Тренировки и адаптация в условиях гор

Источник:
Эндокриная система, спорт и двигательная активность.
Перевод с англ./под ред. У.Дж. Кремера и А.Д. Рогола. - Э64
Издательство: Олимп. литература, 2008 год.

Нейрогуморальный ответ и адаптационные изменения в состоянии покоя и во время двигательной активности в условиях гор

После попадания в горные условия в организме происходят быстрые физиологические перестройки, направленные на компенсацию снижения атмосферного давления и обусловленной этим гипоксии. Срочные физиологические изменения, к которым относятся усиление вентиляции и повышение ЧСС, обеспечивают быструю первую линию защиты от гипоксии, обусловленной снижением атмосферного давления (Stenberg et al., 1966; Easton et al., 1986). Долговременные физиологические адаптации, включающие постоянную гипервентиляцию, увеличение образования красных кровяных клеток, изменения в системе кровообращения, увеличение выделения воды и натрия, сдвиг в использовании энергетических субстратов обеспечивают вторую линию защиты против сохраняющихся гипоксических условий (Young A.J., Reeves, 2002). Автономная нервная система играет существенную роль в осуществлении многих срочных физиологических реакций в горных условиях, тогда как гормональные изменения занимают важное места в тонкой регулировке многих долговременных адаптаций организма к условиям пониженного атмосферного давления.

Несмотря на то что анализу нейрогуморального ответа на горные условия посвящено несколько обзоров (Hoyt, Honig, 1996; Ward et al., 2000; Richalet, 2001; Swenson, 2001; Mazzeo, Reeves, 2003), в отношении места, которое занимают гормоны в успешной адаптации организма к высотной гипоксии, единого мнения сформировать не удалось. Противоречивость литературных данных обусловлена главным образом различиями в условиях проведения экспериментов (нолевые или в барокамере), используемых для оценки временных диапазонов (срочные или долговременные изменения), высоте над уровнем моря (среднегорье или высокогорье), условиях внешней среды (гипоксия при нормальном или пониженном атмосферном давлении), половой принадлежности участников исследований (мужчины или женщины), уровне физической подготовленности (тренированные или нетренированные), продолжительности подъема в горные условия (быстрый или медленный) и состоянии здоровья участников (здоровые или больные). В этом обзоре мы остановимся главным образом на обобщении результатов многочисленных исследований, которые проводились в некоторых стандартизованных условиях, с тем чтобы создать четкое представление о нейрогуморальном ответе и адаптационных изменениях, связанных с отдыхом и двигательной активностью в горных условиях.

В обзор включены результаты исследований: а) проводившихся в барокамерах и полевых условиях; б) с использованием гипоксии в условиях пониженного атмосферного давления (гипобарической); в) проводившихся на высотах 3500 — 5500 м; г) в которых принимали участие мужчины и женщины; д) с различным уровнем физической подготовленности; с) быстрого и медленного подъема в условиях высокогорья; ж) в которых, если отдельно представлены результаты для больных и здоровых, то использовались только результаты для здоровых людей. За срочное принималось воздействие высокогорных условий, не превышавшее 3 суток, а продолжительность долговременного воздействия составляла 4—21 сутки. Кроме того, в этом обзоре проанализированы результаты, полученные преимущественно в исследованиях с участием человека, эксперименты на животных включены лишь в тех случаях, когда это необходимо для объяснения некоторых критических положений.

Основные понятия

Для того чтобы лучше разобраться в нейрогуморальных механизмах, ответственных за адаптацию организма к условиям высокогорья, необходимо прежде всего рассмотреть основные понятия, имеющие отношение к воздействию высотных условий. Во-первых, атмосферное давление (Рв) понижается с увеличением высоты. Несмотря на то что процентное содержание кислорода (02) в определенном объеме воздуха в горах такое, как и на уровне моря (т. е. 20,93 %), парциальное давление 02 в атмосферном воздухе (РО₂) понижается (РО₂= Рв х % 02). Во-вторых, давление кислорода во вдыхаемом воздухе (РО₂) снижается пропорционально снижению атмосферного давления (Р1О₂ = (Рв — 47)- % О₂), где РнО₂ принимается равным 47 торр при температуре тела 37 С. Таким образом, в условиях гор градиент давления О, снижен на каждом этапе транспорта кислорода (рис. 30.2). В результате происходит уменьшение количества кислорода, переносимого из окружающей среды в клетки, поскольку диффузия 02 прямо зависит от градиента РО₂ в соответствии с законом Фика, описывающим процесс диффузии. Итогом воздействия условий высокогорья является нарушение способности доставлять кислород к тканям организма. Для компенсации этой гипоксемии (снижения содержания кислорода в крови) в организме происходят разнообразные острые и хронические адаптации.

Физиологические адаптации к условиям высокогорья

Дыхательная система

При воздействии условий высокогорья происходит срочное усиление легочной вентиляции, величина которого определяется степенью гипоксии (Rahn, Otis, 1949; Easton et al., 1986; Bisgard, Forster, 1996). Такое усиление вентиляции является результатом гипоксической стимуляции периферических хеморецепторов (Weil et al., 1970; Lahiri, Delaney, 1975; Fitzgerald, Dchgghani, 1982). Сразу после усиления вентиляции в течение 10 — 30 последующих минут пребывания в условиях пониженного давления наступает ее ослабление. Такой ответ, получивший название “гипоксическое снижение вентиляции” (hypoxic ventilatory depression), вероятнее всего, обусловлен накоплением ингибирующих нейротрансмиттеров, например у-аминомасляной кислоты или аденозина, в центральной нервной системе (Smith et al., 2001). В последующие несколько часов или даже дней пребывания в горных условиях происходит постепенное увеличение вентиляции легких, уровень которой обычно стабилизируется примерно на 7—10-й день воздействия пониженного атмосферного давления (Forster et al., 1975). Механизмы, задействованные в адаптации дыхательной системы к горным условиям, активно обсуждаются. Предполагается, что происходящие изменения обусловлены прогрессивным увеличением чувствительности каротидного тельца и кислотно-основными изменениями в центральной нервной системе (Severinghaus et al., 1963; Bisgard, Forster, 1996; Smith et al., 2001). Увеличение вентиляции легких при первоначальном и продолжительном воздействии условий пониженного атмосферного давления в горах смягчает неизбежное снижение парциального давления кислорода в альвеолах (РАО₂), причиной которого является снижение Р,О₂. В действительности, если бы не происходило компенсаторного усиления вентиляции легких, тогда в соответствии с уравнением для расчета параметров альвеолярного газа РАО₂ на высоте 4000 м оно было бы ниже на 10 торр. Увеличение РАО₂, происходящее благодаря усилению вентиляции, способствует транспорту кислорода в легких и составляет первую линию обороны против снижения парциального давления кислорода в атмосферном воздухе.

Кровеносная система

Срочная реакция кровеносной системы па пребывание в горных условиях проявляется в повышении концентрации эритропоэтина, который стимулирует процессы кроветворения (Jenkman, 1992). Ретикулоциты обычно появляются через 3—5 суток (Grover et al., 1998; Reeves et al., 2001), однако объем эритроцитов остается неизменным на протяжении 10 дней пребывания в горных условиях (Sawka et al., 1996). Несмотря на заметное увеличение уровня гемоглобина после пребывания на высоте в течение 5 — 12 суток (Maher et al., 1974; Horstman et al., 1980; Wolfel et al., 1991, 1998), оно, вероятнее всего, обусловлено явлением гемоконцентрации (т. е. уменьшением объема плазмы), а не увеличением объема эритроцитов (Sawka et al., 2000). Если пребывание в горах продолжается более 1 месяца наблюдается увеличение количества эритроцитов (Reynafarje, 1957; Pugh, 1964). Увеличение количества эритроцитов в крови у лиц, постоянно проживающих в условиях высокогорья, по сравнению с проживающими на уровне моря также свидетельствует об усилении продукции эритроцитов в результате длительного пребывания в условиях высокогорья (Weil et al., 1968; Sanchez et al., 1970). Увеличение объема красных кровяных телец и, следовательно, гемоглобина — вещества, которое отвечает за связывание кислорода, в конечном итоге способствует улучшению транспорта кислорода при пониженном атмосферном давлении.

Сердечно-сосудистая система

После подъема в горы сразу происходит учащение сердцебиения и увеличение минутного объема крови (МОК) (Stenberg et al., 1966; Vogel, Harris, 1967; Wagner et al., 1986). Резкое возрастание МОК обусловлено увеличением ЧСС, поскольку ударный объем крови остается постоянным (Grover et al., 1986; Wolfel, Levine, 2001). Увеличение ЧСС обусловлено как активацией симпатической системы, так и подавлением парасимпатической. В норме симпатическая стимуляция вызывает также сужение периферических кровеносных сосудов. Однако в случае острой гипоксической реакции этот эффект отсутствует и происходит расширение всех сосудов, за исключением легочных, благодаря чему уменьшается суммарное сопротивление периферической системы кровообращения (Wolfel, Levine, 2001). Неизвестно, какие именно вещества ответственны за преодоление сужения сосудов на локальном уровне, однако возможным кандидатом на эту роль можно рассматривать оксид азота и норадреналин (Halliwill, 2003). При острой реакции на гипоксию содержание кислорода в венозной крови также снижается, что свидетельствует об усилении экстракции его в периферических тканях (Wolfel et al., 1991, 1998). Таким образом, при острой реакции на условия высокогорья точное соотношение между метаболическими потребностями и их обеспечением в условиях ограничения поступления в организм кислорода поддерживается за счет усиления кровообращения и поглощения его в периферических тканях.

