Температура тела и теплообмен при марафонском беге

Начиная с первых попыток измерить температуру тела на фи­нише марафонов (Влэк и Ларрабе, 1900–1902 гг.), исследователи неизменно обнаруживали даже в прохладную погоду температуру тела, равную 39–41°С.

Сразу следует оговориться, что в спортивной медицине и рабо­чей физиологии за показатель температуры тела принимают темпе­ратуру, измеряемую в прямой кишке (ректальная температура) на глубине 8–14 см специальными электротермометрами. Считают, что именно ректальная температура отражает температуру «ядра» тела, то есть температуру внутренних частей тела (внутренних органов, мозга и больших мышечных групп). Это «ядро» тела окружено более холодной «температурной оболочкой тела» (~0,5 см) — слоем поверхностно расположенных тканей тела (в первую очередь — кожей). Термины температурное «ядро» и «оболочка» имеют чисто функциональный, а не анатомический смысл. В условиях покоя температура ядра на 0,5–1,0°С выше, чем температура в подмышеч­ной впадине. Однако во время мышечной деятельности и в первые десятки минут после рабочего периода температура в подмышечной впадине или во рту (оральная температура) не отражает истинного разогрева тела спортсмена и совершенно неприемлема. Исполь­зование показателей температуры тела, регистрируемой в подмышеч­ной впадине у бегунов, сошедших с дистанции, приводит к гиподиаг­ностике. В этом случае врачи часто «просматривают» основную (и наиболее частую) причину тяжелого состояния таких пациен­тов: перегрев. Назначается адекватное лечение (введение глюкозы, солевых растворов, кардиотропных препаратов и т. д.). Тем самым теряется драгоценное время на бесполезные процедуры, а состояние бегуна может прогрессивно ухудшаться, вплоть до развития необ­ратимых расстройств кровообращения — гипертермического генеза.

Как показывают многочисленные измерения температуры тела на финише забегов на выносливость, вне зависимости от погодных ус­ловий у спортсменов отмечается определенная степень «рабочей ги­пертермии», то есть разогрева тела при работе. Этот «разогрев» прежде всего определяется интенсивной работой мышц. Причем чем выше мощность выполняемой работы, тем выше энерго- и тепло­продукция организма. При марафонском беге коэффициент полезного действия (КПД) организма колеблется в пределах 23–27%. Это зна­чит, что по крайней мере 70% производимой энергии превращается в тепло, нагревая тело бегуна. При беге на равнине общие энерго­затраты бегуна мало зависят от скорости бега и составляют около 0,9 ккал/кг на 1 км дистанции. Скорость бега лишь определяет ин­тенсивность энерго- и теплопродукции. Например, если марафонец весом в 70 кг показал результат 2 ч 20 мин, то его общие энерго-затраты за марафон составят 2658 ккал, интенсивность энергопро­дукции — 19 ккал/мин. При КПД организма в 23% интенсивность теплопродукции будет равняться 15 ккал/мин или в сумме 2050 ккал за весь марафон. Это очень значительное количество тепла: если бы организм бегуна не обладал способностью к теплорассеиванию, то при указанной интенсивности теплопродукции температура тела уже через 20 мин бега должна была бы достигнуть 45°С.

Возможно ли повысить КПД организма и снизить образование тепла в мышцах при той же скорости бега? Да, возможно! Чем тренированнее бегун, чем экономичнее техника его бега, тем мень­шая доля энергопродукции «вылетает в трубу», нагревая тело. У классных марафонцев КПД организма при беге на 5–7% выше, чем у слабоподготовленных субъектов (Маргариа, 1963).

Как известно, в беге на выносливость рост выносливости связан, прежде всего, с методами тренировки, обеспечивающими рост эко­номичности функционирования организма в зоне соревновательных скоростей (или мощности работы). В этой связи интересны недавние исследования, проведенные в институте климатической медицины США (М. Савка и др., 1983). После цикла тренировок в жаре было отмечено снижение энергетической себестоимости стандартной мы­шечной работы. КПД организма повысился как при работе в усло­виях теплового комфорта (на 5%), так и при работе в жаре (на 3%). Согласно этим данным тренировки в жарком климате, видимо, можно использовать не только с целью акклиматизации, но и для по­вышения выносливости спортсменов как таковой.

До каких же пределов может нагреваться тело марафонца на дистанции, и как происходит этот разогрев?

