Мышечная деятельность в условиях пониженного и повышенного атмосферного давления, а также относительной невесомости (стр. 2 )

Смесь газов во вдыхаемом нами воздухе в условиях высокогорья такая же, как и в местности, расположенной на уровне моря:

кислорода — 20,93 %, диоксида углеро­да — 0,03, азота — 79,04 %. В то же вре­мя парциальное давление каждого газа снижается прямо пропорционально увели­чению высоты. Пониженное парциальное давление кислорода ведет к снижению мышечной деятельности в условиях вы­сокогорья вследствие пониженного гради­ента давления, отрицательно влияющего на транспорт кислорода в ткани.

С увеличением высоты температура воз­духа снижается, что сопровождается сни­жением количества водяного пара в воз­духе. В результате этого более сухой воз­дух может привести к обезвоживанию организма путем увеличения неощущаемых потерь воды организма

246

Солнечное излучение

Интенсивность солнечного излучения увели­чивается на больших высотах по двум причинам. Во-первых, потому, что на высоте солнечные лучи проходят меньший объем атмосферы. Именно по­этому на высокогорье атмосфера поглощает мень­ше солнечного излучения, особенно ультрафио­летовых лучей. Во-вторых, в обычных условиях атмосферная влага, как правило, поглощает зна­чительную часть солнечного излучения, однако ввиду ограниченного объема водяного пара в ус­ловиях высокогорья находящийся там человек подвергается более значительному воздействию солнечного излучения. Солнечное излучение уси­ливает отражение лучей от снега.

деятельности, которое, как мы уже знаем из гла­вы 9, зависит от поступления необходимого ко­личества кислорода в организм, его транспорта в мышцы и утилизации ими. Нарушение любого из этих этапов отрицательно сказывается на мышеч­ной деятельности. Рассмотрим, как на эти про­цессы влияют условия высокогорья.

Легочная вентиляция. В покое и во время физи­ческой нагрузки легочная вентиляция на больших высотах повышается. Поскольку в условиях высо­когорья в данном объеме воздуха содержится мень­ше молекул кислорода, человеку приходится вды­хать больше воздуха, чтобы обеспечить такое же количество кислорода, как при нормальном дыха­нии в обычных условиях (на уровне моря). Таким образом, увеличение вентиляции обусловлено по­требностью в большем объеме воздуха.

В ОБЗОРЕ...

1. Условия высокогорья характеризуются по­ниженным атмосферным давлением. Пребывание на высоте 1 500 м (4 921 футов) и больше оказы­вает заметное воздействие с точки зрения физио­логии на организм человека.

2. Содержание газов во вдыхаемом нами воздухе остается неизменным на любой высоте, в то же вре­мя парциальное давление каждого из них изменя­ется в зависимости от атмосферного давления.

3. С увеличением высоты температура воздуха понижается. Холодный воздух содержит мало воды, поэтому влажность воздуха в условиях вы­сокогорья крайне низкая. Эти два фактора повы­шают восприимчивость к холодовым травмам и обезвоживанию в условиях высокогорья.

4. С увеличением высоты повышается интен­сивность солнечного излучения, поскольку атмос­фера более разрежена и в ней мало влаги.

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ НА УСЛОВИЯ ВЫСОКОГОРЬЯ

Рассмотрим, как влияет пребывание в услови­ях высокогорья на организм человека. Главное внимание обратим на те реакции организма, ко­торые могут влиять на мышечную деятельность, а именно реакции дыхательной и сердечно-сосуди­стой систем, а также реакции обмена веществ.

Большая часть излагаемого материала касает­ся физиологических реакций организма неаккли­матизированных мужчин в условиях высокогорья. Это объясняется небольшим числом исследова­ний влияния условий высокогорья на организм женщин и детей, чья чувствительность к ним мо­жет значительно отличаться.

Реакции респираторной системы

Адекватное снабжение мышц кислородом — необходимое условие осуществления мышечной

Повышенная вентиляция легких в усло­виях высокогорья обусловлена меньшей плотностью воздуха

Действие повышенной вентиляции напоминает действие гипервентиляции в обычных условиях. Количество диоксида углерода в альвеолах снижа­ется. Оксид углерода "следует" градиенту давления, поэтому большее его количество диффундирует из крови, где его давление относительно высоко, в лег­кие для выведения. Усиленное выделение диоксида углерода обеспечивает повышение рН крови. Это так называемый газовый, или респираторный, ал­калоз. Стараясь его предотвратить, почки выделя­ют больше ионов двууглекислой соли. Вспомним, что они являются буфером угольной кислоты, об­разующейся из диоксида углерода. Таким образом, снижение концентрации ионов двууглекислой соли понижает буферную способность крови. В ней ос­тается больше кислоты и алкалоз может легко воз­никнуть снова.

Диффузионная способность легких и транспорт кислорода. У человека, находящегося в состоянии покоя, в обычных условиях диффузионная спо­собность легких неограничена. Если бы она была ограничена, в кровь поступало бы меньше кисло­рода и артериальное Рц оказалось бы ниже, чем альвеолярное р(, . Однако эти два показателя по­чти одинаковы. У такого человека количество кислорода, попадающего в кровь, определяется альвеолярным Ру и интенсивностью кровотока в легочных капиллярах.

