Глава 12
Мышечная деятельность в условиях пониженного и повышенного атмосферного давления, а также относительной невесомости
Нам приходилось слышать рассказы о тяжелейших попытках покорения Эвереста, жесточайшем холоде, снежных обвалах и неудачах. Большинство же из нас, удобно расположившись в креслах, с удовольствием принимали участие в подводной одиссее с Жаком Кусто, любуясь непередаваемым великолепием подводного царства вместе с членами команды его корабля "Калипсо". С таким же удовольствием мы следили за передвижениями наших астронавтов в открытом космосе.
Физические условия каждой из этих сред настолько отличаются от тех, к которым мы привыкли, что при попадании туда человека функции его организма изменяются. Нашему телу приходится иметь дело с низким атмосферным давлением в условиях высокогорья, высоким атмосферным давлением под водой и невесомостью в космическом пространстве.
В этой главе мы изучим условия каждой из этих сред, их воздействия на организм человека и мышечную деятельность. Рассмотрим также факторы риска, связанные с пребыванием в таких условиях, и способы адаптации к ним.
Спортивные соревнования, проводимые в условиях высокогорья, традиционно характеризуются невысокими спортивными результатами. Именно этим объяснялось недовольство специалистов, когда было объявлено, что Игры XIX Олимпиады 1968 г. состоятся в Мехико, расположенном на высоте 2 290 м (7 500 футов) над уровнем моря. Вместе с тем по меньшей мере два спортсмена, принимавших участие в этих играх, были рады выступлению в условиях разреженного воздуха. Боб Бимон более чем на 2 фута превысил мировой рекорд в прыжках в длину, а Ли Эванс почти на целую секунду улучшил рекорд мира в беге на 400 м. Эти рекорды оставались непревзойденными почти 20 лет, свидетельствуя о том, что условия высокогорья Мехико способствовали демонстрации выдающихся результатов в этих относительно кратковременных, "взрывных" видах спорта.
При предыдущем рассмотрении физиологических реакций на физические нагрузки мы подразумевали условия, характерные для местности, расположенной на уровне моря, где барометрическое давление в среднем составляет 760 мм рт. ст., парциальное давление кислорода Рц — приблизительно 159 мм. рт. столба и где мы подвержены влиянию обычной силы тяжести. Хотя организм человека способен переносить умеренные колебания этих параметров, значительные колебания могут представлять особые проблемы. Это проявляется, когда альпинист поднимается на более значительную высоту, водолаз подвергается условиям высокого давления, а астронавт выходит в открытый космос. Любое из этих условий может оказать значительное отрицательное воздействие на мышечную деятельность и даже подвергнуть опасности жизнь человека.
В условиях высокогорья барометрическое давление понижено. Пониженное атмосферное давление означает, что понижено и парциальное давление кислорода, вследствие чего ограничивается легочная диффузия и транспорт кислорода в ткани. Снижение доставки кислорода в ткани тела приводит к гипоксии (дефициту кислорода). С другой стороны, при погружении в воду тело подвергается воздействию более высокого давления. Следовательно, подводный мир представляет собой среду высокого атмосферного давления. Вдыхаемые в таких условиях газы должны находиться под давлением, равным силе действия воды на грудную клетку. Это означает, что давление газов в легких и тканях организма значительно превышает наблюдаемое в обычных условиях (т. е. на уровне моря). Вдыхание находящихся под давлением газов практически не влияет на транспорт кислорода и диоксида углерода, однако повышенное парциальное давление некоторых газов может привести к осложнениям, угрожающим жизни человека.
Невесомость — это третья среда, которая нас интересует и в которой тело испытывает действие пониженной силы тяготения. И хотя спортсме-
244
ны, естественно, не соревнуются в космическом пространстве, в исследованиях, проводимых в космосе, установлен целый ряд физиологических изменений, представляющих определенный интерес для области физиологии мышечной деятельности и спорта.
Мы рассмотрим основные характеристики условий повышенного и пониженного атмосферного давления, а также условий микрогравитации. Выясним, как эти условия влияют на физиологические реакции, на мышечную деятельность и транспорт кислорода. Кроме того, рассмотрим факторы риска, связанные с пребыванием в этих условиях.
УСЛОВИЯ ПОНИЖЕННОГО АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ:
МЫШЕЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГОРЬЯ
Проблемы, связанные с пребыванием на высокогорье, рассматривались еще в 400 г. до н. э. [40], хотя в основном они касались условий пониженной температуры воздуха, а не ограничений, обусловленных разреженным воздухом. Заслуга первых открытий, позволивших получить представление о действии пониженного давления кислорода в условиях высокогорья, принадлежит трем ученым. Торричелли (около 1644) изобрел ртутный барометр — прибор, позволяющий точно измерить атмосферное давление газов. Спустя несколько лет (1648) Паскаль продемонстрировал снижение барометрического давления на больших высотах [40]. Позже (1777) Лавуазье описал свойства кислорода и других газов, которые обеспечивают барометрическое давление [40].
