Прерывистая гипоксия - новый метод тренировки, реабилитации и терапии

Доктор биологических наук, профессор Н.И. Волков Российская государственная академия физической культуры, Москва

Введение. Состояние гипоксии (кислородной недостаточности) возникает всякий раз, когда напряжение кислорода в клетках и тканях организма становится ниже критического значения, при котором еще возможно поддержание максимальной скорости ферментативных окислительных реакций в дыхательной цепи митохондрий. Причины, непосредственно обуславливающие возникновение и развитие состояния гипоксии, могут быть как внешнего (изменение газового состава среды, подъем на высоту, затруднение легочного дыхания), так и внутреннего характера (функциональная недостаточность или патологические изменения жизненно важных органов, резкие изменения обмена веществ, сопровождающиеся увеличением кислородного запроса тканей, действие ядов и вредных продуктов обмена и т.д.). Независимо от причин, ее порождающих, гипоксия оказывает выраженное влияние на протекание метаболических и физиологических процессов в организме, определяющих состояние здоровья и работоспособности человека.

Кратковременное воздействие умеренных степеней гипоксии стимулирует аэробный обмен в большинстве органов и тканей, повышает общую неспецифическую резистентность организма, способствует развитию адаптации к различного рода неблагоприятным воздействиям [1, 6, 10]. Увеличение продолжительности воздействия гипоксии или резкое повышение силы этого воздействия, зависящее от степени снижения давления О2 во вдыхаемом воздухе, неизбежно приводит к различного рода функциональным расстройствам и развитию стойкой патологии (например, горная болезнь и т.п. [9]). Остро развивающаяся тканевая гипоксия является наиболее опасным спутником большинства тяжелых заболеваний [12, 13]. Однако периодически возникающая гипоксия той или иной степени обычна для многих форм трудовой, воинской и спортивной деятельности [3, 5, 8]. С учетом этого обстоятельства пребывание в условиях умеренной гипоксии или повторное использование ее кратковременных воздействий может быть использовано в целях увеличения адаптационного резерва организма, лечения и профилактики ряда заболеваний, а также специальной подготовки к условиям профессиональной деятельности.

Многие виды профессионального труда, отдельные формы воинской службы и особенно занятия спортом связаны с необходимостью выполнения напряженной мышечной работы, резко повышающей кислородный запрос и приводящей к возникновению тканевой гипоксии, имеющей обратимый характер и сменяющейся значительным усилением аэробного обмена при прекращении работы или при снижении ее интенсивности. К возникновению гипоксии регионального характера приводят также необходимость поддержания фиксированных поз рабочего акта, затрудняющих кровоток и дыхание, и значительные эмоциональные напряжения, сопровождающиеся выбросом катехоламинов в кровь и увеличением метаболической потребности тканей в кислороде. Следует также отметить, что многие виды профессиональной и воинской деятельности требуют многочасового нахождения в замкнутом пространстве в состоянии напряженного ожидания (работа операторов, управление сложными аппаратами и системами). Выраженная гиподинамия на фоне отрицательных эмоций в этих случаях способствует развитию астенезии и падению работоспособности.

Чтобы обеспечить успешную деятельность в указанных условиях и поддержать высокую работоспособность, необходима специальная гипоксическая подготовка. Основными средствами такой подготовки являются эпизодически повторяющиеся сеансы искусственно вызываемой гипоксии (подъемы в барокамерах, дыхание в замкнутое пространство или просто задержки дыхания, вдыхания смесей с низким содержанием О2 и т.п.), варьирующие по продолжительности и величине снижения РО2. К настоящему времени разработано и предложено для использования на практике несколько разновидностей технических устройств, позволяющих создавать искусственную гипоксическую среду. По своим характеристикам такого рода устройства делятся на стационарные (барокамеры, аппараты-гипоксикаторы большой производительности), портативные, рассчитанные на обслуживание небольшого числа пациентов в быстро изменяющихся условиях среды, и устройства индивидуального пользования (специальные маски с дополнительным мертвым пространством, закрытые системы возвратного дыхания и т.п.). С помощью такого рода технических устройств представляется возможным реализовать на практике различные методологии использования искусственно вызванной гипоксии и ее комбинации с иными физиотерапевтическими, диетарными и фармакологическими воздействиями в целях улучшения здоровья, повышения физической и умственной работоспособности, лечения и профилактики различного рода заболеваний.