Вспомним, что в обычных условиях (на уровне моря) парциальное давление равно 159 мм рт. ст. Однако на высоте 2 439 м (8 000 футов) оно снижа­ется до 125 мм рт. ст. Вследствие этого понижается парциальное давление кислорода в альвеолах и ка­пиллярах легких. Также снижается концентрация гемоглобина с 98 % в обычных условиях до при­близительно 92 % на высоте 2 439 м (8 000 футов).

247

Одно время считалось, что именно это незначи­тельное снижение концентрации гемоглобина вы­зывает уменьшение МПК приблизительно на 15 %, тем самым ограничивая мышечную деятельность на высоте. Однако, как будет видно дальше, уменьше­ние МПК в действительности обусловлено низким -ро вследствие понижения барометрического дав­ления на высоте.

Газообмен в мышцах. В обычных условиях ар­териальное давление Р^ равно приблизительно 94 мм рт. ст., а парциальное давление кислоро­да— около 20 мм рт. ст., поэтому разница, или градиент давления, между артериальным Р^ и Рц тканей в обычных условиях составляет около 74 мм рт. ст. В то же время на высоте 2 439 м (8 000 футов) артериальное /', снижается почти до 60 мм рт. ст., тогда как Ру тканей остается не­изменным — 20 мм рт. ст. Таким образом, гради­ент давления снижается с 74 до 40 мм рт. ст. Это почти 50 %-е снижение диффузионного градиен­та. Поскольку диффузионный градиент отвечает за транспорт кислорода из крови в ткани, такое изменение артериального р(, в условиях высоко­горья представляет собой более важную пробле­му по сравнению с 5 %-м снижением концентра­ции гемоглобина.

Максимальное потребление кислорода. С увели­чением высоты максимальное потребление кисло­рода снижается (рис. 12.2). МПК незначительно уменьшается до тех пор, пока атмосферное /5, не снизится за отметку 125 мм рт. ст. Обычно это про­исходит на высоте 1 600 м (5 248 футов), на кото­рой расположен г. Денвер в штате Колорадо. Хотя на рисунке показано линейное уменьшение МПК с увеличением высоты, все же его уменьшение бо­

лее точно отражает снижение барометрического давления [41]. В частности, МПК уменьшается с прогрессивно большей скоростью (экспоненциаль­но) по мере падения парциального давления кис­лорода в результате увеличения высоты.

Ниже высоты 1 600 м (5 248 футов) условия высокогорья незначительно влияют на МПК и мышечную деятельность, требующую прояв­ления выносливости. Если же высота превы­шает 1 600м, МПК снижается почти на 11 % с каждым увеличением высоты на 1 000 м (3 281 футов)

Как видно из рис. 12.3, у участников экспеди­ции на Эверест 1981 г. МПК уменьшилось с 62 (в

нормальных условиях) до 15 мл-кг^-мин' у верши­ны горы. Обычные потребности в кислороде в сос­тоянии покоя составляют около 5 мл-кг^-мин"', по­этому без дополнительного резерва кислорода аль­пинисты были бы способны выполнить лишь незначительные физические усилия на такой высо­те. Исследование, проведенное Пафом и соавт.,

показало, что мужчины с МПК 50 мл-кг'-мин' в обычных условиях не смогли бы выполнять физи­ческую нафузку или даже передвигаться у верши­ны Эвереста, поскольку на этой высоте их МПК понизилось бы до 5 мл-кг^-мин"'. Большинство обычных людей с МПК ниже 50 мл-кг-1-мин"1 не смогли бы выжить без дополнительного резерва кислорода на вершине Эвереста, поскольку их МПК было бы слишком низким, чтобы поддержать фун­кцию тканей. Его хватило бы только на удовлетво­рение потребностей организма в состоянии покоя.

Р„ 750 „ 650 1——V————

Давление, мм рт. ст. 600 500

О 50 100 150 Ро; вдыхаемого воздуха, мм рт. ст. при 0 "С

Рис. 12.2. Снижение МПК при понижении баромет­рического давления (Р^) и парциального давления кислорода (Ру ) в условиях высокогорья. Данные Бускирка и соавт. (1967)

Рис. 12.3. МП К относительно Ру вдыхаемого воздуха. Данные Уэста и соавт. (1983), Пауэрса и Эдвардса (1994)

248

Реакции сердечно-сосудистой системы на условия высокогорья

Сердечно-сосудистая система подобно респи­раторной в условиях высокогорья подвергается значительным нагрузкам. Большие изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы на­правлены на компенсацию пониженного парци­ального давления кислорода. Рассмотрим неко­торые из них.

Объем крови. Вскоре после прибытия челове­ка в высокогорный район, объем плазмы начина­ет постепенно уменьшаться и к концу первых не­скольких недель это уменьшение прекращается. В результате этого увеличивается количество эрит­роцитов на единицу крови, что обеспечивает до­ставку в мышцы большего количества кислорода при данном сердечном выбросе. Первоначальное уменьшение объема плазмы вызывает незначи­тельное изменение общего количества эритроци­тов, что приводит к увеличению гематокрита, и меньшему объему крови, чем на меньших высо­тах. Постепенно уменьшенный объем плазмы вос­станавливается. Кроме того, вследствие продол­жающегося пребывания в условиях высокогорья усиливается образование эритроцитов, что обус­ловливает увеличение их общего количества. Эти изменения, в конечном итоге, приводят к увели­чению общего объема крови, частично компен­сирующего пониженное Р^ .