Задержка дыхания: Польза или Вред?




Скачать 270.84 Kb.
НазваниеЗадержка дыхания: Польза или Вред?
страница1/3
Дата публикации14.06.2013
Размер270.84 Kb.
ТипВопрос
exam-ans.ru > Биология > Вопрос
  1   2   3

Задержка дыхания: Польза или Вред?


Влияние гипоксических нагрузок на организм подводного пловца.

Введение
Всем известно, что спорт, в отличие от физкультуры, вреден для здоровья. Как человеку, решившему более серьезно заняться любимым хобби – подводному плаванию на задержке дыхания, мне стало интересно смогу ли я выдержать ту грань, что проходит между оздоровительным эффектом физкультуры и разрушающим воздействии спорта. Первое чем пришло в голову озаботится – не вредна ли задержка дыхания сама по себе. Особенно когда начинаешь её так часто практиковать. Исследованию этого вопроса и посвящен реферат.

Гипоксия
Начнем с определения. Гипоксия – кислородная недостаточность – состояние, возникающее при недостаточном снабжении тканей организма кислородом или нарушении его использования в процессе биологического окисления. Компенсаторной реакцией организма является увеличение уровня гемоглобина в крови. Пусковой механизм развития гипоксии связан с гипоксемией - снижением содержания кислорода в артериальной крови.
Здоровый организм может оказаться в состоянии гипоксии, если потребность в кислороде (кислородный запрос) выше, чем возможность ее удовлетворить. Наиболее распространенными причинами возникновения такого состояния являются:

  1. низкое содержание кислорода во вдыхаемом воздухе в условиях высокогорья;

  2. временное прекращение или ослабление легочной вентиляции при нырянии на различную глубину;

  3. возрастание потребности в кислороде при выполнении мышечной работы.

В первых двух ситуациях при сохраненной или даже сниженной потребности в кислороде уменьшается возможность его получения, тогда как при выполнении мышечной работы возможности обеспечения кислородом отстают от растущей потребности, связанной с повышенным расходом энергии.

Кислород необходим для процессов окислительного фосфорилирования, то есть для синтеза АТФ, и его дефицит нарушает протекание всех процессов в организме, зависящих от энергии АТФ: работу мембранных насосов, транспортирующих ионы против градиента, синтез медиаторов и высокомолекулярных соединений – ферментов, рецепторов для гормонов и медиаторов. Если это происходит в клетках центральной нервной системы, нормальное протекание процессов возбуждения и передачи нервного импульса становится невозможным и начинаются сбои в нервной регуляции функций организма.
Нехватка кислорода стимулирует использование организмом дополнительных, анаэробных источников энергии – расщепления гликогена до молочной кислоты. Выход энергии АТФ при этом мал. Кроме того, возникают неприятности в виде закисления внутренней среды организма молочной кислотой и другими недоокисленными метаболитами. Сдвиг pH еще более ухудшает условия деятельности высокомолекулярных структур, способных функционировать в узком диапазоне pH и быстро теряющих активность при увеличении концентрации H+-ионов.
Пребывание на высоте, выполнение физической работы, ныряние на различную глубину – нормальный элемент существования многих высших организмов, что свидетельствует о возможности адаптации к возникающим в этих случаях гипоксическим состояниям.

