Б. Совместное влияние физических нагрузок и высоты на изменения пульса
Е Первенство г. Москвы по туризму среди учащихся.
Государственное бюджетное образовательное учреждение
Дом детского и юношеского туризма и экскурсий
Южного окружного управления образования
Департамента образования города Москвы.
(ГБОУ ДДЮТиЭ ЮОУО ДО города Москвы.)
ГБОУ гимназия № 1587
Турклуб «Эдельвейс»
Краеведческая работа
Исследование воздействия условий горных высот на сердечнососудистую систему человека
Пеший поход 2 КС по Французским Альпам,
совершенный с 18 июля по 6 августа 2013г.
Руководитель группы: Ольховская И.Г.
Работу выполнили ?????
Москва 2013 год
Содержание работы.
1. Введение в проблему.
2. Цели и задачи работы
3. Методика работы.
4. Результаты и обсуждение результатов работы.
5. Познавательное значение выполненной работы.
6. Использование на маршруте собранной информации.
7. Выводы
8. Практические рекомендации.
9. Список литературы.
Введение в проблему
По степени воздействия климатографических факторов горные высоты различают на низкогорье (до 1000 м), где адаптационные изменения организма не выходят за пределы нормальных колебаний, среднегорье (от 1000 до 2500 – 3000 м), где начинают проявляться первые симптомы горной адаптации и высокогорье (от 3000 м), где требуется сравнительно длинный период адаптации. Высокогорье, в свою очередь, также разделяют на несколько зон. На высотах до 5000 м. возможна полная акклиматизация организма. Поэтому на этих высотах возможно постоянное проживание. На 5000 – 6000 м находится зона неполной адаптации. При длительном (в течение нескольких месяцев) пребывании в этой зоне развивается усталость, человек слабеет, теряет в весе, наблюдается атрофия мышечных тканей, резко снижается активность, развивается так называемая высотная детериорация — прогрессирующее ухудшение общего состояния человека при длительном пребывании на больших высотах. Далее (до 7000 м) находится зона адаптации, где приспособление организма носит сравнительно непродолжительный характер (порядка 2 – 3 недель). Промежуток от 7000 до 8000 м носит название зоны неполной адаптации. На этих высотах организм не способен полностью покрыть потребности в кислороде даже жизненно важных органов. В связи с этим, критическое истощение организма наступает уже после 6 – 7 дней пребывания на данной высоте. Высоты выше 8000 м получили название предельной или летальной зоны. Без кислородного баллона смерть на данной высоте наступает через 2 – 3 суток. Приведённые цифры высот сильно варьируют в зависимости как от внешних факторов (климат, время года), так и от особенностей организма (тренированность, возраст, пол, высота на которой родился и рос организм).
На средних и больших высотах определяющим фактором, влияющим на организм, является низкое атмосферное давление, вследствие чего поступление кислорода в организм недостаточно. Это приводит к гипобарической гипоксии.
В онтогенезе механизмы адаптации к гипоксии начинают развиваться ещё во внутриутробном периоде. Так, недостаток кислорода, испытываемый плодом в конце беременности, эквивалентен гипоксии, испытываемой на высоте 9000 м, что примерно на 150 м выше Эвереста. Путём тренировок можно развивать эти механизмы. Наиболее выраженными адаптациями к недостатку кислорода обладают люди, с рождения живущие на больших высотах. К данным адаптациям относятся морфофизиологические особенности, такие как увеличенный объём груди при уменьшенном размере тела, увеличенное сердце, а также гистологические и биохимические отличия: высокий гематокрит и концентрация гемоглобина, другой, по сравнению с обычными людьми тип гемоглобина, большее количество митохондрий в клетках, и более высокая активность систем окислительного фосфорилирования.
