Fizinė veikla karštyje
Dideli įvairių sporto šakų sportininkų treniruočių ir varžybų krūviai esant aukštai aplinkos temperatūrai
kelia didesnius reikalavimus organizmo adaptacijai prie fizinių krūvių, visų pirma, tose sporto šakose, kurioms reikia ilgai trunkančios ištvermės.
Tai aktualu ilgų nuotolių bėgikams, dviratininkams, tenisininkams, triatlonininkams. Nustatyta, kad apie 70–80 proc. energijos, susidarančios žmogaus organizme, išsiskiria į išorinę aplinką šilumos pavidalu ir tik 20–30 proc. virsta naudingu darbu. Normaliomis atmosferos sąlygomis išsiskiriančios šilumos balansas žmogaus organizme pasiskirsto tokia tvarka: laidumui ir konvekcijai (šilumos perdavimas judančiomis skysčių ar dujų srovėmis) tenka 20 proc., radiacijai – 60 proc., išgarinimui – 20 proc. Intensyvaus fizinio krūvio metu laidumui ir konvekcijai tenka 15 proc., radiacijai – 5 proc., išgarinimui – 80 proc. išsiskiriančios šilumos (Armstrong, 2000).
Optimali oro temperatūra visaverčiam žmogaus gyvybiškumui yra 18–22 °C. Intensyvėjant atliekamam fiziniam krūviui optimali temperatūra žemėja. Pvz., krūvis, esant PD (pulso dažniui) 140–150 tv./min., sėkmingiausiai atliekamas, kai oro temperatūra yra 16–17 °C, o PD padidėjus iki 170–180 tv./min. komforto sąlygos sumažėja iki 13–14 °C.
Informacija apie išorės temperatūros pokyčius patenka į organizmą per odos receptorius, kurie skatina veikti termoreguliacijos (organizmo savybė palaikyti optimalią kūno temperatūrą) mechanizmus. Padidėjus oro temperatūrai suintensyvėja šilumos išsiskyrimas iš organizmo. Sumažėjus aplinkos temperatūrai šilumos išsiskyrimas mažėja, pradeda veikti metabolinės šilumos gamybos ir taupymo mechanizmai. Jų veikla yra labai efektyvi ir leidžia palaikyti vidinės organizmo terpės pastovią temperatūrą, nepaisant didelių išorinės aplinkos temperatūros pokyčių.
Jei organizmo sąveika su išorine aplinka vyksta tokiu būdu, kai pasiekiamas termoreguliacinis balansas, sportininkas demonstruoja didelį darbingumą, yra atsparus nuovargiui. Sutrikus šiam balansui, susidarant organizme šilumos pertekliui, sumažėja net tik darbingumas, atliekamų judesių kokybė, bet ir atsiranda hiperterminės traumos, būdingos ilgų nuotolių bėgikams, maratonininkams, plento dviratininkams. Hiperterminės traumos – tai raumenų kaustymas, šiluminis perkaitinimas, šilumos smūgis. Raumenų kaustymas yra mažiausiai pavojingas sutrikimas, jis pasižymi stipriais daugiausiai dirbančių raumenų spazmais, ir tai dažniausiai susiję su mikroelementų trūkumu ir organizmo dehidratacija. Šiluminio perkaitinimo metu gali svaigti galva, padažnėja pulsas, sumažėja kraujospūdis, sutrinka kvėpavimas, pasireiškia vėmimas. Šilumos smūgis yra hiperterminė trauma, pavojinga gyvybei. Jos metu gali būti visiškai arba iš dalies prarandama sąmonė, labai sudažnėja pulsas ir kvėpavimas, vidinė kūno temperatūra pakyla per 40 °C. Laiku nesuteikus medicininės pagalbos gali ištikti mirtis. Šilumos smūgis visiškai sutrikdo organizmo termoreguliacijos mechanizmą. Tačiau reikia pažymėti, kad gerai parengti ir prisitaikę prie treniruočių dideliame karšyje sportininkai gali pakelti žymiai didesnį vidinės kūno temperatūros padidėjimą, siekiantį 40,5–41,0 °C (Kenney, 1997), kai leidžiama zona, už kurios labai išauga šiluminių traumų pavojus, yra 39–40 °C.
