной инфекции в процессе медицинских манипуляций.
В случае простого дополнительного переливания крови спортсмены должны искать специальные центры или банки сохранения крови, которые могут представить им кровь, сохраняемую в течение не более 42 дней. Зачастую в некоторых странах получение крови является проблемой, т.к. она предпочтительно предоставляется соответствующим больным.

Существует также определенный риск заражения гепатитом В или С, а также ВИЧ инфекцией. Возможны также побочные явления, связанные с медицинскими манипуляциями – это повышение температуры и различные болевые ощущения. 

В настоящее время намечен определенный прогресс в определении применения «кровяного допинга». Обнадеживающие результаты получены в использовании цитометрического метода, основанного на определении антител в результате появления различных групп эритроцитов. Однако определение аутогемотранфузии не является достаточно разработанным методом и требует дополнительных исследований.

В элитном спорте впервые на Олимпийских играх 2002 года использовался метод аутогемотрансфузии с использованием рекомбинантного эритропотеина (rHuEPO). 

1.2 Внешние факторы, способствующие более эффективному производству компонентов крови 

Естественным  стимулятором роста предшественников  клеток крови в костном мозге является ЭРО (эритропоэтин – гормон, регулирующий кроветворение), который связан с явлением гипоксии. Существуют несколько способов стимулировать производство ЭРО. Повышение количества эритроцитов достигается введением rHuEPO или однотипных продуктов, таких как капсулированного ЭРО или его имитаций, которые могут быть приобретены в медицинских магазинах. 

1.2.1 Высокогорье и иные гипоксические воздействия 

Известно, что гипоксия стимулирует эритропоэз, увеличивая, таким образом, массу Hb и количество красных кровяных телец и снижая общую величину плазмы крови. Начиная с 1968 года, когда Олимпийские игры проводились в Мексике, значительное количество исследований было проведено с целью определения воздействия нахождения в высокогорье на эффективность результатов, связанных с аэробной производительностью. Однако к настоящему времени все еще нет единого мнения по методологии подготовки с использованием высокогорья. 

Levine et al  в 1969 году представили концепцию, которая получила название «жить наверху – тренироваться внизу», выражающуюся в том, что спортсмены постоянно находятся на высоте 2000-2700 метров над уровнем моря, а тренируются на высоте 1000 метров или ниже. Считается, что проживание на высоте повышает уровень ЭРО, массу эритроцитов и количество гемоглобина. Это повышает возможности кроветворения и  успешность тренировок и соревнований на уровне моря за счет повышения уровня максимального потребления кислорода (VO2max).

В последние годы спортсмены используют несколько различных способов, понижения гипоксии, которые соответствуют принципу «жить наверху – тренироваться внизу». Такие методы можно классифицмровать следующим образом: (1)нормобарическая гипоксия с использованием понижения парциального давления кислорода (достигается добавлением азота в изолированном помещении), (2) различные кислородные добавки, (3) сон в гипоксических условиях, (4) задержка  дыхания.

Использование «высотных помещений» впервые было применено в Финляндии в 1990 годах, а затем распространилось по всему миру. Такие помещения позволяют создать условия аналогичные нахождению на высоте 2000 – 3000 метров над уровнем моря и следовать, таким образом, принципу «жить наверху – тренироваться внизу». Различные исследования полагают, что этот метод способствует повышению количества и массы эритроцитов, однако не все исследователи подтверждают такой факт. В некоторых наблюдениях отмечается, что при использовании такого метода повышаются также анаэробные возможности атлетов.

Использование кислородных добавок  в условиях гипоксии в настоящее время недостаточно изучено и требует дополнительных исследований.

Спортсмены, занимающиеся видами спорта, связанными с проявлением выносливости, в последнее время используют различные приспособления, обеспечивающие гипоксию в условиях сна. Обычно они выглядят как специальные палатки и производят условия, соответствующие высоте до 4000 метров над уровнем моря. К настоящему времени нет опубликованных работ по эффективности воздействия этого метода на систему кроветворения и аэробную производительность.

Использование различных приемов по задержке дыхания в различные периоды отдыха и тренировочных занятий применяется некоторыми спортсменами, но нет достоверных свидетельств об эффективности данного  метода. Некоторые данные косвенно говорят о повышении анаэробной мощности и анаэробной производительности, вопрос этот требует дополнительного исследования.
Считается, что использование различных приспособлений, создающих  гипоксические условия, неприменимо по этическим соображениям. Известен факт, что применение таких устройств было запрещено организаторами Олимпийских игр 2000 года в Сиднее. Однако обоснований для такого запрета представлено не было. Олимпийский комитет Норвегии выступил с заявлением, в котором обосновал, что применение таких устройств не является нарушением этического характера.  

1.2.2 Применение рекомбинантного эритропоэтина (HuEPO) 

Эритропоэтин (греч.erythros – красный + poietikos – создающий, производящий) – гормон, стимулирующий созревание и дифференцировку эритроцитов. В 1974 году Международной комиссией по биохимической номенклатуре включен в список пептидных гормонов, полученных в чистом виде. В организме  содержание ЭРО регулируется гипоксией. Он генерируется в основном почками и около 10% может производиться печенью. Содержание этого гормона в плазме от 2ui/l  до 24ui/l, у 95% людей его содержание соответствует 6-10 ui/l. Процесс созревания эритроцитов под воздействием ЭРО занимает от 5 до 9 дней.

Развитие рекомбинатной техники производства ЭРО методом клонирования привел к производству rHuEPO в 1985году. В Европе этот препарат появился в 1987 году, а в США в 1989г. В клинической практике его применяют при анемии, вызываемой почечной недостаточностью, а также при значительных потерях крови после различных операций. Более 500 000 пациентов в мире нуждаются в получении rHuEPO по различным показаниям.

Существуют несколько модификаций rHuEPO, используемых как в практике, так и находящихся в процессе исследований. Определено, что в спортивной практике этот препарат появился в 1988 году на зимних Олимпийских играх в Калгари. Запрещенное использование rHuEPO c целью повышения работоспособности применяется в виде инъекций вводимого препарата при дозах от 200 до 250 ui на килограмм веса атлета, при  этом спортсмену дополнительно вводятся препараты железа. Такая практика может продолжаться в течение нескольких недель при 1-2 инъекциях в неделю.

