В ходе проведения исследований через каждые 10-15 мин измерялись артериальное давление, температура тела (оральная) и кожи в 11 точках, осуществлялась запись ЭКГ, ТТИРПГ и РЭГ. Через каждые 20 мин физической нагрузки и в конце ее определялись минутный объем легочной вентиляции и газо-вый состав выдыхаемого воздуха. После завершения работы и выхода из термока-меры обследуемый взвешивался на медицинских весах и с ним проводились те же психофизиологические тесты и в той же последовательности, как на первом этапе.
Весь материал получен при проведении 176 комплексных обследований (6156 измерений). Работа выполнена при соблюдении основных биоэтических правил и требований с научным обоснованием планируемых исследований, анализом возможных рисков и дискомфортов, описанием исследования для неспециалистов и получением информированного согласия от участников исследований (Генин А.М. и др., 2001; Кузнецова Т.Ю., 2008). Необходимо отметить, что в исследованиях принимали участие одни и те же спортсмены.
Все полученные данные обработаны с помощью общепринятых методов вариационной статистики. Достоверность различий средних величин показателей оценивалась по критерию Стьюдента при уровне вероятности не менее 95%.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В ходе проведения первого этапа было выявлено, что в условиях комфортного (T=18±1°С, ц=68±1%, v=0,3±0,1 м/с), теплого влажного (T=25±1°С, ц=75±1%, v=0,3±0,1 м/с) и жаркого влажного (T=31±1°С, ц=85±1%, v=0,3±0,1 м/с) микроклимата предельная длительность ступенчато возрастающей по мощности (50, 100, 150, 200 и 250 Вт) мышечной работы с минутным отдыхом после каждого 5-минутного цикла оказалась в среднем одинаковой (28,5±0,3 мин). Такая физическая нагрузка вызывала стремительно нарастающие сдвиги показателей внешнего дыхания и энергообмена (минутный объем легочной вентиляции - VE, потребление кислорода - VO2, выделение углекислого газа - VCO2 и энерготраты - ЭТ). Однако к моменту отказа от продолжения эксперимента при нагрузке мощностью 250 Вт перечисленные показатели, а также энергетическая цена работы за все время ее выполнения имели наибольшие значения в жарком влажном микроклимате. Отсюда следует, что данный вид мышечной работы в условиях резко затрудненной испарительной теплоотдачи усиливает функциональное напряжение в деятельности респираторной системы и тем самым увеличивает при ее выполнении расход энергии организмом.
Одновременно было отмечено напряжение в работе регуляторных механизмов сердечно-сосудистой системы, степень выраженности которого возрастала по мере повышения температуры и относительной влажности окружающей среды от уровня комфортных. Это нашло отражение в динамике показателей системной кардиогемодинамики и церебрального кровообращения.
Так, уже на 5-й мин мышечной работы мощностью 50 Вт при всех микроклиматических режимах достоверно увеличивалось систолическое артериальное давление (АДс), уровень которого в момент прекращения работы мощностью 250 Вт достигал 178ч181 мм рт.ст. Достоверное уменьшение диастолического артериального давления (АДд) начиналось в конце 1-го цикла работы (режим 3), 2-го цикла (режим 2) и 4-го цикла (режим 1). Перед наступлением отказа начальное АДд (78ч80 мм рт. ст.) снижалось до 50±2 (режим 1), 36±2 (режим 2) и 24±1 (режим 3) мм рт.ст.
Среднее гемодинамическое давление (СГД) характеризовалось двумя фазами изменения: «фаза подъема» (режимы 1 и 2) или «сдерживания» (режим 3) в течение первых 3-х циклов работы и «фаза снижения» - последующие 2 цикла работы. В конце второй фазы уровень СГД не отличался от начального (режим 1) или становился ниже его на 8±1 мм рт.ст (режим 2) и 16±0,9 мм рт.ст. (режим 3) при абсолютных значениях, равных соответственно 93±0,9, 85±0,5 и 76±0,6 мм рт.ст.