Šilumos dydis organizme atliekant fizinį krūvį karštoje aplinkoje priklauso nuo krūvio intensyvumo, aplinkos temperatūros ir išgarinimo sąlygų. Svarbų vaidmenį šilumos kiekiui organizme taip pat turi ir konvekcija bei radiacija. Šiluminio poveikio dydis gali būti apibūdintas vidinės temperatūros, odos temperatūros padidėjimu, deguonies suvartojimo reakcija. Egzistuoja tokia sąvoka kaip šiluminis išsekimas, kurio dydis apibūdinamas nuovargiu, atsirandančiu aukštoje temperatūroje (Wyndham, 1973).
Veikiant karščiui, organizme vyksta kraujo persiskirstymas – kraujotaka padidėja odoje, o vidaus organuose sumažėja. Šešis septynis kartus padidėjusi kraujotaka odoje labai padidina šilumos išsiskyrimą, todėl būtinas kraujo tūrio padidėjimas, kad būtų išlaikytas normalus kraujospūdis. Dėl kraujotakos odoje padidėjimo fizinio krūvio metu žymiai sumažėja vidaus organų aprūpinimas krauju. Pvz., atliekant fizinį krūvį 40 °C temperatūroje kraujotaka inkstuose sumažėja 40–50 proc., kepenyse – 40 proc.
Dėl kraujo persiskirstymo kinta ir organizmo aprūpinimas deguonimi: labai padidėja deguonies kiekis, tenkantis odai, kurioje apykaitos procesų aktyvumas yra mažas, o jo kiekis, tenkantis vidaus organams, kuriuose apykaitos procesų aktyvumas yra labai didelis, sumažėja. Apykaitos procesų aktyvumas kepenyse ir inkstuose yra atitinkamai 4 ir 10 kartų didesnis nei odoje, todėl sumažėjęs kepenų aprūpinimas deguonimi esant aukštai temperatūrai stimuliuoja glikolizę kepenyse, išderina oksidavimo ir fosforilinimo procesų pusiausvyrą, kuri sumažina biocheminių reakcijų ekonomiškumą. Intensyvus krūvis aukštoje temperatūroje smarkiai padidina vidinį kvėpavimą raumenyse ir mitochondrijose. Išaugęs deguonies vartojimas skatina makroerginių medžiagų vartojimą. Taigi energijos gamybos procesai tampa mažiau ekonomiški ir tai susiję su smarkiai padidėjusia šilumos produkcija, kuri sukelia stresinę reakciją, skatinančią išsiskirti dar daugiau šilumos (Kenney, Munce, 2003). Atliekant fizinį krūvį aukštoje temperatūroje daugiausia šilumos išsiskiria prakaituojant. Dėl žymaus kraujotakos padidėjimo odoje ir poodiniuose sluoksniuose vis daugiau šilumos perduodama į kūno išorinius sluoksnius. Dėl to sumažėja veninė kraujo apytaka, sumažėja sistolinis kraujo tūris ir, siekiant išsaugoti optimalią vidinės terpės temperatūrą, turi padidėti pulso dažnis, kad būtų palaikomas reikiamas kraujo kiekis. Atliekant krūvį aukštoje temperatūroje sumažėja darbo ekonomiškumas, nes tokiomis sąlygomis sunaudojama daugiau glikogeno, kaupiasi laktatas. Dėl to anksčiau atsiranda nuovargis, sumažėja krūvio intensyvumas ir trukmė.
Gebėjimas pakelti karštį yra susijęs su amžiumi ir lytimi, ypač sunkiai karštį pakelia vaikai ir paaugliai, kurių širdies ir kraujagyslių sistema, termoreguliacijos ir šilumos išsiskyrimo (prakaitavimo) procesai dar nėra visiškai susiformavę.
Nustatyta, kad moterys geriau pakelia karštą, drėgną orą, o vyrai – sausą. Taip yra dėl to, kad moterų kūno paviršiaus ploto ir kūno masės santykis yra didesnis nei vyrų ir tai duoda pranašumą karšto, drėgno oro sąlygomis. Karšto oro sąlygomis padidėja prakaitavimo intensyvumas iki 1,5–2,5 l/val. Dėl to sumažėja bendras kraujo tūris, didėja jo klampumas. Kraujo tūriui sumažėjus tik 3 proc., jau mažėja darbingumas, blogėja sportininko savijauta. Besivystanti dehidratacija didina kūno temperatūrą ir krūvį organizmo funkcinėms sistemoms. Vienu iš svarbiausių neigiamų dehidratacijos požymių yra kraujo plazmos tūrio sumažėjimas. Maisto medžiagų trūkumą žmogus gali pakelti ilgiau, o netekus to proc. vandens organizme vyksta gyvybei pavojingi pokyčiai. Ypač pavojinga sportininko organizmui yra situacija, kai dehidratacija sutampa su gausia šilumos gamyba, elektrolitų ir fermentų praradimu. Karšto, drėgno oro sąlygomis prakaitavimas pasunkėja dėl didelės oro drėgmės. Todėl šilumos išsiskyrimas sulėtėja, kūno temperatūra didėja, krūvis kraujotakos ir kvėpavimo sistemai didėja, organizmo atsigavimas lėtėja.
