Размещено на http://www.allbest.ru/

39

03.03.01 - Физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМАЧЕЛОВЕКА ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЕ В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕНИЯ ТЕПЛООТДАЧИ

Панина Наталья Геннадьевна

Волгоград 2010

Работа выполнена на кафедре спортивной медицины, гигиены и ЛФК ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная академия физической культуры»

Научный руководитель кандидат медицинских наук, доцент БАКУЛИН Владимир Сергеевич

Официальные оппоненты

доктор медицинских наук, доцент ОСАДШАЯ Людмила Борисовна

доктор биологических наук, профессор ВИКУЛОВ Александр Демьянович

Ведущая организация ГОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет»

Защита состоится на заседании диссертационного совета Д 208. 008. 06 при Волгоградском государственном медицинском университете по адресу: 400066, г. Волгоград, пл. Павших борцов, 1.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат медицинских наук, доктор социологических наук, доцент М.Д. Ковалева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

организм человека теплоотдача нагрузка

Актуальность проблемы. Изыскание эффективных и доступных путей профилактики нарушений функционального состояния и поддержания высокого уровня работоспособности организма человека, подвергающегося воздействию вредных факторов среды обитания и профессиональной деятельности, относится к числу важнейших проблем в прикладной физиологии (Довгуша В.В., 1995; Иор-данская Ф.А., 1999; Илюхина В.А., 2000; Гершел Р., 2001; Симонова О.Н., 2003; Платонов В.Н., 2004; Волков Н.И. и др., 2005; Ельчанинова С.А. и др., 2005; Коган О.С., 2006; Солопов И.Н., 2007; Горбанева Е.П., 2008; Мальцев А.Ю. и др., 2010; Winter E.M., 2006; Fitts R.H., 2008).

Особое значение эта проблема приобретает в спорте высших достижений, одной из специфических особенностей которого является проведение учебно-тренировочной и соревновательной деятельности в сложных экологических условиях окружающей среды (жаркий, холодный и горный климат). В частности, для летних видов спорта с продолжительными и напряженными физическими нагрузками или нагрузками большого объема и интенсивности характерно сочетанное действие на организм спортсменов физической и тепловой нагрузок. В этих случаях нарушение теплового и водно-солевого обмена, ведущее к перегре-ванию и обезвоживанию, становится доминирующим фактором, лимитирующим двигательную деятельность (Иоффе Л.А. и др., 1990; Нечаев В.И., 1993; Басакин В.И., 1994; Платонов В.Н., 1997; Бакулин В.С. и др., 2007; Макаров В.И. и др., 2009; Nadel Е.К., 1990; Galloway S.D.R. et al., 1997). Кроме того, «неконтролируемая гипертермия» нередко приводит к тепловым травмам у спортсменов, возникающим чаще всего при повышенной температуре (25-32оС) и высокой относительной влажности (85-90%) воздуха как в процессе подготовки к соревнованиям, так и в ходе их проведения (Коц Я.М., 1982; Платонов В.И., 1997; Чвырев В.Г. и др., 2000; Макаров В.И. и др., 2009; Roberts W.O., 1982; O, Tole M.L. et al., 1989).

В связи с этим очевидно, что совершенствование системы оптимизации подготовки спортсменов тесно связано с необходимостью проведения коррекции тренирующих нагрузок, направленных на профилактику функциональных нарушений у спортсменов в условиях быстро развивающейся тепловой гипертермии (Басакин В.И., 1994; Уилмор Дж.Х., Костилл Д.Л., 2001; Бакулин В.С. и др., 2007).

Вместе с тем, несмотря на большое число публикаций по физиологическим аспектам адаптации к мышечной деятельности и тепловым нагрузкам, нет простых и надежных методов оперативного контроля за динамикой функциональных изменений в организме спортсменов при угрозе перегревания и риска возникновения термических поражений. По этой причине затрудняется целенаправленный поиск путей повышения эффективности управления тренировочным процессом при подготовке спортсменов в жарком климате.

Одним из перспективных путей решения этой задачи может быть научно-методическое обоснование информативных критериев оценки степени напряжения в работе регуляторных механизмов у человека, выполняющего неодинаковую по характеру, мощности и продолжительности мышечную работу в разных температурно-влажностных условиях окружающей среды. Установление таких критериев позволит подойти к выбору физиологически приемлемых режимов тренировочных нагрузок, исключающих развитие неблагоприятных сдвигов в организме спортсмена, а также оценить эффективность применения существующих и вновь разрабатываемых способов и средств повышения его тепловой резистентности.

Выше обозначенные обстоятельства определяют актуальность темы настоящего исследования, которая обусловлена недостаточной изученностью динамики функциональных изменений в организме человека при действии предельных физических нагрузок в условиях затрудненной теплоотдачи и насущной потребностью практики спортивной тренировки в разработке физиологических критериев регламентации напряженной двигательной деятельности в нагревающей среде.

Целью настоящей работы явилось изучение особенностей функционального состояния организма человека при действии предельных физических нагрузок в условиях ограничения теплоотдачи и разработка диагностического подхода по его оценке.

Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи: организм человек теплоотдача нагрузка

1. Изучить влияние на функциональное состояние и работоспособность организма человека физической нагрузки нарастающей мощности при термонейтральной, повышенной и высокой температуре воздуха с его малой подвижностью и повышенной относительной влажностью.

2. Провести сравнительную оценку влияния на функциональное состояние и работоспособность организма человека физической нагрузки субмаксимальной мощности в различных микроклиматических условиях.

3. Определить основные факторы, лимитирующие двигательную деятельность определенного характера и мощности у человека при комфортном и нагревающем режимах микроклимата.