При длительном пребывании в условиях высокогорья содержание кислорода в артериальной крови (СаО₂), которое равно произведению насыщения артериальной крови кислородом (Sao2) и концентрации гемоглобина (НЬ), умноженного на 1,34 мл 02-г [НЬ] возрастает вследствие адаптационных изменений в дыхательной и кровеносной системах (Wolfel et al., 1991, 1998). Ударный объем крови уменьшается в результате уменьшения объема плазмы и/или увеличения суммарного сопротивления периферической кровеносной системы, а ЧСС при этом остается по-прежнему повышенной (Grover et al., 1986; Wolfel, Levine, 2001; Young A.J., Reeves, 2002). Минутный объем крови при длительном пребывании в горах снижается из-за уменьшения ее ударного объема (Grover et al., 1986; Wolfel, Levine, 2001; Young A.J., Reeves, 2002). Падение МОК компенсирует увеличение СаО₂, так что это не приводит к изменению транспорта кислорода к тканям при длительном пребывании на высоте (Grover et al., 1976; Bender et al., 1988). Хотя уменьшение кровообращения и МОК может показаться невыгодным, увеличение времени прохождения капилляров позволяет снизить ограничения альвеолярной и артериальной диффузии крови в горах, благодаря чему происходит повышение СаО₂ (Boushel et al., 2001).

Регуляция водного баланса

При нормальной акклиматизации к горным условиям в случае срочной и долговременной реакции организма происходит увеличение выделения воды и натрия (Hoyt, Honig, 1996). Натрийурез и диурез вызывает уменьшение объема плазмы и увеличение концентрации гемоглобина, обусловленное гемоконцентрацией (Sawka et al., 2000), что уравновешивает уменьшение поступления кислорода к тканям. Диурез может также обеспечить защиту от горной болезни (Singh et al., 1969) благодаря сокращению объема внеклеточной жидкости и уменьшению отека мозга (Hackett, 1999). Механизмы, которые обеспечивают натрийуретический и диуретический эффекты гипоксии, еще не установлены окончательно, однако предполагается, что гипоксическая стимуляция периферических хеморецепторов приводит к уменьшению реабсорбции натрия в почечных канальцах (Honig, 1989). Кроме того, гипоксия в периферических тканях может сама по себе вызывать расширение кровеносных капилляров в почках (Halliwill, 2003), следствием которого будет возрастание скорости гломерулярной фильтрации (Olsen et а!., 1993) и в результате выделение натрия и воды. В регуляции водного баланса в условиях высокогорья ключевую роль могут играть некоторые гормоны, поскольку натрийуретическую и диуретическую реакцию нельзя подавить перерезанием почечных нервов (Shmidt et al., 1985; Karim et al., 1987). В действительности, после адреналэктомии в условиях гипоксии, обусловленной снижением атмосферного давления, пе наблюдается столь сильного увеличения выделения натрия с мочой (Lewis et al., 1942).

Обмен веществ

В случае острой реакции на воздействие условий высокогорья углеводы могут оказаться предпочтительным энергетическим субстратом, поскольку именно они при расщеплении дают наибольший выход аденозинтрифосфата (АТФ) на 1 литр потребляемого кислорода (Brooks et al., 1991; Roberts et al., 1996b). Такое предположение подтверждается активацией при срочной реакции на пребывание в горах индуцируемого гипоксией фактора HIF-la (hypoxia inducible factor-1a), который, как показано, усиливает транскрипцию нескольких генов, осуществляющих транспорт глюкозы и гликолиз (Semenza et al., 1994; Firth et al., 1995). Кроме того, при острой реакции на горные условия наблюдается возрастание накопления лактата как в период отдыха, так и во время физической нагрузки, что можно объяснить ускорением гликолитического метаболизма (Knut-tgen, Satin, 1973). В то же время не обнаружено никаких различий в использовании гликогена в мышцах во время выполнения физических упражнений при срочной реакции на условия высокогорья по сравнению с уровнем моря (Young A.J., et al., 1982; Green et al., 1992). При продолжительном пребывании в условиях пониженного атмосферного давления сообщалось как об увеличении (Brooks et al., 1991; Roberts et al., 1996b), так и уменьшении (Young A.J., et al., 1982, 1991; Beidleman et al., 1997; Braun et al., 2000) потребления углеводов. Вместе с тем после длительного пребывания в горах несмотря на постоянный уровень снабжения тканей кислородом наблюдается постепенное подавление накопления лактата (Young A.J. et al., 1982; Brooks et al., 1991; Beidleman et al., 1997). Это явление получило название “лактатного парадокса” и объясняется снижением β-адренергической стимуляции гликогенолиза в мышцах (Mazzeo, Reeves, 2003).

Острая горная болезнь

Острая горная болезнь (болезнь Акосты) представляет собой комплекс нарушений, возникающих в результате гипоксии у людей, совершивших без акклиматизации быстрый подъем на высоту более 2500 м и остающихся там более нескольких часов (Singh et al., 1969; Hackett, Rennie, 1976; Honigman et al., 1993; Sanchez del Rio, Moskowitz, 1999; Bailey etal., 2000). К характерным симптомам можно отнести головную боль, тошноту, рвоту, утрату аппетита, утомляемость, головокружение и бессонницу (Hackett, Rennie, 1976; Powles et al., 1978; Honigman et al., 1993; Sanchez del Rio, Moskowitz, 1999; Bailey etal., 2000). Начало горной болезни обычно наступает через 4—12 ч после подъема в горы и после первой ночи, проведенной на высоте, симптомы заболевания становятся более выраженными (Bartsch et al., 1988). Вероятность возникновения горной болезни возрастает с увеличением высоты, чем сильнее гипоксемия, тем тяжелее протекает это заболевание (Maggiorini et al., 1990; Honigman et al., 1993). Индивидуальная подверженность заболеванию может определяться скоростью подъема (Hansen et al., 1967; Honigman et al., 1993), наличием предварительной акклиматизации (Hansen et al., 1967; Lyons et al., 1995), ожирением (Honigman et al., 1993) и усилиями, которые были приложены для того, чтобы достичь данной высоты (Roach et al., 2000).

Патофизиология горной болезни широко обсуждается, однако наиболее распространена точка зрения, согласно которой в ее основе лежит вазогенный отек головного мозга, первичной причиной которого является гипоксия (Hackett et al., 1998). Вазогенный отек может быть результатом увеличения гидростатического давления в кровеносных сосудах обусловленного усилением кровообращения головного мозга или изменением проницаемости гематоэнцефалического барьера. В одной из публикаций констатируется отсутствие усиления кровообращения головного мозга у лиц, страдающих горной болезнью (Jensen et al., 1990). В то же время сообщается о повышении содержания фактора роста сосудистого эндотелия (vascular endothelial growth factor, VEGF) у человека (Walter et al., 2001) и у животных (Xu, Severinghaus, 1998), подвергнутых гипоксии или гипоксии в условиях пониженного атмосферного давления. Это может стать причиной повышения общей проницаемости капилляров для крупных молекул вследствие активации эндотелия к формированию новых кровеносных сосудов.

Выздоровление после острой горной болезни обычно наступает через 1 — 2 суток пребывания в условиях высокогорья, если не предпринимается попыток дальнейшего набора высоты (Singh et al., 1969; Bartsch et al., 1988). К физиологическим изменениям, которые могут вносить свой вклад в восстановление организма после горной болезни, можно отнести увеличение вентиляции легких и диуреза, которое может произойти после нескольких дней пребывания на высоте (Singh et al., 1969; Hackett et al., 1982; Moore et al., 1986; Bartsch et al., 1988). Увеличение вентиляции вызывает повышение РаО₂, благодаря чему происходит ослабление первоначального гипоксического стимула. Усиление диуреза также помогает ослабить симптомы горной болезни (Singh et al., 1969) за счет уменьшения объема внеклеточной жидкости и последующего ослабления отека головного мозга, который является причинным фактором горной болезни (Hackett, 1999).

Максимальная физическая работоспособность

В соответствии с уравнением Фика потребление кислорода равно произведению минутного объема крови (ЧСС х ударный объем) и разнице в содержании кислорода в артериальной (СО₂) и венозной крови (СуО₂). Максимальное содержание кислорода сразу после подъема в горы снижается вследствие уменьшения парциального давления кислорода в атмосферном воздухе и соответствующего снижения SаО₂ (Wolfel, Levine, 2001). При выполнении упражнений с максимальной физической нагрузкой в условиях высоты организм не может для компенсации уменьшения SaО₂ увеличить вентиляцию легких, ЧСС и извлечение кислорода в тканях выше максимальных значений, достигаемых на уровне моря (Stenberg et al., 1966; Grover et al., 1986). Таким образом, максимальное потребление кислорода (VО₂max) после подъема в горы снижается прямо пропорционально уменьшению его максимального содержания в артериальной крови (Stenberg et al., 1966; Vogel et al., 1967).