Treniruojantis karšto oro sąlygomis organizme formuojasi funkcinė sistema, padedanti sportininkui adaptuotis prie aukštos temperatūros. Šios sistemos veikla nukreipta į pastovios temperatūros pusiausvyros palaikymą. Ji susideda iš: 1) aferentinės grandies – odos ir viršutinių kvėpavimo takų receptorių; 2) termoreguliacijos centro (pagumburio); 3) eferentinės grandies – kraujotakos ir prakaitavimo organų. Organizmo adaptaciniai pokyčiai aukštoje temperatūroje vyksta keturiomis kryptimis:
- vystosi šilumos išskyrimo mechanizmai;
- didėja šilumos susidarymo ekonomiškumas;
- didėja atsparumas hipertermijai;
- kinta elgesys.
Žmogus prie aukštos temperatūros prisitaiko gana greitai. Tai priklauso nuo sportininko parengtumo, sporto šakos specifikos. Visiškai šiluminei adaptacijai užtenka 10–15 dienų.
Treniruojantis karšto klimato sąlygomis reikia:
- racionaliai dozuoti krūvio apimtį ir intensyvumą;
- kontroliuoti vidinę kūno ir išorinę odos temperatūrą;
- palaipsniui didinti krūvį karšto oro sąlygomis;
- dėvėti aprangą, pralaidžią šilumai;
- vartoti didesnį skysčių kiekį.
Didelio prakaitavimo pasekmė fizinio krūvio metu, dirbant aukštos temperatūros ir drėgmės sąlygomis, yra organizmo vandens ir druskų balanso sutrikimas. Organizmas greitai netenka didelių skysčių kiekių, o organizmo skysčiuose labai sumažėja elektrolitų kiekis. Dėl dehidratacijos labai sumažėja organizmo darbingumas. Ji išsivysto tais atvejais, kai darbo trukmė viršija 30 min., vyrauja submaksimalus ir didelio intensyvumo aerobinio pobūdžio darbas ir dirbama aukštos aplinkos temperatūros ir didelės drėgmės sąlygomis. Dehidratacija sukelia kraujo plazmos kiekio bei sistolinio kraujo tūrio sumažėjimą. Norint pastarąjį kompensuoti, reikia didinti širdies susitraukimų dažnį (ŠSD).
Grėsmingas dehidratacijos padarinys yra hemokoncentracijos padidėjimas, padidėjęs hematokrito rodiklis ir kraujo klampumas. Tai padidina širdies apkrovimą ir gali sumažinti jos funkcinį pajėgumą. Netekus daug skysčių, organizme sumažėja tarpląstelinio ir intraląstelinio vandens kiekis audiniuose. Sumažėjus vandens ir elektrolitų kiekiui ląstelėse, sutrinka jų normali funkcinė veikla. Tai paliečia griaučių ir širdies raumenis, kurių sugebėjimas susi- traukinėti gali dehidratacijos sąlygomis labai sumažėti.
Netekdamas daug vandens organizmas su prakaitu netenka ir kai kurių elektrolitų bei druskų. Daugiausia netenkama Na+ ir K+ jonų. Tai elektrolitai, kurie daugiau už kitus nulemia plazmos, audinių, tarpląstelinių skysčių osmosinį slėgį (Maughan, Murray, 2001).
Skysčių balanso reguliavimas
Skysčių balansas fizinio krūvio metu turi didelę reikšmę termoreguliacijai, širdies ir kraujagyslių sistemos veiklai. Krūvio pradžioje H20 iš kraujo patenka į tarpląstelinę terpę. Šis judėjimas priklauso nuo raumenų masės aktyvumo ir fizinės veiklos intensyvumo. Medžiagų apykaitos produktai pradeda kauptis raumenų audinių viduje ir aplink raumenų audinius, padidindami osmosinį slėgį (slėgis, kurį, esant nekintamai temperatūrai, turėtų užimti ištirpinta dujinės būsenos medžiaga, užimdama tokį patį tūrį kaip ir tirpalas). Į šias ląsteles patenka ir vanduo. Be to, dėl raumenų veiklos padidėja arterinis spaudimas, dėl to savo ruožtu kraujyje sumažėja vandens.