^ Аэробный и анаэробный пути добычи энергии
Ещё 600 млн. лет назад кислорода на Земле практически не существовало. Организмы получали энергию с помощью расщепления глюкозы путём так называемого гликолиза. Но этот бескислородный (анаэробный) путь добычи энергии слишком неэффективен. Примерно 400 лет назад, благодаря появлению фотосинтеза, в атмосфере Земли уже около 2% кислорода. Организмы постепенно переходят на добычу энергии при помощи расщепления глюкозы кислородом - это так называемое окислительное фосфорилирование (аэробный путь). Этот механизм у большинства животных и человека становится основным. На него приходится около 90% всей получаемой организмом энергии, на гликолиз около 10%. Вместе с тем, древний способ получения энергии - анаэробный гликолиз - сохраняется как резервный и при определенных условиях (при тренировке) активизируется.
Сегодня в атмосфере уже 21% (!) кислорода. Как видим - это гораздо больше, чем было на заре становления Жизни. Некоторые специалисты считают, что для нормальной работы организма хватило бы и трети этого количества.
Примечательно, что развитие организма повторяет основные стадии развития Жизни. Оплодотворенная яйцеклетка в первые дни находится почти в бескислородной среде - кислород для нее просто губителен. И только по мере имплантации и формирования плацентарного кровообращения постепенно начинает осуществляться аэробный способ производства энергии.
Минимальные потребности в глюкозе (главный путь утилизации глюкозы) имеют все ткани, но у некоторых из них (например, тканей мозга, эритроцитов) эти потребности весьма значительны. Гликолиз протекает во всех клетках. Это уникальный путь, поскольку он может использовать кислород, если последний доступен (аэробные условия), но может протекать и в отсутствие кислорода (анаэробные условия).
Уже на ранних этапах изучения метаболизма углеводов было установлено, что процесс брожения в дрожжах во многом сходен с распадом гликоген а в мышце. Исследования гликолитического пути проводили именно на этих двух системах.
При изучении биохимических изменений в ходе мышечного сокращения было установлено, что при функционировании мышцы в анаэробной (бескислородной) среде происходит исчезновение гликогена и появление пирувата и лактата в качестве главных конечных продуктов. Если затем обеспечить поступление кислорода, наблюдается "аэробное восстановление": образуется гликоген, и исчезают пируват и лактат. При работе мышцы в аэробных условиях накопления лактата не происходит, а пируват окисляется далее, превращаясь в CO2, и H2O. В анаэробных условиях реокисление NADH путем переноса восстановительных эквивалентов на дыхательную цепь и далее на кислород происходить не может. Поэтому NADH восстанавливает пируват в лактат. Реокисление NADH путем образования лактата обеспечивает возможность протекания гликолиза в отсутствие кислорода, поскольку поставляется NAD+ необходимый для глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназной реакции. Таким образом, в тканях, функционирующих в условиях гипоксии , наблюдается образование лактата ( Пентозофосфатный путь, гликолиз, глюконеогенез: метаболическая карта ). Это в особенности справедливо в отношении скелетной мышцы, интенсивность работы которой в определенных пределах не зависит от поступления кислорода. Образующийся лактат может быть обнаружен в тканях, крови и моче. Гликолиз в эритроцит ах даже в аэробных условиях всегда завершается образованием лактата, поскольку в этих клетках отсутствуют митохондрии, содержащие ферментные системы аэробного окисления пирувата. Эритроциты млекопитающих уникальны в том отношении, что около 90% их потребностей, в энергии обеспечивается гликолизом. Помимо скелетной мышцы и эритроцитов ряд других тканей ( мозг , желудочно-кишечный тракт , мозговой слой почек , сетчатка и кожа ) в норме частично используют энергию гликолиза и образуют молочную кислоту. Печень, почки и сердце обычно утилизируют лактат, но в условиях гипоксии образуют его.

^ Свободные радикалы
По современным представлениям, около 2% всего поступившего в организм кислорода превращается в свободные радикалы - агрессивные обрывки молекул, которые разрушают организм. Установлено в огромном количестве экспериментов, что свободные радикалы отнимают у нас не один десяток лет жизни и провоцируют наиболее опасные заболевания, как-то рак, болезни сердца, мозга и др. Из всех разрушающих организм факторов, повреждение его свободными радикалами ставится обычно на первое место. Свободные радикалы окисляют организм, иначе говоря, способствуют его прокисанию. (Ещё Ломоносов и Лавуазье сравнивали дыхание с горением.) Некоторые учёные так и формулируют: старение - это прокисание. Как будто всё логично: чем меньше поступает кислорода в организм, тем меньше свободных радикалов, тем медленнее прокисание, тем дольше жизнь. С помощью наиболее мощных веществ, обезвреживающих свободные радикалы, удавалось продлевать жизнь животных на 60%.