Отрицательное действие высокогорья на человека, обусловленное низким давлением кислорода (гипоксия), было обнаружено Бертом в конце 1800 г. [I]. В наше время проведение Олимпийских игр 1968 г. в Мехико на высоте 2 290 м (1,4 мили) над уровнем моря привлекло большое внимание ученых к изучению влияния условий высокогорья на мышечную деятельность. Под понятием высокогорье мы будем подразумевать высоту более 1 500 м (4 921 футов) над уровнем моря, поскольку ниже этого уровня наблюдается значительно меньшее количество физиологических изменений, влияющих на мышечную деятельность.
УСЛОВИЯ ВЫСОКОГОРЬЯ
Прежде чем приступить к изучению влияния условий высокогорья на мышечную деятельность, необходимо выяснить, что представляют собой условия пониженного атмосферного давления. Рассмотрим, как отличается газовая среда на высокогорье от газовой среды в обычных (на уровне моря) условиях.
Атмосферное давление на высокогорье
Воздух имеет массу. Барометрическое давление в любой точке Земли обусловлено массой воздуха в атмосфере над этой точкой. На уровне моря, например, воздух, составляющий земную атмосферу (приблизительно 24 км, или 38,6 миль), оказывает давление, равное 760 мм рт. ст. На вершине Эвереста —наивысшей точке Земли (8 848 м, или 29 028 футов) — давление воздуха составляет всего около 250 мм рт. ст. Эти (и другие) различия показаны на рис. 12.1.
Барометрическое давление на Земле не постоянно. Оно изменяется в зависимости от климатических условий, времени года и места, где проводится измерение. На Эвересте, например, среднее атмосферное давление колеблется от 243 мм рт. ст. в январе до почти 255 мм рт. ст. в июне и июле. Кроме того, земная атмосфера слегка выпукла на экваторе, вследствие чего атмосферное давление в этом месте немного повышено. Эти сведения, не представляющие особого интереса для людей, проживающих в местности, расположенной на уровне моря, крайне важны с точки зрения физиологии для тех, кто намерен покорить Эверест без дополнительных запасов кислорода.
Таблица 12.1. Изменения барометрического давления (Рб) и парциального давления кислорода (/'о,) на различной высоте, мм рт. ст.
Высота, м | Р. | ^ |
0 (уровень моря) 760 159.2 | ||
1 000 674 141.2 | ||
2 000 596 124.9 | ||
3000 526 110.2 | ||
4 000 462 96.9 | ||
9 000 231 48.4 |
Несмотря на изменения атмосферного давления, количество газов, содержащихся в воздухе, которым мы дышим, остается неизменным в любых условиях. Независимо от высоты над уровнем моря воздух всегда содержит 20,93 % кислорода, 0,03 диоксида углерода и 79,04 % азота. Изменяется только парциальное давление. Как видно из табл. 12.1, давление молекул кислорода на различной высоте непосредственно зависит от барометрического давления, изменение парциального давления кислорода значительно влияет на градиент парциального давления между кровью и тканями. Этот вопрос будет рассматриваться ниже.
Температура воздуха в условиях высокогорья
При поднятии на каждые 150 м (около 490 футов) температура воздуха снижается на ГС. Средняя температура около вершины Эвереста составляет около —40°С, тогда как в местности,
245
Рис. 12.1. Различия в атмосферных условиях на высоте 8 900 м и на уровне моря
расположенной на уровне моря, — около 15'С. Сочетание низких температур и сильных ветров в условиях высокогорья представляет значительный риск возникновения гипотермии и холодо-вых травм.
Таблица 12.2. Изменение температуры воздуха на различных высотах
хательного испарения вследствие сухого воздуха и повышенной частоты дыхания (рассматривается дальше). Сухой воздух также повышает испарение воды вследствие потоотделения при выполнении физической нагрузки в условиях высокогорья.
Т |
Высота, м | Температура, "С |
0 (уровень моря) 15,0 | |
1 000 8,5 | |
2000 2,0 | |
3 000 -4,5 | |
4000 -10,9 | |
9 000 -43,4 |
Из-за низких температур абсолютная влажность воздуха в условиях высокогорья чрезвычайно низка. В холодном воздухе содержится совсем немного влаги. Поэтому если даже он полностью насыщен водой (100 %-я относительная влажность), действительное количество воды, содержащейся в воздухе, невелико. Парциальное давление воды при 20°С составляет около 17 мм рт. ст. Однако при температуре воздуха —20°С оно понижается до 1 мм рт. ст. Крайне низкая влажность на большой высоте вызывает обезвоживание организма. Тело отдает большое количество воды посредством ды-
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