Fizinio krūvio metu sustiprėja prakaito išsiskyrimas. Dėl visų šių priežasčių, sumažėjus plazmos tūriui, raumenyse padaugėja vandens. Pvz., vieną valandą bėgant 75 proc. V02 max intensyvumu plazmos tūris sumažėja 5–10 proc. (Jaukendrup, Gleeson, 2010).
Sumažėjęs plazmos tūris sumažina kraujospūdį bei odos ir raumenų aprūpinimą krauju – tai gali daryti neigiamą įtaką sporto rezultatui.
Endokrininė sistema vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant organizmo skysčių balansą. Tai atliekama reguliuojant elektrolitų, ypač natrio, balansą. Svarbiausi čia du hormonai – aldosteronas ir antidiuretinis hormonas, kurie palaiko inkstų funkcijas.
Aldosterono ir renino-angiotenzino mechanizmas. Inkstai reguliuoja skysčių balansą organizme ir palaiko arterinį spaudimą. Pagrindinis kraujospūdį lemiantis veiksnys – plazmos tūris. Jei sumažėja plazmos tūris, sumažėja ir arterinis spaudimas.
Arterinio spaudimo lygį „seka“ specialios ląstelės, esančios inkstuose. Jų veiklą fizinio krūvio metu stimuliuoja sumažėjęs kraujospūdis ir sumažėjęs inkstų aprūpinimas krauju. Tai vadinama renino-angiotenzino sistema. Reninas paverčia angiotenzinogeno baltymą angiotenzinu. Šis mechanizmas veikia taip:
- fizinė veikla skatina prakaito išsiskyrimą;
- prakaitavimas sumažina kraujo plazmos tūrį ir inkstų aprūpinimą krauju;
- sumažėjęs inkstų aprūpinimas krauju stimuliuoja renino išsiskyrimą iš jų. Reninas skatina angiotenzino, kuris virsta angiotenzinu II, susidarymą;
- angiotenzinas II stimuliuoja aldosterono išsiskyrimą iš antinksčių žievės;
- aldosteronas padidina Na+ ir HaO rezorbciją iš inkstų kanalėlių;
- plazmos tūris padidėja.
Antidiuretinis hormonas vazopresinas yra kitas hormonas, aktyviai dalyvaujantis reguliuojant skysčio balansą. Jis išsiskiria, kai padidėja ištirpusių kraujyje medžiagų kiekis. Fizinio krūvio metu vandens pašalinimas iš plazmos padidina kraujo koncentraciją. Tam padeda ir prakaitavimas. Visa tai padidina kraujo osmosinį slėgį. Koncentruota plazma pasiekia pagumburį (tarpinių smegenų dalis, esanti po gumburu (pagal tai ir pavadinimas); joje gausu nervinių ląstelių, atliekančių signalo perdavimo ir sekrecijos funkcijas), kuriame yra osmoreceptoriai, reguliuojantys kraujo osmosinį slėgį.
Pagumburis stimuliuoja antidiuretino hormono, vazopresino, išsiskyrimą iš hipofizės užpakalinės dalies. Šis hormonas padidina vandens rezorbciją inkstuose ir dėl to padidėja skysčio kiekis kraujyje ir organizme, sunormalėja arterinis kraujospūdis. Be to, vandens kiekį palaiko ir metabolizmo metu išsiskiriantis vanduo audiniuose.
Šilumos sukeltų pokyčių sportininko organizme normalizavimas
Aukštos aplinkos temperatūros sukeltas nuovargis ir staigus temperatūros padidėjimas kompensuojamas laipsniška daugiapakope adaptacija prie karšto klimato sąlygų, periodišku poilsiu vėsioje aplinkoje, vėsiu dušu, prausimusi vonioje, maudynėmis vėsiame vandenyje.
Esant aukštos aplinkos temperatūros sukeltam silpnumui ir šiluminiams spazmams raumenyse, sportininką reikia paguldyti ant žemės, pašalinti nuo tiesioginių saulės spindulių, organizmą prisotinti vandens, angliavandenių ir druskų. Esant aukštos aplinkos temperatūros sukeltam šiluminiam organizmo išsekimui, sportininkas turi ilsėtis vėsioje aplinkoje, organizmas prisotinamas vandens, angliavandenių, elektrolitų intraveniniu būdu ir per burną.
