Проблема гомеостаза в спорте: кислотно-основное состояние крови при адаптации к мышечной деятельности

Доктор медицинских наук В.М. Калинин, Кемеровский государственный медицинский институт

Одна из ведущих проблем современной биологии и медицины - изучение закономерностей процессов адаптации и гомеостаза при воздействии на организм различных возмущающих факторов внешней среды. Эти проблемы довольно тесно связаны друг с другом, поскольку в основе адаптации лежит постоянное взаимодействие адаптивных и гомеостати-ческих механизмов регуляции. Причем если первые из них переводят жизнедеятельность организма на новый уровень функционирования, то вторые стабилизируют достигнутое состояние [1, 21-23]. При этом различные гомеостатические механизмы находятся между собой в весьма сложных взаимоотношениях в результате которых взаимная обусловленность и зависимость обеспечивают системный интегральный характер любого приспособительного акта [5].

По современным представлениям [20] гомеостаз целостного организма определяется содружественной деятельностью различных функциональных систем, результатом которых являются гомеостатические константы. Причем представляется принципиально важным подчеркнуть, что в процессе адаптации перестройка систем гомеостаза может осуществляться двумя путями: как изменением структуры включенных механизмов систем регулирования, так и изменением допустимого диапазона регулируемых констант.

Неслучайно физиологическую адаптацию рассматривают как процесс или результат процесса структурно-метаболической организации функций, обеспечивающей восстановление гомеостаза на прежнем уровне или поддержание его на новом уровне [37].

Другими словами, идея постоянства внутренней среды организма вновь приобретает значимость, поскольку под влиянием факторов внешней среды организм способен перейти на новый уровень гомеостаза при возможном изменении области допустимых колебаний системообразующего фактора [28].

Вместе с тем, несмотря на то что, с одной стороны, в механизмах физиологической адаптации установлены принципиально общие звенья, а способность реагировать на различные факторы внешней среды и поддерживать при этом оптимальное постоянство внутренней среды является филогенетически выработанным свойством организма [3, 4, 6, 16, 24, 31, 32, 38, 41]; а с другой стороны - в результате значительных достижений в области, нейрофизиологии, биохимии, молекулярной биологии и других фундаментальных наук наши представления и знания о гомеостазе постоянно дополняются и уточняются и до настоящего времени не могут считаться окончательно сложившимися и завершенными.

Спортивная деятельность, которая включает в себя спортивные тренировки и, особенно, соревновательные нагрузки, вполне может быть отнесена не только к возмущающим, но в подавляющем числе случаев и к стрессорным воздействиям [17], что представляет существенную угрозу нарушения гомеостаза. При этом считается, что необходимым условием развития состояния тренированности является нарушение гомеостаза, когда под влиянием прогрессирующих физических нагрузок создаются физиолого-биохимические предпосылки для адаптивных структурных перестроек в организме. Именно в условиях значительной активации регуляторных механизмов гомеостаза происходит общая мобилизация энергетических, пластических и информационных резервов организма [30].

Актуальность изучения проблемы гомеостаза при мышечной деятельности определяется еще и тем, что состояние внутренней среды связано не только с работоспособностью спортсменов, но и с такими физиологическими представлениями, как утомление, восстановление и профилактика предпато-логических и патологических состояний, которые могут быть следствием срыва адаптационных процессов.

Между тем, как подчеркивает Н.Н. Яковлев [40], при действии на организм довольно сильного раздражителя не всегда имеется возможность для четкого разграничения: либо гомеостатические сдвиги еще представляют собой целесообразную, приспособительную реакцию организма и способствуют организации физиологической активности; либо они уже служат сигналом для прекращения или снижения этой активности. В то же время, если бы эти границы или резервы гомеостаза можно было легко определить, то они служили бы самым точным количественным выражением устойчивости организма, мерой его адаптационных возможностей [2].

Поскольку адаптация к спортивной деятельности обеспечивает в конечном счете динамическое постоянство внутренней среды и является частным случаем адаптации организма человека к необычному по качеству и силе воздействию, то исследование гомеостатических реакций на высоком уровне его функционирования следует считать не только важнейшим аспектом спортивной медицины и прикладной физиологии, но и фундаментальной общебиологической проблемой.

К одному из самых выразительных, жестко гомеостазиро-ванных параметров внутренней среды организма относится кислотно-основное состояние (КОС) крови, изменения которого при мышечной деятельности позволяют судить о метаболическом ответе и адаптационных возможностях работающего организма. Поэтому неслучайно исследования этого важнейшего звена гомеостаза нашли столь широкое признание в области физиологии мышечной деятельности и практике спортивной медицины.