Достаточно трудно объективно определить наличие rHuEPO  в организме спортсмена. Хотя спортивная литература подтверждает использование этого препарата атлетами международного уровня, настоящих научных разработок, подтверждающих этот факт пока очень мало. Scarpino et al  провели опрос 1015 итальянских спортсменов с целью  выявления употребления приема rHuEPO  или  медицинских манипуляций с кровью. 7% атлетов подтвердили, что они регулярно используют такие методы, а 25% отметили, что они используют их от случая к случаю. Однако международный антидопинговый контроль считает, что лишь 3-6% спортсменов международного уровня применяют такие методы в своей практике.

Существует мнение,  что применение «кровяного допинга» с использованием rHuEPO  привело к смерти голландского велосипедиста в 1990 году. В то время использование этого препарата было совершенно бесконтрольным и достигало запредельных величин, которые вызывали дегидратацию и вели к образованию тромбозов. В настоящее время использование rHuEPO более обосновано, но все же связано с определенным риском.

Повышенная вязкость крови (Hct > 52% и 55% для женщин и мужчин соответственно) вызывается применением rHuEPO, что может вести к образованию тромбозов у некоторых атлетов. Возможно, наличие таких тромбозов может быть причиной определенных заболеваний и даже смерти. Дополнительное наличие введенного препарата может   вызывать повышение систолического давления при физических нагрузках, а также возможного появления дополнительных антител и некоторых иных нежелательных реакций.

Международный Олимпийский Комитет (МОК) официально запретил в 1989 году использование rHuEPO, введя новый класс пептидных гормонов и их аналогов. С тех пор используются специальные  косвенные методы определения введенных препаратов в крови спортсмена, а также  методы прямого обнаружения собственного эритропотеина и введенного рекомбинантного. В практике антидопинг-контроля используются методы анализа крови и мочи спортсменов, при этом в условиях внесоревновательного и предсоревновательго контроля применяются оба метода. На соревнованиях используются метод тестирования мочи, как это было на Чемпионате мира по легкой атлетике в Париже, однако при совершенствовании этого метода он будет введен в практику всего тестирования. 

1.2.3 Другие эритропоэтины, ЭРО пептиды и ЭРО заменители 

Использование rHuEPO с внутривенными и подкожными инъекциями достаточно болезненный процесс, поэтому в настоящее время в процессе разработки различные новые методы введения этого препарата. В стадии разработки находится метод таблетированного приема препарата. Другим направлением является введение rHuEPO методом генной инженерии. Такие опыты  в настоящее время проводятся на грызунах и обезьянах. Пациенты смогут использовать эти методы лишь при обеспечении полных гарантий безопасности. Использование заменителей EPO в медицине необходимо и представляется перспективным, однако в спорте  при проведении контроля их определение  будет возможным, т.к они не являются естественным продуктом жизнедеятельности человека.

 2  Иные способы доставки кислорода

2.1 Носители кислорода на основе гемоглобина (HBOCs) 

Интенсивные поиски по улучшению возможностей доставки кислорода к работающим мышцам проводятся многочисленными группами исследователей. Экстракты гемоглобина из различных субстанций известны в настоящее время. Вполне возможно применение таких препаратов в практике спорта, поэтому они запрещены. В организме такие препараты могут находиться ограниченное время (12-24 часа) и не проявляются в моче. Предполагается, что на Олимпийских играх 2004 года в Афинах при проведении анализа крови будет также определяться наличие HBOCs. 

2.2 Заменители крови 

Заменители крови разрабатывались в период 2-ой мировой войны и начали использоваться в медицине с 1966 года. Они представляют собой синтетические жидкости, способные растворять кислород. Однако емкость их недостаточна и для наиболее эффективного их применения  необходимо   дополнительно вдыхать  кислород. Продукты кровезаменителей не выводятся из организма посредством мочи и определение их применения возможно лишь при исследовании выдыхаемого воздуха и анализа крови. В списках Анти-допинговых препаратов этот метод также определяется как запрещенный. 

Заключение 

В настоящее время используются и находятся в стадии разработки значительное количество способов увеличения возможности доставки кислорода к мышцам человека и способных,   таким образом, улучшить результативность в спортивной деятельности. В медицинской практике они достаточно широко применимы, но по этическим соображениям запрещены в спорте. К сожалению, некоторые спортсмены, возможно под воздействием тренеров, физиологов и медицинских работников, избирают неверный путь, который может привести к неизвестным последствиям использования запрещенных препаратов и методов.
Автор данной статьи твердо выражает свое осуждение искусственному методу повышения результатов в спорте и надеется, что представленная информация поможет  общей борьбе с допингом.   

(Перевод Эдвина Озолина)

Классификация факторов, лимитирующих работоспособность

  

Над этим вопросом работает в течение десятка лет большое количество ученых. Они используют основные методы от молекулярной биологии до популяционного анализа, при помощи которых можно идентифицировать факторы, лимитирующие работоспособность человека. До настоящего времени не выработаны критерии для определения понятия "фактор, лимитирующий работоспособность". Он должен отвечать трем условиям, при констатации которых можно с уверенностью сказать, что речь идет именно о таком факторе, лимитирующем работоспособность.

1. Недостаток (недостаточная функция) или увеличение концентрации, приводящие к снижению физической работоспособности вплоть до полного ее отсутствия. Таковым может быть недостаток источника энергии АТФ, глюкозы, гликогена, ингибиция клеточного дыхания и транспорта электронов в дыхательной цепи митохондрий, работающих мышц, разобщение дыхания и фосфорилирования. Образование значительного количества продуктов переокисления липидов ненасыщенных жирных кислот в виде свободных радикалов из-за ослабления функции эндогенной антиоксидантной системы, сдвиги кислотно-щелочного равновесия и буферной емкости крови, нарушения микроциркуляции реологических свойств крови, гемокоагуляции.

2. Наличие методов исследования, при помощи которых можно достоверно выявить факторы, лимитирующие работоспособность. Эти методы чаще всего бывают биохимические или физиологические. Например, определение АТФ, глюкозы, мочевины, лактата, хемилюминесценции, которые широко апробированы в клинической и спортивной медицине.

3. Восстановление физической работоспособности при нормализации лимитирующего фактора (или измененной функции), углеводное насыщение для углеводного депо, введение раствора аминокислот и белка, липидных смесей, нормализация сдвигов рН при помощи назначения щелочных препаратов, регуляция сократительной способности миокарда с целью борьбы с гипоксией и нормализации тканевого дыхания, оптимизация функции эндокринной системы не только гормональными препаратами, но и адаптогенами растительного и животного происхождения, купирование центральных форм усталости при помощи восстановления сниженных функций центральной нервной системы.