При продолжительном пребывании в горах максимальное СаО₂ возрастает по сравнению с первоначальным снижением вследствие повышения SaО₂ и концентрации гемоглобина (Wolfel, Levine, 2001). Учитывая это, можно было бы ожидать повышения VО₂max. Однако исследованиями неоднократно было показано, что при продолжительном пребывании на высоте VО₂max не изменяется (Saltin et al., 1968; Young A.J. et al., 1982; Bender et al., 1988; Wolfel et al., 1991, 1998; Beidleman et al., 1997). Причина отсутствия изменений VО₂max заключается в сокращении минутного объема крови в результате долгого пребывания в горах, причиной которого является снижение ЧСС и уменьшение сердечного выброса, что в целом компенсирует возрастание максимального СаО₂ (Grover et al., 1986; Wolfel, Levine, 2001). Таким образом, максимальное потребление кислорода при срочной и долговременной реакции организма на пребывание в горных условиях остается неизменным (Grover et al., 1986).

Выполнение упражнений с субмаксимальной нагрузкой

Потребление кислорода в состоянии покоя и при фиксированной субмаксимальной нагрузке в горах не отличается от такового на уровне моря (Reeves et al., 1967; Saltin et al., 1968; Raynaud et al., 1981). Вместе с тем поскольку VО₂max на высоте снижается, относительная интенсивность упражнений во время субмаксимальной нагрузки может значительно возрастать по сравнению с уровнем моря. В этом примере одно и то же субмаксимальное потребление кислорода (2 л-мин^-1) соответствует 50 % VО₂max на уровне моря и 70 % VО₂max в горах. В случае, когда организм подвергается фиксированной субмаксимальной нагрузке во время острой реакции на пребывание в горных условиях, вентиляция, ЧСС и извлечение кислорода в тканях будут увеличиваться, а субмаксимальная производительность будет снижаться (Ekblom et al., 1975; Fulco et al., 2003). Если субмаксимальная нагрузка будет изменена так, что занимающийся будет выполнять работу при такой же относительной процентной доле VО₂max, характерной для данной высоты, тогда вентиляция, ЧСС, извлечеиие кислорода в тканях и субмаксимальная физическая работоспособность после подъема в горы будет такой же, как и на уровне моря (Maher et al., 1974; Horstman et al., 1980).

При продолжительном пребывании в горных условиях наблюдается повышение аэробной работоспособности крупных и небольших мышечных групп, если сравнение производится при одинаковой относительной нагрузке, рассчитанной в виде процентной доли от VО₂max для данной высоты (Maher et al., 1974; Horstman et al., 1980; Fulco et al., 1994). Хотя точные механизмы этого явления не установлены, в числе его возможных причин могут быть увеличение времени легочной диффузии вследствие уменьшения скорости кровотока (Boushel et al., 2001), увеличение градиента кислорода, определяющего па скорость его диффузии из мышечных кровеносных капилляров в митохондрии (Fulco et al., 1994; Beidleman et al., 2003), а также более эффективное использование запасов гликогена в мышцах благодаря усилению транспорта глюкозы из крови (Brooks etal., 1991; Roberts et al., 1996a). Помимо всего прочего, при увеличении времени пребывания в горных условиях уменьшаются симптомы, характерные для острой горной болезни, что также может вносить самостоятельный вклад в повышение субмаксимальной физической работоспособности.

Нейрогормональный ответ на пребывание в горных условиях

Симпатоадреналовый ответ

Уровень норадреналина в плазме крови зависит от скорости его поступления в систему кровообращения из симпатических нейронов (-70 %), небольшое количество секретируется также в мозговом слое надпочечников (-30 %) и скорости его удаления из плазмы. По данным многочисленных исследований, при остром ответе на гипоксию в условиях нормального или пониженного давления наблюдается незамедлительное повышение активности симпатической нервной системы (СНС) по отношению к скелетным мышцам (Rowell et al., 1989; Lenenberger ct al., 1991; Morgan et al., 1995), которое сохраняется и при длительном пребывании в горных условиях (Hansen, Sander, 2003). Хотя уровень норадреналина в плазме не всегда соответствует активности СНС (Rowell et al., 1989), обобщенные результаты 30 исследований свидетельствуют о повышении его уровня в состоянии покоя на 24 % при остром ответе на пребывание в горных условиях, в дальнейшем при увеличении срока пребывания в горах такое повышение может достигать 240 %. Механизмы первоначального и последующего повышения активности СНС в условиях гипоксии практически не изучены, однако маловероятно, что они обусловлены непосредственно воздействием гипоксии, поскольку активность СНС в случае пребывания на высоте со временем повышается, в то время как гипоксемия, наоборот, снижается (Mazzeo, Reeves, 2003). Возможно, гипоксия вызывает активацию СНС за счет прямой стимуляции периферических хеморецепторов (Marshall, 1994) и нейронных комплексов головного мозга (Reis et al., 1994). Кроме того, здесь может играть определенную роль снижение давления на барорецепторы сосудов сердца и легких, обусловленного уменьшением объема крови, происходящим при продолжительном пребывании в горных условиях (Myhre et al., 1970; Jung et al., 1971; Jain et al., 1980).

Как и в случае выполнения физической нагрузки на уровне моря, при срочной и долговременной реакции организма на горные условия выполнение физических упражнений вызывает увеличение уровня норадреналина в 1—3 раза (Mazzeo et al., 1991, 1995, 2003; Young A.J. et al., 1§91), при этом величина ответа зависит от интенсивности двигательной активности (Kjaer et al., 1988; Braun et al., 2000; Mazzeo et al., 2000; Lundby, Steensberg, 2004). Обобщенные результаты свидетельствуют о том, что относительное возрастание уровня норадреналина во время занятий физическими упражнениями по сравнению с состоянием покоя в случае долговременной реакции организма па пребывание в горах (-83 %) ниже по сравнению с изменениями при острой реакции на пребывание в горах (-250 %) или на уровне моря (-267 %). Вместе с тем при кратком и продолжительном воздействии горных условий концентрация норадреналина в плазме достигает более высоких значений вследствие более высокого исходного уровня.

Быстрое увеличение активности СНС при кратком воздействии горных условий, вероятно, играет роль в компенсации последствий индуцированного гипоксией расширения большей части сосудов и поддержании артериального давления (Wolfel, Lcwine, 2001). Повышение уровня норадреналина в состоянии покоя и во время физических упражнений вызывает повышение артериального и венозного тонуса, повышает системное сопротивление сосудов, уменьшение объема плазмы и минутного объема крови (Seals, et al., 2003; Mazzeo, Reeves, 2003). Такие физиологические адаптации служат для поддержания тесной взаимосвязи между метаболическими потребностями и их удовлетворением путем уменьшения скорости кровообращения, в то время как происходит повышение эффективности транспорта кислорода в артериальной крови при увеличении длительности пребывания в горах.

Симпатическая стимуляция надпочечников после кратковременного воздействия горных условий также вызывает повышение уровня адреналина в плазме крови, которое после долговременного пребывания в горах ослабевает (Mazzeo, Reeves, 2003). Обобщенные результаты 30 исследований показали, что уровень адреналина в состоянии покоя при кратковременном пребывании на высоте возрастает на 38 %, а после длительного пребывания в горах возвращается к исходным значениям, характерным для уровня моря. Основным механизмом секреции адреналина является гипоксия, поскольку и гипоксический стимул и уровень адреналина возрастают при кратковременном пребывании в горах и ослабевают при увеличении срока пребывания на высоте (Mazzeo, Reeves, 2003). Сообщалось также о существовании обратной зависимости между SaO, и уровнем адреналина в плазме с увеличением времени нахождения в горных условиях (Wolfel et al., 1994).

Как и в случае физической нагрузки на уровне моря, при выполнении физических упражнений при кратковременном и долговременном пребывании в горных условиях уровень адреналина возрастает в 2—3 раза по сравнению с состоянием покоя (Mazzeo et al., 1991, 1995, 2003; Young A.J. et al., 1991) и амплитуда такого повышения зависит от интенсивности упражнений (Kjaer et al., 1988; Braun et al., 2000; 'Mazzeo et al., 2000; Lundby, Steensberg, 2004). Обобщение результатов исследований свидетельствует о том, что относительное повышение уровня адреналина во время регулярной двигательной активности по сравнению с состоянием покоя практически не отличается во всех условиях (-120—180 %), однако при кратковременном пребывании в горных условиях достигает более высоких абсолютных значений за счет повышенного исходного уровня (рис. 30.4, б). Повышение и последующее снижение уровня адреналина в состоянии покоя и во время выполнения физических упражнений, по-видимому, вносит свой вклад в быстрое расширение кровеносных сосудов, увеличение ЧСС, гликогенолиза в мышцах и накопления лактата при кратковременном пребывании в горах, которые затем постепенно снижаются при увеличении продолжительности пребывания в горных условиях (Mazzeo, Reeves, 2003). Эти физиологические адаптации способствуют увеличению транспорта и оптимизации использования кислорода в условиях его пониженного парциального давления, а также сохранению энергетических ресурсов сердечной мышцы по мере нормализации снабжения кислородом.