Параллельно отмечалось непрерывное падение общего периферического сосудистого сопротивления (ОПСС), величина снижения которого к концу работы достоверно возрастала с 310±35 (режим 1) до 461 ±40 (режим 2) и 610±50 (режим 3) дин•см-5/с.
Усиление сердечной деятельности с начала работы нарастающей интенсивности проявлялось, прежде всего, тахикардией. При этом по мере повышения мощности физической нагрузки происходил непрерывный рост частоты сердечных сокращений (ЧСС), достигающий к моменту отказа 173±2 уд/мин (режим 1), 179±2 (режим 2) и 184±2 уд/мин (режим 3). Выявлено также, что в ходе выполнения определенного вида мышечной работы увеличение ЧСС определялось не только возрастанием мощности нагрузки, но и действием на организм жаркого влажного микроклимата.
Закономерные изменения претерпевали систолический объем (СО) крови и минутный объем кровообращения (МОК). СО крови характеризовался в течение 1-го цикла нагрузки стабилизацией на уровне исходного (режимы 1 и 2) или незначительным увеличением (режим 3), после чего происходило его непрерывное уменьшение. Для МОК характерным оказался быстрый рост, сменяющийся в конце 4-го цикла нагрузки удерживанием на достигнутом уровне (режимы 1 и 2) или снижением после 3-го цикла нагрузки до конца работы (режим 3).
Известно, что увеличение МОК может быть обусловлено как учащением сердечных сокращений, так и с ростом СО крови. В первые 5 мин работы возрастание МОК явилось результатом увеличения обоих параметров (режим 3) или только ЧСС (режим 1 и 2), поскольку СО крови в последнем случае не изменялся. В дальнейшем возрастание МОК, наблюдаемое при непрерывном снижении СО крови происходило за счет увеличения ЧСС. В то же время достоверное уменьшение МОК к моменту прекращения работы в 250 Вт (влажный жаркий микроклимат) по сравнению с удержанием его на достигнутом максимальном уровне (комфортный и теплый микроклимат) можно объяснить наибольшим снижением СО крови (42±2 мл против 34±3 мл) на фоне почти одинакового прироста ЧСС (110±2 уд/мин против 105±3 и 107±2 уд/мин). Следовательно, в рассматриваемых микроклиматических условиях выполнение мышечной работы нарастающей интенсивности до отказа вызывает наибольшее снижение эффективности сердечной деятельности при температуре 31±1°С и относительной влажности 85±1% воздуха по сравнению с температурой и относительной влажностью воздуха 18±1°С и 68±1%, 25±1°С и 75±1% соответственно.
Описанные изменения дают основание считать, что динамика и абсолютные значения комплекса рассмотренных показателей системной кардиогемодинамики являются высоко информативными критериями оценки степени напряжения в работе регуляторных механизмов в организме человека при физической нагрузке возрастающей мощности до отказа в условиях жаркого влажного, теплого влажного и комфортного микроклимата.
На фоне резко выраженного напряжения в работе регуляторных механизмов кардиогемодинамики имели место изменения реоэнцефалографических (РЭГ) показателей, отражающие текущее состояние церебрального кровообращения, т.е. до начала и в течение всего времени работы в различных микроклиматических условиях.
Как установлено, на исходный уровень мозгового кровотока человека, находящегося в состоянии покоя в термокамере, оказывал влияние созданный в ней микроклимат. На это указывал тот факт, что с повышением температуры и относительной влажности воздуха с 18±1°С и 68±1% до 25±1°С и 75±1%, далее до 31±1°С и 85±1% показатели РЭГ претерпевали достоверные изменения, указывающие на снижение тонуса артерий, артериол и вен, рост кровенаполнения мозговых сосудов и увеличение оттока венозной крови из региона. В целом это можно расценить как проявление ауторегуляции мозгового кровотока в ответ на совместное воздействие разных по величине температуры и относительной влажности воздуха.
