А.Н. Макогонов, доктор педагогических наук, профессор,

А.С. Иванов, доктор биологических наук, профессор,

Е.С. Никитинский, кандидат педагогических наук, доцент

Казахская академия спорта и туризма

Оптимизация режима двигательной активности является важнейшим условием эффективной подготовки туристов как с точки зрения повышения общей и специальной физической работоспособности, так и с точки зрения стимуляции адаптационных возможностей организма, получения оздоровительного эффекта. Между тем исследований, связанных с разработкой проблем оптимизации двигательной деятельности человека, явно недостаточно. Особенно остро не хватает знаний в области оптимизации физических нагрузок в усложненных климатических условиях.
Практическое значение определения оптимальных режимов двигательной деятельности человека связано с необходимостью решения насущных задач не только в области туризма, физической культуры и спорта, но и медицины, промышленного и сельскохозяйственного производства, искусства, авиации, космонавтики, военного дела.
Особая актуальность исследований, связанных с обоснованием оптимальных режимов двигательной деятельности человека для Республики Казахстан, обусловлена необходимостью подготовки воинских контингентов, способных решать сложные задачи по защите границ страны, проходящих в горных и пустынных условиях.
Одним из принципов оптимизации является соответствие нагрузок функциональным возможностям организма. Это соответствие достигается в случае если нагрузка выполняется в наиболее экономичном режиме. Следовательно, определение условий экономизации мышечной работы является важной предпосылкой оптимизации двигательной деятельности человека в целом. В этой связи целью настоящего исследования является выявление комплекса экзогенных факторов, определяющих экономичность мышечной работы у человека в целом и у туристов в частности.
Как известно, при пешем передвижении в естественных условиях окружающей среды человек испытывает на себе влияние комплекса природных факторов, к которым относятся температура, влажность, плотность воздуха, высота местности, содержание в нем кислорода, электрическое состояние атмосферы, ветер, характер поверхности и рельеф местности. Механическая эффективность и экономичность двигательной деятельности обуславливаются также характером работы (например, ходьба, ходьба на лыжах, езда на велосипеде и т.д.), внешнего отягощения, эргономики движений.
Анализ данных литературы в целом свидетельствует, что далеко не все вопросы, касающиеся влияния экзогенных факторов на механическую эффективность и экономичность циклических движений, изучены досконально.
Эффективность двигательной деятельности зависит от экологических условий, и в частности, от парциального давления кислорода, температуры и плотности воздуха, характера рельефа поверхности. Так, рельеф местности, по которой передвигается человек, оказывает существенное влияние на энергетические траты. Если условно принять энергетическую стоимость ходьбы по твердой поверхности тредбана за 100 процентов, то пешее передвижение по грунтовой дороге, траве, вспаханному полю, плотному снегу, песчаной почве, очень глубокому снегу будет сопряжено с увеличением энергетических трат на 20, 30, 50, 60, 80 110 процентов соответственно.
К существенным факторам, оказывающим влияние на энергетическую стоимость ходьбы, относятся внешние отягощения. Передвижение на подъем заметно увеличивает энергетические затраты не только в единицу времени, но и на метр пути. Аналогичные эффекты наблюдаются как при переноске тяжестей, так и при намокании одежды, обуви под дождем. Увеличение массы переносимого груза более 30 кг, равно как произведение массы груза (кг) на скорость ходьбы (м/с) свыше 100, приводит к непропорциональному увеличению энергозатрат на метр пути. В данном случае энергетическая стоимость переноски одного килограмма груза на один метр мути (в пересчете на килограмм массы груза) приблизительно вдвое выше, чем при расчете на килограмм массы тела. Наряду с этим приводятся данные, согласно которым оптимальная масса переносимого груза у молодых, здоровых людей составляет около 15 кг.
