Войти

Высота и спорт

28.11.2024
25 просмотров
Вопросы и комментарии

Введение

С увеличением высоты происходит снижение атмосферного давления, парциального давления кислорода, температуры воздуха и плотности воздуха. Эти характеристики влияют на физическую производительность спортсмена по-разному. Например, снижение плотности воздуха на высоте оказывает меньшее сопротивление высокоскоростным движениям; было показано, что спринтерские результаты либо не оказываются под влиянием высоты, либо улучшаются на высоте.

Характеристики диапазонов высот

Определения и характеристики диапазонов высот включают[1]:

  • Уровень моря (0 до 500 м)
    • близко к уровню моря
    • нет отрицательных эффектов
  • Низкая высота (500 до 2000 м)
    • нет воздействия на благополучие
    • производительность может снизиться, но легко восстанавливается акклиматизацией
  • Средняя высота (2000 до 3000 м)
    • риск отрицательных эффектов, если не акклиматизирован
    • акклиматизация важна для производительности
    • производительность и аэробная способность снижены
    • производительность может быть восстановлена акклиматизацией или нет
    • возможно начало горной болезни
  • Высокая высота (3000 до 5500 м)
    • риск острой горной болезни становится клинически значимым
    • производительность ухудшается и не восстанавливается акклиматизацией
  • Экстремально высокая высота (выше 5500 м)
    • риск тяжелых гипоксических эффектов
    • продолжительное пребывание приводит к прогрессивному клиническому ухудшению

В спортивной медицине высота считается высокой, если превышает 1500 м.[2]

Влияние высоты на атмосферное давление

  • Атмосферный воздух представляет собой смесь газов. Каждый газ вносит свой вклад в общее атмосферное давление независимо (закон Дальтона = общее атмосферное давление равно сумме парциальных давлений отдельных газов в воздухе).
  • Давление, создаваемое каждым индивидуальным газом, называется парциальным давлением.
  • Атмосферное давление = мера веса столба воздуха непосредственно над определенной точкой.[3]
  • Уровень моря (0 м) = высота и вес столба воздуха наибольший; атмосферное давление = 760 мм рт. ст.
  • Гора Эверест (8848 м) атмосферное давление = 250 мм рт. ст.
  • Повышение высоты (по мере поднятия) - высота и вес столба воздуха уменьшаются, таким образом атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты. Воздух менее плотный, и там меньшая концентрация молекул газа.[3]
  • Атмосферное давление варьируется, но состав воздуха (процентное содержание газов в воздухе) не изменяется. Состав воздуха следующий:
    • кислород (20,93%)
      • парциальное давление кислорода (PO2) на уровне моря = 159 мм рт. ст. (20,93% от 760 мм рт. ст.)
      • парциальное давление кислорода на горе Эверест = 52 мм рт. ст. (20,93% от 250 мм рт. ст.)
    • углекислый газ (0,3%)
    • азот (79,04%)
  • Любые изменения в парциальном давлении каждого газа связаны с изменениями атмосферного или барометрического давления.[3]
  • Снижение парциального давления кислорода с увеличением высоты оказывает прямое воздействие на уровень насыщения и влияет на транспорт кислорода.[3]
  • На высоте парциальное давление кислорода низкое в легких. Градиенты давления кислорода между альвеолами и легкими и кровью, где кислород загружается, а также между кровью и тканью, где кислород выгружается, уменьшены.[4]

Влияние высоты на температуру и влажность

  • Температура воздуха[4]
    • температура снижается на 1 °C на каждые 150 м подъема[5][6]
  • Влажность[4]
    • холодный воздух удерживает очень мало воды
    • воздух на высоте очень холодный и очень сухой
    • сухой воздух ведет к быстрой дегидратации через кожу и легкие
    • холодный и сухой воздух в сочетании увеличивает риск заболеваний, связанных с холодом, и дегидратации