Попытка обобщения и систематизации сведений о КОС крови у спортсменов в связи с мышечной деятельностью уже была сделана в двух обзорных работах [13, 14], поэтому в настоящей статье хотелось бы кратко остановиться на некоторых вопросах дискуссионного характера. На наш взгляд, это касается прежде всего влияния тренировки на величину параметров КОС крови в условиях относительного мышечного покоя, а также величины его сдвигов при предельных, максимальных физических нагрузках в зависимости от уровня тренированности испытуемых.

Как известно, знание четких границ нормы или исходных значений функциональных показателей спортсменов позволяет судить об уровне восстановительных процессов после предшествующей напряженной мышечной работы, с одной стороны, а с другой - является важным критерием донозологической диагностики возможных отклонений в состоянии здоровья.

Исследования уровня функционирования различных органов и систем организма в состоянии покоя важны еще и потому, что дают возможность оценить степень их напряжения при предъявлении к ним минимально возможных требований. Вместе с тем разность уровней их функционирования при максимальных напряжениях и в условиях покоя характеризует физиологические резервы этих систем организма [26].

Многие авторы при исследовании различных параметров крови у спортсменов пользуются нормой, принятой в клинической практике для людей, не занимающихся спортом. Однако в литературе [34, 19] имеются указания, что в процессе адаптации к мышечной деятельности значения некоторых функциональных показателей крови у спортсменов в условиях покоя могут заметно отличаться от принятой в клинике нормы.

Что касается вопроса о величине параметров КОС или буферной системы крови в покое под воздействием тренировочного процесса, то он трактуется в литературе довольно неоднозначно. Проведенные исследования [11, 14] привели нас к убеждению, что на протяжении тренировок величина буферной емкости крови у спортсменов не претерпевает адаптивных изменений. По всей вероятности, изменения емкости буферных систем организма связаны прежде всего с высоким уровнем забуференности не крови, а других тканей, в частности скелетной мускулатуры, особенно при тренировке гликолити-ческой направленности [18, 44]. При этом следует учесть и то, что в буферировании кислых продуктов метаболизма важное значение придается неактивным мышцам [43].

Наряду с этим, несмотря на отсутствие существенных изменений величины буферной емкости крови в условиях покоя в ходе спортивного совершенствования, нельзя отрицать возможности ее временного повышения при тренировке в гипоксических условиях [33, 36, 42], под влиянием фармакологической коррекции тренировочных занятий [14, 15, 35], а также, возможно, в результате чисто перераспределительной реакции крови и при воздействии других факторов.

Выявляемые в некоторых случаях факты незначительного повышения буферных свойств крови у спортсменов, по-видимому, можно отнести к естественным осцилляторным колебаниям параметров КОС крови на фоне нормального функционирования механизмов его регуляции.

Обнаруживаемые подчас незначительные по величине ацидотические сдвиги крови у спортсменов при фоновом функциональном состоянии рассматриваются как следствие недовосстановления после интенсивных тренировочных занятий. Неслучайно такой предтренировочный метаболический ацидоз специалисты [39] считают ранним признаком утомления.

Надо полагать, что указанный ацидотический сдвиг - одна из форм перехода нормы в патологию, то есть донозологическое состояние, поскольку последнее характеризуется изменением уровня функционирования отдельных систем и соответствующего напряжения регуляторных механизмов [9].

Однако нельзя исключить и то, что в отдельных случаях явления повышения кислотности крови в условиях покоя вполне целесообразны, так как они усиливают диссоциацию оксигемоглобина в ходе продолжительного восстановительного периода после предшествующих физических нагрузок и поддерживают таким образом высокое парциальное давление кислорода в артериальной крови при пониженном насыщении гемоглобина кислородом [27].

Следовательно, динамические наблюдения за показателями КОС крови у спортсменов в условиях покоя отражают особенности их текущего функционального статуса, что дает возможность объективно оценить и контролировать процессы адаптации организма к мышечной деятельности.

Безусловно, вопрос об адаптации организма спортсменов к максимальной соревновательной деятельности можно считать одним из центральных в проблеме изучения закономерностей приспособления живых систем к воздействию экстремальных факторов, ибо в этих условиях уровень функционирования различных физиологических систем протекает в зоне предельных напряжений, что создает хорошие предпосылки для изучения реактивных и адаптационных возможностей человека [25, 29] и, следовательно, гомеостатических реакций организма.