Основными средствами адаптации к гипоксии у людей, родившихся на уровне моря, являются увеличение лёгочной вентиляции, увеличение количества эритроцитов, увеличение диффузионной способности лёгких, увеличение васкуляризации тканей и увеличение способности клеток усваивать кислород. Данные изменения сильно отличаются по времени развития. Соответственно, при большом перепаде высот, организму требуется время, чтобы запустить и сбалансировать все необходимые системы адаптации. Так, увеличение лёгочной вентиляции приводит к вымыванию из крови СО2, который превращается в воде в углекислоту, участвующую в поддержании рН крови. Из-за недостатка углекислоты развивается алкалоз или защелачивание крови. Кроме того, недостаток СО2 оказывает угнетающее действие на дыхательный центр мозга. Этот эффект чередуется со стимулирующим действием на дыхания недостатка кислорода. В результате формируется дыхание, названное дыханием Чейн-Стокса (рис 1). При данном типе дыхания нарастание амплитуды вдохов и выдохов сменяется их убылью, вплоть до полной остановки. Чем сильнее недостаток О2 и СО2, тем дольше интервалы между периодами дыхания.
Рис 1. Дыхание Чейн-Стокса. Рсо2 – парциальное давление СО2
У альпинистов на высоте данный тип дыхания проявляется обычно ночью, так как днём необходимый уровень СО2 до некоторой степени обеспечивается работающими мышцами.
Через некоторое время, для компенсации алкалоза, в почках возрастает активность ионных каналов, выделяющих в мочу карбонат-анионы, нормализуя таким образом рН крови.
При слишком быстром восхождении на большую высоту у человека развивается комплекс симптомов, именуемый горной болезнью. К этим симптомам относятся головокружение, головная боль, кровотечение из носа, сонливость, и вместе с тем, плохое качество сна, потеря аппетита, тошнота, изменения в психике и др. В тяжёлых случаях развивается отёк лёгких и мозга, что при отсутствии помощи заканчивается летальным исходом.
В случае длительного пребывания на больших высотах может развиться хроническая горная болезнь, выражающаяся в сильном увеличении массы эритроцитов, повышении давления в лёгочной артерии, снижении системного артериального давления и, как следствие, застойной сердечной недостаточности.
При усилении симптомов горной болезни следует немедленно эвакуировать больного с высоты и начать лечение
Цели и задачи работы
1. Выявление зависимости артериального давления (АД) и пульса от высоты, а так же от времени, проведённого на высоте.
2. Изучение совместного влияния физических нагрузок и высоты на изменения пульса
3. Мониторинг состояния участников похода с целью выявления и предотвращения развития симптомов горной болезни
4. Знакомство участников похода с основами высотной физиологии человека
Методика работы
Работа проводилась с 22 июля по 6 августа во Французских Альпах, в районе национального парка Вануаз (Parc National de la Vanouise, Savoie, France) на диапазоне высот от 816 до 3551 м. В исследованиях принимали участия юноши и девушки от 16 до 22 лет, а также двое руководителей в возрасте старше 40 лет. Участники были разбиты на четыре группы. Первая группа состояла из девушек, вторая группа из юношей, много тренировавшейся перед походом. В третью группу вошли юноши, мало тренировавшиеся, или не тренировавшиеся перед походом. Четвёртая группа состояла из старших. Так как объединять результаты двух старших членов похода некорректно ввиду различия полов, результаты измерений их параметров рассматривались отдельно. Имена всех участников эксперимента были зашифрованы двух- или трёхбуквенными обозначениями.
Для измерений АД и пульса использовали тонометр Tensoval mobil компании Hartmann. Данные о высоте получали с помощью системы GPS. Измерения АД и пульса в покое проводились вечером, в интервале от 17:00 до 19:00 по местному времени, при смене высоты. Также при резких подъёмах на относительно большую высоту всем участникам производили измерения пульса через 0, 5 и 10 минут после подъёма. Данные измерения производили сами участники эксперимента путём счёта ударов сердца в течение 30 секунд.
Полученные данные обрабатывали в программе Microsoft Excel 2010.
Результаты и обсуждения
А. зависимость АД и пульса от высоты, а так же от времени, проведённого на высоте.
Результаты измерений в покое АД и пульса участников приведены в таблице 1. Синим цветом обозначена группа девушек, красным – более тренированные, зелёным – менее тренированные. Белый – старшие члены группы. sis – систолическое давление; dia – диастолическое давление; pul – пульс.