Систематические наблюдения над спортсменами высокой квалификации в течение 20-и лет показали, что совершенно небезразлично, как проводится тестирование работоспособности для определения факторов, лимитирующих работоспособность. Для этого применяются различные методы экспериментального определения функционального состояния работоспособности. Это, прежде всего, различные модели велоэргометров и бегущих дорожек, в ряде случаев со ступенчато возрастающей нагрузкой через определенные временные интервалы или устанавливаемые под определенным углом, что затрудняет бег и, следовательно, укорачивает время исследования; каналы, где спортсмен плывет против создаваемого течения воды с разной скоростью и на время; многочисленные модели гребных тренажеров с установлением датчиков, фиксирующих силу, количество гребков и другие параметры. Следует отметить, что чем выше квалификация спортсмена, тем труднее повысить его работоспособность даже на один процент, что считается очень хорошим результатом, в то время как у разрядников и физкультурников она при тех же педагогических или фармакологических воздействиях может повыситься на 10 или 100 процентов. Поэтому эти соотношения особенно следует учитывать при прогнозировании действия лекарственных веществ на физическую работоспособность или восстановление спортсменов высокой квалификации.

Если в экспериментах на животных не будет получена "прибавка" работоспособности на 200 - 400 процентов, то не следует ожидать повышения ее у высококвалифицированных спортсменов на один-два процента. Поэтому, не следует делать поспешных выводов.

В поддержании работоспособности спортсмена большое значение имеет гормональный контроль, особенно инсулярная система, глюкокортикоидная, соматотропная, тиреоидная, половая и другие функции, так как они контролируют практически все виды обмена веществ в организме. Изучая состояние гормонального профиля, можно заранее прогнозировать работоспособность спортсмена и предсказать ожидаемый результат.

Нами суммированы основные факторы, лимитирующие физическую работоспособность человека, которые представлены в таблице
Классификация факторов, лимитирующих работоспособность человека

Факторы

Механизмы

Работоспособность

1.

Поражение опорно-двигательного аппарата

В результате травм или перетренировки снижается сократительная способность мышц

Полностью отсутствует или временно снижена

2.

Угнетение центральной и периферической нервной системы

Центральная усталость, снижение скорости формирования движения

Резко снижена

3.

Недостаточное функционирование эндокринной системы

Дисбаланс метаболизма (углеводов, белков, жиров, иммуноглобулинов, воды, электролитов и др.)

Ограничена

4.

Снижение сократительной способности миокарда

Уменьшение кровотока, транспорта кислорода (гипоксия) и питательных веществ к работающим мышцам

Отсутствует или снижена

5.

Ослабление функции дыхания

Недостаток кислорода в крови и тканях

Снижена

6.

Нарушение микроциркуляции

Снижение кровоснабжения интенсивно работающих мышц, тканевая гипоксия

Резко снижена

7.

Изменение реологических свойств и свертываемости крови

Снижение кровотока до стаза при микротромбообразовании

Отсутствует

8.

Сдвиги кислотно-щелочного равновесия в кислую сторону

Изменение буферной емкости крови, ацидоз

Умеренно снижена

9.

Снижение энергообеспечения мышц

Недостаток гликогена, АТФ, креатин-фосфата, L-карнитина, липидов, протеинов

Снижена

10.

Функциональная недостаточность витаминов, микроэлементов, электролитов, воды

В результате высоких физических нагрузок наблюдается снижение концентрации жиро- и водо-растворимых витаминов, электролитов, микроэлементов и воды (при марафоне)

Снижена

11.

Ингибиция клеточного дыхания в работающих мышцах

Нарушение транспорта электронов в дыхательной цепи, синтеза макроэргов, разобщение дыхания и фосфорилирования

Снижена

12.

Инициация свободно-радикальных процессов в результате запредельных нагрузок и действия прооксидантов

Образование гидроперекисей, токсических продуктов, нарушение функциональной лабильности клеточных мембран и биоэнергетических механизмов

Снижена

13.

Снижение иммунологической реактивности (клеточного и гуморального иммунитета)

Фактор риска при банальных инфекциях аутоиммунных процессов

Снижена

14.

Снижение функции печени, почек и др. органов в результате перетренировки

Печеночный болевой синдром, гипертрофия печени, нарушение экскреторной функции почек и др.

Снижена

15.

Необоснованное применение лекарственных веществ (допингов)

Токсические эффекты, суммирование, потенцирование или антагонизм в их действии на организм

Снижена

16.

Несбалансированное питание спортсменов

Нарушение соотношений основных пищевых ингредиентов, дисбаланс белков, жиров, углеводов, электролитов, микроэлементов и

Снижена

Как видно из данных таблицы, к факторам, лимитирующим работоспособность спортсменов, относятся самые различные как органические, так и функциональные состояния, которые сопровождаются недостаточностью тех или иных метаболитов, кислорода, изменением кислотно-щелочного равновесия, иммуноглобулинов и компонентов комплемента, недостаточностью антиоксидантной системы, способствующей снижению физической работоспособности. Зная это, легче наметить пути фармакологической коррекции и управления работоспособностью человека.
Таким образом, любой фармакологический препарат, рекомендуемый врачом, должен соответствовать определенной графе таблицы. Так, например, антиоксидант, иммуномодулятор, макроэргические фосфаты и другие будут расположены в различных графах 12 и 13. Они должны выполнять свои задачи по обеспечению максимальной работоспособности человека. Отсюда следует, что целесообразно создавать комбинированные препараты, которые влияют на несколько факторов, лимитирующих работоспособность и восстановление.
Принципиально другим путем воздействия на физическую работоспособность человека является не метод проб и ошибок, как это в основном делается на практике, а выявление факторов, лимитирующих работоспособность и их фармакологическая коррекция. Управление этим процессом и его научное обоснование обозначаются нами как мониторинг работоспособности и фармакологическая коррекция работоспособности человека, включая восстановление и адаптацию к физической нагрузке. Как видно из данных таблицы 2, имеются достаточное количество причин для снижения работоспособности.
Прежде всего следует обратить внимание на возможную функциональную недостаточность восполнения энергии для совершения движений. По способу энергообеспечения различают анаэробную, смешанную и аэробную зоны, по длительности работы выделяют спринтерские и стайерские дистанции (от нескольких секунд до нескольких часов), по функции мышц различают силовую, взрывную и скоростную выносливость, по видам спорта - общую и специальную выносливость. Эти факторы должны учитываться спортивным врачом при выборе лекарственных средств, ускоряющих процессы восстановления и повышения работоспособности спортсменов.