Влияние высоты на другие аспекты

  • Солнечная радиация увеличивается с увеличением высоты[7]
    • Ультрафиолетовая радиация увеличивается с увеличением высоты
  • Вода обычно поглощает солнечную радиацию - с увеличением высоты количество водяного пара уменьшается, что приводит к меньшему поглощению
  • Снег/лед отражает и усиливает солнечную радиацию[8]

Физиологические реакции на внезапное воздействие высоты

Гипоксемия = низкий уровень кислорода в крови[9]

Гипоксия = низкий уровень кислорода в тканях[9]

Когда спортсмен подвергается воздействию высоты, происходит внезапная гипоксия, и организм реагирует следующим образом[4]:

Дыхательная система

Легочная вентиляция

  • Увеличение вентиляции в покое и при субмаксимальных нагрузках[10]
  • Периферические хеморецепторы в дуге аорты и каротидных артериях стимулируются снижением артериального парциального давления кислорода (PaO2)[10]
  • Увеличение вентиляции связано с увеличением дыхательного объема
  • Респираторный алкалоз происходит в результате усиленного "выдувания" углекислого газа (CO2)[10]

Легочная диффузия

  • Диффузия кислорода из альвеол в артериальную кровь = легочная диффузия
  • Высота не ограничивает газообмен между альвеолами и кровью, таким образом, альвеолярное PaO2 всё ещё похоже на капиллярное PaO2
  • Гипоксемия (низкое артериальное PaO2) является прямым отражением низкого альвеолярного PaO2[4]

Транспорт кислорода

  • На высоте альвеолярное PO2 уменьшается и, таким образом, насыщение гемоглобина меньше[4]

Газообмен в мышцах

  • На уровне моря градиент давления между артериальным PaO2 (100 мм рт. ст.) и тканевым PaO2 (40 мм рт. ст.) составляет 60 мм рт. ст.
  • На высоте (например, 4300 м) градиент давления между артериальным PaO2 (42 мм рт. ст.) и тканевым PaO2 (27 мм рт. ст.) составляет 15 мм рт. ст.
  • Это значительное уменьшение градиента диффузии кислорода[11]
  • Это изменение градиента диффузии имеет большее влияние на физическую работоспособность, чем уменьшение насыщения гемоглобина в легких[4]

Рисунок 1 сравнивает парциальное давление кислорода (PO2) во вдыхаемом воздухе и тканях тела на уровне моря и на высоте. По мере снижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, снижается и альвеолярное парциальное давление. Артериальное парциальное давление кислорода схоже с парциальным давлением в легких, но градиент диффузии кислорода в тканях, таких как мышцы, значительно снижен.

Рисунок 1. Градиент диффузии газообмена на уровне моря и на высоте

[12]

Сердечно-сосудистая система

Объем крови

  • Снижение объема плазмы в течение первых нескольких часов на высоте:[13]
    • результат потери воды через дыхательные пути и увеличения производства мочи
    • приводит к увеличению гематокрита (процент содержимого объема крови, составленного из эритроцитов, содержащих гемоглобин), что означает больше эритроцитов на любой поток крови и больше кислорода, доставляемого в ткани при заданном сердечном выбросе[14]
  • объем плазмы возвращается к норме через несколько недель на высоте, если потребляется достаточное количество жидкости
  • Когда спортсмен постоянно подвергается высоте, это провоцирует почки на выпуск эритропоэтина (ЭПО)[15]
    • эритропоэтин — это гормон, который стимулирует производство эритроцитов
    • общее количество эритроцитов увеличивается, что помогает спортсмену компенсировать более низкое парциальное давление кислорода, наблюдаемое на высоте
    • это медленный процесс, занимающий недели или месяцы

Сердечный выброс

  • Увеличение сердечного выброса в покое и при субмаксимальной нагрузке[16]
  • Сердечный выброс = объем выброса x частота сердечных сокращений
    • объем выброса уменьшается с уменьшением объема крови
    • частота сердечных сокращений увеличивается в покое и при субмаксимальной нагрузке, вызванной увеличением активности симпатической нервной системы[16]
      • это краткосрочная адаптация, и после 6 до 10 дней на высоте, сердечный выброс и частота сердечных сокращений при любой заданной физической нагрузке начнут уменьшаться