Энергетические траты зависят не только от массы переносимого груза, но и от локализации отягощения. Так, энергетически выгоднее переносить груз в двух руках, чем в одной. Установлено, что энергетические траты при закреплении груза на руках и ногах соотносятся как 1 : 4. Один килограмм массы обуви эквивалентен 4-8 кг груза, переносимого на руках или в рюкзаке. Энергетические траты на ходьбу, связанные с отягощением, могут быть компенсированы за счет снижения скорости передвижения. Тем не менее ходьба с большим грузом субъективно переносится труднее.
К экзогенным факторам, влияющим на эффективность двигательной деятельности туриста, относятся климатические условия окружающей среды. В этой связи приводится краткая характеристика воздействия на туриста факторов пустынного и горного климата.
Характеристика пустынного климата
Основной особенностью пустынного климата являются высокие летние температуры и сухость воздуха.
Прежде всего, необходимо отметить, что характер и закономерности влияния температуры окружающей среды на живой организм, пределы изменения температуры, за которыми нарушается нормальная деятельность биологических систем, имеет фундаментальный характер и привлекает внимание специалистов самых различных областей науки. Повышение или понижение температуры воздуха и температуры тела увеличивает потребление энергии. Установлено, что потеря с потом 620 г воды за один час сопряжена с расходом 360 ккал, или 1500 кдж. На испарения 1 г воды требуется 2,4 кдж (0,58 ккал).
Показано, что в условиях повышенной температуры увеличивается пульсовая, энергетическая, кислородная стоимость мышечной работы и снижается производительность труда по сравнению с аналогичной работой при комфортной температуре воздуха. Вместе с тем опубликованы результаты исследований, в соответствии с которыми на фоне повышения температуры воздуха потребление кислорода не меняется или даже снижается. Снижение кислородного потребления в условиях гипертермии объясняется усилием процессов анаэробного метаболизма, энергетическая эффективность которых существенно ниже аэробных. Поэтому можно полагать, что экономичность мышечной работы в условиях гипертермии скорее снижается, чем повышается. Выявленные противоречия диктуют необходимость продолжения исследований в этом направлении.
Изолированное влияние повышенной температуры на организм человека сравнивается с воздействием напряженной мышечной работы. Гипертермия усиливает реакцию организма на физическую нагрузку, начиная с температуры +29°С, которая усугубляется при температуре +36-37°С и становится наиболее выраженной при температуре +39-40°С и выше.
По мере акклиматизации к жаре экономичность двигательной деятельности у человека возрастает, и не исключено, что тепловая адаптация способствует улучшению механической эффективности мышечной работы. Установлено, что оптимальные температурные условия для сократительной функции мышц соответствует +37,5-38°С, а максимальная активность ферментативных систем, участвующих в окислительных процессах, наблюдается при температуре +38-39,5°С.
Характеристика горного климата
По степени влияния на организм климатогеографических факторов горной местности выделяют несколько зон, соответствующих разным высотам. Согласно классификации А.Д. Бернштейна, в основу которой положен физиологический критерий, выделяются три диапазона горных высот, в пределах которых состояние организма человека в условиях покоя (низкогорье, среднегорье, высокогорье и зона альпинистских восхождений), а также его реакция на функциональные нагрузки (включая мышечную работу) имеет существенные различия.
Климат и геофизические условия гор образуют сложный комплекс факторов, мощно воздействующих на человека, а некоторые из них создают весьма ощутимую дополнительную нагрузку на органы и системы, деятельность которых направлена на поддержание гомеостаза организма. Для горного климата характерны специфические и консервативные свойства, связанные с высотой над уровнем моря. Главная особенность горного климата определяется понижением величины общего атмосферного и, соответственно, парциального давления кислорода, то есть количества его молекул в единице объема. По мере увеличения высоты происходит общее понижение температуры воздуха, уменьшение его абсолютной влажности, увеличение интенсивности солнечной радиации, особенно ее ультрафиолетовой части спектра. Таким образом, в горах человек подвергается влиянию, по меньшей мере, четырех потенциально стрессовых факторов:
1) сниженного парциального давления кислорода;
2) повышенной солнечной радиации;
3) холода и

4) сухости воздуха.