4. Выявить комплекс наиболее информативных критериев диагностики напряжения в работе регуляторных механизмов организма человека в процессе развивающейся гипертермии при двигательной деятельности различного характера, мощности и продолжительности.

5. Разработать диагностический комплекс для оперативного медицинского контроля за функциональным состоянием организма человека при действии предельных физических нагрузок в условиях, ведущих к его перегреванию.

Научная новизна исследования. Впервые проведена комплексная количественная оценка реакций организма на физические нагрузки различной мощности (максимальной и субмаксимальной) в различных условиях теплоотдачи (термонейтральной, повышенной и высокой температуры воздуха при малой его подвижности, а так же умеренной и повышенной относительной влажности).

Получены новые сведения о характере и выраженности изменений показателей газоэнергообмена, теплового состояния, системной и церебральной гемодинамики, нервной системы, физической работоспособности и субъективного статуса организма человека при физических нагрузках большой мощности в разных температурно-влажностных режимах окружающей среды, которые дополняют существующие представления о закономерностях формирования и протекания защитно-компенсаторных реакций организма на воздействие физических нагрузок разного характера, интенсивности и продолжительности в микроклиматических условиях, ведущих к развитию гипертермии.

Практическая значимость. Разработан комплексный подход к оценке функционального состояния организма человека при действии предельных физических нагрузок нарастающей и субмаксимальной мощности в комфортном, теплом и жарком влажном микроклимате.

В исследованиях участвовали 43 спортсмена-мужчины высокой квалификации (первый разряд - мастер спорта) в возрасте от 19 до 24 лет и разной спортивной специализации (легкая атлетика, футбол, волейбол, баскетбол). В соответствии с поставленными задачами все исследования включали два этапа.

На первом этапе изучались и оценивались ответные реакции организма человека на возрастающую по интенсивности физическую нагрузку в разных условиях теплоотдачи. Для этого в термокамере создавались и поддерживались 3 микроклиматических режима с температурой (Т) и относительной влажностью (ц) соответственно 18±1°С и 68±1% (режим 1), 25±1°С и 75±1% (режим 2), 31±1°С и 85±1% (режим 3) при одинаковой во всех случаях скорости движения (v) воздуха, равной 0,3±0,1 м/с. Обследуемые, одетые в индивидуальную спортивную форму, выполняли при заданных микроклиматических режимах ступенчато возрастающую велоэргометрическую нагрузку для достижения уровня МПК (И.В. Аулик, 1990). Методика заключалась в том, что при постоянной скорости педалирования (60 об/мин) начальная нагрузка мощностью 50 Вт ступенеобразно увеличивалась на эту же мощность вплоть до отказа от продолжения работы. Длительность каждой ступени нагрузки (выполнено 5 ступеней) - 5 мин, паузы отдыха между ними - 1мин.

В ходе исследований в течение последних 30 с каждой ступени нагрузки определялся минутный объем легочной вентиляции и анализировался газовый состав выдыхаемого воздуха на содержание О2 и СО2. Через каждые 5 мин работы регистрировались температура тела (оральная) и кожи в 11 точках, измерялось артериальное давление, осуществлялась запись ЭКГ, ТТИРПГ и РЭГ. Сразу же после завершения работы проводились психофизиологические тесты в следующей последовательности: «время простой зрительно-моторной реакции (ВПЗМР)»; «критическая частота слияния световых мельканий (КЧССМ)»; «динамическая треморометрия»; «статическая мышечная выносливость»; тест «САН» (самочувствие, активность, настроение). После выхода из термокамеры обследуемый взвешивался на медицинских весах.

На втором этапе изучалось и оценивалось влияние интенсивной и непрерывной двигательной деятельности при тех же микроклиматических режимах на функциональное состояние и работоспособность человека. В этих условиях микроклимата обследуемые, одетые в тренировочные костюмы, выполняли на велоэргометре «Ритм» непрерывную работу (ногами) интенсивностью 75% от индивидуального МПК (физическая нагрузка субмаксимальной мощности) до наступления предела ее переносимости (отказ от продолжения работы).

В ходе проведения исследований через каждые 10-15 мин измерялись артериальное давление, температура тела (оральная) и кожи в 11 точках, осуществлялась запись ЭКГ, ТТИРПГ и РЭГ. Через каждые 20 мин физической нагрузки и в конце ее определялись минутный объем легочной вентиляции и газо-вый состав выдыхаемого воздуха. После завершения работы и выхода из термока-меры обследуемый взвешивался на медицинских весах и с ним проводились те же психофизиологические тесты и в той же последовательности, как на первом этапе.

Весь материал получен при проведении 176 комплексных обследований (6156 измерений). Работа выполнена при соблюдении основных биоэтических правил и требований с научным обоснованием планируемых исследований, анализом возможных рисков и дискомфортов, описанием исследования для неспециалистов и получением информированного согласия от участников исследований (Генин А.М. и др., 2001; Кузнецова Т.Ю., 2008). Необходимо отметить, что в исследованиях принимали участие одни и те же спортсмены.

Все полученные данные обработаны с помощью общепринятых методов вариационной статистики. Достоверность различий средних величин показателей оценивалась по критерию Стьюдента при уровне вероятности не менее 95%.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В ходе проведения первого этапа было выявлено, что в условиях комфортного (T=18±1°С, ц=68±1%, v=0,3±0,1 м/с), теплого влажного (T=25±1°С, ц=75±1%, v=0,3±0,1 м/с) и жаркого влажного (T=31±1°С, ц=85±1%, v=0,3±0,1 м/с) микроклимата предельная длительность ступенчато возрастающей по мощности (50, 100, 150, 200 и 250 Вт) мышечной работы с минутным отдыхом после каждого 5-минутного цикла оказалась в среднем одинаковой (28,5±0,3 мин). Такая физическая нагрузка вызывала стремительно нарастающие сдвиги показателей внешнего дыхания и энергообмена (минутный объем легочной вентиляции - VE, потребление кислорода - VO2, выделение углекислого газа - VCO2 и энерготраты - ЭТ). Однако к моменту отказа от продолжения эксперимента при нагрузке мощностью 250 Вт перечисленные показатели, а также энергетическая цена работы за все время ее выполнения имели наибольшие значения в жарком влажном микроклимате. Отсюда следует, что данный вид мышечной работы в условиях резко затрудненной испарительной теплоотдачи усиливает функциональное напряжение в деятельности респираторной системы и тем самым увеличивает при ее выполнении расход энергии организмом.