[17]

Последствия острой высотной экспозиции

  • Обезвоживание[11]
    • усиленная потеря жидкости на высоте через кожу, дыхательную систему и почки, а также потоотделение при физической нагрузке
    • атлетам следует потреблять от 3 до 5 литров жидкости в день, и потребление жидкости должно быть адаптировано в соответствии с потребностями спортсмена[4]
  • Снижение аппетита[11]
    • в сочетании с увеличением обмена веществ на высоте это может привести к дефициту энергии до 500 ккал в день и потере веса
    • спортсмены должны быть проинформированы о правильном питании на высоте для поддержки их деятельности и производительности
    • может понадобиться употребление продуктов, богатых железом, и добавок железа для поддержки увеличения производства красных кровяных телец[11]
  • Максимальное потребление кислорода (VO2max) уменьшается с увеличением высоты[10] - это обычно происходит на высоте 1500 м и выше
    • уменьшение VO2max из-за снижения артериального PO2 и уменьшения максимального сердечного выброса
    • снижение VO2max на 8-11 процентов за каждые 1000 м подъема
  • Аэробная производительность больше всего страдает от гипоксических условий на высоте (выносливость нарушается на высоте)[4]
    • VO2max падает как процент от VO2max на уровне моря при подъеме спортсмена
    • это ограничивает способность к упражнению
    • спортсмены с более высоким VO2max и аэробной способностью на уровне моря смогут выполнять стандартные задания с меньшими воспринимаемыми усилиями и меньшим сердечно-сосудистым и дыхательным стрессом на высоте, чем спортсмены с более низким VO2max на уровне моря. Следовательно, при равных условиях спортсмен с высоким VO2max на уровне моря будет иметь преимущество на высоте.
  • Умеренная высота не влияет на анаэробную производительность, такую как спринты на 100-400 метров[4][18]
    • эти мероприятия требуют минимального количества кислорода, и энергия для выполнения этих мероприятий обеспечивается аденозинтрифосфатом - фосфокреатином (АТФ - ПК) и анаэробными гликолитическими системами
  • Разреженный воздух на высоте снижает сопротивление воздуха движению и может привести к улучшению времени плавания и бега (до 800 м) и дистанции прыжка (прыжок в длину, тройной прыжок). Разные эффекты отмечены в метательных видах спорта, таких как толкание ядра и выступания в метании диска.[4][18]

Акклиматизация к высоте

  • Акклиматизация = краткосрочные адаптации к высоте в отношении хронического воздействия на высоте[2]
  • Акклиматизация к высоте улучшает производительность, но она может никогда не соответствовать производительности спортсмена на уровне моря
    • для полной акклиматизации к умеренной высоте (3000-5000 м) требуется три недели[4]
    • для каждого увеличения высоты на 600 м требуется еще одна неделя[4]
    • полезные эффекты акклиматизации теряются через месяц после возвращения на уровень моря[4]

Хроническое воздействие высоты - акклиматизация

Следующее относится к более длительным периодам воздействия (таким как недели или месяцы) высоты[4]:

Адаптации крови

  • Концентрация эритропоэтина (ЭПО) увеличивается на 2-3 дня после воздействия высоты
  • Полицитемия (увеличение количества красных кровяных телец), стимулированная высвобождением ЭПО
  • Это повышенное количество кровяных клеток может оставаться заметным в течение 3 месяцев и более
  • Последствия полицитемии
    • на уровне моря средний гематокрит (процент общего объема крови, состоящий из эритроцитов) составляет около 45 процентов
    • на высотах 4500 м средний гематокрит составляет около 60 процентов
    • содержание гемоглобина в крови увеличивается пропорционально с увеличением высоты
  • Объём плазмы сначала уменьшается при острой высотной экспозиции, но со временем увеличивается

Адаптации мышц

  • Структурные изменения в мышцах
    • уменьшение поперечного сечения
    • увеличение плотности капилляров
  • Сниженный метаболический потенциал мышц
    • функция митохондрий и активность гликолитических ферментов снижаются через четыре недели на высоте
    • пониженная окислительная способность

