Даже при комфортной комнатной температуре интенсивная физическая нагрузка — это тепловой стресс для организма. Как было показано в предыдущих главах, мышечная работа резко увеличивает теплопродукцию, и это избыточное тепло необходимо немедленно отводить.

Чтобы сохранить тепловой баланс и работоспособность, организм запускает сложный комплекс сердечно-сосудистых, потовых и нейрогуморальных реакций. Понимание этих механизмов в нейтральной среде — ключ к управлению состоянием спортсмена в любых климатических условиях.


1. Рост тепловыделения с увеличением мощности работы
Между мощностью выполняемой механической работы и количеством образующегося тепла существует практически прямая линейная зависимость. Чем интенсивнее работает спортсмен, тем больше АТФ расщепляется в его мышцах и тем больше тепла образуется внутри тела.

В начале тренировки теплопродукция всегда опережает теплоотдачу. Организм не может мгновенно включить все механизмы охлаждения на полную мощность. Поэтому в первые 10–15 минут интенсивной работы, как правило, происходит накопление тепла, и температура внутренних органов закономерно повышается.

Постепенно механизмы теплоотдачи (кожный кровоток и потоотделение) усиливаются и начинают преобладать над теплопродукцией. Наступает состояние теплового равновесия: температура ядра стабилизируется на новом, более высоком уровне (например, 38,5 °C вместо 37,0 °C в состоянии покоя). Такое состояние может сохраняться довольно долго, если интенсивность работы не меняется, а внешняя среда позволяет эффективно отводить тепло.

Важно различать локальное и системное разогревание. Небольшое повышение температуры в работающих мышцах само по себе может быть функционально полезным: снижается вязкость тканей, ускоряется работа ферментов и нервно-мышечная передача, что улучшает скорость и координацию движений. Но по мере повышения температуры внутренних органов главным ограничивающим фактором становится уже не механика работы мышц, а безопасность для центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Именно поэтому «хорошая разминка» и опасный перегрев — это разные состояния, хотя оба сопровождаются ощущением тепла.


2. Кожный кровоток при физической нагрузке
Основным транспортным средством, переносящим избыточное тепло от работающих мышц к поверхности тела, является кровь. Во время физической нагрузки сосуды кожи расширяются (происходит вазодилатация), и объем крови, протекающей через кожу, многократно увеличивается. В состоянии покоя через кожу проходит около 0,25–0,5 литра крови в минуту, но при тяжелой работе в жарких условиях этот показатель может достигать 6–8 литров в минуту.

Чтобы понять, как именно кожа способна принять такой объём крови, важно представлять механизм изменения просвета сосудов. Сами поверхностные капилляры кожи не имеют мышечного слоя и не могут сужаться или расширяться. Роль регуляторов играют прекапиллярные сфинктеры — кольца из гладкой мускулатуры, расположенные на уровне артериол (перед входом в капиллярную сеть).

Когда нужно сохранить тепло (например, на холоде) или перенаправить кровоток к мышцам на старте работы, симпатическая нервная система выделяет норадреналин. Сфинктеры сокращаются, просвет сосуда резко сужается (вазоконстрикция), и вход в поверхностные капилляры перекрывается. Кровь сбрасывается в глубокие вены по коротким обходным путям (артериоло-венулярным анастомозам), минуя поверхность кожи, чтобы не отдавать тепло наружу. Именно поэтому кожа бледнеет.

Расширение сосудов кожи для отдачи избыточного тепла происходит в два этапа. Сначала нервная система прекращает выделять норадреналин, сфинктеры расслабляются, и сосуд возвращается к нормальному диаметру. Но при интенсивной физической нагрузке этого недостаточно. Организм принудительно «открывает» сфинктеры на максимум: под воздействием нейромедиатора ацетилхолина и оксида азота (NO) мышцы полностью расслабляются (активная вазодилатация).

Такое расширение сосудов обеспечивает мощный приток горячей крови от внутренних органов в капилляры поверхности тела. Нагревая кожу, организм увеличивает температурный градиент между поверхностью тела и окружающим воздухом, что значительно облегчает отдачу тепла за счет излучения и конвекции.


3. Потоотделение как основной механизм теплоотдачи при физической нагрузке
Хотя усиленный приток крови к коже помогает отводить тепло, при высокой интенсивности работы (даже в прохладном зале) излучения и конвекции становится недостаточно. На первый план выходит испарительное охлаждение.