Интервальная гипоксическая тренировка. Достигаемый эффект гипоксического воздействия определяется суммарной продолжительно стью сеанса и величиной снижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. При резком падении РО2, сопровождающемся острым развитием тяжелых гипоксических состояний, поддержание заданного уровня функционирования организма возможно только в течение нескольких десятков секунд или минут. При менее резком падении РО2 развитие гипоксии и нормальная функциональная активность распростра няются на период времени, исчисляемый многими минутами или даже часами.

При установлении оптимальных режимов гипоксической тренировки следует придерживаться одного общего принципа: сила и продолжительность гипоксического воздействия должны ограничиваться той физиологической нормой, при которой еще возможны эффективная компенсация происходящих функциональных сдвигов и быстрое восстановление после прерывания сеанса гипоксии.

Отмечено, что развитие адаптации к условиям гипоксии и повышение общей неспецифической резистентности организма существенно ускоряются в том случае, если общая доза гипоксического воздействия разделяется на несколько отдельных повторных периодов гипоксической экспозиции, совершаемых через определенные моменты нормобарической респирации [2, 4, 11]. Такая форма организации гипоксической подготовки обычно обозначается как прерывистая, или интервальная, гипоксическая тренировка (ИГТ). В этой статье мы будем придерживаться последнего из приведенных терминов как наиболее принятого среди специалистов [7]. В этой форме гипоксической подготовки существует возможность широкого варьирования соотношений силы и продолжительности отдельного гипоксического стимула с продолжительностью пауз нормобарической респирации и общим временем экспозиции к гипоксии.

При установлении основных параметров ИГТ следует принять во внимание, что развитие ответной реакции организма на острое воздействие гипоксии требует определенного времени: необходимая продолжительность для отдельного гипоксического воздействия - 3-10 мин. Общая продолжительность ежедневного сеанса гипоксии должна быть достаточной для развития адаптационной реакции организма на такое воздействие. Эта суммарная доза гипоксии будет зависеть от ее степени и состояния общей неспецифической резистентности организма. Как правило, общая продолжительность гипоксических сеансов в течение одного дня не должна превышать 1,5-2 ч.

По остроте гипоксического воздействия диапазоны допустимого снижения концентрации О2 во вдыхаемом воздухе во время гипоксических сеансов, используемых в качестве тренировки, могут быть разделены на три степени:

- умеренная (подострая) гипоксия , достигаемая при снижении содержания О2 во вдыхаемом воздухе в пределах от 20 до 15 об%;

- острая гипоксия , развивающаяся при падении содержания О2 во вдыхаемом воздухе до 15-10 об%;

- сверхострая гипоксия , возникающая при снижении О2 во вдыхаемом воздухе ниже 10 об%.

Варьируя параметры ИГТ, можно добиться необходимой степени избирательного воздействия на основные физиологические функции организма и направленно влиять на отдельные стороны обмена веществ. Это открывает широкие возможности для использования ИГТ в целях профилактики и лечения различного рода заболеваний, улучшения состояния здоровья и повышения производительности труда.

Основные режимы интервальной гипоксической тренировки . Выбор эффективного режима ИГТ осуществляется в зависимости от избранной цели подготовки, конкретного состава пользовате лей и их функционального статуса, а также специфических условий профессиональной деятельности, в которых применяется данный метод. Ниже приводится описание тех основных режимов ИГТ, которые обычно применяются для улучшения функционального состояния и повышения производи тельности пациентов без существенных отклонений в состоянии здоровья и с определенным уровнем физической подготовленности.