Esant šilumos smūgiui, sportininką reikia kuo greičiau išnešti į vėsią aplinką, sudrėkinti drabužius, įjungti kondicionierių, vėsinti kūną vėduokle, kuo greičiau hospitalizuoti, didinti šilumos atidavimą konvekcijos būdu, masažuoti galūnes, kuo greičiau sureguliuoti kraujotaką, intraveniniu būdu suleisti skysčių, elektrolitų.
Fizinė veikla esant žemai temperatūrai
Sportininkų treniruotės ir varžybos trunka ištisus metus. Todėl dažnai sportininkams tai daryti tenka esant žemai temperatūrai. Esant pernelyg šaltam orui ar vandeniui, kūnas praranda daugiau šilumos, dėl to gali sutrikti homeostazė. Atliekant fizinį krūvį, žiemą yra svarbu pasirinkti tinkamą aprangą, kuri praleistų vandens garus, bet sulaikytų šilumą.
Atšalęs raumuo tampa silpnesnis. Nervų sistema reaguoja į raumenų atšalimą veiklos efektyvumo sumažėjimu. Esant žemai temperatūrai, sumažėja raumenų susitraukimo greitis ir jėga, jie greičiau pavargsta (Doubt, 1991). Kai apranga ir fizinio krūvio lemiama medžiagų apykaita gali palaikyti reikiamą kūno temperatūrą, tuomet raumenų veiklos efektyvumas mažiau kinta. Bet palaipsniui, raumenims vis labiau vargstant, šilumos gamyba vis mažėja. Tai būdinga, kai sportininkai treniruojasi šaltose treniruočių salėse, šaltame vandenyje, netinkamomis oro sąlygomis. Atsirandanti hipotermija skatina nuovargį, mažina šilumos susidarymą. Tokios sąlygos sudaro gana pavojingą situaciją sportininko organizme.
Esant žemesnei temperatūrai, odos kraujagyslės susiaurėja. Kaip žinome, po oda yra didelis lipidų kiekis, todėl susiaurėjus kraujagyslėms į riebalų audinį patenka mažiau kraujo ir čia mažiau mobilizuojama laisvųjų riebalų rūgščių, kurios naudojamos energijai gaminti.
Gliukozė taip pat padeda organizmui prisitaikyti prie aplinkos. Kai šalta ir krečia drebulys, sumažėjęs gliukozės kiekis kraujyje slopina drebulį. Tačiau esant šaltame vandenyje raumenų glikogenas suvartojamas daug greičiau (Young, 1996).
Nustatyta, kad pagumburis pradeda prarasti savybę reguliuoti kūno temperatūrą, kai ji sumažėja iki 34,5°C. Hipotermija paveikia sinusinį mazgą, dėl to sumažėja širdies susitraukimų skaičius ir kartu širdies minutinis tūris. Dėl įkvėpto šalto oro neapšąla kvėpavimo takai ir plaučiai. Dėl labai žemos aplinkos temperatūros sumažėja kvėpavimo dažnis ir kvėpavimo gylis.
Ilgai gyvenant arba dažnai atvykstant į šalto klimato regionus, organizmas pamažu adaptuojasi prie šių sąlygų. Tačiau šio reiškinio mechanizmas dar nėra gerai ištirtas. Kiek daugiau žinoma apie periferinės kraujotakos ir odos temperatūros pokyčius didinant organizmo toleranciją šalčiui.
Literatūra:
- Armstrong, L. Performing in extreme environment. Champaign, IL.: Human Kinetics, 2000.
- Sporto terminų žodynas. Parengė S. Stonkus. Kaunas: Lietuvos kūno kultūros akademija, 2002.
- Kenney, W. Thermoregulation at rest and during exercise in healthy adults. Exercise and Sport Sciences Revieuts, 1997.
- Kenney, W., Munce, T. Aging and human thermoregulation. Journal of Applied Physiology, 2003, 95, p. 2598-2603.
- Wyndham, C. H. The physiology of exercise under heat stress. Annual Review of Physiology.
- Maughan, R. Dietary supplementation and nutritional ergogenic aids. Nutrition and Sport. Ed. D. MacLaren. Churchill Livingstone Elveser. Edinburgh.
- Doubt, T. Physiology of exercise in the cold. Sports Medicine, 1991.
- Young, A. J. Homeostatic Responses to Prolonged Cold Exposure: Human Cold Acclimatization. Handbook of physiology. Eds. H. J. Fregley, C. M. Blattcis. New York.
- Jeukendrup, A., Gleeson, M. Sport Nutrition. An introduetion to energy produetion and performance. 2nd ed. Champaign. IL: Human Kinetics, 2010.