Анализ вопроса о величине ацидотических сдвигов при предельных мышечных напряжениях в зависимости от уровня тренированности организма испытуемых показал [12], что сведения о нем в литературе весьма разнообразны и не лишены крайностей. Среди различных причин такой мозаики литературных данных нам видятся следующие: неодинаковый уровень функциональных способностей организма спортсменов к регуляции КОС крови, уровень переносимости чувства усталости, а также тип адаптации к дефициту кислорода, который может выражаться либо усиленной деятельностью вегетативных органов, направленной на увеличение доставки кислорода к тканям, либо приспособлением тканевого обмена и ферментативных систем к условиям кислородной недостаточности с выраженным изменением внутренней среды организма.

Наши наблюдения [10, 14] за КОС крови у спортсменов-бегунов, проведенные в естественных условиях их соревновательной деятельности (предельной по интенсивности нагрузки), свидетельствовали, что величина его изменений не всегда была обусловлена уровнем тренированности: под влиянием соревновательных нагрузок максимальной и околомаксимальной аэробной мощности у спортсменов высокой квалификации по сравнению с низкой глубина ацидотических сдвигов оказалась значительно меньшей при более выраженной респираторной компенсации. В то же время подобные испытания после нагрузок соревновательного характера максимальной и околомаксимальной анаэробной мощности у спортсменов разной квалификации не обнаружили между ними каких-либо существенных различий со стороны изучаемых показателей крови. Причем аналогичные результаты сравнительных наблюдений в условиях соревнований были зарегистрированы и среди спортсменов разной квалификации, специализирующихся в тяжелой атлетике.

Изучение особенностей КОС крови у экспериментальных животных с разным уровнем их адаптированности к физическим нагрузкам было осуществлено в условиях предельной по продолжительности мышечной работы (изнуряющая плавательная нагрузка "до отказа"). Результаты исследований убедительно свидетельствовали о прямой зависимости между степенью адаптированности животных к двигательной активности и величиной изменений внутренней среды организма. Это проявилось в том, что по мере повышения физической работоспособности животных, достигаемой систематической тренировкой плаванием, возрастала их способность выполнять предельную мышечную работу при более глубоких ацидотических сдвигах в крови.

Итак, можно резюмировать, что в процессе адаптации к мышечной работе происходит расширение диапазона гомеостаза деятельности. Однако способность тренированного организма к предельной мобилизации физиологических функций, а следовательно, и способность совершать работу в значительно измененных условиях его внутренней среды, наблюдается лишь в тех случаях, когда предъявляемые при этом требования действительно максимальные. Во всех остальных случаях действует основной защитный механизм саморегуляции - тенденция к меньшему отклонению от физиологического равновесия при наиболее целесообразной взаимокомпенсации функций и высокой эффективности тканевых процессов [7, 8].

В заключение следует сказать, что адаптивные изменения КОС крови при мышечной деятельности находят свое отражение в процессах совершенствования центральных механизмов регулирования физиологических функций, динамике внутри- и межсистемных связей, уровне саморегуляции, то есть резервах гомеостаза. В этом заключается глубокий биологический смысл приспособительного изменения внутренней среды организма в ответ на иные условия жизнедеятельности.

Список литературы

1. Агаджанян Н.А. Адаптация и резервы организма. - М.: ФиС, 1983.

2. Амосов Н.М., Бендет Я.А. Физическая активность и сердце. - Киев: Здоровье, 1975.

3. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. - М.: Медицина, 1975.

4. Аршавский И.А. В кн.: Актуальные проблемы современной физиологии. - М.: Наука, 1976, с. 144-192.

5. Виру А.А. "Успехи физиологических наук": 1980, т. 11, № 4, с. 27-46.

6. Горизонтов П.Д. В кн.: Гомеостаз. - М.: Медицина, 1981, с. 5-28.

7. Граевская Н.Д. Влияние спорта на сердечно-сосудистую систему. - М.: Медицина, 1975.

8. Граевская Н.Д. В сб.: Современная система и методы врачебного контроля в спорте. - Малаховка: МОГИФК, 1987, с. 4-11.

9. Казначеев В.П., Баевский P.M. А кн.: Адаптация и проблемы общей патологии. - Новосибирск, 1974, т. 2, с. 9-13.

10. Калинин В.М. "Теория и практика физической культуры", 1979, № 2, с. 29-31.

11. Калинин В.М., Латышев В.И., Степаненко М.М. "Теория и практика физической культуры", 1980, № 5, с. 16.

12. Калинин В.М. "Теория и практика физической культуры", 1984, № 4, с. 26-27.