глава из глава справочника "Спортивная фармакология" Академика Международной Академии информатизации при ООН, заведующего Отделом биологически активных веществ во ВНИИФК, д.м.н., проф. Р.Д.Сейфуллы.

Влияние физической нагрузки на сердце

  

Стивен Сейлер

Сердце по составу, структуре и принципам действия своих клеток - это настоящее чудо "биодизайна". Даже лежебоки обладают хорошо развитой, выносливой сердечной мышцей. В ней невероятно плотная сеть капилляров (более 2000 на кубический миллиметр!), обеспечивающую надежность поставки кислорода к работающей мышце. Миоциты (клетки сердечной ткани) насыщены митохондриями. Митохондрии занимают около 25-30% их объема.

Стивен Сейлер

Сердце по составу, структуре и принципам действия своих клеток - это настоящее чудо "биодизайна". Даже лежебоки обладают хорошо развитой, выносливой сердечной мышцей. В ней невероятно плотная сеть капилляров (более 2000 на кубический миллиметр!), обеспечивающую надежность поставки кислорода к работающей мышце. Миоциты (клетки сердечной ткани) насыщены митохондриями. Митохондрии занимают около 25-30% их объема.

Для сравнения в клетках нетренированных скелетных мышц их менее 5%. Специфика биохимии этих клеток в том, что образование лактата минимально даже при очень высоких нагрузках. Сердечная мышца может одинаково эффективно расщеплять жир, молочную кислоту и глюкозу.
Как же тренировка на выносливость может улучшить мышцу, которая уже великолепно приспособлена для того, чтобы работать непрерывно? Ответ прост. СЕРДЦЕ СТАНОВИТСЯ БОЛЬШЕ! Сердце человека, тренирующегося на выносливость, не бьется ни чаще, ни мощнее. Плотность митохондрий или капилляров изменяется незначительно. Различие между сердцем спортсмена и сердцем обычного человека в большем ударном объеме у первого. Это различие является определяющим для результатов соревнований на выносливость, потому что сердце, в первую очередь, это насос. Оно прокачивает обогащенную кислородом кровь по всему телу, чтобы поддерживать работу клеток. Под нагрузкой потребность работающих мышц в энергии увеличивается в сотни раз. Чтобы произвести больше энергии, необходимо доставить митохондриям больше кислорода.

Работа, которую могут совершить мышцы, зависит от притока крови, который может быть обеспечен сердцем. Организм, который обслуживается более мощным "насосом", потенциально способен продолжать работу при более высокой интенсивности.
Максимальная "выработка" равняется ЧССmax помноженной на ударный объем, такая вот формула. Ударный объем - это объем крови, выбрасываемой из левого желудочка при каждом сокращении. Тренировка на выносливость влияет на работу сердца во всех случаях: во время отдыха, при субмаксимальных и максимальных нагрузках.

Гемодинамика в покое и под нагрузкой

В покое ударный объем и ЧСС среднего человека составляют примерно 70 мл на удар и 70 ударов в минуту. То есть сердце перекачивает около 5 литров крови в минуту. Эта цифра определяется потребностью в кислороде в состоянии покоя, а также необходимостью значительного тока крови через почки (для ее очистки). При тренировке на выносливость эта цифра изменяется незначительно. Однако, теперь сердце иначе работает в состоянии покоя. После 6 месяцев тренировок на выносливость ЧСС в покое может снизиться до 55 уд/мин. В то же время ударный объем в покое возрастает примерно до 90 мл (произведение остается тем же). Таким образом, уменьшение ЧСС в покое - это отличительный признак выносливого человека. ЧСС в покое может быть и намного ниже. У чемпионов она часто бывает между 30-40 ударами. Так как потребление кислорода в состоянии пока не изменяется, это значит, что у них чрезвычайно высокий ударный объем в состоянии покоя! То есть, "отдыхающее" сердце спортсмена работает более эффективно, оно производит ту же работы с меньшим количеством сокращений и требует меньших затрат энергии. Однако, некоторые заболевания также характеризуются уменьшением ЧСС, что может вызвать, например, тревогу у обычного терапевта.

Реакция сердца на тренировку с субмаксимальной нагрузкой

При работе любой интенсивности необходимо увеличить доставку кислорода к мышцам. Сердечная "выработка" увеличивается пропорционально увеличению потребности энергии. Если исследовать состояние человека после пробежки со скоростью примерно 10-12 км/ч до и после 3 месяцев регулярных тренировок, то мы увидим следующее. Во-первых, затраты энергии при данной интенсивности не изменятся (предполагаем, что не произошло улучшения эффективности бега). То есть, "выработка" сердца будет та же самая. Однако, как и в покое, сердце при каждом ударе будет выбрасывать больше крови, таким образом, уменьшится ЧСС при данной и любой другой субмаксимальной нагрузке. Можно провести аналогию с двигателем. Мы заменили маленький мотор на больший, который дает ту же мощность при меньших оборотах.

Гемодинамическая реакция на максимальную нагрузку.

Именно от интенсивности нагрузки зависит максимальная "выработка" сердца. Как только предел достигнут, дальнейшее увеличение интенсивности не приводит к увеличению ЧСС. По определению, это и есть ЧССmax . Она индивидуальна у каждого человека и уменьшается с возрастом. Значит, единственный способ точно узнать максимальную ЧСС для конкретного человека - это провести тест с максимальной нагрузкой. Если такая точность не нужна, то используется формула "220 минус возраст", которая дает точность ±10 уд/мин. Истинное значение ЧССmax не может быть достигнуто при некоторых формах нагрузки, которые не используют достаточно большое количество мышц или непривычны для данного человека. Например, может быть реальная ЧССmax = 195 уд/мин при подъеме в гору бегом, 191 при езде на велосипеде и только 187 в плавании. Последние цифры определяют пиковые ЧСС и могут использоваться в качестве базы при определении тренировочной интенсивности для каждого вида упражнений.

Важно запомнить:

ЧССmax не возрастает с тренированностью. Она остается той же самой (или даже может немного снизиться). Увеличивается максимальный ударный объем, тем самым увеличивая максимальную выработку как ответ на нагрузку. И это - первая причина увеличения МПК.

Влияние тренировочных нагрузок на различные системы организма

 

 

Высшие центры управления двигательной деятельностью расположены в коре головного мозга, а нервные клетки, напрямую контролирующие функционирование мышц, - в мозге спинном.