Адаптация
Главная задача Жизни - приспособиться, иначе говоря, адаптироваться к окружающей среде. Очевидно, что природа должна была позаботиться об этом и наделить организмы соответствующими механизмами. И такой универсальный механизм имеется. Заключается он в следующем.
Предположим на организм совершено какое-то вредное разрушительное воздействие и в организме произошли разрушительные изменения. В ответ на это в нём запускаются восстановительные процессы. Но мудрость природы заключается в том, что вслед за полным восстановлением разрушенной функции происходит так называемое сверхвосстановление. То есть, организм на какое-то время становится ещё более стойким, чем был ранее.
Именно на этом принципе основаны, например, физические тренировки спортсменов. Физическая нагрузка приводит к определённому разрушению структур мышечных или иных клеток, после чего, за время отдыха, разрушенные структуры восстанавливаются сперва до нормы, а затем и сверх нормы. Если каждую последующую тренировку совершать в момент сверхвосстановления, то спортсмен будет постоянно прогрессировать. Очень важно заметить, что каждая функция организма реагирует на нагрузку по-разному. Так, спортсменам обычно требуется тренироваться по несколько раз в неделю; высоко-тренированным ежедневно и не по разу. Крайне важна и интенсивность нагрузки. Если она будет малой, достаточных разрушений в организме не произойдёт, то и сверхвосстановления и увеличения стойкости организма не произойдёт также. Если нагрузка будет слишком высокой, то наступит так называемый срыв адаптации с тяжёлыми для организма последствиями.
Примечательно, что принципу сверхвосстановления подвержены все функции организма. Сторонникам долголетия, например, может быть интересен такой факт. Учёные-физики из центра «Пущино» проводили единоразовое облучение молодых мышек определённой дозой радиации. В ответ на облучение, у мышек наблюдался некоторый всплеск мутаций в молекулах ДНК. Однако со временем состояние животных приходило в норму. Затем они становились здоровей обычного: меньше болели, в частности раком, а их продолжительность жизни заметно увеличивалась.
Итак, наш организм в ответ на вредное разрушительное воздействие отвечает приспособительной реакцией, которая делает его более стойким по отношению к этому воздействию, а иногда не только к нему но и некоторым другим. В первом случае, мы имеем дело со специфической адаптацией, во втором с неспецифической или общей адаптацией.
Грамотно используя способность организма к адаптации мы можем сделать наш организм более сильным, выносливым, здоровым, и заметно увеличить продолжительность жизни! Возможность адаптации к гипоксии (нехватке кислорода) занимает здесь одно из первых мест.

^ Адаптивные стратегии
Основные адаптивные стратегии для всех трех рассматриваемых случаев возникновения гипоксии являются общими:

  1. пытаться поддерживать энергообеспечение организма, то есть синтез АТФ, на необходимом уровне путем борьбы за кислород;

  2. снизить потребность организма в энергии, то есть уменьшить активность и уровень метаболизма;

  3. использовать анаэробные процессы синтеза АТФ, но повысить толерантность, то есть способность переносить сдвиги кислотно-щелочного равновесия.

Однако при принципиальной общности адаптивных механизмов происхождение гипоксического состояния накладывает определенный отпечаток на структуру адаптации. Например, в условиях высокогорья в борьбе за кислород основная нагрузка ложится на системы транспорта (дыхание и кровообращение), что приводит к адаптивному увеличению их мощности. А при нырянии эта стратегия бесперспективна и обеспечение снабжения тканей кислородом достигается путем увеличения его запасов в организме. Очевидно также, что уменьшение активности и соответственно уровня метаболизма – хорошая стратегия адаптации к нырянию или пребыванию в высокогорье, но при выполнении мышечной работы она неприемлема.
Тем не менее общих черт в адаптации к гипоксиям разного происхождения гораздо больше, чем различий, поэтому рассмотрим подробно картину адаптации к высотной гипоксии, а затем обратимся к особенностям адаптивных изменений при мышечной работе и нырянии.

