Причины и способы положительного действия гипоксии на организм

Повреждающее действие последствий гипоксии может, как это ни кажется парадоксальным, благотворно воздействовать на организм. В нормальных условиях гладкие мышцы и мышечные элементы стенок мельчайших кровеносных сосудиков находятся в состоянии сокращения, что поддерживает тонус сосудов и как результат - уменьшает его поперечное сечение, повышает сопротивление кровотоку. В покоящихся мышцах большая часть, они не включаются в общий кровоток. При мышечной деятельности вокруг таких сосудов, по которым кровь и кислород не поступают в окружающие участки ткани, образуются и зоны, в которых Р02 ниже критического уровня. В результате проявляются биохимические и биофизические последствия гипоксии, приводящие к ослаблению сократительной функции мышечных волокон. Мышечные волокна расслабляются, просвет сосуда расширяется, в него поступает кровь, кислород, пластические вещества, которые расходуются на синтез белков и других биологических строительных материалов, необходимых для повышения функциональных возможностей. В мышцах синтезируются мышечные белки (миозин и актин), миоглобин и дыхательные ферменты, в том числе и это способствует наращиванию мышечной ткани (утолщению волокон, новообразованию мышечных волоконец), развитию системы тканевого дыхания - дыхательных ансамблей, внутренних мембран митохондрий, увеличению дыхательной поверхности, что обеспечивает более полное использование кислорода при его низком P02 и повышает таким образом экономичность кислородных режимов организма и работы всего дыхательного конвейера. Повышение экономичности - один из признаков к недостатку кислорода.

Образование при гипоксии стимулирует процесс расщепления глюкозы и высвобождения энергии для биологического синтеза. Тканевая гипоксия и вызываемые ею биохимические сдвиги в кроветворных органах стимулируют новообразование эритроцитов и гемоглобина.

Каждый из типов кислородной недостаточности может, как показано в предыдущем разделе, в какой-то мере быть компенсирован благодаря усилению дыхания, кровообращения, дыхательной функции крови. Усиление дыхания и кровообращения при мышечной деятельности, в известных пределах компенсирующее гипоксию нагрузки, способствует развитию грудной клетки и легких, сердечной мышцы.

Таким образом, гипоксия и вызываемые ею биохимические, биофизические и структурные изменения, с одной стороны, могут ограничивать работоспособность, приводить к развитию утомления, значительному ухудшению состояния организма. Но, с другой стороны, если действие гипоксии длительно, она способствует развитию всей системы дыхания, системы кровообращения, кроветворных органов, скелетных мышц, т. е. может обладать конструктивным созидательным эффектом, что значительно улучшает функциональное состояние организма и повышает уровень его работоспособности. На этом базируется и тренирующий эффект среднегорья, где к комбинированному воздействию гипоксии и гипоксии нагрузки добавляется положительный эффект солнечной радиации, ионизации воздуха. Гипоксию можно считать пусковым механизмом как развития утомления, так и адаптации к кислородной недостаточности и большим физическим нагрузкам.

Сочетанное действие на организм различных типов кислородного голодания. В повседневной жизни очень редко какой-нибудь из типов кислородной недостаточности существует сам по себе. Так, в горах, где в основном проявляется гипоксия, вызванная снижением Ра02, к ней присоединяется и другой тип кислородной недостаточности - гипоксия нагрузки, так как человек постоянно находится в движении. Как же проявляется сочетанное действие на организм этих двух типов кислородного голодания?

Кислородная недостаточность, развивающаяся при мышечной деятельности, т. е. гипоксия нагрузки, значительно усиливает действие на организм пониженного P502. Работа, выполняющаяся большим массивом мышц в течение 2 - 3 мин даже на небольшой высоте (1200 м) при Р502, равном 136 мм рт. ст., как бы переносит человека на вершину Эвереста, на высоту 8848 м, где Р502 составляет 40 мм рт. ст. (т. е. такое же, как у нас в смешанной венозной крови на Уровне моря).

Человек не может достичь вершины не только Эвереста, но и Казбека (5000 м) из-за Резких проявлений кислородной недостаточности. Взойти на вершину Эвереста могут лишь и адаптированные к высокогорью лица. У и акклиматизированных альпинистов на высоте 7500 м легочная вентиляция в покое почти в четыре раза, а МОК примерно на 40 % больше, чем на уровне моря, содержание гемоглобина вкрови составляет 205 г/л, ее кислородная емкость - около 280 мл/л (напомним, что у содержание гемоглобина в крови на уровне моря равно 131 - 150 г/л, а кислородная емкость крови - 170 - 200 мл/л). Несмотря на такое увеличение вентиляции, МОК, ее кислородной емкости, скорость поэтапной доставки кислорода существенно меньше, чем при нормальном Р02 на уровне моря, она на всех участках кислородного конвейера ниже своих критических значений, что служит причиной снижения возможности использования кислорода, угнетения нормальной функции клеток, снижения работоспособности.

Чтобы полнее представить себе происходящие в организме изменения, рассмотрим условия для работы кислородного конвейера в том случае, когда они нарушаются не в одном, а в двух местах одновременно: в начале конвейера, где происходит снижение Р502 и в его конечном пункте, где при гипоксии нагрузки увеличивается спрос, т. е. потребность в кислороде. Еще не проводя никаких специальных исследований, можно предположить, что состояние организма и его работоспособность должны ухудшиться.

Действительно, результаты многих исследований свидетельствуют о том, что в горах (и при разрежении воздуха в барокамере) работоспособность человека снижается пропорционально снижению Р502. На высоте 2000 м МПК снижается на 10 %; 4000 м - на 20; 6000 м - на 40 %. На высоте 8000 м оно составляет всего примерно треть своего значения на уровне моря. Далее Установлено, что развиваемая человеком мощность снижается на различной высоте больше, чем потребление кислорода, так как часть его расходуется организмом на усиленную работу дыхательных и сердечной мышц, головного мозга и эндокринной системы.