Реакция парасимпатической нервной системы

Данные нескольких исследований свидетельствуют о снижении активности парасимпатической нервной системы (ПНС) в состоянии покоя при кратковременном пребывании в горных условиях (Richardson et al., 1967; Roller et al., 1988). У лиц, подвергнутых кратковременному воздействию гипоксии, предварительное применение пропанолола (β-адренергического блокатора) не позволяет устранить острого повышения ЧСС (Roller et al., 1988). Однако применение пропанолола в сочетании с атропином (парасимпатический блокатор) позволяет полностью устранить повышение ЧСС при кратковременном воздействии гипоксии у человека (Roller et al., 1988) и у собак (Hammill et al., 1979). В случае продолжительного пребывания в горных условиях, по данным основной массы исследований (Hartley et al., 1974; Hughson et al., 1994; Boushel ct al., 2001), за исключением одной работы (Grover et al., 1986), происходят обратные изменения с восстановлением активности ПНС, в частности активности вагусного воздействия на сердце, которое приводит к снижению максимальной ЧСС по сравнению с уровнем моря. Механизмы первоначального снижения и последующего возрастания активности ПНС не установлены, однако можно предполагать, что их активация происходит вследствие возбуждения блуждающего нерва под влиянием барорецепторов, реагирующих на небольшое снижение и последующее повышение среднего артериального давления крови при увеличении времени пребывания в горах (Hartley et al., 1974). Срочное снижение активности ПНС обеспечивает усиление кровообращения в условиях ограниченного поступления кислорода в организм за счет повышения ЧСС. Возрастание активности ПНС после длительного пребывания в горных условиях позволяет поддерживать потребности миокарда в кислороде, которые можно грубo рассчитать на основании произведения ЧСС и среднего артериального давления крови, за счет снижения ЧСС и повышения артериального давления.

Изменения глюкокортикоидов

Кортизол — основной глюкокортикоид, который вырабатывается в коре надпочечников. Секреция кортизола усиливается под влиянием повышения уровня адренокортикотропного гормона (АКТГ), который вырабатывается в передней доле гипофиза. Несмотря на различия в результатах индивидуальных исследований, обобщенные результаты 30 исследований свидетельствуют о повышении уровня кортизола на 33 % при кратковременном пребывании в горах; при увеличении времени нахождения в горах уровень этого гормона нормализуется до исходных показателей, характерных для уровня моря. Одной из причин первоначального повышения АКТГ и кортизола при подъеме в горы может быть возрастание возбуждения периферических хеморецепторов в результате воздействия гипоксии, поскольку деафферентиация (прерывание афферентной иннервации) артериальных хеморецепторов приводит к ослаблению или устранению возрастания уровня АКТГ и кортизола (Raff et al., 1982; Honig et al., 1996).

Как и в случае выполнения физических упражнений на уровне моря, при физической нагрузке во время краткого и продолжительного пребывания в горах концентрация кортизола в плазме возрастает на 30—100 % (Bouissou et al., 1988; Kjaer et al., 1988; Bartsch et al., 1991a; Braun et al., 2000), а амплитуда такого роста зависит от интенсивности двигательной активности (Kjaer et al., 1988; Braun et al., 2000). Обобщение результатов свидетельствует о том, что относительное повышение уровня кортизола во время физических упражнений по сравнению с состоянием покоя во всех условиях практически одинаково и составляет (-15—33 %), однако в случае занятий при кратковременном пребывании в горах может достигать более высоких абсолютных значений за счет повышенного исходного уровня. Повышение уровня кортизола во время срочной реакции организма на условия высокогорья может вносить свой вклад в повышение сократительной способности сердца, минутного объема крови, синтеза эритропоэтина и мобилизации энергетических запасов за счет глюконеогенеза (White et al.,1995).

Эритропоэтин

Эритропоэтин — гормон гликопротеидной природы, секреция которого осуществляется преимущественно в почках и в меньшей степени в печени. Обобщенные результаты 15 исследований показывают, что после подъема в горы происходит увеличение уровня эритропоэтина в покое в 2—3 раза. Концентрация его достигает максимального значения примерно через 24—48 ч, после чего начинает постепенно снижаться, однако даже при длительном пребывании в горных условиях не возвращается к значениям, которые наблюдаются на уровне моря. Изменения уровня эритропоэтина под влиянием физической нагрузки при кратковременном и продолжительном пребывании в горах изучены недостаточно, поэтому определить, происходит ли усиление изменений концентрации эритропоэтина при выполнении физических упражнений в условиях гипоксии, в настоящее время не представляется возможным. Первоначальная стимуляция его выработки при кратковременном пребывании в горах обусловлена снижением парциального давления кислорода в тканях организма, в частности в коре надпочечников (Jelkmann, 1992). В роли элемента, чувствительного к изменениям концентрации кислорода в почках, может выступать гем-содержащий белок (Goldberg et al., 1998) либо фермент, который называется индуцируемый гипоксией фактор-1 а-пролил-гидроксилаза (hypoxia-inducible factor-1а prolyl-hydroxylase, HIF-PH) (Ivan ct al., 2001; Jakkola et al., 2001). В присутствии снижения доставки кислорода активация такого чувствительного элемента приводит к синтезу HIF-1a, который затем связывается с активным сайтом в области энхансера гена эритропоэтина и активирует его транскрипцию (Semenza et al., 1991). Быстрое повышение уровня эритропоэтина стимулирует процессы кроветворения, и в результате при продолжительном пребывании в горных условиях приводит к увеличению выработки эритроцитов.

Снижение уровня эритропоэтина почти до значений, наблюдающихся на уровне моря, несмотря на сохраняющуюся гипоксемию, объяснить довольно сложно. Как и в случае любого другого гормона, здесь существует динамическое равновесие между образованием и расходованием. Если возрастание эритроидной активности, обусловленное продолжительным пребыванием в горных условиях, сопровождается увеличением расходования эритропоэтина, тогда его содержание в плазме может снизиться в результате повышения интенсивности оборота гормона. Кроме того, объяснить снижение уровня эритропоэтина в условиях сохранения системной гипоксии могут и другие факторы, которые изменяются при увеличении продолжительности пребывания в горных условиях, например повышение уровня 2,3-дифос-фоглицерата (Miller et al., 1973), понижение уровня симпатической стимуляции (Mazzeo, Reeves, 2003) и снижение активности фактора HIF-1a (D’Angelo et al., 2003).

Гормоны, регулирующие водный баланс

Система ренин-ангиотензин-алъдостерон. Ренин — это гликопротеин, секреция которого происходит в юкстагломерулярных клетках почек. Он расщепляет ангиотензиноген, циркулирующий в крови, с образованием ангиотензина I, который подвергается дальнейшим превращениям в активную форму — ангиотензин II, которое происходит при участии аигиотен-зиипревращающего фермента в сосудистом эндотелии легких. Ангиотензин II — мощный сосудосуживающий фактор, стимулирует секрецию альдостерона в коре надпочечников. Количественную оценку ренина обычно проводят путем инкубации анализируемого образца и определения образовавшегося количества ангиотензина I. Таким образом получают значение активности ренина в плазме. Обобщение результатов 25 исследований свидетельствует о снижении активности ренина в плазме в состоянии покоя на 9 % при кратком временном воздействии горных условий; при увеличении времени пребывания в горах происходит дальнейшее снижение его активности еще на 10 %. Неизвестно, что именно является сигналом для небольшого и продолжающегося снижения активности и концентрации ренина в плазме при воздействии горных условий, в то же время известно, что ренин обычно высвобождается в ответ на p-адренергическую стимуляцию и снижение артериального давления (Bouissou et al.,, 1989). Поскольку βадренергическая стимуляция возрастает при кратком и снижается при длительном пребывании в горах, можно было бы ожидать параллельного повышения и снижения активности и концентрации ренина в плазме. Гипоксическое подавление его активности в плазме при кратком и долговременном пребывании в горах может быть связано с повышением концентрации предсердного натрийуретического пептида при срочной реакции организма на горные условия (Johnston et al., 1989) или стимуляцией внутрипочечных барорецепторов вследствие усиления кровообращения в почках при долговременной реакции на пребывание в горах (Hogan et al., 1973; Olsen, 1995).

Как и в случае выполнения физических упражнений на уровне моря, при кратком и продолжительном пребывании в горах регулярная двигательная активность сопровождается повышением активности и концентрации ренина в плазме в 2—3 раза (Maher et al., 1975; Bouissou et al., 1988; Bartsch et al., 1991a; Rock et al., 1993). Обобщенные результаты исследований свидетельствуют о том, что относительное увеличение активности или концентрации ренина в плазме при физической нагрузке по сравнению с состоянием покоя практически одинаково во всех случаях (-150—233 %), точно так же не обнаружено различий и в абсолютных показателях, достигаемых в разных условиях.