С началом нагрузки симпатическая нервная система начинает стимулировать потовые железы. Важно различать два их типа. Апокринные железы, расположенные в подмышечных впадинах и на лице, реагируют преимущественно на эмоциональный стресс и не вносят существенного вклада в охлаждение тела. Всю работу по терморегуляции выполняют от 2 до 5 миллионов эккриновых желез, расположенных по всей поверхности кожи.

Плотность и активность потовых желез неодинаковы: больше всего их на ладонях, подошвах и лбу, однако во время физической нагрузки максимальное потоотделение наблюдается на спине и лбу. Скорость потоотделения напрямую зависит от интенсивности работы, комплекции и генетики спортсмена. У хорошо тренированных атлетов она может превышать 2 литра в час.

При этом потоотделение у них начинается раньше и лучше распределяется по поверхности тела: возрастает роль открытых участков (рук, ног, груди), которые эффективнее всего отдают тепло окружающей среде. Такое равномерное «распыление» влаги делает испарительное охлаждение значительно более продуктивным по сравнению с нетренированными людьми.

Интересно, что эккриновые железы (как и кожные артериолы) обладают избирательной чувствительностью к источникам тепла. Они реагируют на повышение внутренней температуры тела на порядок сильнее, чем на аналогичное повышение температуры самой кожи. Кроме того, в отличие от большинства других реакций симпатической нервной системы, основным нейромедиатором, активирующим потовые железы, является ацетилхолин (так называемая холинергическая стимуляция симпатической нервной системы).

В контексте современного спорта часто возникает практический вопрос о влиянии обширных татуировок на терморегуляцию. Поскольку эккриновые потовые железы расположены в дерме — в том же слое кожи, куда вводится пигмент, — долгое время считалось, что перманентный рисунок может механически или химически нарушать работу этих желез. Однако современные исследования показывают, что наличие татуировок не оказывает существенного влияния на локальную скорость потоотделения и концентрацию теряемых электролитов (натрия, калия и хлора) во время физической нагрузки. Таким образом, даже обширные татуировки на теле спортсмена не препятствуют испарительному охлаждению.


4. Нейрогуморальная регуляция сосудистых и потовых реакций
Терморегуляция при физической нагрузке контролируется ЦНС. Как только температура крови, поступающей в гипоталамус, начинает повышаться, он посылает сигналы симпатической нервной системе.

Симпатическая нервная система выполняет двойную функцию: она одновременно дает команду на выделение пота (через холинергические симпатические волокна) и на активное расширение сосудов кожи (система активной вазодилатации). Кроме того, в регуляции участвуют местные факторы: нагрев самой кожи и выделение оксида азота (NO) эндотелием сосудов дополнительно способствуют их расширению.

Одновременно с этим в ответ на потерю жидкости с потом активизируется эндокринная система. Задняя доля гипофиза выделяет антидиуретический гормон (АДГ, или вазопрессин), который стимулирует реабсорбцию воды в канальцах почек, а кора надпочечников выделяет альдостерон, помогающий удерживать натрий. Стоит отметить, что удержанию жидкости способствует не только гормональный фон, но и гемодинамика: во время тяжелой работы на жаре кровоток в почках резко снижается (кровь приливает к мышцам и коже), что механически уменьшает образование мочи. Таким комплексным образом организм пытается сохранить объем плазмы крови, критически важный для поддержания давления.


5. Борьба за кровоток между работающими мышцами и кожей
Это одно из центральных понятий спортивной физиологии. Во время интенсивной нагрузки сердце работает с высокой или предельной нагрузкой, чтобы обеспечить ткани кровью. Однако при этом возникают два разных, но одинаково важных запроса.

С одной стороны, работающим мышцам требуется огромное количество крови для доставки кислорода и выведения углекислого газа. С другой стороны, коже требуется огромное количество крови для доставки тепла к поверхности и его отвода в окружающую среду.

Минутный объем кровообращения ограничен возможностями сердца. При высокой нагрузке доступного кровотока оказывается недостаточно для полного удовлетворения обеих потребностей. Возникает физиологический конфликт. В обычных условиях этот конфликт разрешается компромиссом: кожа получает достаточно крови для охлаждения, а мышцы — достаточно кислорода для работы. Но чем интенсивнее нагрузка (или чем теплее окружающая среда), тем острее становится этот конфликт, что неизбежно приводит к снижению работоспособности.


6. Сердечно-сосудистый дрейф
Прямым следствием обильного потоотделения и перераспределения крови в коже является феномен сердечно-сосудистого (кардиоваскулярного) дрейфа.