^ Адаптация к условиям высокогорья
При подъеме на высоту одновременно уменьшаются атмосферное давление, парциальное давление кислорода в атмосфере и легочных альвеолах. На высоте 4500 м, где расположены самые высокогорные поселения человека, парциальное давление кислорода в легочных альвеолах в два с лишним раза ниже, чем на уровне моря. Даже при подъеме на меньшие высоты организм начинает ощущать недостаток кислорода, несмотря на высокую способность гемоглобина крови к связыванию кислорода. При значительной кислородной недостаточности может возникать совокупность физиологических расстройств, которая называется горной или высотной болезнью.
Адаптация к высотной гипоксии бывает краткосрочной или долговременной. Краткосрочная адаптация – это быстрый ответ организма на гипоксию как на стрессирующий фактор с целью компенсации возникающих в организме отклонений от равновесного состояния. Механизмы такого ответа в организме предсуществуют и включаются "с места" при необходимости, в данном случае при снижении содержания кислорода в артериальной крови от 80 до 50 мм рт. ст. и ниже. Первая реакция – борьба за кислород, за поддержание его нормальной концентрации в крови. Действие гипоксии на интерорецепторы приводит к мобилизации транспортных систем. Увеличиваются частота дыхания, частота сердечных сокращений, минутный объем крови, количество основного переносчика кислорода – гемоглобина за счет выброса эритроцитов из депо (в первую очередь из селезенки). На первом этапе всегда наблюдается перераспределение крови в организме, увеличение мозгового и коронарного кровотока за счет снижения кровотока в других органах. Коронарный кровоток при острой гипоксии может увеличиваться в два-три раза. Активация транспортных систем осуществляется симпатическим отделом вегетативной нервной системы.
Одновременно с борьбой за кислород включаются механизмы анаэробного гликолиза. Норадреналин, выступающий как медиатор симпатического отдела нервной системы и вместе с адреналином как гормон мозгового слоя надпочечников, через систему внутриклеточных посредников активирует ключевой фермент расщепления гликогена – фосфорилазу.
Краткосрочные механизмы адаптации могут быть эффективны только на относительно небольших высотах и в течение непродолжительного времени. Увеличенная нагрузка на сердце и дыхательную мускулатуру требует дополнительного расхода энергии, то есть повышает кислородный запрос. Вследствие интенсивного дыхания (гипервентиляции легких) из организма интенсивно удаляется CO2 . Падение его концентрации в артериальной крови ведет к ослаблению дыхания, так как именно CO2 является основным стимулятором дыхательного рефлекса. В тканях накапливаются кислые продукты анаэробного гликолиза.
Стратегия долговременной адаптации – смещение основного поля деятельности с механизмов транспорта на механизмы утилизации кислорода, на повышение экономичности использования ресурсов, имеющихся в распоряжении организма. Это достигается в первую очередь стимуляцией биосинтетических процессов в системах транспорта, регуляции и энергообеспечения, что увеличивает их структурный потенциал и резервную мощность. В системах транспорта это разрастание сосудистой сети (ангиогенез) в легких, сердце, головном мозге, рост легочной ткани, увеличение количества эритроцитов в крови. В регуляторных системах, это, с одной стороны, увеличение активности ферментов, ответственных за синтез медиаторов и гормонов, а с другой – увеличение числа рецепторов к ним в тканях. Наконец, в системах энергообеспечения – увеличение числа митохондрий и ферментов окисления и фосфорилирования, синтез гликолитических ферментов.
Ключевую роль в индукции эритропоэза, ангиогенеза и гликолиза играет железосодержащий белок HIF-1 (Hypoxia inducible factor), активирующийся при гипоксии. Он усиливает транскрипцию генов эритропоэтина, фактора роста сосудов, ферментов гликолиза, вызывая комплексный ответ на долговременную гипоксию. Разрастание сосудистой сети сердца и головного мозга создает дополнительные резервы для снабжения этих органов кислородом и энергетическими ресурсами. Увеличение емкости сосудистого русла снижает его общее сопротивление. Рост сосудистой сети в легких в сочетании с увеличением диффузионной поверхности легочной ткани обеспечивает возможность повышения газообмена.
Система крови претерпевает комплекс изменений. Увеличение секреции гормонов – эритропоэтинов стимулирует эритропоэз в красном костном мозге, что приводит к увеличению числа эритроцитов, содержания гемоглобина (Hb) и в итоге к возрастанию кислородной емкости крови. Помимо типичного для взрослого организма HbА появляется эмбриональный HbF, обладающий большим сродством к кислороду и способный присоединять его при более низком напряжении кислорода в альвеолярном воздухе. Чем больше доля HbF, тем больше кривая сдвинута влево. Аналогичный сдвиг кривой наблюдается у лам, обитающих в Андах на высоте около 5000 м. Благодаря увеличению активности многих ферментов молодые эритроциты обладают более высоким уровнем энергообмена и повышенной устойчивостью.