НЕРВНАЯ СИСТЕМА

Нервная система выполняет три главных задачи. Во-первых, согласование и координация работы разных частей организма и объединение их в единое целое. Во-вторых, инициирование и управление реакциями организма как единого целого в ответ на изменения как во внутренней, так и во внешней среде. В-третьих, нервная система является носителем психики. Нервная система играет центральную роль также в привыкании человеческого организма к тренировочным нагрузкам.

Во время физического напряжения нервная система руководит работой мышц, активизируя необходимые мышцы в необходимой степени и с оптимальной продолжительностью, заодно обеспечивая согласованность в работе различных мышц и групп мышц. Высшие центры управления двигательной деятельностью расположены в коре головного мозга, а нервные клетки, напрямую контролирующие функционирование мышц, - в мозге спинном.

Сколько-нибудь долгая работа мышц немыслима без целенаправленной реорганизации работы всего организма. В осуществлении этой реорганизации нервная система также имеет большое значение. Одна из первичных задач физической работы - удовлетворение возросшей потребности мышц в энергии. Для этого нервная система вызывает конкретные изменения в работе эндокринной системы. Изменением концентрации различных гормонов в крови достигается применение запасов энергии тела для обеспечения работы мышц. Гормональные сдвиги играют важную роль в регуляции водного баланса во время физической работы. Наибольшее значение в регуляции работы эндокринной системы имеет располо-женная в глубинах головного мозга структура - гипоталамус.

Работа мышц немыслима без активизирования работы дыхательной системы и сердца в соответствии с интенсивностью напряжения.

Усталость - это важный защитный механизм, исключающий чрезмерную трату ресурсов организма. Возникновение и усугубление состояния усталости во время физическоq работы контролируется нервной системой, но усталость обусловливают и изменения в работающих мышцах.

Мало-мальски серьезная физическая работа также предполагает целенаправленные реорганизации для распределения кровотока между разными тканями и органами. Главные центры управления этими функциями находятся в той части головного мозга, которая называется продолговатым мозгом. Расположение продолговатого мозга в нервной системе таково, что он представляет собой соединительное звено между высшими частями головного мозга и спинным мозгом. Изменения, происходящие в функционировании организма во время физической работы по сравнению с состоянием покоя, под происходят либо прямым управлением нервной системы, либо под ее контролем, но при посредничестве эндокринной системы.

В связи с повышением интенсивности процессов обмена веществ и энергообмена во время физической работы в организме в соответствии с интенсивностью работы увеличивается также выделение тепла. Для сохранения стабильной температуры тела, являющейся важной с точки зрения обеспечения работоспособности, активизируется система терморегуляции тела. Главным центром контроля и регуляции температуры тела находится в гипоталамусе.

Для обеспечения работоспособности необходимо увеличение интенсивности работы всех указанных выше систем. Для того чтобы найти для этого возможности в условиях ограниченных ресурсов, необходимо затормозить работу таких систем органов, значение которых в приспосабливании к острому напряжению вторично. Этим объясняется торможение функционирования нервной системы во время физической работы. Функционирование пищеварительной системы находится, главным образом, под контролем автономной нервной системы.

Во время физической работы рано или поздно наступает усталость, которая в случае продолжения напряжения может довести до изнеможения. Усталость ограничивает нашу работоспособность и часто вызывает негативные эмоции. Но по биологической сути усталость является важным защитным механизмом, в задачу которого входит предупреждение чрезмерного расходования ресурсов организма, опасного для дальнейшего его существования. Усталость - это сложное явление, которое в научном плане только изучается. И все же ясно, что возникающая во время физической работы усталость обусловлена изменениями, по меньшей мере, на двух уровнях - в нервной системе и в работающих мышцах. Возникающая во время физической работы усталость является важным биологическим защитным механизмом, главная задача которого заключается в предотвращении чрезмерной траты ресурсов организма. Усталость возникает и усугубляется в результате связанных с работой изменений, происходящих как в нервной системе, так и в мышцах. Из изменений, связанных с нервной системой, хорошо известна связь между нарушением передачи нервных импульсов от нерва мышечной клетке иусталостью. Усталость обусловлена также возникновением тормозящего состояния в центрах управления работой мышц, расположенных в центральной нервной системе. Усталость - это всегда комплексное явление, факторы, приводящие к возникновению и усугублению усталости, имеют в разных ситуациях разный удельный вес.

В функционировании нервной системы в результате тренировки происходят устойчивые изменения. Например, совершенствуются связи между структурами, участвующими в управлении двигательной деятельностью, а также согласование их работы, что является основой для освоения и закрепления новых движений. В начальной фазе силовой тренировки в течение примерно 8-10 недель обнаруживается заметное увеличение мышечной силы, что в большей степени основывается на изменениях в работе нервной системы, на т.н. нейральной адаптации.

Улучшение работоспособности в результате многолетних тренировок в большой мере основывается на увеличении экономности движения. Основой этого явления являются возникающие с течением времени и упрочивающиеся изменения в структурах нервной системы, руководящей двигательной деятельностью. Появляющиеся под влиянием регулярных физических нагрузок относительно устойчивые изменения в работе нервной системы являются основой возникновения и развития состояния тренированности.

Изменения, происходящие в функционировании организма во время физической работы по сравнению с состоянием покоя, под происходят либо прямым управлением нервной системы, либо под ее контролем, но при посредничестве эндокринной системы.

Возникающая во время физической работы усталость является важным биологическим защитным меха-низмом, главная задача которого заключается в предотвращении чрезмерной траты ресурсов организма. Усталостьвозникает и усугубляется в результате связанных с работой изменений, происходящих как в нервной системе, так и в мышцах.

Появляющиеся под влиянием регулярных физических нагрузок относительно устойчивые изменения в работе нервной системы являются основой возникновения и развития состояния тренированности.