Несмотря на существование сомнений, в настоящее время практически все исследователи пришли к единому мнению о том, что в условиях гипоксии не происходит подавления активности ангиотензинпревращающего фермента и образования ангиотензина II (Milledge, Catley, 1987; Raff et al., 1989). Таким образом, даже в горных условиях секреция альдостерона остается под доминирующим контролем системы ренин-ангиотензин (Olsen, 1995), поэтому не удивительно, что по обобщенным результатам 28 исследований уровень альдостерона в состоянии покоя снижается на 30 и 50 % по сравнению с уровнем моря при кратком и продолжительном пребывании в горах соответственно. Хотя наиболее вероятной причиной снижения уровня альдостерона при пребывании в горах является снижение уровня ренина (Olsen, 1995), свой вклад могут вносить также уменьшение концентрации ионов К+ и АКТГ, сопровождающее процесс акклиматизации к горным условиям (Okazaki et al., 1984).

Как и в случае выполнения физических упражнений на уровне моря, двигательная активность при кратком и продолжительном пребывании в горах сопровождается повышением уровня альдостерона в 2—3 раза (Sutton, 1977; Bouissou et al., 1988; Bartsch et al., 1991a; Braun et al., 2000; Beidleman et al., 2002). Обобщение результатов исследований свидетельствует о том, что во всех условиях относительная величина повышения уровня альдостерона практически одинакова (-169—244 %), однако достигаемый абсолютный уровень в горных условиях ниже за счет более низкого исходного уровня. Причиной снижения уровня альдостерона в состоянии покоя и при выполнении физических упражнений может быть усиление натрийуреза и диуреза при срочной и долговременной реакции на пребывание в горах. Эти физиологические адаптации полезны для организма, поскольку повышают концентрацию гемоглобина и улучшают транспорт кислорода, а также способствуют уменьшению отека головного мозга и, следовательно, симптомов острой горной болезни (Hackett, 1999).

Предсердный натрийуретический пептид. Секреция предсердного натрийуретического пептида (ПНП) происходит в мышечных волокнах предсердий в ответ на чрезмерное растяжение предсердий. Несмотря на противоречивость представленных в литературе данных, обобщение результатов 21 исследования свидетельствует о том, что уровень ПНП повышается на 26 % при кратком и возвращается к норме при долговременном пребывании в горах. Первичным стимулом выделения ПНП может быть гипоксическое сужение кровеносных сосудов, происходящее при кратком пребывании в горах, однако этот фактор не позволяет объяснить последующего снижения уровня ПНП, учитывая стабильное повышение артериального давления в легких при увеличении продолжительности пребывания в горах (Boussuges et al., 2000). Принимая во внимание стимулирующий эффект HIF-1a на трансактивацию ПНП в миоцитах предсердий в условиях гипоксии (Chen Y.F. et al., 1997), стимуляция и подавление экспрессии HIF-la могут быть одной из причин повышения и снижения уровня ПНП (D’Angelo et al., 2003).

Как и в случае выполнения физических упражнений на уровне моря, регулярная двигательная активность при кратком и продолжительном пребывании в горах приводит к повышению уровня ПНП на 50—150 % (Bartsch et al., 1991а; Olsen et al., 1992; Rock et al., 1993; Braun et al., 2000). Обобщение данных исследований говорит о том, что относительная величина повышения уровня ПНП, индуцированного физической нафузкой, ниже при длительном пребывании в горах (-3 %) по сравнению с уровнем моря (-88 %) и кратким пребыванием в горах (-72 %). Причиной внезапного повышения уровня ПНП может быть усиление диуреза и уменьшение объема плазмы крови, которые наблюдаются при кратком пребывании на высоте.

Антидиуретический гормон. Антидиуретический гормон (АДГ) или вазопрессин является пептидным гормоном, который запасается в задней доле гипофиза и секретируется под влиянием увеличения осмотического давления. Обобщение результатов 16 исследований показывает, что концентрация АДГ возрастает на 10 % при краткосрочном пребывании в горах и возвращается к исходному уровню при длительном нахождении на высоте. Недостаточное количество исследований не позволяет сделать каких-либо заключений в отношении изменений уровня АДГ при воздействии физической нагрузки. В одной из работ (Bartsch et al., 1991а) сообщается о том, что относительная величина изменений концентрации АДГ, индуцированных физической нагрузкой, одинакова на уровне моря и при кратком пребывании в горах, тогда как в другой работе (Robach et al., 2002) обнаружено усиление секреции АДГ во время выполнения упражнении при кратком пребывании в горах. Очевидно, что для окончательных выводов в отношении изменений АДГ при выполнении физических упражнений в горах необходимо проведение дополнительных исследований. Небольшое повышение АДГ при кратком пребывании в горах может быть результатом повышения активности периферических хеморецепторов (Share, Levy, 1966) или осмоляльности плазмы (Bestle et al., 2002; Maresh et al., 2004). В то же время эти факторы не объясняют дальнейшего снижения содержания АДГ, поскольку при долговременной адаптации организма к горным условиям активность хеморецепторов (Bisgard, Forster, 1996) и осмоляльность плазмы (Blume et al., 1984; De Angelis et al., 1992; Bestle et al., 2002; Maresh et al., 2004) повышаются. Было обнаружено, что уровень АДГ характеризуется отрицательной корреляцией с артериальным давлением (АД) крови (Heyes et al., 1982). Таким образом, резкое снижение АД при кратковременном пребывании в горах может стимулировать повышение уровня АДГ, тогда как постепенное повышение АД при увеличении продолжительности пребывания в горах может способствовать восстановлению нормального уровня АДГ. Учитывая, что повышение уровня АДГ препятствует проявлению положительного влияния диуреза, причины небольшого повышения АДГ при кратком пребывании в горах остаются непонятными.

Гормоны, регулирующие обмен глюкозы

Инсулин. Инсулин — полипетидyый гормон, секреция которого происходит в ответ на повышение уровня глюкозы в крови в β-клетках островков Лангерганса. Обобщение результатов 13 исследований показывает, что содержание инсулина в плазме при кратком пребывании в горах возрастает на 12 % и снижается, хотя и не достигает значений, характерных для уровня моря при увеличении продолжительности пребывания на высоте. Причины первоначального повышения и последующего снижения секреции инсулина, происходящего в результате воздействия на организм условий гор, неясны, поскольку уровень глюкозы в состоянии покоя не изменяется при срочном ответе на условия гор (Young P.M. et al., 1989b; Roberts et al., 1996b; Braun et al., 1991) и имеет тенденцию к понижению при длительном нахождении в горах (Stock et al., 1978; Young P.M. etal., 1989b; Roberts et al., 1996b). Повышение уровня инсулина при кратком пребывании в горах может быть вызвано β-адренергической стимуляцией. Последующее снижение его уровня при увеличении длительности пребывания в горах может быть обусловлено повышением уровня норадреналина, который подавляет секрецию инсулина за счет усиления β-адренергической стимуляции (Shmidt et al., 1997; Schafers et al., 1999).

Как и в случае выполнения физических упражнений на уровне моря, регулярная двигательная активность при кратком и продолжительном пребывании в горах приводит к снижению уровня инсулина на 10 — 50 % (Sutton, 1977; Brooks et al., 1991; Young P.M. et al., 1992; Braun et al., 2000; Beidleman ct al., 2002). Обобщение результатов исследований свидетельствует о том, что относительное снижение уровня инсулина, происходящее во время физической нагрузки, немного ниже при длительном пребывании в горах (-19 %) по сравнению с уровнем моря (-39 %) или кратким пребыванием в горах (-49 %). Однако, если проводить исследования при одинаковой относительной интенсивности упражнений на уровне моря и в условиях гор, относительное снижение инсулина во время двигательной активности будет одинаковым (Braun et al., 2000, 2001; Beidleman etal., 2002). Повышение уровня инсулина при кратком пребывании в горах может способствовать предпочтительному использованию углеводов с целью добиться максимальной эффективности окислительного расщепления субстратов в условиях ограниченного количества кислорода.

Глюкагон. Глюкагон — также пептидный гормон, который секретируется а-клетками островков Лангерганса в ответ на снижение уровня глюкозы. Учитывая возможность значительной погрешности при обобщенном анализе результатов, связанную с малочисленностью работ, в которых проводили количественную оценку глюкагона, анализировали результаты отдельных исследований. Принимая во внимание антиинсулиновые свойства глюкагона, можно было бы ожидать небольшого снижения уровня гормона при кратком пребывании в горных условиях с последующим его возвратом к значениям, характерным для уровня моря. В большинстве работ (Kjaer et al., 1988; Roberts et al., 1996b; Larsen et al., 1997), однако не во всех (Beidleman et al., 2002), отмечается небольшое, до 5 %, снижение уровня глюкагона при остром ответе на пребывание в горах. Такое небольшое понижение уровня глюкагона может способствовать усилению гликолиза. Однако только в двух работах было проведено исследование этих изменений в покое после долговременного пребывания в условиях гор, при этом в одной величина этих изменений составила 55 % (Roberts et al., 1996b), a в другой не обнаружено никаких изменений (Larsen et al., 1997). Таким образом, вопрос о характере изменений уровня глюкагона после длительного пребывания в горах остается открытым.