Среднегорные регионы обычно находятся выше инверсионного слоя и поэтому характеризуются зимой большим числом солнечных дней, что является благоприятным фактором для организации активного отдыха человека в горах в это время года. Летом климатический режим среднегорья также создает благоприятные условия для тренирующей и закаливающей климатотерапии, так как на средних высотах увеличиваются различия погодного режима дневного и ночного времени.
Хотя специфические черты горного климата начинают проявляться с высоты 500 м над уровнем моря, воздействие горной среды на здорового человека ощущается лишь с высоты 1500 м.
Высотная гипоксия. Первое и, пожалуй, наиболее важное следствие подъема в горы – снижение атмосферного (барометрического) давления, а вместе с ним и парциального давления кислорода. Когда говорят о горной гипоксии, то имеют в виду именно пониженное парциальное давление кислорода, а не изменение процентного содержания 02 в воздухе, которое вплоть до высоты 20 000 м поддерживается на уровне 20,96 процента. Гипоксия означает также кислородное голодание, пониженное содержание кислорода в тканях. Различают гипоксические состояния, возникающие в результате физиологических и патологических процессов. К физиологической относят гипоксию у здоровых людей, которая развивается вследствие недонасыщения артериальной крови в легких в связи со снижением Р02 в воздухе (классический пример – снижение парциального давления кислорода в горах) и кислородное голодание при физических нагрузках, когда повышенная метаболическая потребность тканей в 02 не удовлетворяется полностью за счет адекватного его транспорта кровью.
Высотная, или гипоксическая, гипоксия делится на две формы: острую и хроническую. К хронической гипоксии относятся все случаи, когда человек испытывает недостаток кислорода в течение времени, измеряемого днями, неделями, месяцами, годами. К острой гипоксии относятся те случаи, когда человек подвергается значительному гипоксическому воздействию (например, при быстром подъеме в барокамере на «высоту» 4-5 км или переключением дыхания на газовую смесь, содержащую 10 процентов 02) в течение времени, исчисляемого секундами, минутами, часами.
Плотность воздуха. По мере подъема в горы плотность воздуха уменьшается. Изменение плотности воздуха как одного из экзогенных факторов имеет существенное значение только в видах туризма, связанных со скоростным передвижением, например, при велотуризме. Разреженный воздух среднегорья уменьшает главную тормозную силу велотуристов – сопротивление воздуха. Выполненные в этой связи исследования показывают, что снижение плотности воздуха в горах сопровождается уменьшением потребления кислорода при одинаковой с равнинной скорости передвижения на велосипеде.
Следовательно, с подъемом на высоту снижаются энергетические траты на компенсацию аэродинамического сопротивления. Если бы в горах человек не испытывал отрицательного влияния на работоспособность высотной гипоксии, то только за счет снижения плотности атмосферы результаты в беге на длинные дистанции на высоте 2300 м улучшились бы по отношению к равнинным на 2,5 процента.
Солнечная радиация. Помимо пониженного парциального давления кислорода климат возвышенностей, или горный климат, отличается от равнинного тем, что с подъемом на высоту возрастает интенсивность солнечной радиации, в спектре которой особую значимость для человека представляют ультрафиолетовые лучи. Причем если на высоте 3000 м солнечная радиация в целом выше, чем на равнине, приблизительно на 30 процентов, то интенсивность ультрафиолетовых лучей на этой высоте увеличивается на 100 процентов. Метеорологические наблюдения, проведенные в Центральном Тянь-Шане в районе ледника Южный Иныльчек, показали, что за счет увеличения прозрачности атмосферы суммарная солнечная радиация на высоте 3500 м возрастает по отношению к уровню моря на 40 процентов. Можно заметить, что солнечная радиация – один из мощных модификаторов горной среды, действие которого может иметь неблагоприятные для человека последствия.