Одновременно было отмечено напряжение в работе регуляторных механизмов сердечно-сосудистой системы, степень выраженности которого возрастала по мере повышения температуры и относительной влажности окружающей среды от уровня комфортных. Это нашло отражение в динамике показателей системной кардиогемодинамики и церебрального кровообращения.

Так, уже на 5-й мин мышечной работы мощностью 50 Вт при всех микроклиматических режимах достоверно увеличивалось систолическое артериальное давление (АДс), уровень которого в момент прекращения работы мощностью 250 Вт достигал 178ч181 мм рт.ст. Достоверное уменьшение диастолического артериального давления (АДд) начиналось в конце 1-го цикла работы (режим 3), 2-го цикла (режим 2) и 4-го цикла (режим 1). Перед наступлением отказа начальное АДд (78ч80 мм рт. ст.) снижалось до 50±2 (режим 1), 36±2 (режим 2) и 24±1 (режим 3) мм рт.ст.

Среднее гемодинамическое давление (СГД) характеризовалось двумя фазами изменения: «фаза подъема» (режимы 1 и 2) или «сдерживания» (режим 3) в течение первых 3-х циклов работы и «фаза снижения» - последующие 2 цикла работы. В конце второй фазы уровень СГД не отличался от начального (режим 1) или становился ниже его на 8±1 мм рт.ст (режим 2) и 16±0,9 мм рт.ст. (режим 3) при абсолютных значениях, равных соответственно 93±0,9, 85±0,5 и 76±0,6 мм рт.ст.

Параллельно отмечалось непрерывное падение общего периферического сосудистого сопротивления (ОПСС), величина снижения которого к концу работы достоверно возрастала с 310±35 (режим 1) до 461 ±40 (режим 2) и 610±50 (режим 3) дин•см-5/с.

Усиление сердечной деятельности с начала работы нарастающей интенсивности проявлялось, прежде всего, тахикардией. При этом по мере повышения мощности физической нагрузки происходил непрерывный рост частоты сердечных сокращений (ЧСС), достигающий к моменту отказа 173±2 уд/мин (режим 1), 179±2 (режим 2) и 184±2 уд/мин (режим 3). Выявлено также, что в ходе выполнения определенного вида мышечной работы увеличение ЧСС определялось не только возрастанием мощности нагрузки, но и действием на организм жаркого влажного микроклимата.

Закономерные изменения претерпевали систолический объем (СО) крови и минутный объем кровообращения (МОК). СО крови характеризовался в течение 1-го цикла нагрузки стабилизацией на уровне исходного (режимы 1 и 2) или незначительным увеличением (режим 3), после чего происходило его непрерывное уменьшение. Для МОК характерным оказался быстрый рост, сменяющийся в конце 4-го цикла нагрузки удерживанием на достигнутом уровне (режимы 1 и 2) или снижением после 3-го цикла нагрузки до конца работы (режим 3).

Известно, что увеличение МОК может быть обусловлено как учащением сердечных сокращений, так и с ростом СО крови. В первые 5 мин работы возрастание МОК явилось результатом увеличения обоих параметров (режим 3) или только ЧСС (режим 1 и 2), поскольку СО крови в последнем случае не изменялся. В дальнейшем возрастание МОК, наблюдаемое при непрерывном снижении СО крови происходило за счет увеличения ЧСС. В то же время достоверное уменьшение МОК к моменту прекращения работы в 250 Вт (влажный жаркий микроклимат) по сравнению с удержанием его на достигнутом максимальном уровне (комфортный и теплый микроклимат) можно объяснить наибольшим снижением СО крови (42±2 мл против 34±3 мл) на фоне почти одинакового прироста ЧСС (110±2 уд/мин против 105±3 и 107±2 уд/мин). Следовательно, в рассматриваемых микроклиматических условиях выполнение мышечной работы нарастающей интенсивности до отказа вызывает наибольшее снижение эффективности сердечной деятельности при температуре 31±1°С и относительной влажности 85±1% воздуха по сравнению с температурой и относительной влажностью воздуха 18±1°С и 68±1%, 25±1°С и 75±1% соответственно.

Описанные изменения дают основание считать, что динамика и абсолютные значения комплекса рассмотренных показателей системной кардиогемодинамики являются высоко информативными критериями оценки степени напряжения в работе регуляторных механизмов в организме человека при физической нагрузке возрастающей мощности до отказа в условиях жаркого влажного, теплого влажного и комфортного микроклимата.

На фоне резко выраженного напряжения в работе регуляторных механизмов кардиогемодинамики имели место изменения реоэнцефалографических (РЭГ) показателей, отражающие текущее состояние церебрального кровообращения, т.е. до начала и в течение всего времени работы в различных микроклиматических условиях.