Использованию углеводов тела для снабжения мышц энергией способствует, прежде всего, повышение концентрации адреналина, норадреналина и гликогена в крови.
Чрезмерные нагрузки на тренировках и соревнованиях, особенно если они связаны с сильным психическим стрессом, могут привести к формированию состояния перетренированности. Признаком перетренированности является понижение способности спортсмена к достижениям, несмотря на продолжающиеся тренировки. Перетренированность - это тяжелое состояние, способное на долгое время приостановить развитие спортсмена. Ее исключение является одной из ключевых проблем лучших спортсменов, но ее очень трудно решить из-за неясности прямых причин возникновения указанного явления. Все же очевидно, что возникновение и усугубление перетренированности связано с изменениями в работе автономной нервной системы. В соответствии с характером этих изменений различают т.н. симпатическую и парасимпатическую перетренированность. Первая из них встречается довольно часто, одним из ее признаков является увеличение частоты ударов сердца в состоянии покоя, повышенное кровяное давление, понижение аппетита, снижение веса тела, нарушения сна, эмоциональная неуравновешенность, увеличение основного оборота обмена веществ. Признаком парасимпатической перетренированности, напротив, является понижение частоты ударов сердца и кровяного давления в состоянии покоя, очень быстрое наступление усталости при физической работе. Установление перетренированности затрудняется тем, что многие из перечисленных признаков могут независимо друг от друга появляться и у спортсмена, который в действительности не испытывает перетренированности.

ЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА

Реакция эндокринной системы на физическую нагрузку отражается в изменении концентрации гормонов в циркулирующей крови. Действуя вместе с нервной системой и под ее контролем, эндокринная система обеспечивает таким образом скоординированную работу различных частей организма и оптимальное использование ресурсов тела для успешного преодоления нагрузки. Гормоны играют центральную роль как в энергообеспечении мышц, так и в регуляции уровня жидкости во время физической работы.

Мобилизация запасов энергии. Потребность мышц в энергии во время физического напряжения увеличивается в зависимости от интенсивности и продолжительности работы. Ресурсами первой важности для удовлетворения этой возросшей потребности являются углеводы и триглицериды (жиры).

Основные запасы углеводов находятся в мышцах и печени в виде гликогена. Самые важные гормоны, концентрация которых в крови во время физической работы по сравнению с состоянием покоя увеличивается и которые обеспечивают таким образом освобождение имеющейся в гликогене энергии для использования в мышцах, - это эпинефрин, норэпинефрин и гликагон. Использованию углеводов тела для снабжения мышц энергией способствует, прежде всего, повышение концентрации адреналина, норадреналина и гликогена в крови. Под их воздействием увеличивается интенсивность разложения гликогена какв мышцах, так и в печени. В результате разложения гликогена печени увеличивается ток глюкозы из печени в кровь.

Чем больше интенсивность совершаемой работы, тем быстрее и масштабнее повышение концентрации эпинефрина и норэпинефрина в крови. Работающие мышцы всегда используют депонированный в них самих гликоген. Для кратковременного физического усилия с высокой интенсивностью их вполне хватает, поэтому глюкоза, выбрасываемая из печени в кровь под воздействием указанных выше гормонов, остается, по большей части, не использованной мышцами. Результатом является сильное увеличение концентрации глюкозы в крови (40-50% выше уровня состояния покоя), которая во время периода восстановления, следующего за напряжением, сравнительно быстро нормализуется. А во время длительной работы с низкой интенсивностью увеличивается использование глюкозы работающими мышцами в соответствии с тем, как уменьшается содержание гликогена в самой мышце. В таких условиях устанавливается равновесие между количествами направляемой из печени в кровь и потребляемой работающими мышцами глюкозы. Это равновесие отражается в стабильном уровне глюкозы в крови, что в зависимости от интенсивности и продолжительности работы может продолжаться 2-3 часа.

Но возможности для сохранения стабильной концентрации глюкозы в крови при продолжительной работе уменьшаются вместе с тем, как уменьшается количество гликогена в крови. При продолжительной физической работе мышцы в огромном количестве потребляют глюкозу из крови. Уровень глюкозы в крови сохраняется стабильным, в основном, благодаря разложению гликогена в печени и направлению его в качестве глюкозы в кровь. В известной мере понижение уровня глюкозы помогает отодвинуть продуцирование в печени аминокислот. Это стимулируют уже упомянутые раньше гликагон и кортизол. Кортизол является одновременно гормоном, увеличивающим интенсивность разложения белков и высвобождения из них аминокислот, обеспечивая таким образом наличие исходных соединений для синтеза глюкозы. Аналогично другим гормонам, о которых идет речь, во время физической работы увеличивается также концентрация кортизола в крови человека. И все же - при истощении запасов гликогена в печени спад концентрации глюкозы в крови неизбежен. Истощение запасов гликогена в печени сопровождается снижением концентрации глюкозы в крови, являющееся одной из причин появления усталости во время продолжительной физической работы. Это является одной из причин возникновения и усугубления состояния усталости во время продолжительной физической работы.
При продолжительной работе важную роль в энергообеспечении мышц играют также жиры (триглицериды). Их основные запасы находятся в жировой ткани, в меньшей мере они депонированы также в мышечной клетке, в основном - в волокнах I типа. Жиры в виде жирных кислот используются в мышцах как источник энергии. Таким образом, первым шагом освобождения имеющейся в жирах энергии для использования в мышцах является липолиз - разложение жиров на глицерол и свободные жирные кислоты. Способность мышц использовать жирные кислоты при продолжительной работе увеличивается согласно тому, как возрастает концентрация жирных кислот в циркулирующей крови. Липолиз сти-мулируют и таким образом вызывают повышение в крови концентрации жирных кислот, прежде всего эпинефрина, норэпинефрина, гормона роста и кортизола. Вторым важным источником энергии наряду с углеводами во время продолжительно физической работы являются жирные кислоты. Увеличению содержания жирных кислот в крови и их использованию в работающих мышцах способствует повышение во время работы концентрации адреналина, норадреналина, гормона роста и кортизола в крови. Самым сильным действием в этом отношении, как известно, обладает норэпинефрин, но чем продолжительнее физическое напряжение, тем более важную роль играет повышение концентрации гормонов роста. Повышению концентрации жирных кислот в крови и усилению интенсивности их окисления в работающих мышцах содействуют также тиреоидные гормоны, но в меньшей степени и другие вышеназванные гормоны.

Сохранение водного баланса. Физическая работа вызывает изменения в водном балансе организма, что в итоге ведет к сокращению объема плазмы крови. Это обусловлено, главным образом, тремя обстоятельствами: движением крови из плазмы в клетки и межклеточное пространство, что проявляется, прежде всего, в работающих мышцах, выходом крови из кровеносных сосудов в ткани под воздействием высокого давления и потерей жидкости в результате потоотделения. Следует исключать сильного понижения объема плазмы, так как это может вызвать уменьшение кровотока как в мышцытак и в кожу, что, в свою очередь, становится причиной быстрого снижения работоспособности. Истощение запасов гликогена в печени сопровождается снижением концентрации глюкозы в крови, являющееся одной из причин появления усталости во время продолжительной физической работы.