При длительной нагрузке постоянной мощности (например, беге в одном темпе в течение часа) часть жидкости выводится с потом, из-за чего общий объем плазмы крови постепенно уменьшается. Одновременно значительная часть оставшейся крови направляется в расширенные сосуды кожи и задерживается там, уменьшая венозный возврат к сердцу.

В результате сердце хуже наполняется кровью, и объем крови, выбрасываемый за одно сокращение (ударный объем), начинает снижаться. Основная причина этого — уменьшение венозного возврата и диастолического наполнения желудочков, которое дополнительно усугубляется учащением пульса: чем выше частота сердечных сокращений, тем меньше времени остается на наполнение сердца в диастолу. Чтобы частично компенсировать снижение ударного объема, симпатическая нервная система повышает частоту сердечных сокращений. Однако по мере нарастания дегидратации и теплового стресса этой компенсации становится недостаточно, и сердечный выброс начинает снижаться.

Это проявляется так: спортсмен бежит с одной и той же скоростью, но его пульс медленно, но неуклонно растет. Такой дрейф ЧСС является нормальной физиологической реакцией на длительную нагрузку, но он явно свидетельствует о нарастающем напряжении сердечно-сосудистой системы.


7. Влияние обезвоживания на сердечно-сосудистую систему и работоспособность
Если потери жидкости с потом не восполняются, развивается обезвоживание — дегидратация. В спорте критическим порогом часто считается потеря более 2% массы тела.

Обезвоживание наносит двойной удар по работоспособности.

• Во-первых, из-за уменьшения объема плазмы усиливается сердечно-сосудистый дрейф: ударный объем сердца падает еще сильнее, а ЧСС приближается к максимальному значению, оставляя все меньше резерва для ускорения или рывка на финише.
• Во-вторых, пытаясь сохранить артериальное давление при недостатке объема крови, организм начинает сужать сосуды в коже.

Это спасает кровоснабжение мышц и мозга, но катастрофически нарушает терморегуляцию. Кожа получает меньше горячей крови, теплоотдача резко снижается, и температура тела начинает стремительно повышаться даже при нормальных условиях окружающей среды.

Одновременно с уменьшением общего объема жидкости снижается и эффективность потоотделения. В результате обезвоживание влияет на терморегуляцию сразу с двух сторон: уменьшает приток тепла к поверхности тела за счет снижения кожного кровотока и ограничивает испарительное охлаждение. Это ускоряет накопление тепла в организме и резко увеличивает физиологическую нагрузку даже при той же мощности работы.


8. Ограничение работоспособности при нарушении теплового баланса
Считается, что при длительной нагрузке работоспособность часто ограничивается именно тепловым фактором. Когда температура ядра достигает высоких значений (часто в диапазоне около 39,5–40,0 °C), мозг ограничивает рекрутирование двигательных единиц.

Спортсмен чувствует сильное утомление, его темп непроизвольно снижается. Это не проявление слабости воли и не истощение запасов гликогена, а защитный механизм ЦНС, предотвращающий тепловой удар и повреждение тканей.


9. Центральные и периферические механизмы утомления при тепловом стрессе
Усталость при высокой температуре имеет две составляющие.

• Периферический механизм связан с процессами в самих мышцах: ухудшение кровоснабжения мышц (из-за оттока крови к коже) приводит к более быстрому накоплению метаболитов, закислению среды и ускоренному расходу мышечного гликогена.
• Центральный механизм утомления исходит от головного мозга. Повышение температуры мозговой ткани сопровождается изменениями нейромедиаторного баланса (в частности, в дофаминергических и серотонинергических системах), что связано с ощущением выраженной усталости и снижением мотивации к продолжению работы. Мозг буквально подавляет моторную активность, чтобы остановить производство тепла.

Дополнительным фактором, способствующим центральному утомлению, может быть гипертермическая гипервентиляция. Избыточное вымывание углекислого газа (CO₂) приводит к снижению его парциального давления в артериальной крови (гипокапнии). Это вызывает сужение сосудов головного мозга и уменьшение мозгового кровотока. На практике такой механизм может провоцировать головокружение, предобморочное состояние, снижать когнитивные функции и еще больше ограничивать возможность продолжать интенсивную работу.

Таким образом, даже при комфортной погоде интенсивная тренировка запускает целый каскад адаптационных реакций. Сердце, сосуды, потовые железы и нервная система уже работают на пределе возможностей. В следующих главах мы расскажем, что происходит с этими системами, когда на них накладывается дополнительная тепловая нагрузка, характерная для жаркого и влажного климата.