Как установлено, на исходный уровень мозгового кровотока человека, находящегося в состоянии покоя в термокамере, оказывал влияние созданный в ней микроклимат. На это указывал тот факт, что с повышением температуры и относительной влажности воздуха с 18±1°С и 68±1% до 25±1°С и 75±1%, далее до 31±1°С и 85±1% показатели РЭГ претерпевали достоверные изменения, указывающие на снижение тонуса артерий, артериол и вен, рост кровенаполнения мозговых сосудов и увеличение оттока венозной крови из региона. В целом это можно расценить как проявление ауторегуляции мозгового кровотока в ответ на совместное воздействие разных по величине температуры и относительной влажности воздуха.

Работа на велоэргометре со ступенчато возрастающей нагрузкой в трех разных микроклиматических режимах вызывала практически одинаковые по характеру динамики изменения реоэнцефалографических показателей, несмотря на различия их исходных уровней. Однако в большей степени эти изменения имели место при работе в жарком влажном микроклимате. В этих случаях происходило ускоренное падение реографического дикротического индекса (ДИ), реографического диастолического индекса (РДИ) и индекса вено-артериального (В/А) отношения до минимальных величин к моменту отказа. Одновременно наблюдалось непрерывное увеличение максимальной скорости быстрого наполнения (МСБН) кровью крупных артерий и средней скорости медленного наполнения (ССМН) кровью средних артерий головного мозга, достигающее максимальных величин к периоду отказа от работы. Отмечался быстрый рост реографического систолического индекса (РСИ) и венозного оттока (ВО) крови из региона при максимуме в конце 4-го цикла работы мощностью 200 Вт, после чего начиналось его снижение.

Совокупность обнаруженных сдвигов свидетельствует о развитии к концу заданной работы в нагревающей среде с повышенной температурой, высокой относительной влажностью и малой подвижностью воздуха резко выраженной гипотонии крупных, средних и мелких артерий, артериол и вен, об избыточном кровенаполнении мозговых сосудов и ухудшении венозного оттока крови из бассейна головного мозга.

При такой же мышечной деятельности в условиях комфортного или теплого микроклимата показатели РЭГ претерпевали сходные изменения, особенно по абсолютным значениям, предшествующим отказу от продолжения работы. Однако различия выявлялись в динамике показателей, изменения которых указывали на падение тонуса крупных и средних артерий (увеличение МСБН и ССМН их кровью), а также на повышение пульсового кровенаполнения мозговых сосудов (рост РСИ). Различия появлялись после 3-го цикла работы мощностью 150 Вт и выражались в удерживании показателей на достигнутом уровне в течение 4-го и 5-го циклов работы в 200 и 250 Вт по сравнению с продолжающимся их возрастанием в жарком влажном микроклимате.

По данным литературы (Зиночкин В.А., 1979; Кощеев B.C., Кузнец Е.И., 1986; Костина Т.Ф., 2000; Исупов И.Б., 2001; Лелюк В.Г., 2004; Лиходеева В.А. и др., 2009; Schondorf R. et al., 2001; Edwards M.R. et al., 2002), стабилизация основных показателей РЭГ на повышенном (или пониженном) уровне свиде-тельствует о сохранении ауторегуляции мозгового кровотока, тогда как их непрерывное увеличение или падение (например, ДИ) является признаком приближающейся утраты этой ауторегуляции.

Анализ полученных результатов, согласующихся с имеющимися в литературе данными, позволяет заключить, что по динамике и абсолютным значениям изучаемых показателей РЭГ можно судить о степени напряжения механизмов ауторегуляции мозгового кровообращения при определенном виде физической нагрузки до отказа в различных микроклиматических условиях.

Как показали психофизиологические исследования, мышечная работа со ступенчато возрастающей мощностью и возможным временем ее выполнения не более 29 мин не оказывала в условиях комфортного микроклимата какого - либо влияния на функциональное состояние ЦНС, нервно-мышечного аппарата и субъективный статус обследуемых. Об этом можно судить по отсутствию статистически значимых различий со стороны практически всех психофи-зиологических показателей до начала и в конце физической нагрузки.

В условиях теплого влажного микроклимата к концу нагрузки происходило достоверное снижение способности к точной координации движений (по данным методики «динамическая треморометрия»), ухудшались самочувствие и активность (по данным теста «САН»).

Однако среди всех анализируемых психофизиологических показателей достоверные изменения обнаруживались к концу работы в условиях жаркого влажного микроклимата. В результате проведенных исследований установлено, что сочетанное действие в течение 28,4±0,2 мин физической нагрузки нарастающей интенсивности и нагретого (до 31±1°С) влажного (относительная влажность 85±1%) воздуха со скоростью движения 0,3±0,1 м/с приводит к развитию возбуждения в корковом отделе зрительного анализатора (по данным ВПЗМР и КЧССМ), существенному снижению способности к точной координации движений, падению статической выносливости мышц кисти и предплечья (по данным «динамической треморометрии» и «статической мышечной выносливости»), а также ухудшению самочувствия, активности и настроения (по данным теста «САН»).

Из представленных результатов следует, что чувствительность анализируемых психофизиологических показателей возрастает по мере увеличения температуры и относительной влажности воздуха. Наиболее информативными при сочетанном действии физической и тепловой нагрузок оказались критическая частота слияния световых мельканий, способность к точной координации движений, статическая выносливость мышц кисти и предплечья, самочувствие и активность.

Вместе с тем выше приведенные результаты исследований указывают на то, что для завершения научного обоснованного выбора наиболее информативных физиологических критериев оценки переносимости человека мышечной работы большой мощности в условиях ограничения теплоотдачи важное теоретическое и практическое значение приобретает проведение исследований с моделированием субмаксимальной физической нагрузки до отказа. Этому и посвящен 2-й этап настоящего исследования.