Как и в случае выполнения физических упражнений на уровне моря, интенсивная двигательная активность в условиях гор приводит к повышению уровня глюкагона на 10—30 % (Roberts et al., 1996b; Beidleman et al., 2002), которое может быть обусловлено индуцированным физической нагрузкой истощением запасов глюкозы. Создается впечатление, что срок пребывания в горах не влияет на характер изменений уровня глюкагона, индуцированных физической нагрузкой, однако для окончательных выводов необходимо проведение дополнительных исследований по данной проблеме.

Соматотропный гормон

Соматотропный гормон — полипептид, синтез и секреция которого происходят в клетках передней доли гипофиза. Несмотря на противоречивость опубликованных результатов, обобщение результатов 9 исследований свидетельствует о снижении уровня СТГ в состоянии покоя на 8 % при кратковременном пребывании в горах и дальнейшем его снижении на 22 % при продолжительном пребывании на высоте. При кратком и долговременном пребывании в условиях гор амплитуда изменений СТГ возрастает, если упражнения выполняются при одинаковой абсолютной интенсивности (Sutton et al., 1970; Sutton, 1977; Raynaud et al., 1981), однако, если проводить занятия с одинаковой относительной интенсивностью, она действительно снижается (Beidleman et al., 2002; Gutierrez et al., 2003) или остается неизменной (Kjaer et al., 1988; Knudtzon et al., 1989a). Причины индуцированного гипоксией ослабления изменений СТГ, происходящих иод влиянием физической нагрузки, могут быть связаны с повышением уровня кортизола, который оказывает прямое ингибирующее воздействие на секрецию СТГ путем стимуляции соматостатина — фактора, подавляющего секрецию СТГ (Chen X.Q., Du, 2000). Принимая во внимание липолитический характер действия СТГ, снижение уровня соматотропина при кратком и долговременном пребывании в горах может стимулировать усиление гликолиза и использование углеводов.

Гормоны щитовидной железы

Секреция трийодтиронина (Т3) и тироксина (Т4) происходит в щитовидной железе под влиянием тиреотропина, вырабатываемого аденогипофизом. Обобщение результатов 10 исследований свидетельствует об увеличении на 61 % уровня Т, и Т, в состоянии покоя при кратковременном пребывании в условиях гор и последующем их возврате к значениям, характерным для уровня моря, при продолжительном нахождении в горах. Учитывая, что в большинстве исследований не удалось обнаружить увеличения уровня тиреотропина в период пребывания в горах, причины первоначального повышения и последующего снижения уровня Т3 и Т4 при воздействии горных условий на организм человека остаются неясными. Вместе с тем, поскольку щитовидная железа содержит β-адренергические рецепторы, изменения уровня гормонов щитовидной железы можно объяснить срочным повышением и последующим снижением уровня адреналина.

Только в одной работе было проведено изучение изменений гормонов щитовидной железы под влиянием физической нагрузки в условиях длительного пребывания в горах, при этом было обнаружено увеличение амплитуды изменений Т3 и Т4 (Stock ct al., 1978). Однако в этом исследовании оценку изменений гормонов на уровне моря и в горах проводили при постоянной абсолютной физической нагрузке, поэтому усиление изменения тироидных гормонов, вероятнее всего, было обусловлено более высокой относительной интенсивностью двигательной активности. Повышение уровня гормонов щитовидной железы может быть одной из основных причин временного повышения уровня основного обмена в первые несколько дней пребывания в горах (Surks ct al., 1967; Moore et a)., 1987). Тироидные гормоны могут играть пермиссивную роль в увеличении объема эритроцитов в горных условиях, поскольку повышение интенсивности метаболизма вызывает увеличение потребности в кислороде и последующее усиление эритропоэза (Das et al., 1975). Физиологические адаптации, причиной которых являются тироидные гормоны, способствуют усилению транспорта кислорода в условиях его ограниченного поступления в организм.

Репродуктивные гормоны

Эстрадиол и прогестерон. Эстрадиол (Ej) и прогестерон (Р4) секретируются яичниками под влиянием изменений уровня фолликулостимулирующего гормона (ФСГ) и лютеинизирующего гормона (ЛГ), которые вырабатываются передней долей гипофиза. Уровень Е2 и Р4 остается неизменным при кратковременном (Bcidlcman et al., 1999; Reeves et al., 2001; Rock et al., 2001; Takase et al., 2002) и продолжительном (Reeves et al., 2001; Rock et al., 2001) пребывании в горных условиях, если только количественная оценка гормонов производится в одной и той же фазе менструального цикла. Как и в случае выполнения физических упражнений на уровне моря, физические нагрузки в горах приводят к повышению уровня Е2 и Р4 на 10—50 %, и степень наблюдаемых изменений зависит от интенсивности физических упражнений (Bcidlcman et al., 1999).

Тестостерон. Секреция тестостерона происходит и семенниках под влиянием изменений уровня ФСГ и ЛГ. В большинстве (Vaemcs et al., 1984; Sawhney et al., 1985; Friedl ct al., 1988), но не во всех (Vandcr et al., 1978), опубликованных работ сообщается о снижении уровня тестостерона при кратковременном и продолжительном пребывании в горных условиях. Подобным образом в большинстве исследований сообщается о снижении уровня ЛГ и ФСГ при кратком и длительном пребывании в горах (Humpclcr et al., 1980; Sawhney ct al., 1985; Fried et al., 1988). Причины такого уменьшения концентрации тестостерона неизвестны возможно, оно обусловлено прямым воздействием гипоксии на ткани семенников или отражает последствия снижения уровня ЛГ и ФСГ и повышения уровня Е. (Sawhney et al., 1985; Friedl ct al., 1988).

Интеграция физиологических функций и нейрогуморального ответа организма в горных условиях

Интегрированный ответ организма на физическую нагрузку и адаптационные реакции на горные условия имеют достаточно сложный характер. Для некоторых гормонов сразу же после подъема в горы наблюдается быстрое повышение концентрации в плазме крови (например, для эритропоэтина, адреналина, кортизола, трийодтиропина, тироксина), которое сопровождается снижением практически до значений, характерных для уровня моря, при увеличении длительности пребывания в горах. Концентрация других гормонов прогрессивно снижается (альдостерон, ренин, соматотропный гормон), не изменяется (антидиуретический гормон, инсулин, глюкагон) или медленно, но неуклонно повышается (норадреналин) с увеличением срока пребывания на высоте. Независимо от сложности реакции организма, важно понимать, каким образом нейрогуморальный ответ влияет на физиологические функции в горных условиях, поскольку нейрогуморальный ответ часто предшествует физиологическим адаптациям. В случае отсутствия нейрогуморального ответа неясно, будут ли вообще происходить описанные выше физиологические адаптации.

Симпатоадренальная система играет ключевую роль в эффективной адаптации к условиям гор. В частности, быстрое повышение уровня адреналина после подъема в горы способствует усилению транспорта кислорода за счет увеличения ЧСС, минутного объема крови и расширения периферических кровеносных сосудов путем β-адренергической стимуляции (Mazzeo, Reeves, 2003). Кроме того, повышение уровня адреналина усиливает гликолиз, что также повышает эффективность использования кислорода. Повышение уровня кортизола при краткосрочном пребывании в горах усиливает действие адреналина за счет стимуляции гликогенолиза в печени и мышцах. Стоимостью этих изменений является повышение интенсивности метаболизма и образования лактата (Mazzeo, Reeves, 2003). Благодаря акклиматизации дыхательной системы при увеличении срока пребывания в горах, происходит повышение содержания кислорода в артериальной крови и компенсация гипоксического стресса, уровень адреналина и кортизола снижается, а ЧСС, МОК и образование лактата возвращаются к исходным значениям, характерным для уровня моря. Прогрессивное увеличение активности периферических хеморецепторов, происходящее во время пребывания в горах, вносит свой вклад в повышение уровня норадреналина, сопровождающее увеличение времени нахождения на высоте. Быстрое увеличение активности СНС после подъема в горы компенсирует эффект расширения кровеносных сосудов, обусловленное гипоксией, и обеспечивает поддержание артериального давления крови (Wolfcl, Levine, 2001). Прогрессивное возрастание активности СНС происходящее при увеличении длительности пребывания в горах способствует повышению тонуса артериальных и венозных сосудов, а также общего сопротивления кровеносной системы, уменьшению объема плазмы и минутного объема крови (Grover et al., 1986; Wolfel, Levine, 2001). Стоимостью повышения активности СНС является уменьшение скорости кровообращения при длительном пребывании в горах. В то же время такие изменения обеспечивают более точное соответствие метаболического обеспечения и потребностей, а также повышение содержания кислорода в артериальной крови при акклиматизации.