Влажность воздуха. Снижение влажности воздуха – другой неизбежный спутник подъема в горы. Установлено, что на высоте 2000 м влажность воздуха ниже, чем на уровне моря вдвое, а на высоте 6000-7000 м воздух становится практически сухим. Тем не менее для горного климата весьма характерна резкая смена погоды, когда в течение суток несколько раз выпадают осадки, то есть влажность воздуха может возрастать до 100 процентов. Весьма характерны для горной местности и такие погодные явления, как туман, низкая облачность. До сих пор нет ясности и в отношении влияния колебаний влажности воздуха на функциональное состояние, механическую эффективность и эконо-мичность мышечной работы человека на высоте. Между тем известно, что увеличение влажности сопровождается усилением теплоотдачи, тогда как сухой воздух в горах усиливает испарение влаги с поверхности легких, человек при этом испытывает неприятные ощущения в связи с сухостью слизистых оболочек дыхательных путей, кожи. Потеря воды при дыхании зависит не только от сухости воздуха, но главным образом от величины легочной вентиляции, уровень которой в горах, как известно, возрастает. Именно поэтому интенсивность испарения влаги с поверхности легких на высоте 6100 м вдвое превышает ее на уровне моря.
Температура воздуха. Подъем в горы сопровождается снижением температуры воздуха приблизительно на 0,6°С на каждые 100 м. Однако не только снижение, но и резкое колебание температур в течение суток является наиболее характерной чертой горного климата. Суточному перепаду температур в горах некоторые исследователи придают значение чуть ли не важнейшего фактора адаптации человека.
В условиях среднегорья и высокогорья даже в летнее время температура воздуха может опускаться до нулевой отметки. Так, в середине августа в Центральном Тянь-Шане на высоте 3500 м температура воздуха ночью опускалась до –6,8°С. Умеренное похолодание не сопровождается повышением энергетической стоимости мышечной работы, тогда как существенное понижение температуры воздуха отрицательно сказывается на экономичности двигательной деятельности человека. Замечено, что употребление холодной воды в горах на фоне пониженной температуры воздуха повышает, а горячей воды – снижает энергетическую стоимость мышечной работы.
С колебаниями температуры связана еще одна особенность горного климата, которая обусловлена постоянным горно-долинным ветром, представляющим местную циркуляцию воздуха с суточной периодичностью. Ветры являются следствием неодинакового нагревания и разницы температуры воздушных масс горных хребтов, склонов и долин. В дневное время поток ветра устремляется с долины к горным вершинам, поскольку последние нагреваются быстрее. Ночью ветер дует с гор, поскольку воздух вершин и хребтов охлаждается быстрее.
Электрическое состояние атмосферы. Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество аэроионов. Показано, что отрицательные аэроионы оказывают благоприятное воздействие, тогда как положительные, напротив, ухудшают самочувствие человека. С этим обстоятельством необходимо считаться в горной местности, где на малых, небольших и средних высотах преобладают отрицательные, а на больших – положительные аэроионы. На подобную трансформацию заряда аэроионов в горах Кавказа еще в 1936 году обратил внимание Н.А. Ремизов, который установил связь между развитием горной болезни и динамикой аэроионов в атмосфере. К этому можно добавить, что отрицательная ионизация воздуха в горах усиливается на берегу рек и ручьев.
Каждый из описанных природных факторов имеет самостоятельное биологическое значение, однако в горных условиях (да и не только в горах) сдвиги в окружающей среде носят, как правило, комплексный, взаимосвязанный характер, и поэтому человек реагирует не на какой-либо изолированный модификатор внешней среды, а на всю их совокупность. В этом заключается причина, по которой тем или иным реакциям организма в горных условиях нельзя приписывать исключительно один фактор среды. В горной местности организм всегда реагирует на сложный комплекс явлений, который в целом характеризуется как внешняя среда. Эти взаимоотношения носят сложный и динамический характер, поэтому организм и среда представляют подвижную систему. Изменение отношений хотя бы с одним из природных факторов горной среды неизбежно вызывает сдвиг во всей системе, и организм начинает по-иному реагировать на воздействие других факторов.