Тренировочный и общеоздоровительный эффект ИГТ, как уже указывалось выше, зависит от выбора значений ее основных параметров - силы гипоксического воздействия (содержания О2 во вдыхаемом воздухе), продолжительности отдельной гипоксической экспозиции, длительности паузы нормобарической респирации воздухом обычного состава, количества повторных экспозиций, общей длительности ежедневного сеанса гипоксической тренировки и некоторых иных дополнительных условий. Для целей реабилитации и профилактики заболеваний могут быть предложены следующие хорошо изученные режимы ИГТ:

1. Базовый тренировочный режим. Продолжительность отдельного периода гипоксической экспозиции - 3-5 мин, пауза нормобарической респирации - 5 мин. Количество повторных экспозиций в одном сеансе - 10-12 раз. Содержание О2 во вдыхаемом воздухе - 14-15 об%. В течение одного тренировочного дня возможно наличие одного или двух сеансов ИГТ в данном режиме.

Применяется на протяжении 3-4 недель, 4-5 раз в неделю при регулярном медицинском контроле.

2. Втягивающий тренировочный режим. Продолжительность отдельного периода гипоксической экспозиции - 1 мин, пауза нормобарической респирации - 1 мин. Количество повторных экспозиций в одной серии - от 3 до 6 раз. Количество серий в одном сеансе ИГТ - 3-4. Пауза нормобарической респирации между сериями - 5 мин. Содержание О2 во вдыхаемом воздухе - 12 об%.

Этот режим применяется на начальном этапе тренировки, при возобновлении занятий после вынужденного перерыва, а также при всяком резком изменении условий и образа жизни занимающихся.

3. Активизирующий тренировочный режим. Продолжительность отдельного периода гипоксической экспозиции - 30 с. Количество повторных экспозиций в одном сеансе ИГТ - 12-16. Паузы нормобарической респирации между сериями - 1,5-2 мин. Содержание О2 во вдыхаемом воздухе - 10 об%.

Обязательные условия применения режима: отсутствие каких-либо серьезных заболеваний, хорошая переносимость гипоксических условий.

4. Профилактический режим. Продолжительность отдельного периода гипоксической экспозиции - 45 с, паузы нормобарической респирации - 45 с. Количество повторных экспозиций - 10-12 раз. Количество серий в одном сеансе - 3-4. Паузы нормобарической респирации между сериями - 1,5-2 мин. Cодержание О2 во вдыхаемом воздухе - 12-14 об%.

Режим используется в периоды, когда не применяются какие-либо иные виды физиотерапии.

Комбинируя вышеописанные режимы ИГТ в соответствии с условиями и общими задачами реабилитации занимающихся, можно избежать нежелательных срывов эмоционального состояния и добиться выраженного улучшения здоровья и высокой работоспособности

Аппаратурное обеспечение интервальной гипоксической тренировки . Успешное применение метода ИГТ на практике связано прежде всего с его аппаратурным обеспечением и используемым способом создания гипоксических условий. К настоящему времени предложено несколько различных способов и технических устройств для создания гипоксических условий, которые могут быть использованы в разных режимах ИГТ.

На раннем этапе развития идеи метода ИГТ использовались в основном упрощенные способы создания гипоксических условий, не требующие применения специальной аппаратуры. К таким способам следует отнести задержку дыхания, дыхание в замкнутое пространство, дыхание с дополнительным мертвым пространством и т.п. Некоторые усовершенствованные модификации этих способов применяются на практике и в наши дни. Основной недостаток упрощенных способов связан с невозможнос тью создания стационарных условий респирации, необходимых для дозирования гипоксического воздействия. Этого недостатка лишены стационарные способы создания гипоксических условий с использованием барокамер и специальных аппаратов-гипоксикаторов. Барокамерный способ создания гипоксии имеет давние традиции и хорошо отработан на практике. Его недостатки - высокая стоимость, громоздкость, сложности в эксплуатации и невозможность быстрых изменений параметров гипоксического стимула, что является необходимым в реализации отдельных методов ИГТ. Эти недостатки устранены в аппаратах-гипоксика торах. Наиболее простые из них представляют собой системы возвратного дыхания с частичным поглощением О2 и поглощением выделяемой в процессе дыхания СО2. В более совершенных аппаратах-гипоксикаторах используется принцип мембранного разделения газовых смесей [10, 14] для создания гипоксических смесей определенного состава.