Как выше указывалось, в трех сериях исследований 2-го этапа моделировалась непрерывная работа субмаксимальной мощности путем педалирования на велоэргометре с постоянной мощностью нагрузки равной 75 % от индивидуального МПК. Работа выполнялась в трех микроклиматических режимах, не вызывающих затруднения теплоотдачи радиацией, конвекцией, испарением (Т=18±1°С, ц=68±1%, v=0,3±0,1 м/с), или вызывающих умеренно выраженное (Т=25±1°С, ц=75±1%, v=0,3±0,1 м/с) и резко выраженное (Т=31±1°С, ц=85±1%, v=0,3±0,1 м/с) ограничение теплоотдачи, прежде всего за счет испарения влаги с поверхности кожи и органов дыхания.

Используя классификацию физической работы по энергетическим показателям (Д.Х. Келлавей, 1975) и, в частности, усредненным значениям энерготрат, равным 41,1±1,3 кДж/мин (комфортный), 44,2±1,2 кДж/мин (теплый влажный) и 46,4±1,1 кДж/мин (жаркий влажный) микроклимат, моделируемая работа относится к разряду «очень тяжелая».

Установлено, что в комфортном и теплом влажном микроклимате возможная продолжительность заданной работы оказалась приблизительно одинаковой и составила в среднем 60 мин. Основной причиной преждевременного отказа от продолжения работы явилось появление мышечного дискомфорта в работающих мышцах нижних конечностях и желание в связи с этим прекратить исследования.

С другой стороны, выполнение одной и той же работы в неодинаковых микроклиматических условиях сопровождалось разнонаправленными по характеру динамики изменениями показателей теплового состояния обследуемых. Так, в первые 20 мин физической нагрузки при режиме 1 происходило повышение показателей, характеризующих тепловое состояние обследуемых. За это время прирост температуры тела оральной (Тор) был равен 0,5±0,06оС, средневзвешенной температуры (СВТ) кожи - 2,8±0,2оС, средней температуры тела (СТТ) - 0,5±0,07оС и теплосодержания (ДQ) - 1,7±0,3 кДж/кг. В дальнейшем рассматриваемые показатели практически не изменялись и удерживались до момента прекращения работы на уровнях, достигнутых в начальном ее периоде. Такая динамика анализируемых параметров свидетельствовала о том, что через 20 мин воздействия интенсивной физической нагрузки наступает термостабилизация организма при повышенном его теплосодержании, отличающегося от исходного не более чем на 2,0±0,3 кДж/мин. Следовательно, при указанных величинах температуры, влаж-ности и подвижности воздуха, условия для теплоотдачи можно считать близкими к оптимальным, так как при них система терморегуляции обеспечивает поддержание температурного гомеостаза человека, выполняющего работу субмаксимальной мощности до отказа.

После прекращения работы незначительно замедлялась скорость ответной реакции на световой раздражитель (об этом можно судить по достоверному увеличению ВПЗМР на 5%) и снижалась статическая мышечная выносливость (по данным кистевой динамографии изучаемый показатель оказался достоверно меньше исходного на 19%). Это свидетельствовало о появлении начальных признаков общего утомления наряду с развившимся мышечным утомлением в нижних конечностях.

Другая динамика показателей теплового состояния организма наблюдалась в течение такого же по времени выполнения аналогичной работы в условиях заметного ограничения теплоотдачи. В этих случаях на 10-й мин работы регистрировалось отчетливо выраженное увеличение СВТ кожи до 34,5±0,2оС при исходной - 31,8±0,2оС. В ходе дальнейшего выполнения работы СВТ кожи медленно нарастала и к моменту отказа ее величина была равна 35,2±0,2оС. Оральная температура в первые 10 мин работы оставалась практически на уровне исходной (36,6±0,05 оС). Далее происходило постепенное увеличение Тор, прирост которой к концу эксперимента составил 0,4±0,08оС. Со стороны СТТ и Q также отмечался замедленный рост. Ко времени наступления отказа СТТ возрастала в среднем на 1,2оС (до 36,8оС), накопление тепла (ДQ) в организме обследуемых на 4,1±0,2 кДж/кг. В этих случаях конечные величины рассматриваемых показателей характеризовали умеренный перегрев человека. Важно отметить, что при данной степени гипертермии, обусловленной работой с большим расходом энергии и уменьшением испарительной теплоотдачи при повышенной влажности воздуха, существенно ухудшались состояние ЦНС (отмечалось достоверное уменьшение ВПЗМР на 3% и величины КЧССМ, которая в конце экспериментов по сравнению с исходной статистически достоверно возрастала в среднем на 3%); снижалась физическая работоспособность (к моменту окончания работы отмечались достоверные увеличение величины коэффициента тремора на 17% и уменьшение статической выносливости мышц кисти и предплечья на 26,7%); ухудшался субъективный статус (наблюдалось снижение величин следующих показателей: «самочувствие» - на 13,2%; «активность» - на 10,5% по отношению к данным до начала работы, при р<0,001).

Дальнейшее повышение температуры и влажности воздуха (до 31±1°С и 85±1%) при его малой подвижности (0,3±0,1 м/с) приводило к резкому ограничению теплоотдачи. В результате предельная длительность работы интенсивностью 75% от МПК сокращалась до 50±4 мин (М±m, р<0,05) и ее выполнение сопровождалось непрерывным возрастанием величин показателей теплового состояния организма. Так, уже в первые 10 мин было обнару-жено увеличение СВТ кожи и Тор до 35,2±0,2оС и 36,9±0,04оС при исходных 32,2±0,2оС и 36,6±0,05оС. Далее величины СВТ кожи и Тор продолжали нарастать и достигали к моменту прекращения работы соответственно 36,l±0,lоС и 37,5±0,06оС. Изменения СТТ, Q и ДQ характеризовались их непрерывном ростом. К концу работы СТТ возрастала на 1,7±0,07оС и ДQ до 6,0±0,2 кДж/кг.