Быстрое увеличение уровня эритропоэтина, которое стимулирует процессы кроветворения, также вносит свой вклад в эффективную адаптацию к горным условиям. Несмотря на значительную задержку во времени, предшествующую увеличению массы эритроцитов при пребывании в горах, это в результате способствует улучшению транспорта кислорода. Данные исследований на животных свидетельствуют о том, что быстрое увеличение уровня эритропоэтина может также защитить головной мозг от ишемической травмы и, возможно, от горной болезни (Brines et al., 2000). Усилению синтеза эритропоэтина после подъема в горы могут способствовать повышение концентрации кортизола и тиреоидных гормонов (Golde et al., 1977; Kelly ct al., 2000). Хотя снижение уровня эритропоэтина при длительном пребывании на высоте кажется лишенным логического смысла, увеличение количества эритроцитов в крови может привести к повышению вязкости крови и существенно затруднить кровообращение (Young AJL etal., 1996). Кроме того, непосредственное влияние на транскрипцию гена эритропоэтина оказывает транскрипционный фактор HIF-1a (Semenza et al., 1991), экспрессия которого подавляется при длительном воздействии гипоксических условий (D’Angelo et al., 2003), поэтому, если организм ощущает усиление транспорта кислорода при увеличении длительности пребывания в горах, гормональный ответ может быть подавлен соответствующим образом.

Важное место в процессе адаптации к горным условиям занимают гормоны, регулирующие водный баланс организма. Прогрессивное снижение активности ренина в плазме крови и уровня альдостерона способствуют уменьшению объема плазмы и внеклеточной жидкости во время пребывания в горах. Такие физиологические изменения не только усиливают транспорт кислорода, но также уменьшают отек мозга и, следовательно, снимают симптомы горной болезни. Действительно, во многих работах сообщается о том, что при повышении активности ренина в плазме и уровня альдостерона, обусловленном увеличением времени подъема в горы, наблюдается значительное удержание натрия и жидкости в организме, а также возрастание частоты возникновения острой горной болезни (Milledge et al., 1983b, 1989; Bartsch ct al., 1988, 1991a). На основании этих результатов можно рекомендовать, но возможности, избегать физических нагрузок в первые 24 ч пребывания в горных условиях (Roach ct al., 2000). Принимая во внимание отсутствие существенных изменений уровня антидиурстического гормона во время пребывания в горных условиях, можно предполагать, что он не играет существенной роли в изменениях водного баланса, вызванных подъемом в горы.

Метаболические гормоны в горных условиях, по-видимому, играют роль в регуляции использования энергетических субстратов, однако эта роль малопонятна вследствие противоречивости опубликованных экспериментальных данных. В некоторых работах сообщается об усилении утилизации углеводов при кратком и продолжительном пребывании в горах (Brooks et al., 1991; Roberts ct al., 1996b), тогда как в других сделан вывод о снижении использования углеводов при длительном пребывании на высоте (Young A.J. et al., 1982, 1991; Braun ct al., 2000). Быстрое увеличение уровня инсулина, небольшое снижение концентрации глюкагона и стимуляция экспрессии НIF-1 а после подъема в горы свидетельствуют в пользу усиления использования углеводов. Последующее подавление экспрессии HIF-1a и снижение уровня инсулина при длительном пребывании в горах должно было бы свидетельствовать о снижении использования углеводов, однако опубликованные данные не подтверждают подобных предположений (Brooks et а!., 1991; Roberts ct а!.. 1996b). Противоречия в результатах исследований применения субстратов могут быть обусловлены различиями в методике проведения экспериментов, используемой интенсивности упражнений, половыми отличиями, особенностями контроля диеты, уровнем гипоксемии и другими неизвестными факторами. Несмотря на очевидность изменений в соотношении используемых метаболических субстратов, происходящих в горных условиях, для выяснения времени и механизмов этих изменений необходимы дальнейшие исследования.

Репродуктивные гормоны, по-видимому, не играют существенной роли в эффективной адаптации организма к горным условиям. Вместе с тем их изменения могут неблагоприятно влиять на уровень фертильности — для нескольких высокогорных популяций сообщалось о снижении фертильности (Clegg, Harrison, 1971). В одном из исследований отмечался более низкий уровень прогестерона в лютсиновой фазе у лиц, проживающих на уровне моря, по сравнению с обитателями гор (Escudcro etal., 1996). Еще в одном исследовании говорилось о снижении уровня тестостерона и количества спермы после экспедиции в горы на высоту 5100 м, нормализация которых происходила только через 3 месяца пребывания па уровне моря (Okumara et al., 2003). Несмотря на то что репродуктивные гормоны могут оказывать влияние на вентиляцию легких, эритропоэз и метаболизм на уровне моря, их влияние на физиологические адаптации организма к горным условиям минимальны (Muza et al., 2001; Beidleman et al., 2002).

В заключение следует отмстить, что в горных условиях в состоянии покоя и при физической нагрузке происходят срочные и долговременные физиологические адаптации, которые позволяют здоровым людям, проживающим на уровне моря, переносить высотную гипоксемию. Основу этих адаптаций составляют разнообразные нейрогуморальные изменения. Обобщение данных многочисленных исследований нейрогуморальных реакций на пребывание в горах, которые проводились в определенных условиях, позволило уточнить, каким образом эти реакции влияют на физиологические адаптации организма человека в горах. Большое количество проанализированных данных позволяет с уверенностью сделать заключение о направленности гормональных изменений симпатоадренальной (адреналин, норадреналин, кортизол), кроветворной (эритропоэтин) и регулирующей водный баланс (ренин, альдостерон, предсердный натрийуретический пептид) систем, происходящих в горных условиях. В то же время для ответа на ряд нерешенных вопросов необходимо проведение дальнейших исследований, которые позволят охарактеризовать метаболические гормоны (инсулин, соматотропный гормон, глюкагон) и их изменения в горных условиях в состоянии покоя и при физической нагрузке.

Читайте также

• Дыхание в условиях высокогорья
• Тренировки во время жары
• Тренировки в холодное время
• Тренировки в период полового созревания
• Спортивная тренировка в условиях гор
• Бег на высоте в горах
• Спортивные мероприятия в условиях гор