Тренировки и результаты

  • На высоте высокоинтенсивные аэробные тренировки затруднены из-за гипоксии (спортсмен не может работать так усердно, как на уровне моря).
  • Живя на высоте и тренируясь на высоте, можно привести к обезвоживанию, низкому объёму крови и уменьшению мышечной массы, и литература показывает плохую валидацию тренировки на высоте для токсичности на уровне моря.[4]
  • Атлеты на уровне моря, соревнующиеся на высоте, имеют два варианта[4]:
    • они должны соревноваться как можно быстрее (в течение 24 часов) после прибытия на высоту. Хотя это не предоставляет преимуществ акклиматизации, воздействие высоты является столь коротким, что неблагоприятные эффекты высоты минимальны или меньше.
    • спортсмены должны тренироваться на высоте минимум две недели до соревнований, так как самые худшие неблагоприятные эффекты высоты спадут
  • Жизнь на высоте, тренировка на низкой высоте кажется наилучшей из обоих миров, поскольку это позволяет пассивной акклиматизации к высоте, а интенсивность тренировки не ухудшается из-за низкого частичного давления кислорода.[4]
[19]
[20]

Риски для здоровья при острой высотной экспозиции

  • Высотная болезнь (AMS)[21]
    • начало через 6-48 часов после прибытия на высоту, наиболее ярко выраженная на 2 и 3 день
    • симптомы:
      • головная боль
      • тошнота / рвота
      • одышка
      • бессонница
    • можно избежать путем медленного, постепенного подъема на высоту и повышения не более чем на 300 м в день на высотах свыше 3000 м.
    • подробнее: Высотная болезнь
  • Высотный отек легких[21]
    • накопление жидкости в легких
    • жизнеугрожающее состояние
    • причины:
      • связано с гипоксической легочной вазоконстрикцией в результате гипоксии - это приводит к образованию тромбов в легочном кровообращении
    • симптомы
      • одышка
      • постоянный кашель
      • стеснение в груди
      • чрезмерная усталость
      • нарушение дыхания может привести к:
        • снижению насыщения крови кислородом
        • цианозу
        • спутанности сознания
        • потере сознания
      • лечение:
        • дополнительный кислород
        • немедленный спуск на более низкую высоту
  • Высотный отек мозга[21]
    • накопление жидкости в черепной полости
    • осложнение высотного отека легких
    • жизнеугрожающее состояние
    • большинство случаев зафиксировано на высотах более 4300 м
    • симптомы:
      • спутанность сознания
      • летаргия
      • атаксия
      • потеря сознания
    • лечение:
      • дополнительный кислород
      • гипербарические мешки
      • немедленный спуск на более низкую высоту