13. Калинин В.М., Степаненко М.М. Кислотно-основное равновесие крови у спортсменов при мышечной деятельности. Куйбышев. Деп. во ВНИИМИ МЗ СССР, 1986, № 12910.

14. Калинин В.М. Кислотно-основное состояние крови у спортсменов при адаптации к мышечной деятельности. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 1992.

15. Калинский М.И., Курский М.Д., Осипенко А.А. Биохимические механизмы адаптации при мышечной деятельности. - Киев: Высшая школа, 1986.

16. Кассиль Г.Н., Вайсфельд И.Л., Матлина Э.Ш., Шрайберг Г.Л. Гуморально-гормональные механизмы регуляции функций при спортивной деятельности. - М.: Наука, 1978.

17. Кассиль Г.Н. Внутренняя среда организма. - М.:Наука, 1983.

18. Ленкова Р.И., Усик С.В., Чумакова М.Г. В кн.: Закономерности адаптации различных систем организма спортсменов к физическим нагрузкам, искусственным и адаптогенным факторам: Матер, конф. ГДОИФК им. П.Ф. Лесгафта. Л., 1989, с. 172-173.

19. Макарова Г.Л., Локтев С.А. Картина крови и функциональное состояние организма спортсменов. Краснодар, 1990.

20. Медведев В.И. Устойчивость физиологических и психических функций человека при действии экстремальных факторов. - Л.:Наука, 1982. - 21.

21. Медведев В.И. В сб.: Компоненты адаптационного процесса. - Л.: Наука, 1984.

22. Меерсон Ф.В. Общий механизм адаптации и профилактики. - М.: Медицина, 1973.

23. Меерсон Ф.З. Адаптация, стресс и профилактика. - М.: Наука, 1981.

24. Меерсон Ф.З. В кн.: физиология адаптивных процессов. - М.: Наука, 1986, с. 10-76.

25. Мищенко B.C. Функциональные возможности спортсменов. - Киев: Здоровье, 1990.

26. Мозжухин А.С. В кн.: Научные основы физического воспитания и спорта /Под ред. А.С. Стрельца. Л., 1979, с. 52-53.

27. Муха Е.И., Диденко С.В. В кн.: Препатологические и патологические состояния в спорте: Матер. XVII Всес. конф. по спорт. медицине. М., 1971, с. 63-64.

28. Панин Л.Е. Биохимические механизмы стресса. - Новосибирск: Наука, 1983.

29. Платонов В.Н. Адаптация в спорте. - Киев: Здоровье, 1988.

30. Сапов И.А., Новиков B.C. Неспецифические механизмы адаптации человека. - Л.: Наука, 1984.

31. Саркисов Д.С. Очерки по структурным основам гомеостаза. - М.: Медицина, 1977.

32. Саркисов Д.С. В кн.: Структурные основы адаптации и компенсации нарушенных функций: Руководство. - М.: Медицина, 1987, с. 36-57.

33. Сералиева С.М. В сб.: Использование горных условий на различных этапах спортивного совершенствования. Алма-Ата, 1982, с. 83-90.

34. Удалое Ю.Ф., Балуева Н.А., Васильева Г.И. и др. В сб.: Современная система и методы врачебного контроля в спорте. - Малаховка: МОГИФК, 1987, с. 12-22.

35. Удалов Ю.Ф. "Теория и практика физической культуры", 1989, № 11, с. 16-20.

36. Филиппов М.М., Миняйленко Т.Д. "Украинский биохимический журнал", 1980, т. 52, № 2, с. 171-174.

37. Хайдарлиу С.Х. Нейромедиаторные механизмы адаптации. - Кишинев: Штиинца, 1989.

38. Хочачка П., Сомеро Дж. Биохимическая адаптация: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988.

39. Цепкова Н.К., Матов В.В. "Теория и практика физической культуры", 1980, № 8, с. 24-26.

40. Яковлев Н.Н. Биохимия спорта. - М.: ФиС, 1974.

41. Яковлев Н.Н. Живое и среда: молекулярные и функциональные основы приспособления организма к условиям среды. - Л.: Наука, 1986.

42. Hansen J.E., Stelter G.P., Vogel J.A. "J. Appl. Physiol", 1967, vol. 23, № 4, p. 523-530.

43. Kowalchuk J.M., Heigenhauser G.J.P., Lindiger et at. "J. Appl. Physiol.", 1988, vol. 65, № 5, p. 2090-2096. -

44. Parkhouse W.S., McKenzie D.C., Hochachka P.W. et al. 5-th Intl. Symp. Biochemistry of Exercise Abstracts, 2, 1982.