Работа на велоэргометре со ступенчато возрастающей нагрузкой в трех разных микроклиматических режимах вызывала практически одинаковые по характеру динамики изменения реоэнцефалографических показателей, несмотря на различия их исходных уровней. Однако в большей степени эти изменения имели место при работе в жарком влажном микроклимате. В этих случаях происходило ускоренное падение реографического дикротического индекса (ДИ), реографического диастолического индекса (РДИ) и индекса вено-артериального (В/А) отношения до минимальных величин к моменту отказа. Одновременно наблюдалось непрерывное увеличение максимальной скорости быстрого наполнения (МСБН) кровью крупных артерий и средней скорости медленного наполнения (ССМН) кровью средних артерий головного мозга, достигающее максимальных величин к периоду отказа от работы. Отмечался быстрый рост реографического систолического индекса (РСИ) и венозного оттока (ВО) крови из региона при максимуме в конце 4-го цикла работы мощностью 200 Вт, после чего начиналось его снижение.
Совокупность обнаруженных сдвигов свидетельствует о развитии к концу заданной работы в нагревающей среде с повышенной температурой, высокой относительной влажностью и малой подвижностью воздуха резко выраженной гипотонии крупных, средних и мелких артерий, артериол и вен, об избыточном кровенаполнении мозговых сосудов и ухудшении венозного оттока крови из бассейна головного мозга.
При такой же мышечной деятельности в условиях комфортного или теплого микроклимата показатели РЭГ претерпевали сходные изменения, особенно по абсолютным значениям, предшествующим отказу от продолжения работы. Однако различия выявлялись в динамике показателей, изменения которых указывали на падение тонуса крупных и средних артерий (увеличение МСБН и ССМН их кровью), а также на повышение пульсового кровенаполнения мозговых сосудов (рост РСИ). Различия появлялись после 3-го цикла работы мощностью 150 Вт и выражались в удерживании показателей на достигнутом уровне в течение 4-го и 5-го циклов работы в 200 и 250 Вт по сравнению с продолжающимся их возрастанием в жарком влажном микроклимате.
По данным литературы (Зиночкин В.А., 1979; Кощеев B.C., Кузнец Е.И., 1986; Костина Т.Ф., 2000; Исупов И.Б., 2001; Лелюк В.Г., 2004; Лиходеева В.А. и др., 2009; Schondorf R. et al., 2001; Edwards M.R. et al., 2002), стабилизация основных показателей РЭГ на повышенном (или пониженном) уровне свиде-тельствует о сохранении ауторегуляции мозгового кровотока, тогда как их непрерывное увеличение или падение (например, ДИ) является признаком приближающейся утраты этой ауторегуляции.
Анализ полученных результатов, согласующихся с имеющимися в литературе данными, позволяет заключить, что по динамике и абсолютным значениям изучаемых показателей РЭГ можно судить о степени напряжения механизмов ауторегуляции мозгового кровообращения при определенном виде физической нагрузки до отказа в различных микроклиматических условиях.
Как показали психофизиологические исследования, мышечная работа со ступенчато возрастающей мощностью и возможным временем ее выполнения не более 29 мин не оказывала в условиях комфортного микроклимата какого - либо влияния на функциональное состояние ЦНС, нервно-мышечного аппарата и субъективный статус обследуемых. Об этом можно судить по отсутствию статистически значимых различий со стороны практически всех психофи-зиологических показателей до начала и в конце физической нагрузки.
В условиях теплого влажного микроклимата к концу нагрузки происходило достоверное снижение способности к точной координации движений (по данным методики «динамическая треморометрия»), ухудшались самочувствие и активность (по данным теста «САН»).