Ресурсы

  • Акклиматизация

Ссылки

  1. ↑ Bergeron MF, Bahr R, Bärtsch P, Bourdon L, Calbet JA, Carlsen KH, Castagna O, González-Alonso J, Lundby C, Maughan RJ, Millet G. Консенсусное заявление Международного олимпийского комитета о терморегуляции и высотных вызовах для спортсменов высокого уровня. British journal of sports medicine. 2012 Sep 1;46(11):770-9.
  2. ↑ 2.0 2.1 Laskin, J. Высота как экологическая проблема в спортивном курсе. Plus. 2023
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 Powers, Scott K. Howley, Edward T. editors. Упражнения и окружающая среда. Физиология упражнений - Теория и применение к упражнениям и производительности. 10-е изд. Нью-Йорк: McGraw-Hill Education. 2018. стр548-572
  4. ↑ 4.00 4.01 4.02 4.03 4.04 4.05 4.06 4.07 4.08 4.09 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 Kenney WL, Wilmore JH, Costill DL. Упражнения на высоте в физиологии спорта и упражнений. Human kinetics; 2021 Oct 26.
  5. ↑ Carceller A, Javierre C, Ríos M, Viscor G. Факторы риска ампутации у пациентов с тяжелыми обморожениями.```html
  6. ↑ Dhillon S. Часть B – Высокая высота. Конфликт и медицина катастроф: практическое руководство. 2009 Апр 2:114.
  7. ↑ Rastogi A, Yadav S, Kumari P, Sinha RK. UV-B и его климатология. In UV-B Radiация и рост культур 2023 Янв 1 (стр. 13-21). Сингапур: Springer Nature Singapore.
  8. ↑ Gilaberte Y, Trullas C, Granger C, de Troya-Martín M. Фото защита в видах спорта на открытом воздухе: обзор литературы и рекомендации по снижению риска среди атлетов. Дерматология и терапия. 2022 Фев;12(2):329-43.
  9. ↑ 9.0 9.1 Sharma KP. Временная гипоксемия на больших высотах у врача интенсивной терапии. SAGE Открытые медицинские клинические отчеты. 2023 Фев;11:2050313X231153526.
  10. ↑ 10.0 10.1 10.2 10.3 Schüttler D, Weckbach LT, Hamm W, Maier F, Kassem S, Schier J, Lackermair K, Brunner S. Влияние острого воздействия высоты на вентиляционные пороги у спортсменов-любителей. Физиология дыхательной системы и нейробиология. 2021 Ноя 1;293:103723.
  11. ↑ 11.0 11.1 11.2 11.3 Viscor G, Corominas J, Carceller A. Питание и гидратация для альпинизма на больших высотах: нарративный обзор. Международный журнал исследований окружающей среды и общественного здоровья. 2023 Фев 11;20(4):3186.
  12. ↑ Byte Size Med. Дыхательный ответ на высокую высоту | Физиология акклиматизации | Физиология дыхания. Доступно по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=6KHQGS4jJyI [последний доступ 27/02/2023]
  13. ↑ Roche J, Rasmussen P, Gatterer H, Roveri G, Turner R, van Hall G, Maillard M, Walzl A, Kob M, Strapazzon G, Goetze JP. Гипоксия кратковременно увеличивает диурез, но уменьшает объем плазмы за счет перераспределения жидкости у женщин. Американский журнал физиологии - Сердечно-сосудистая физиология. 2022 Дек 1;323(6):H1068-79.
  14. ↑ Mairbäurl H. Кинетика изменения уровня гемоглобина после подъема и возвращения с больших высот. Журнал науки в спорте и упражнениях, 2020 Фев;2(1):7-14.
  15. ↑ Palubiski LM, O'Halloran KD, O'Neill J. Физиологическая адаптация почек к большим высотам: систематический обзор. Фронтиры в физиологии. 2020 Июл 16;11:756.
  16. ↑ 16.0 16.1 Williams AM, Levine BD, Stembridge M. Изменение сердца: механизмы сердечной адаптации к острой и хронической гипоксии. Журнал физиологии. 2022 Сен;600(18):4089-104.
  17. ↑ Amber Ziebarth. Кардиоваскулярные эффекты тренировки на высоте. Доступно по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=3_2epU7LOcg [последний доступ 27/02/2023]
  18. ↑ 18.0 18.1 Girard O, Brocherie F, Millet GP. Влияние высоты/гипоксии на результаты одиночных и множественных спринтов: всесторонний обзор. Спортивная медицина. 2017 Окт;47:1931-49.
  19. ↑ Global Triathlon Network. Тренировка на высоте: почему это делают лучшие спортсмены мира! Доступно по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=qTHGPLP_v_Y [последний доступ 27/02/2023]
  20. ↑ NN Running Team. Документальный фильм | Важность высоты для атлетов. Доступно по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=Ch7wEnci1J4 [последний доступ 27/02/2023]
  21. ↑ 21.0 21.1 21.2 Mallet RT, Burtscher J, Pialoux V, Pasha Q, Ahmad Y, Millet GP, Burtscher M. Молекулярные механизмы акклиматизации на больших высотах. Международный журнал молекулярных наук. 2023 Янв 15;24(2):1698.
    22. ```

Вопросы и комментарии