Основными причинами развившейся гипертермии явились резкое ограничение теплопотерь путем потоиспарения при высокой влажности воздуха, несмотря на обильное потоотделение, и дополнительное образование метаболического тепла за счет возрастания интенсивности газоэнергообмена в последние 10 мин физической нагрузки. Так, величины влагопотерь у обследуемых за время работы, определяемые по снижению массы их тела, составили 420±25г (режим 1), 850±20г (режим 2) и 1030±21г (режим 3).

Следует подчеркнуть, что в результате развившегося перегревания нарушалось функциональное состояние ЦНС. Об этом можно судить по статистически достоверным уменьшению ВПЗМР на 6% и возрастанию величины КЧССМ в среднем на 8%. Сравнительный анализ результатов самооценки обследуемыми своего субъективного состояния показал выраженное ухудшение субъективного статуса обследуемых. Об этом судили по снижению величин следующих показа-телей: «самочувствие» - на 26,1%; «активность» - на 18,6%; «настроение» - на 13,7% по отношению к данным до начала работы (р<0,001). Результаты оценки физической работоспособности выявили статистически значимые различия в отношении способности к точной координации движений. Так, достоверное снижение точной сенсомоторной координации составило 43,6% от исходного уровня. При этом возрастание коэффициента тремора произошло за счет удлинения времени прохождения лабиринта и роста касаний его стенок. По данным кистевой динамографии, выполнение заданной работы до отказа приводило к существенному снижению выносливости мышц кисти и предплечья к статической нагрузке. Это нашло отражение в достоверном уменьшении статической выносливости мышц кисти и предплечья относительно исходной величины на 32%.

На основании изложенного материала можно полагать, что разнонаправленные по характеру динамики и выраженности изменения показателей теплового состояния человека в ходе работы субмаксимальной мощности при различных параметрах микроклимата приобретают важное значение как информативные критерии оценки степени гипертермии, развившейся в этих условиях. В качестве таких критериев в табл. 1 приведены абсолютные значения показателей теплового состояния спортсменов в конце непрерывной работы субмаксимальной мощности при трех микроклиматических режимах, позволяющие диагностировать: отсутствие перегрева (режим 1), умеренный перегрев (режим 2), значительный перегрев (режим 3).

Таблица 1. Величины показателей теплового состояния к концу непрерывной работы субмаксимальной мощности при трех микроклиматических режимах (М±m, р<0,05)

Вместе с тем, как показали проведенные исследования, переносимость действия интенсивной физической нагрузки и ее сочетание с затрудненной теплоотдачей могут быть связаны с результативностью функционирования сердечно-сосудистой системы. Подтверждением этому явился сравнительный анализ динамики и абсолютных величин показателей системной кардиогемодинамики и церебрального кровообращения в условиях комфортного (режим 1), теплого влажного (режим 2) и жаркого влажного (режим 3) микроклимата.

Установлено, что при всех микроклиматических режимах в течение первых 10 мин физической нагрузки мощностью 175 Вт происходило резкое увеличение исходной (70-72 уд/мин) ЧСС. В дальнейшем указанный показатель (рис. 1) либо оставался на относительно стабильном уровне (режим 1), либо медленно нарастал (режимы 2 и 3). СО крови в начальном периоде нагрузки (10 мин) отчетливо уменьшался, а затем удерживался на одном уровне, составляя 72ч75 мл (режим 1) и 65ч68 мл (режим 2), или продолжал снижаться, приближаясь к 54ч58 мл (режим 3) в момент отказа от продолжения работы. Для динамики МОК характерным оказался первоначальный рост (до 10 мин) с последующей стабилизацией на разном уровне в зависимости от условий окружающего микроклимата.

В настоящих исследованиях возрастание и стабилизация МОК были обусловлены резко выраженным учащением в начальном 10-минутном периоде интенсивной физической нагрузки и дальнейшим ее нарастанием (режимы 2 и 3) или сохранением на высоком уровне (режим 1), поскольку СО крови неуклонно падал (режим 3), или после первоначального уменьшения находился на одном уровне (режимы 1 и 2). Однако различия при этом определялись тем, что за счет большей величины СО крови уровень стабилизации МОК при режиме 1 оказался выше, чем при режимах 2 и 3.

Из приведенных данных следует, что только в микроклимате с оптимальными условиями теплоотдачи, обеспечивающими поддержание температурного гомеостаза человека при выполнении мышечной работы субмаксимальной мощности, возможна стабилизация основных параметров деятельности сердца (ЧСС, СО, МОК). Такое постоянство свидетельствует о наступлении через 10 мин работы периода устойчивого состояния («Study State»), когда производительность сердца соответствует энергетическим потребностям организма при определенном виде физической нагрузки в конкретных микроклиматических условиях.

В то же время по мере повышения температуры и влажности окружающей среды от уровня оптимальных возрастает напряжение сердечной деятельности и снижается ее эффективность, особенно при резко выраженном ограничении испарительной теплоотдачи. Это подтверждают характер динамики и величины показателей, отражающих системное артериальное давление и общее периферическое сосудистое сопротивление.

Размещено на http://www.allbest.ru/

39

Рис. 1. Динамика ЧСС, СО крови и МОК при мышечной работе субмаксимальной мощности в трех микроклиматических режимах.

Обозначения: 1 - комфортный микроклимат (Т=18±1єС, ц=68±1%, v=0,3±0,1м/с);2 - теплый влажный микроклимат (Т=25±1єС, ц=75±1%,v=0,3±0,1м/с); 3- жаркий влажный микроклимат (Т=31±1єС, ц=85±1%, v=0,3±0,1м/с).