Однако среди всех анализируемых психофизиологических показателей достоверные изменения обнаруживались к концу работы в условиях жаркого влажного микроклимата. В результате проведенных исследований установлено, что сочетанное действие в течение 28,4±0,2 мин физической нагрузки нарастающей интенсивности и нагретого (до 31±1°С) влажного (относительная влажность 85±1%) воздуха со скоростью движения 0,3±0,1 м/с приводит к развитию возбуждения в корковом отделе зрительного анализатора (по данным ВПЗМР и КЧССМ), существенному снижению способности к точной координации движений, падению статической выносливости мышц кисти и предплечья (по данным «динамической треморометрии» и «статической мышечной выносливости»), а также ухудшению самочувствия, активности и настроения (по данным теста «САН»).
Из представленных результатов следует, что чувствительность анализируемых психофизиологических показателей возрастает по мере увеличения температуры и относительной влажности воздуха. Наиболее информативными при сочетанном действии физической и тепловой нагрузок оказались критическая частота слияния световых мельканий, способность к точной координации движений, статическая выносливость мышц кисти и предплечья, самочувствие и активность.
Вместе с тем выше приведенные результаты исследований указывают на то, что для завершения научного обоснованного выбора наиболее информативных физиологических критериев оценки переносимости человека мышечной работы большой мощности в условиях ограничения теплоотдачи важное теоретическое и практическое значение приобретает проведение исследований с моделированием субмаксимальной физической нагрузки до отказа. Этому и посвящен 2-й этап настоящего исследования.
Как выше указывалось, в трех сериях исследований 2-го этапа моделировалась непрерывная работа субмаксимальной мощности путем педалирования на велоэргометре с постоянной мощностью нагрузки равной 75 % от индивидуального МПК. Работа выполнялась в трех микроклиматических режимах, не вызывающих затруднения теплоотдачи радиацией, конвекцией, испарением (Т=18±1°С, ц=68±1%, v=0,3±0,1 м/с), или вызывающих умеренно выраженное (Т=25±1°С, ц=75±1%, v=0,3±0,1 м/с) и резко выраженное (Т=31±1°С, ц=85±1%, v=0,3±0,1 м/с) ограничение теплоотдачи, прежде всего за счет испарения влаги с поверхности кожи и органов дыхания.
Используя классификацию физической работы по энергетическим показателям (Д.Х. Келлавей, 1975) и, в частности, усредненным значениям энерготрат, равным 41,1±1,3 кДж/мин (комфортный), 44,2±1,2 кДж/мин (теплый влажный) и 46,4±1,1 кДж/мин (жаркий влажный) микроклимат, моделируемая работа относится к разряду «очень тяжелая».
Установлено, что в комфортном и теплом влажном микроклимате возможная продолжительность заданной работы оказалась приблизительно одинаковой и составила в среднем 60 мин. Основной причиной преждевременного отказа от продолжения работы явилось появление мышечного дискомфорта в работающих мышцах нижних конечностях и желание в связи с этим прекратить исследования.
С другой стороны, выполнение одной и той же работы в неодинаковых микроклиматических условиях сопровождалось разнонаправленными по характеру динамики изменениями показателей теплового состояния обследуемых. Так, в первые 20 мин физической нагрузки при режиме 1 происходило повышение показателей, характеризующих тепловое состояние обследуемых. За это время прирост температуры тела оральной (Тор) был равен 0,5±0,06оС, средневзвешенной температуры (СВТ) кожи - 2,8±0,2оС, средней температуры тела (СТТ) - 0,5±0,07оС и теплосодержания (ДQ) - 1,7±0,3 кДж/кг. В дальнейшем рассматриваемые показатели практически не изменялись и удерживались до момента прекращения работы на уровнях, достигнутых в начальном ее периоде. Такая динамика анализируемых параметров свидетельствовала о том, что через 20 мин воздействия интенсивной физической нагрузки наступает термостабилизация организма при повышенном его теплосодержании, отличающегося от исходного не более чем на 2,0±0,3 кДж/мин. Следовательно, при указанных величинах температуры, влаж-ности и подвижности воздуха, условия для теплоотдачи можно считать близкими к оптимальным, так как при них система терморегуляции обеспечивает поддержание температурного гомеостаза человека, выполняющего работу субмаксимальной мощности до отказа.