Производимый фирмой "Климби" (Москва) аппарат "Эверест 1" - один из наиболее совершенных и удобных в эксплуатации аппаратов-ги поксикаторов. В нем используется принцип разделения газовых смесей при помощи высокопро изводительных мембранных модулей, а применяемый в аппарате компрессор достаточно высокой мощности позволяет поддерживать необходимую скорость нагнетаемого потока гипоксической воздушной смеси, при которой пользователь не испытывает каких-либо затруденний в реализации любой из предлагаемых программ ИГТ.

Заключение . ИГТ - новый метод гипоксической подготовки, широко используемый в клинической и спортивной медицине в качестве безмедикаментозного средства терапии и профилактики заболеваний, укрепления здоровья и повышения физической работоспособности.

Практические приложения ИГТ становятся возможными благодаря использованию аппаратов-гипоксикаторов, основанных на мембранном принципе разделения газовых смесей. Такими аппаратами могут оснащаться кабинеты физиотерапии в клиниках, санаториях и домах отдыха, реабилитационные центры и спортивно-медицинские заведения. Использование метода ИГТ в целях реабилитации и повышения работоспособности наряду с традиционными средствами позволяет добиваться высоких результатов за более короткие сроки подготовки.

Список литературы

1. Барбашова З.И. Динамика повышения резистентности организма и адаптивных реакци на клеточном уровне в процессе адаптации к гипоксии //Успехи физиол. наук, 1970, т. 1, № 3, с. 70.

2. Березовский В.А., Жаглин А.В., Стрелков Р.Б. Нормобарическая гипокситерапия //Интервальная гипоксическая тренировка: эффективность, механизмы действия. - Киев: КГИФК-ЕЛТА, с. 59.

3. Волков Н.И. Гипоксия и анаэробная производительность спортсменов //Акклиматизация и тренировка спортсменов в горной местности. Алма-Ата, 1965, с. 103.

4. Волков Н.И. Современные методы гипоксической подготовки в спорте //3-й Международный конгресс "Теория деятельности и социальная практика", 26-29 июня 1995 г., Москва. - М.: Физкультура, образование, наука, 1995, с. 27.

5. Гандельсман А.Б. Кислородная недостаточность и двигательная деятельность //Координация двигательных и вегетативных функций при мышечной деятельности человека. - М.-Л.: Наука, 1965, с. 44.

6. Жиронкин В.Г. О повышении устойчивости животных к токсическому действию избытка кислорода путем гипоксической тренировки //Кислородная недостаточность. - Киев: Изд. АН УССР, 1963, с. 353.

7. Интервальная гипоксическая тренировка: эффективность, механизмы действий. - Киев: КГИФК-ЕЛТА, 1992. - 159 с.

8. Колчинская А.З. Кислород. Физическое состояние, работоспособность. - Киев: Наукова Думка, 1991. - 205 с.

9. Малкин В.Б., Гиппенрейтер Е.Б. Острая и хроническая гипоксия //Проблемы космической биологии, т. 35. - М.: Наука, 1977. - 315 с.

10. Меерсон Ф.З., Твердохлиб В.П., Боев В.М., Фролов Б.А. Адаптация к периодической гипоксии в терапии и профилактике. - М.: Наука, 1989. - 70 с.

11. Меерсон Ф.З. Адаптационная медицина: механизмы и защитные эффекты адаптации. - М. Hypоxia Medical, 1993. - 331 c.

12. Пауков В.С., Хитров Н.К. Патология. - М.: Медицина, 1989. - 352.

13. Сиротинин Н.Н. Гипоксия и ее значение в патологии //Гипоксия. - Киев: Изд. АН УССР, 1949, с. 22.

14. Фефилатьев Л.П., Бровко Л.П., Волков Н.И. Интервальная гипоксическая тренировка и технические средства ее реализации в спорте //Современные достижения спортивной науки. - С.-Петербург, 1994, с. 76.