Снижение работоспособности в горах обусловлено повышением степени гипоксии как из-за снижения скорости поэтапной доставки кислорода, так и вследствие неспособности клеток усваивать кислород при напряжении его в клетке ниже критического уровня. Рассмотрим два случая.

Случай первый. Если бы при снижении Р502 на высоте 3500 м не увеличивался бы МОД, то в покое легкие получили бы кислорода не 1220 мл/мин, а только 790, альвеолы - 550 мл/мин. Такая низкая скорость поступления кислорода в легкие и альвеолы, наряду со сниженными Р502 и Ра02, явилась бы причиной падения последнего до уровня, ниже критического, скорость потребления кислорода уменьшилась бы, потребность организма в кислороде не была бы удовлетворена.

Благодаря улучшению легочной вентиляции, учащению сердечных сокращений и увеличению кровотока скорость поэтапной доставки кислорода возрастает, она оказывается практически такой же, как и на уровне моря: РА02 и Ра02 ниже, чем на уровне моря, но выше своих критических значений, и потребление кислорода организмом не снижается. Оно даже на 15 % выше, чем на уровне моря. Этот избыток кислорода затрачивается организмом на усиленную работу дыхательных и сердечной мышц.

Мышечная деятельность на уровне моря и на высоте 3500 м должна сопровождаться увеличением потребления кислорода, это необходимое условие для ее осуществления. Допустим, что для выполнения легкой работы требуется 1000 мл кислорода. На уровне моря для удовлетворения этой потребности скорость поступления кислорода в легкие должна быть около 4500 мл/мин, в альвеолы - 3400 мл; скорость транспорта кислорода артериальной кровью - 1500, венозной кровью - 550 мл/мин. При этом Ра02 и даже Р502 (последнее снизилось до 23 - 24 мм рт. ст.) выше критических уровней.

Если бы такая же легкая работа выполнялась в горах на высоте 3500 м, а легочная вентиляция и кровоток были бы такими же, как во время этой работы на уровне моря, то скорость поступления кислорода в легкие и альвеолы уменьшилась бы на 36 - 35 %, транспорта кислорода артериальной кровью - на 21 %, транспорта кислорода смешанной венозной кровью - на 60 %. Резерв кислорода в венозной крови был бы почти исчерпан (20 мл/л), насыщение ее кислородом упало бы до 10,6 %, а Р502 составило бы всего несколько миллиметров ртутного столба, т. е. было бы намного ниже критического. При такой работе не могло бы удержаться на должном уровне потребление кислорода, оно бы снизилось, работа не могла бы выполняться, образовался бы кислородный долг. Так как величина легочной вентиляции и кровотока на уровне моря при нагрузке малой интенсивности относительно невелика (МОД равен 24; МОК - 8,5 л/мин), то на высоте 3500 м организм имеет возможность их увеличить. В этом случае (когда МОД равен 37,25; МОК - 10,3 л/мин) скорость поэтапной доставки кислорода будет не меньше, чем на уровне моря, Ра02 и Р502 будут выше критического, потребление кислорода обеспечит потребность в нем работающих не только скелетных, но дыхательных и сердечных мышц. Правда, нагрузка в этих условиях будет организму стоить дороже; большая работа будет производиться дыхательной и сердечной мышцей, кислородный режим станет менее экономичным.

Случай второй. В равнинных условиях производилась тяжелая работа с потреблением кислорода, равным 2,88 л/мин. При такой нагрузке в легкие поступает 14, в альвеолы - 10,5 л/мин; артериальной кровью транспортируется 4370 и смешанной венозной кровью - 1490 л/мин. При этой нагрузке уже и на уровне моря образуется небольшой кислородный долг, но работа может выполняться около 30 мин. Во время работы в равнинных условиях МОД равен 75; МОК - 23 л/мин. Если бы на высоте 3500 м в горах вентиляция и кровоток были бы при этой нагрузке такими же, как на уровне моря, то в легкие поступило бы 10,8, в альвеолы - 7,64 л/мин, а артериальной кровью доставлялось бы тканям меньше кислорода, чем они потребляли при этой же. нагрузке на уровне моря, в венозной крови вообще не осталось бы кислорода, что невозможно, так как снижение в ней напряжения до уровня, ниже критического, вызвало бы падение скорости потребления кислорода в мышцах - тканевую гипоксию со всеми ее неблагоприятными последствиями. Работа в таких условиях стала бы невозможной. Чтобы обеспечить организм необходимым количеством кислорода, нужно было бы увеличить МОД до 105; МОК - до 35,6 л/мин. Обыкновенный нетренированный мужчина средних лет не обладает такими возможностями. Его МОД и МОК при максимальной работе на уровне моря достигают соответственно только 80 - 90 и 26 - 28 л/мин. Вот почему в горах на высоте 3500 м, где Р502 равно 104 мм рт. ст. (всего лишь на треть меньше, чем на уровне моря), тяжелая работа выполняться не может, МПК снижается.

Сочетанное действие гипоксии и гипоксии нагрузки обладает не только большим повреждающим, но и более выраженным конструктивным эффектом, так как в организме осуществляются реакции, направленные на компенсацию и гипоксии и гипоксии нагрузки. Поэтому сочетанное действие на организм двух типов гипоксии обладает более высоким, тренирующим и акклиматизационным эффектом, повышает работоспособность, повышает спортивные результаты в различных видах спорта на уровне моря. Физическая тренировка в горах ускоряет процесс адаптации к горному климату, повышает устойчивость к низкому Р502.