Литература

• Abbrecht, Р.Н. & Uttell, J.K. (1972) Plasma erythropoietin in men and mice during acclimatization to different altitudes. Journal of Applied Physiology 32, 54-58.
• Angelini, C( Cogo, A., Madrigale, G , Pecchio, O. & Posani, L. (1997) Increased aldosterone levels in acute mountain sickness at Capanna Regina Margherita. Wilderness and Environmental Medicine 8, 247-249.
• Antezana, A.M., Richalet, J.P., Noriega, 1., Galarza, M. & Antezana, G. (1995) Hormonal changes in normal and polycythemic high-alti-tude natives. Journal of Applied Physiology 79, 795-800.
• Bailey, D.M., Davies. B., Milledge. J.S. et al. (2000) Elevated plasma cholecyst ok inin at high altitude: metabolic implications for the anorexia of acute mountain sickness. High Altitude Medicine and Biology 1. 9-23.
• Banfi, G., Marinelli, М., Roi, G.S. et al (1994) Growth hormone and insulin-like growth factor I in athletes performing a marathon at 4000 m of altitude. Growth Regulation 4, 82-86.
• Banfi, G., Marinelli, М., Bonini, P., Gritti, I. & Roi, G.S. (1996) Pepsinogens and gastrointestinal symptoms in mountain marathon runners. International Journal of Sports Medicine 17, 554-558.
• Basu, М., Sawhney, R.C., Kumar, S. et al. (2002) Hypothalamic-pituitary adrenal axis following glucocorticoid prophylaxis against acute mountain sickness. Hormones and Metabolic Research 34, 318-324.
• Bartsch, P., Shaw, S., Franciolli, М., Gnadinger, M.P. & Weidmann, P. (1988) Atrial natriuretic peptide in acute mountain sickness. Journal of Applied Physiology 65, 1929-1937.
• Bartsch, P., Maggiorini, М., Schobersberger, W. etal. (1991a) Enhanced exercise-induced rise of aldosterone and vasopressin proceeding mountian sickness. Journal of Applied Physiology 71, 136-143.
• Bartsch, P., Pfluger, N., Audetat, M. et al. (1991b) Effects of slow ascent to 4559 m on fluid homeostasis. Aviation Space and Environmental Medicine 62, 105—110.
• Beidleman, B.A., Muza, S.R., Rock, P.B. et al. (1997) Exercise responses after altitude acclimatization are retained during reintroduction to altitude. Medicine and Science in Sports and Exercise 29, 1588-1595.
• Beidleman, B.A., Rock, P.B., Muza, S.R. et al. (1999) Exercise Ve and physical performance are not affected by menstrual cycle phase at altitude. Journal of Applied Physiology 86, 1519-1526.
• Beidleman, B.A., Rock, P.B., Muza, S.R. et al. (2002) Substrate oxidation is altered in women during exercise upon acute altitude exposure. Medicine and Science in Sports and Exercise 34, 430-437.
• Beidleman, B.A., Muza, S.R., Fulco, C.S. et al. (2003) Intermittent altitude exposures improve muscular performance at 4300 m. Journal of Applied Physiology 95, 1824-1832.
• Bender, P.R., Groves, B.M., McCullough, R.E. et al (1988) Oxygen transport to exercising leg in chronic hypoxia. Journal of Applied Physiofpgy 65, 2592-2597.
• Bestle, M.H., Olsen, N.V., Poulsen, T.D. et al. (2002) Prolonged hypo baric hypoxemia attenuates vasopressin secretion and renal response to osmostimulation in men. Journal of Applied Physiology 92, 1911-1922.
• Bisgard, G.E. & Forster, H.V. (1996) Ventilatory responses to acute and chronic hypoxia. In: Handbook of Physiology, Section 4: Environmental Physiology (Fregley, MJ. & Blatteis, CM., eds.). Oxford University Press, New York: 1207-1257.
• Blume, F.D., Boyer, SJ., Braverman, L.E. et al (1984) Impaired osmoregulation at high altitude. Studies on Mt. Everest. Journal of the American Medical Association 252, 524-526.
• Bonfichi, М., Baldini, A., Arcaini, L. et al (2000) Haematological modifications after acute exposure to high altitude: possible implications for detection of recombinant erythropoietin misuse. British Journal of Haematology 109, 895-896.
• Bouissou, P., Guezennec, C.Y., Galen, F.X. et al. (1988) Dissociated response of aldosterone from plasma renin activity during prolonged exercise under hypoxia. Hormones and Metabolic Research 20, 517-521.
• Bouissou, P., Richalet, J.P., Galen, F.X. et al. (1989) Effect of ^-adrenoceptor blockade on renin-aldosterone and a-ANF during exercise at altitude. Journal of Applied Physiology 67, 141-146.
• Boushel, R.. Calbet, J.L., Radegran, G. et al. (2001) Parasympathetic neural activity accounts for the lowering of exercise heart rate at high altitude. Circulation 104, 1785-1791.
• Boussuges, A., Molenat, F., Burnet, H. et al. (2000) Operation Everest III (Comex *97): Modifications of cardiac function secondary to altitude-induced hypoxia. An echocardiographic and doppler study. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 161, 264-270.
• Braun, B., Mawson, J.T., Muza, S.R. et al. (2000) Women at altitude: carbohydrate utilization during exercise at 4300 m. Journal of Applied Physiology 88, 246-256.
• Braun, B., Rock, P.B., Zamudio, S. et al. (2001) Women at altitude: short-term exposure to hypoxia and/or a-adrenergic blockade reduces insulin sensitivity. Journal of Applied Physiology 91, 623-631.
• Tunny, TJ., Van GeJder, JM Gordon, R.D. et al. (1989) Effects of altitude on atrial natriuretic peptide: the bicentennial Mount Everest expedition. Clinical and Experimental Pharmacology and Physiology 16, 287-291.
• Vaemes, RJ., Owe, J.O. & Myking, O. (1984) Central nervous reactions to a 6.5-hour altitude exposure at 3048 m. Aviation Space and Environmental Medicine 55, 921-926.
• Vander, AJ., Moore, L.G., Brewer, G., Menon, K.M. J. & England, B.G. (1978) Effects of high altitude сю plasma concentrations of testosterone and pituitary gonadotropins in man. Aviation Space and Environmental Medicine 49, 356-357.
• Vogel, J.A. & Harris, C.W. (1967) Cardiopulmonary responses of resting man during early exposure to high altitude. Journal of Applied Physiology 22, 1124-1128.
• Vogel, J.A., Hansen, J.E. & Harris, C.W. (1967) Cardiovascular responses in man during exhaustive work at sea level and high altitude. Journal of Applied Physiology 23, 531-539.
• Vuolteenaho, O., Koistinen, P., Martikkala, V., Takala, T. & Lep-paluoto, J. (1992) Effect of physical exercise in hypo baric conditions on atrial natriuretic peptide secretion. American journal of Physiology 263, R647-R652.
• Wagner, P.D., Gale, G.E., Moon, R.E. et al. (1966) Pulmonary gas exchange in humans exercising at sea level and simulated altitude. Journal of Applied Physiology 61, 260-270.
• Walter, R., Maggiorini, М., Scherrer, U.f Contesse, J. & Reinhart, W.H. (2001) Effects of high-altitude exposure on vascular endothelial growth factor levels in man. European journal of Applied Physiology 85, 113-117.
• Ward, M.P., Mil ledge, J.S. & West, J.B. (2000) Endocrine and ren^l systems at altitude. In: High Altitude Medicine and Physiology. Chapman & Hall Medical, London: 178-201.
• Weil, J.V., Jamieson, G., Brown, D.W. & Grover, R.F. (1968) The red cell mass-arterial oxygen relationship in normal man. Journal of Clinical Investigation 47, 1627-1639.
• Weil, J.V., Byrne-Quinn, E., Sodal, I.E. et al. (1970) Hypoxic ventilatory drive in normal man. Journal of Clinical Investigation 49, 1061-1072.
• Westendorp, R.G.J., Roos, A.N., Simons, M. et al. (1993) Effects of hypoxia and atrial natriuretic peptide on aldosterone secretion in healthy subjects. Journal of Applied Physiology 75, 534-539.
• White, P.C., Pescovitz, O.H. & Cutler Jr., G.B. (1995) Synthesis and metabolism of corticosteroids. In: Principles and Practice of Endocrinology and Metabolism (Becker, K.L., ed ). Williams & Wilkins, Philadelphia: 647-661.
• Wolfel, E.E. & Levine, B.D. (2001) The cardiovascular system at high altitude. Heart and systemic circulation. In: High Altitude. An Exploration of Human Adaptation (Hornbein, T.F. A Schoene, R.B., eds.). Marcel Dekker, Inc., New York: 235-292.
• Wolfel, E.E., Groves, B.M., Brooks, G.A. et al. (1991) Oxygen transport during steady-state submaximal exercise in chronic hypoxia. Journal of Applied Physiology 70, 1129-1136.
• Wolfel, E.E., Seiland, M.A., Mazzeo, R.S. & Reeves, J.T. (1994) Systemic hypertension at 4300 m is related to sympathoadrenal activity. Journal of Applied Physiology 76, 1643-1650.
• Wolfel, E.E., Seiland, M.E., Cymerman, A. et al. (1998) 02 extraction maintains Oz uptake during submaximal exercise with p-adre-neigic blockade at 4300 m. Journal of Applied Physiology 85, 1092-1102.
• Wright, A.D. (1979) Birmingham Medical Research Expeditionary Society 1977 expedition: thyroid function and acute mountain sickness. Postgraduate Medical Journal 55, 483-486.
• Xu, F. & Severinghaus, J.W. (1998) Rat brain VEGF expression in alveolar hypoxia: possible role in high-altitude cerebral edema. Journal of Applied Physiology 85, 53-57.
• Young, AJ. & Reeves, J.T. (2002) Human adaptation to high terrestrial altitude. In: Medical Aspects of Harsh Environments (Lounsbury, D.E., Bellamy, R.F. & Zajtchuk, R., eds.). Office of the Surgeon General, Borden Institute. *Washington D.C.: 647-691. Young, AJ. & Young, P.M. (1988) Human acclimatization to high terrestrial altitude. In: Human Performance Physiology and Environmental Medicine at Terrestrial Extremes (Pandolf, K.B., Sawka, M.N. & Gonzalez, R.R., eds.). Benchmark Press, Indianapolis: 497-543.
• Young, AJ., Evans, WJ., Cymerman, A. et al. (1982) Sparing effect of chronic high-altitude exposure on muscle glycogen utilization. Journal of Applied Physiology 52, 857-862.
• Young, AJ., Young, P.M., McCullough, R.E. et al. (1991) Effect of p-adrenergic blockade on plasma lactate concentration during exercise at high altitude. European journal of Applied Physiology 63, 315-322.
• Young. AJ., Sawka, M.N., Muza, S.R. et al. (1996) Effects of erythrocyte infusion on Vojinax at high altitude. Journal of Applied Physiology 81, 252-259.
• Young, P.M.. Rock, P.B., Fulco, C.S. et al. (1989a) Altitude acclimatization attenuates plasma ammonia accumulation during submaximal exercise. Journal of Applied Physiology 63, 758-764.
• Young. P.M., Rose. M.S., Sutton, J.R. et al. (1989b) Operation Everest II: plasma lipid and hormonal responses during a simulated ascent of Mt. Everest. Journal of Applied Physiology 66, 1430-1435.
• Young, P.M., Sutton, J.R., Green, HJ. et al. (1992) Operation Everest II: metabolic and hormonal responses to Incremental exercise to exhaustion. Journal of Applied Physiology 73, 2574-2579.
• Zaccaria, М.. Rocco, S., Noventa, D., Vamier, M. & Opocher, G. (1998) Sodium regulating hormones at high altitude: basal and postexercise levels. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism 83, 570-574.