Обнаружено, что в первые 10 мин интенсивной физической нагрузки АДс возрастало на 42±1 (режим 1), 44±1 (режим 2) и 53±1 (режим 3) мм рт.ст. по отношению к исходному, после чего оставалось на стабильном повышенном уровне до конца воздействия (рис. 2). При режиме 1 АДд к 10-й минуте нагрузки уменьшалось на 10±1 мм по отношению к исходной величине (79±1 мм рт.ст.) и затем сохранялось на постоянном пониженном уровне. При режимах 2 и 3 наблюдалось непрерывное падение АДд, величина которого к моменту прекращения работы становилась меньше исходной соответственно на 33±2 и 54±5 мм рт.ст.

Размещено на http://www.allbest.ru/

39

Рис. 2. Динамика АДс, АДд при мышечной работе субмаксимальной мощности в трех микроклиматических режимах.

Обозначения см. рис. 1.

В характере динамики СГД наблюдались следующие фазы: «подъем» - первые 10 мин работы (режимы 1 и 2); «стабилизация» - последующие 50 мин (режим 1) или 40 мин (режим 2); «снижение» - последние 10 мин работы (режим 2). При режиме 3 СГД характеризовалось непрерывным снижением (рис. 3).

Как видно на рисунке, сходный характер приобретала динамика ОПСС. При этом его изменения отличались высокой динамичностью: с резкими снижениями в начальном периоде работы (10 мин) и последующей стабилизацией на пониженном уровне (режим 1) или дальнейшим падением (режимы 2 и 3) до конца работы.

Описанные изменения показателей кардиогемодинамики подтверждают тот установленный в исследованиях факт, что только в оптимальном микроклимате, при котором выполнение мышечной работы субмаксимальной мощности не вызывает нарушения теплового баланса организма, обеспечивается устойчивое состояние системного кровообращения на новом функциональном уровне.

На основании анализа полученных результатов представляется возможным выделение 3-х основных вариантов в динамике системного АД, интегративным показателем которого принято считать СГД: относительная стабилизация на повы-шенном уровне (оптимальный микроклимат); относительная стабилизация, сме-няющаяся срывом (теплый влажный микроклимат); непрерывное снижение (жаркий влажный микроклимат).

Согласно полученным данным, выделенные варианты динамики СГД могут быть обусловлены разнонаправленными сдвигами МОК (подъем и стабилизация на разных уровнях) и ОПСС (резкое падение и стабилизация на пониженном уровне или непрерывное снижение).

Размещено на http://www.allbest.ru/

39

Рис. 3. Динамика СГД и ОПСС при мышечной работе субмаксимальной мощности в трех микроклиматических режимах.

Обозначения см. рис. 1.

Рассмотрим более подробно 3 варианта динамики СГД, которые можно объяснить следующим образом. Уже в начале интенсивной мышечной работы, судя по выраженному повышению кожной температуры, происходит терморе-гуляторное расширение поверхностных сосудов, приводящее к увеличению емкости сосудистого русла кожи. Возникающее при этом относительное уменьшение объема циркулирующей крови инициирует возрастание МОК за счет резкого увеличения ЧСС, поскольку СО крови снижается. В результате быстрого падения ОПСС уменьшается АДд, тогда как АДс повышается за счет роста МОК, что также согласуется с имеющимися в литературе данными (Maxwell N.S. et al., 1996; Galloway S.D.R. et al., 1997).

В ходе дальнейшего исследования у лиц с энерготратами порядка 46 кДж/мин в условиях ограничения испарительной теплоотдачи повышение теплопродукции приводит к интенсификации потоотделения и рабочая нагрузка на сердечно-сосудистую систему постоянно нарастает. По мере действия этой нагрузки результативность ее функционирования непрерывно снижается, о чем и свидетельствовала динамика СГД. Она характеризовалась неуклонным уменьшением значений данного показателя при продолжающемся увеличении ЧСС и снижении СО крови, ОПСС, АДд на фоне удерживания АДс на повышенном и МОК на относительно низком уровне. В совокупности, выявленные разнонаправленные сдвиги могут свидетельствовать о значительном снижении компенсаторных возможностей системы кровообращения на сочетанное воздействие физической и термической нагрузок, чем объясняется сокращение предельной длительности непрерывной работы субмаксимальной мощности до 50±4 мин.

Следовательно, уровень значений СГД, а также других показателей кардиогемодинамики, приобретает важное значение как информативных критериев оценки особенностей функционального состояния организма человека при мышечной работе большой мощности в различных микроклиматических условиях окружающей среды. В частности, применительно к жаркому влажному микроклимату о перенапряжении в работе регуляторных приспособительных механизмов организма спортсменов можно судить по величинам показателей системного АД и деятельности сердца при наступлении отказа от продолжения работы субмаксимальной мощности (табл. 2).

Таблица 2. Величины показателей функционального перенапряжения организма при непрерывной работе субмаксимальной мощности в условиях жаркого влажного микроклимата (М±m, р<0,05)

Как показали реоэнцефалографические исследования, оптимальные условия для поддержания баланса между притоком артериальной крови в головной мозг и оттоком венозной крови из региона создавались в комфортном микроклимате. Об этом свидетельствовали начальные (до работы) меньшие значения МСБН, ССМН, РСИ, ВО и большие значения РДИ, В/А, ДИ при режиме 1 относительно данных при режимах 2 и 3 (табл. 3). Как видно из таблицы, с повышением температуры и влажности воздуха от уровня комфортных этот баланс оказался сопряженным с одновременным увеличением скорости и объема пульсового кровенаполнения (возрастание МСБН, ССМН, РСИ) и венозного оттока (возрастание ВО) на фоне понижения тонуса мелких артерий, артериол и вен (снижение ДИ, В/А и РДИ).