Таблица 1 (начало)
| 22.июл | 22.июл | 23.июл | |||||||
| 816 м | 2846 м | 2932 м | |||||||
| sis | dia | pul | sis | dia | pul | sis | dia | pul | |
| Пол | |||||||||
| Кс | |||||||||
| Кат | |||||||||
| Вл | |||||||||
| Ко | |||||||||
| Вас | |||||||||
| Ам | |||||||||
| Ро | |||||||||
| Са | |||||||||
| Ми | |||||||||
| ИГ | |||||||||
| ГИ |
Таблица 1 (продолжение)
| 24.июл | 27.июл | |||||
| 1718 м | 2106 м | |||||
| sis | dia | pul | sis | dia | pul | |
| Пол | ||||||
| Кс | ||||||
| Кат | ||||||
| Вл | ||||||
| Ко | ||||||
| Вас | ||||||
| Ам | ||||||
| Ро | ||||||
| Са | ||||||
| Ми | ||||||
| ИГ | ||||||
| ГИ |
Таблица 1 (окончание)
| 29.июл | 02.авг | |||||
| 2010 м | 1080 м | |||||
| sis | dia | pul | sis | dia | pul | |
| Пол | ||||||
| Кс | ||||||
| Кат | ||||||
| Вл | ||||||
| Ко | ||||||
| Вас | ||||||
| Ам | ||||||
| Ро | ||||||
| Са | ||||||
| Ми | ||||||
| ИГ | ||||||
| ГИ |
Синим цветом обозначена группа девушек, красным – более тренированные, зелёным – менее тренированные. Белый – старшие члены группы. sis – систолическое давление; dia – диастолическое давление; pul – пульс.
При обработке результатов из группы менее тренированных юношей были исключены данные участника «Ам» ввиду несерьёзных отклонений в работе его сердца.
В теории, с увеличением высоты можно было ожидать снижения АД, так как вследствие падения атмосферного давления уменьшается внешнее давление на сосуды, а значит, для его компенсации требуется меньшее внутреннее давление.
На практике, у девушек и юношей мы видим, что в начале похода при резком подъёме систолическое (рис 2) и диастолическое (рис 3) АД наоборот увеличивается.
Рис 2 Динамика средних значений систолического АД по экспериментальным группам. Тренир – более тренированные юноши, нетр – менее тренированные.
Рис 3 Динамика средних значений диастолического АД по экспериментальным группам. Тренир – более тренированные юноши, нетр – менее тренированные.
Однако затем АД начинает снижаться с большей или меньшей скоростью. В середине похода, при наборе высоты около 400 м. мы видим некоторое увеличение давления у девушек и замедление снижения у юношей. В конце похода, при сбросе около 1000 м, мы видим, что систолическое давление у девушек и менее тренированных юношей возрастает, а у более тренированных не изменяется. Диастолическое давление имеет те же тенденции, однако у тренированных оно снижается на всём протяжении похода, кроме первого набора высоты.
Таким образом, мы видим две тенденции зависимости давления от высоты. В начале похода давление прямо коррелирует с высотой вопреки теории, а в конце корреляция у большинства становится обратной.
Это можно объяснить тем, что вначале организм испытывает стресс от уменьшения количества кислорода и повышение давления является стрессорной реакцией. Позднее включаются механизмы адаптации к гипоксии, и АД начинает уменьшаться с уменьшением внешнего давления. При относительно большом наборе в середине маршрута, однако, организм всё равно испытывает стресс, но уже меньший по сравнению с началом похода.
Следует также отметить, что давление у более тренированных юношей отличалось большей стабильностью, чем таковое у девушек и менее тренированных юношей.
Что касается изменений систолического (рис 4) и диастолического (рис 5) АД у старших членов группы, Мы видим, что систолическое давление отличается гораздо большей стабильностью, по сравнению с младшими членами группы. Также, в отличие от младших участников, мы не видим возрастания давления с набором высоты в начале маршрута. Вместо этого мы наоборот видим снижение АД. У испытуемой «ИГ» мы видим довольно большой скачок диастолического давления, и меньший скачок систолического АД на высоте 1718 м 24 июля. Это может объясняться как сбросом высоты, так и особенностями организма.