Истощение запасов гликогена в печени сопровождается снижением концентрации глюкозы в крови, являю-щееся одной из причин появления усталости во время продолжительной физической работы.

Во время физической работы увеличивается потоотделение, что помогает избежать быстрого перегревания организма. Для компенсации увеличившейся потери жидкости через потоотделение, ограничивается выделение жидкости через почки. Концентрация в крови гормона альдостерона, вырабатываемого в коре надпочечников, и выделяемого гипофизом антидиуретического гормона в крови во время физической работы увеличивается по сравнению с состоянием покоя. Под воздействием альдостерона в почках уменьшается выделение в мочу как натрия, так и воды, под действием антидиуретического гормона уменьшается выделение воды.

Под воздействием тренировки увеличивается масса и плотность костной ткани, что особенно заметно в тех частях скелета, которые напрямую подвергаются нагрузке. К примеру, характерные для игр с мячом упражнения напрямую нагружают кости нижних конечностей, а плавание - нет. Исходя из этого, влияние тренировки по плаванию на скелет, по сравнению с играми с мячом, очень небольшое или не проявляется вовсе.

Баланс воды (и натрия) в организме регулируется, главным образом, двумя гормонами - альдостероном и антидиуретическим гормоном. Концентрация обоих в крови увеличивается во время физической работы по сравнению с состоянием покоя. Баланс воды и натрия в организме во время физической работы помогает сохранять повышение концентрации альдостерона и антидиуретического гормона в крови во время работы. Альдостерон напрямую уменьшает выделение через почки в урину не воды, а натрия. А вода всегда придерживается движения натрия в организме. Следовательно - при уменьшении выделения натрия из организма альдостерон уменьшает также потерю жидкости и помогает сохранить как объем плазмы крови, так и кровяное давление. Действие антидиуретического гормона очень похоже на описанное относительно альдостерона. Главное отличие состоит в том, что антидиуретический гормон напрямую уменьшает выделение жидкости на уровне почек.

Реакция эндокринной системы на острую нагрузку может быть выражена очень сильно, но возникающие в результате регулярных тренировок устойчивые изменения в ее функционировании, как правило, более скромны. Вообще, они состоят в следующем:
• в случае одинаковой абсолютной интенсивности физической работы гормональные сдвиги в тренированном организме немного меньше, чем в нетренированном; очевидно, это основывается на том обстоятельстве, что в результате тренировки увеличивается чувствительность тканей к гормонам;
• в случае одинаковой относительной интенсивности физической работы (равна МПК %) гормональные сдвиги в тренированном и нетренированном организмах более-менее одинаковые;
• при максимальном физическом напряжении гормональные сдвиги в тренированном организме немного более масштабные, чем в нетренированном организме; очевидно, это основывается на том обстоятельстве, что в результате тренировок увеличивается функциональная способность эндокринных желез.

СКЕЛЕТ

Скелет образует опору тела и представляет собой механическую защиту многих органов. Кости и суставы образуют систему рычагов, которая, действуя вместе с мышцами и сухожилиями, наделяет человека способностью совершать движения и передвигаться.

Кости хранят в себе самый большой в теле запас минеральных веществ, прежде всего, кальция, фосфора и магния. Внутри многих костей находится красный костный мозг, в котором образуются кровяные клетки.

О резком воздействии тренировочных нагрузок на скелет известно мало. Но в долгосрочной перспективе тренировки стимулируют развитие костей. Это выражается, прежде всего, в увеличении массы костей спортсмена и плотности костной ткани по сравнению с нетренированным физически малоактивным человеком. Под воздействием тренировки увеличивается масса и плотность костной ткани, что особенно заметно в тех частях скелета, которые напрямую подвергаются нагрузке. К примеру, характерные для игр с мячом упражнения напрямую нагружают кости нижних конечностей, а плавание - нет. Исходя из этого, влияние тренировки по плаванию на скелет, по сравнению с играми с мячом, очень небольшое или не проявляется вовсе. Толщина костей увеличивается, но на их длину тренировка оказывает небольшое влияние или не оказывает вовсе. Влияние тренировки проявляется только в тех костях, которыенапрямую испытывают нагрузку. Например, бросается в глаза толщина бедренной кости представителей тех видов спорта, в которых упражнения на тренировках и соревнованиях связаны с несением массы тела - бег и прыжки, игры в мяч, двоеборье и т.д. Тренировки по плаванию, напротив, не сильно нагружают скелет, многие исследования показывают, что плотность бедренной кости пловцов незначительно отличается соответствующего показателя нетренированного человека. На кости верхних конечностей, не несущие тяжесть тела, развивающее действие оказывает, прежде всего, тренировка.

Клетки образуют в костной ткани небольшую часть, значительно большая величина удельного веса у производимого ими межклеточного вещества. Главными компонентами межклеточного вещества являются белок коллаген и минералы, преимущественно соли кальция и фосфора. Костная ткань содержит три типа клеток.

Остеобласты - это молодые формы клеток, их основной функцией является строительство костной ткани путем наслаивания солей кальция и фосфора. Остеоциты - зафиксированные в межклеточном веществе костной ткани зрелые костные клетки, синтезирующие коллаген. А третий тип клеток - остеокласты - разрушают костную ткань, стимулируя растворение минеральных солей в кости. Функционирование остеокластов важно для точной регуляции концентрации кальция в крови. В костной ткани молодого организма доминируют остеобласты, в результате чего кости растут и развиваются, а в стареющем организме перевес постепенно переходит на сторону остеокластов, из-за чего содержание минеральных веществ в костях постепенно снижается, костная ткань разрежается и становится более хрупкой. Сильно выраженное разрежение костной ткани рассматривается как болезнь, называемая остеопорозом). Остеопоротическая кость очень легко ломается. Остеопороз - это болезнь костей, признаком которой является разреженность и хрупкость кости. Позитивное воздействие тренировки на развитие нагруженной кости, очевидно, основывается на активизации остеобластов, в результате чего увеличивается наслаивание кальция и других минералов в костях и таким образом усиливается интенсивность построения костной ткани. Не исключено также торможение активности остеокластов под воздействием тренировки, что также благоприятствует росту массы костей и плотности костной ткани. Для как можно более полной реализации воздействия тренировки на развитие костей ключевую роль играет достаточное содержание кальция в пище спортсмена. На фоне неадекватного питания тренировка может оказать на развитие скелета негативный эффект. Эта опасность больше касается женщин, особенно представительниц тех видов спорта, в которых считается важным постоянное поддержание небольшого веса тела. Такие спортсмены часто ограничивают себя в еде, в результате чего возникает долговременный негативный энергетический баланс, что ведет, в свою очередь, к сильному уменьшению содержания жиров в организме. Чрезмерно низкая масса жира в теле женщины обусловливает нарушения в нормальном циклическом функционировании организма, что выражается в нерегулярности менструаций или в полном их прекращении. Нарушения менструальных циклов сопровождаются значительным понижением уровня женских половых гормонов в организме женщины. Женские половые гормоны имеют ключевое значение с точки зрения нормального развития костной ткани. Снижение их концентрации в крови изменяет равновесие между работой остеобластов и остеокластов в пользу последних, масса и плотность костей на-чинают уменьшаться, они становятся более хрупкими и легко ломаются. Таким негативным изменениям значительно способствует недостаточное потребление кальция. Спортсменкам, у которых возникают долговременные нарушения менструального цикла, обусловленные плохим балансом между тренировками и питанием, угрожает остеопороз. 