Повышается содержание в эритроците 2,3-дифосфоглицерата, способствующего освобождению кислорода из комплекса с гемоглобином в тканях. Увеличение кислородной емкости крови дополняется повышением концентрации в миокарде и скелетных мышцах мышечного белка – миоглобина, способного переносить кислород в зоне более низкого парциального давления, чем гемоглобин.
Увеличение резервной мощности тканей и органов сочетается с возрастанием экономичности их функционирования. Так, на высоте 4350 м у горцев коронарный кровоток и потребление кислорода миокардом на 30% меньше, чем у обитателей равнин на уровне моря при той же работе сердца. Это обусловлено увеличением числа митохондрий на единицу массы миокарда, возрастанием активности митохондриальных ферментов и скорости фосфорилирования и как следствие – большим выходом АТФ на единицу субстрата при одном и том же уровне потребления кислорода. В итоге увеличивается способность сердца к извлечению и использованию кислорода из протекающей крови при его низких концентрациях.
Оптимизация механизмов утилизации кислорода в процессе долговременной адаптации позволяет ослабить нагрузку на транспортные системы. Частота дыхания и сердцебиения снижается, минутный объем сердца уменьшается. На высоте 3800 м ткани горца извлекают 10,2 мл О2 из каждых 100 мл крови против 6,5 мл у молодого здорового жителя равнин. При этом горец обладает большими резервами повышения утилизации кислорода при выполнении мышечной работы и способен выполнить большую нагрузку, обладая большей резервной мощностью сердца и легких.
Вполне логичным с точки зрения оптимизации процессов является увеличение мощности гликолиза в эритроцитах, головном мозге, миокарде и других тканях в процессе длительной адаптации к гипоксии, так как для окисления 1 г углеводов требуется меньше кислорода, чем для окисления такого же количества жиров. Повышается активность ферментов, расщепляющих глюкозу и гликоген, появляются новые изоформы ферментов, более соответствующие анаэробным условиям, увеличиваются запасы гликогена. Опасность сдвига pH при усилении анаэробного гликолиза предотвращается увеличением щелочного резерва крови.
При длительном воздействии высотной гипоксии происходит перестройка деятельности основных регуляторных систем. На первом этапе гипоксического воздействия происходит неспецифическая стрессорная активация симпатического отдела нервной системы, комплекса гипоталамус-гипофиз-надпочечники (ГГН) и щитовидной железы (ЩЖ), которые играют основную роль в мобилизации транспортных систем, усиливают расщепление жиров, углеводов и другие метаболические процессы.
В процессе долговременных гипоксических воздействий активируется синтез РНК и белка в различных отделах нервной системы, и в частности в дыхательном центре, что усиливает его регуляторные возможности и обеспечивает возможность усиления дыхания при низких концентрациях СО2 в крови. Улучшается координация дыхания и кровообращения. Возрастает мощность гормональных звеньев и их экономичность. С одной стороны, увеличивается мощность системы синтеза гормонов и медиаторов, в частности адреналина и норадреналина, что позволяет быстро мобилизовать стресс-реакции при различных ситуациях. С другой стороны, увеличение числа рецепторов к гормонам и медиаторам повышает чувствительность к ним тканей и органов и тем самым снижает их расход. Активируются стресслимитирующие системы, увеличивается секреция в ЦНС веществ, являющихся антагонистами адреналина и норадреналина и ослабляющих их эффекты (эндорфины, энкефалины, g-аминомасляная кислота). Отмечается также ослабление функции ЩЖ, то есть избыточная стимуляция ответных реакций организма гасится. Это приводит к тому, что уровень основного обмена в процессе адаптации может снижаться по сравнению с организмами, обитающими на уровне моря. Уменьшение потребности в кислороде вызывает снижение нагрузки на систему дыхания и кровообращения и уменьшение чувствительности животных к кислородной недостаточности.
Таким образом, процессы, направленные на увеличение обеспечения организма энергией (оптимизация транспорта кислорода и глюкозы, усиление возможностей системы гликолиза и окислительного фосфорилирования), развиваются одновременно с понижением потребности в энергии и устойчивости к пониженному содержанию кислорода. Адаптация к высокогорной гипоксии демонстрирует высшую степень интеграции процессов, протекающих на молекулярном и клеточном уровнях в рамках целостного организма высших животных и человека.
  1   2   3