Начало интенсивной мышечной работы (10 мин) в комфортном (режим 1) и теплом влажном (режим 2) микроклимате сопровождалось резким увеличением МСБН кровью мозговых артерий крупного калибра, после чего этот параметр до 50 мин продолжал расти и далее незначительно уменьшался в последние 10 мин нагрузки. В начальном периоде работы исходные значения РДИ, ДИ и В/А, быстро снижались и затем сохранялись на пониженном уровне до конца нагрузки. Для РСИ были характерны две фразы: «фаза подъема» - в течение 40 мин работы и «фаза стабилизации» - оставшиеся 20 мин. Резкий подъем величины ВО крови из региона отмечался на 10-й мин и в дальнейшем сменялся медленным ее нарастанием до момента прекращения работы.

Таблица 3.Величины реоэнцефалографических показателей до и в конце непрерывной работы субмаксимальной мощности при трех микроклиматических режимах (М±m)

Примечания: А - до работы, Б - в момент отказа от работы.

* - Достоверные различия по сравнению с режимом 1;

** - достоверные различия по сравнению с режимом 2.

Описанная динамика РЭГ показателей указывает на то, что при выполнении работы субмаксимальной мощности в микроклиматических условиях, исклю-чающих возможность перегрева человека (режим 1), или вызывающих его умеренный перегрев (режим 2), развивается процесс относительной стабилизации суммарного пульсового кровенаполнения головного мозга. При этом происходит увеличение скорости кровенаполнения крупных и средних мозговых артерий, падение тонуса мелких, резистивных церебральных артерий и артериол. В результате постепенное повышение систолического притока крови в головной мозг сменяется его стабилизацией на новом уровне за счет резкого подъема венозного оттока крови в начале работы и его дальнейшим замедленным нарастанием.

Другой характер динамики реоэнцефалографических показателей наблюдался при такой же работе в жарком влажном микроклимате (режим 3). В этих случаях отмечалось быстрое увеличение МСБН кровью крупных мозговых артерий, дости-гающее максимума к моменту отказа от продолжения работы (табл. 3). Практически на исходном уровне оставалась ССМН кровью средних мозговых артерий. В первые 20 мин нагрузки происходило резкое уменьшение исходных величин ДИ, РДИ и ВА с последующим их сохранением на низком уровне. Одновременно отмечался непрерывный рост величины РСИ и стремительный подъем ВО крови из церебрального бассейна с последующей его относительной стабилизацией.

Как свидетельствует динамика РЭГ показателей, при выполнении очень тяжелой работы во влажном жарком микроклимате, вызывающем значительный перегрев человека, стабилизации суммарного пульсового кровенаполнения головного мозга на новом уровне не возникает. На это указывает, прежде всего, тот факт, что непрерывный приток артериальной крови (увеличение РСИ) в мозг происходит при сохранении на относительно постоянном уровне венозного оттока крови из региона (стабилизация ВО), т.е. создаются условия для венозного застоя крови в церебральном бассейне.

Сравнительный анализ полученных данных позволяет заключить, что исходные значения, динамика и конечные величины анализируемых реоэнцефалографических показателей являются информативными критериями оценки состояния цереб-рального кровообращения у спортсменов до начала и в ходе работы субмакси-мальной мощности до отказа в комфортной, теплой и жаркой влажной среде.

Таким образом, непрерывная работа субмаксимальной мощности (75% от МПК) до отказа в микроклиматических условиях, не вызывающих затруднения теплообмена с окружающей средой сопровождается термостабилизацией организма при повышенном его теплосодержании, стабилизацией показателей газоэнер-гообмена (VE, VO2, VCO2, ЭТ), системной кардиогемодинамики (ЧСС, СО, МОК, АДс, АДд, СГД, ОПСС) на уровне, достигнутом в начальном периоде физической нагрузки (10-20 мин), и появлением к моменту отказа от продолжения работы признаков общего и местного утомления. В условиях, вызывающих выраженное затруднение теплообмена с окружающей средой происходит замедленный рост показателей теплового состояния организма (Тор, СВТ кожи, СТТ, Q) и развивается его умеренный перегрев, при котором возрастает напряжение в работе сердечно-сосудистой системы, нарушается состояние ЦНС, ухудшается самочувствие, снижается физическая работоспособность. В жарком влажном микроклимате развивается значительный перегрев, нарушается состояние ЦНС, ухудшается субъективный статус, резко снижается физическая работоспособность. В этих условиях динамика СГД и определяющих её показателей системной кардиоге-модинамики (ЧСС, СО, МОК, АДс, АДд, ОПСС), а также уровни этих показателей, совпадающие по времени с отказом от продолжения работы, являются диагностическими критериями для оценки перенапряжения в работе регуляторных механизмов организма. Исходные значения, динамика и конечные значения основных реоэнцефалографических показателей являются информативными критериями оценки состояния церебрального кровообращения у спортсменов до начала и в ходе работы субмаксимальной мощности до отказа в комфортной, теплой и жаркой влажной среде.

С помощью выделенных наиболее информативных критериев становится реальным оперативный медицинский контроль за текущим функциональным состоянием организма спортсменов, направленный на профилактику развития резких нарушений, и, прежде всего, со стороны кардиогемодинамики.

ВЫВОДЫ

1. В окружающей среде с температурой, относительной влажностью и подвижностью воздуха 18±1°С, 68±1% и 0,3±0,1 м/с (оптимальный микроклимат), 25±1°С, 75±1% и 0,3±0,1 м/с (теплый влажный микроклимат), 31±1°С, 85±% и 0,3±0,1 м/с (жаркий влажный микроклимат) предельная длительность динамической работы ступенчато повышающейся мощности (с 50 до 250 Вт) с учетом паузы отдыха (1 мин) между каждой 5-минутной ступенью нагрузки практически не изменяется.