Помимо возросшего давления, у некоторых испытуемых в первую ночь на высоте 2846 м отмечалось ухудшение сна, а также паттерны дыхания Чейн-Стокса в слабо- и средневыраженной форме. Причины возникновения данных симптомов рассмотрены во введении
Рис 4 Динамика значений систолического АД у старших членов группы
Рис 5 Динамика значений диастолического АД у старших членов группы
При рассмотрении динамики изменения пульса у младших участников (рис 6), обнаруживаются тенденции, сходные с таковыми в динамике АД, однако колебания пульса более плавные. Причины данных изменений пульса такие же, как и у изменений АД. Стоит также отметить, что линии динамики пульса у девушек и менее тренированных юношей практически совпадают. Линия динамики у более тренированных юношей сразу начинается со спада, и на всём протяжении, кроме начальной точки проходит ниже двух других графиков. Значение пульса в начальной точке у более тренированных юношей завышенное, однако объяснить его затруднительно ввиду недостаточности данных. Причины этого, скорее всего в индивидуальных особенностях участников данной группы. Дальнейший ход кривой у более тренированных юношей приблизительно совпадает с таковым для других групп
Рис 6 Динамика средних значений пульса по экспериментальным группам. Тренир – более тренированные юноши, нетр – менее тренированные.
Графики колебаний значений пульса у старших участников эксперимента (рис 7) также имеют подъём в начале маршрута. В середине и конце маршрута изменения пульса у участника «ГИ» примерно совпадают с изменениями младших членов, в то время как у участницы «ИГ» прослеживается обратная динамика.
Рис 7 Динамика значений пульса у старших членов группы
Причины такого отклонения, скорее всего, также в индивидуальных особенностях участницы.
Б. Совместное влияние физических нагрузок и высоты на изменения пульса
Результаты измерений пульса участников после восхождений приведены в таблице 2. Синим цветом обозначена группа девушек, красным – более тренированные, зелёным – менее тренированные. Белый – старшие члены группы. 0, 5, 10 мин – время после подъёма
Таблица 2
| 22.07.2013 | 23.07.2013 | ||||
| 2846 м | 3551 м | ||||
| 0 мин | 5 мин | 10 мин | 0 мин | 5 мин | |
| Пол | |||||
| Кс | |||||
| Кат | |||||
| Вл | |||||
| Ко | |||||
| Вас | |||||
| Ам | |||||
| Ро | |||||
| Са | |||||
| Ми | |||||
| ИГ | |||||
| ГИ |
На высоте 3551 м измерения через 10 минут после подъёма не проводились ввиду низкой температуры.
При сравнении динамики снижения пульса после нагрузки (подъёма) на двух высотах (рис 8, 9) мы видим, что на высоте 2846 м в первые 5 минут пульс у участников снижался быстрее, чем на высоте 3551 м. Это позволяет сделать вывод, что на 2846 м. определяющий вклад в увеличение пульса вносила физическая нагрузка, а на 3551 м более весомым оказывался вклад гипобарической гипоксии, так как её стимулирующее действие, в отличие от физнагрузки, было постоянным, и снижение пульса было медленнее. В пользу данного предположения говорит также то, что пульс более тренированных юношей сразу после нагрузки имел на 2846 м более низкие значения, чем у двух других групп. На 3551 м он значительно приблизился к значениям остальных участников
Рис 8. Изменения средних значений пульса по экспериментальным группам после подъёма на 2846 м. . Тренир – более тренированные юноши, нетр – менее тренированные.
Рис 9. Изменения средних значений пульса по экспериментальным группам после подъёма на 3551 м. . Тренир – более тренированные юноши, нетр – менее тренированные.
При рассмотрении изменений пульса у старших членов группы (рис 10, 11) мы видим, что снижение пульса через 5 минут после подъёма на 2846 м меньше, чем таковое у младших. Причиной этого, как и более стабильного давления, может служить натренированность старших членов именно в условиях высокогорья. На 3551 м у обоих старших членов группы пульс был выше, чем у младших, и падал быстрее. Вероятно это объясняется тем, что старшие участники шли на вершину первыми и прокладывали маршрут по сложнопроходимой местности. Вследствие этого на них легла гораздо большая нагрузка, чем на остальных членов группы.
Рис 10 Динамика значений пульса у старших членов группы после подъёма на 2846 м.
Рис 11 Динамика значений пульса у старших членов группы после подъёма на 3551 м.