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Задержка дыхания: Польза или Вред? iconВегетарианство загадки и уроки. Польза и вред
Вегетарианство – уменьшение калорийности суточного рациона питания на всю жизнь 55

Задержка дыхания: Польза или Вред? iconСила тантрического дыхания "Шива свародная" или "Наука Шивы о Дыхании"
Изменения естественного ритма живого дыхания и влияние этого на здоровье и судьбу

Задержка дыхания: Польза или Вред? iconПеречень видов информации, запрещенной к распространению посредством...

Задержка дыхания: Польза или Вред? iconПроверяя письменные работы своих детей, ответит на актуальные для вас вопросы
Нарушение или задержка в развитии фонематического восприятия, лексико-грамматических сторон, звукопроизношения на разных этапах развития...

Задержка дыхания: Польза или Вред? iconКонтрольная работа «Физиология растений» Выполнила ст-ка гр. Збх-41...
Теория дыхания В. И. Палладина. На основании многочисленных опытов В. И. Палладии еще в 1916 г дал следующую схему процесса дыхания....

Задержка дыхания: Польза или Вред? icon«О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и (или) развитию»
В последнее десятилетие вопросы обеспечения благополучного и защищенного детства стали одними из основных национальных приоритетов...

Задержка дыхания: Польза или Вред? iconУ каждого из вас в жизни возникают конфликтные ситуации, что же вы...
Вершить его наилучшим для себя образом. Однако хотим мы того или нет, нравится нам или не нравится, но конфликты в нашей жизни неизбежны....

Задержка дыхания: Польза или Вред? iconПравила комбинированного страхования транспортных средств общие положения
ТС), дополнительного оборудования (именуемого далее – до), гражданской ответственности владельцев тс за вред, причиненный третьим...

Задержка дыхания: Польза или Вред? iconПодход к терапии при Интернет-зависимости
Однако оно уже успело всколыхнуть общественное мнение и масс-медиа. Многие специалисты в области психиатрии вообще выражают сомнение...

Задержка дыхания: Польза или Вред? iconПравила согласованы Министерством финансов Республики Беларусь 20....
«Страхователи»), в соответствии с которыми возмещает лицам, в чью пользу заключен договор страхования, вред, понесенный ими в результате...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
exam-ans.ru
<..на главную