Больше всего цепи таких событий подвержены женщины-бегуны на длинные дистанции, среди которых, по данным многочисленных исследований, нарушения в менструальном цикле встречаются с частотой до 50 процентов. Здесь главное - понимать, что не сам бег на длинные дистанции противопоказан женщинам. Описанные опасности проистекают, прежде всего, из долговременного негативного энергобаланса, который основывается на несоответствии тренировочных нагрузок и питания спортсмена.

Очень важно понять необходимость избегания описанных опасностей. Дело не только в том, что по описанным выше причинам карьера какой-нибудь талантливой спортсменки может закончиться раньше времени или не совсем удачно. Гораздо важнее тот факт, что хотя тренировочными нагрузками и коррекцией питания можно восстановить нормальное циклическое функционирование организма женщины, нанесенный скелету ущерб не компенсируется.

Во время физической работы функционирование пищеварительной системы затормаживается. Это позволяет направлять ресурсы организма, прежде всего кровоснабжение, на удовлетворение потребностей мышц, что является первостепенным с точки зрения обеспечения работоспособности.

ПИЩЕВАРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Во время физической работы функционирование пищеварительной системы притормаживается. Это обусловлено рабочими изменениями в организме, важным действием обладают следующие из них:
• рост активности симпатической части автономной нервной системы и снижение активности парасимпатической части;
• уменьшение кровоснабжения пищеварительных органов;
• изменения в концентрации различных гормонов.

Автономная нервная система контролирует работу гладких мышц, сердечной мышцы и желез. Парасимпатическая часть автономной нервной системы доминирует в состоянии покоя, а симпатическая часть сильно активизируется во время физической работы.
Общее повышение симпатической активности и снижение парасимпатической активности способствуют изменениям в функционировании организма, подготавливающим его к физической нагрузке и увеличивающим его терпимость. Поскольку работа пищеварительной системы не имеет первостепенного значения во время острой физической нагрузки, то ее активность понижается. Описанные изменения в функционировании нервной системы вызывают во время физической работы торможение моторики как желудка, так и кишечника, а также уменьшение выделения различных пищеварительных секретов.

Вторым важным изменением, отличающим состояние во время физической работы от состояния покоя, является значительное сокращение кровоснабжения органов пищеварения, что также тормозит их функционирование. Сокращение кровоснабжения органов пищеварения позволяет лучше удовлетворять потребность работающих мышц в богатой кислородом крови. Во время физической работы функционирование пищеварительной системы затормаживается. Это позволяет направлять ресурсы организма, прежде всего кровоснабжение, на удовлетворение потребностей мышц, что является первостепенным с точки зрения обеспечения работоспособности. Рабочее изменение направления кровотока в организме также происходит под контролем автономной нервной системы. Повышение симпатической активности вызывает расширение площади поперечного сечения кровеносных сосудов в скелетных и сердечной мышце, в легких и коже, а в пищеварительных органах обратную реакцию - сужение кровеносных сосудов.
На работу пищеварительных органов влияет также ряд гормонов. Во время физического напряжения в циркулирующей крови увеличивается концентрация таких гормонов, которые тормозят пищеварительные процессы. Из гормональных сдвигов такого действия большое значение имеет, к примеру, рабочее увеличение концентрации адреналина и норадреналина.
В результате описанных изменений во время физической работы, в отличие от состояния покоя, тормозится моторика как желудка, так и кишечника, замедляется темп освобождения кишечника и передвижение пищевых масс по кишечнику, уменьшается секреция разных пищеварительных секретов и всасывание питательных веществ. Влияние физической работы на функционирование желудка в значительной мере зависит от ее интенсивности. У большинства людей темп освобождения желудка значительно замедляется, начиная с уровня относительной интенсивности работы, равного 70% МПК. Темп освобождения желудка замедляет также потеря жидкости, сопровождающая физическое напряжение в виде потоотделения, а также тепловой стресс. Для функционирования желудка с сильным тормозящим действием в ситуации соревнований очевиден эмоциональный и душевный стресс. Закономерности, о которых идет речь, необходимо знать и учитывать при согласовании режима питания и питья спортсменов с их программой тренировок и соревнований.

Имеющиеся скудные данные показывают, что в результате регулярных тренировок заметных реакций привыканий в органах пищеварения не происходит. В системе пищеварения тренировка заметных адаптационных реакций устойчивого характера не вызывает. Но один эффект все же нашел подтверждение - как тренировки на выносливость, так и тренировки на силу сопровождаются сокра-щением среднего времени, необходимого для прохождения пищевой массы по пищеварительному тракту. Этот факт одновременно хотя бы частично объясняет то, почему физическая активность уменьшает риск заболевания раком толстой и прямой кишки. С сокращением времени, необходимого для прохождения пи-щевыми массами пищеварительного тракта, сокращается также время, в течение которого потенциально находящиеся в пище карциногены (благоприятствующие возникновению рака соединения) могут оказать влияние на кишечник.

Напиток с подходящим составом значительно улучшает работоспособность спортсмена в условиях тренировки и соревнований. При составлении плана оптимального рабочего режима все же следует учитывать факторы, влияющие на работу пищеварительной системы во время физической работы, главными из которых являются интенсивность работы, условия окружающей среды и степень эмоционального стресса. Работа с высокой интенсивностью в жаркой среде в условиях эмоционального стресса может значительно затормозить скорость усваивания спортивного напитка в организме спортсмена.