Как уже отмечалось, температура тела на финише составляет, как правило, 39–41°С Отдельные индивиды, видимо, могут безболез­ненно переносить очень высокую степень перегрева. Так, Burbaum et al после бега на 20 км зарегистрировали температуру тела, рав­ную 42,3°С. У велосипедистов после гонки на 100 км была зафиксиро­вана температура тела 42,3°С. (Gilat e. a., 1963). Однако, в целом, пороговым уровнем гипертермии для развития теплового удара считают температуру тела, равную 40,6–41,5°C (Costill, 1976, Shobolet, 1976).

Считают, что повышенная термопроводимость, т. е. способность демонстрировать высокую физическую работоспособность на фоне повышенной внутренней температуры тела, есть характерная черта марафонцев как группы (Frederik et Welh, 1980, Costill, 1976). В одном из состязаний у 56 финишировавших марафонцев ректаль­ная температура в среднем составила 39,3°С (Puhg, 1969). Причем первые призеры этих состязаний имели соответственно 41,1, 40,5, 40,2°С, а корреляция между местом, занятым в состязаниях, и ректальной температурой составила 0,84. В других наблюдениях (Suttom, 1980), несмотря на то, что все обследованные бегуны закон­чили дистанцию марафона в пределах 11 минут, также была уста­новлена высокая положительная корреляция между показанным ре­зультатом и ректальной температурой на финише.

Данные вышеприведенных исследований позволили авторам постулировать предположение о том, что способность переносить вы­сокую температуру тела и сохранять при этом высокую работоспо­собность, т. е. термотолерантность, является необходимым условием для достижения успехов в состязаниях на выносливость.

При обсуждении проблемы перегревания на дистанции спорт­смены, тренеры и врачи чаще всего представляют это так, что во время бега теплопродукция в мышцах приводит к постоянному росту температуры тела, которая достигает максимума на финише. Од­нако эксперименты с постоянным измерением ректальной темпера­туры во время марафона (Maron et al. 1977) показали, что повыше­ние температуры тела достигло плато на уровне 38,9–40,1°С уже к 35– 40-й минуте забега. В дальнейшем температура тела обоих испытуемых поддерживалась на указанном уровне. На 113–119-й минутах бега у одного из бегунов произошел скачкообразный при­рост температуры до 41,6–41,9°С. Однако оба бегуна благополучно финишировали, показав приблизительно равное время.

Начало забега связано с лавинообразным приростом тепло­продукции в мышцах, теплонакоплением и, соответственно, крутым подъемом температуры тела. Однако одновременное теплонакопление стимулирует включение механизмов теплорассеивания (теплодиссе­пации). Через какой-то промежуток времени мощность процессов теплодиссепации достигает такого уровня, что уравновешивает ин­тенсивность теплопродукции в мышцах.

Устанавливается температурный баланс (теплопродукция рав­няется тепловыделению), выражающийся в замедлении прироста температуры тела и установлении «температурного плато», как это наблюдалось в вышеприведенном примере.

Основной путь транспорта продуцируемого в мышцах тепла — это «вывоз» горячей крови на поверхность тела, в систему расширен­ных кожных сосудов, где происходит ее охлаждение. С поверхности тела тепло рассеивается двумя основными путями: конвекцией (током воздуха в результате обдува) и потоиспарением.

Теплоотдача конвекцией растет как корень квадратный из скорос­ти обдува. Отсюда — чем быстрее бежит спортсмен, тем сильнее ох­лаждается кожа, тем эффективнее теплосъем и меньше вероятность перегревания организма. (Однако не следует забывать, что при повышении скорости бега — мощности работы растет и теплопродук­ция в мышцах). В теплую безветренную погоду риск перегревания гораздо выше, чем при беге с небольшим ветром.

Во время Кубка СССР в г. Вильнюсе в 1986 году, проходившем при относительно невысокой температуре воздуха (+25°C), почти половина участников сошла с дистанции слишком рано (еще до 30 км). В этом забеге (бег проводился «в одну сторону», без поворо­та) скорость попутного ветра равнялась скорости бега спортсменов (4,5–5 м/с). Эта ситуация практически полностью исключила обдув тела спортсменов током воздуха и, вероятно, привела к чрезмерному теплонакоплению, тепловому изнурению и раннему сходу с дистанции необычно большого числа участников забега (104 из 221).

Из особой значимости обдува тела для поддержания теплового баланса бегуна-марафонца вытекает несколько практических реко­мендаций. Так, при беге в плотной группе следует занять такую пози­цию, которая обеспечивает максимальный обдув тела (обычно с фланга группы, с подветренной стороны). Одежда спортсмена-марафонца также должна предусматривать, по возможности, макси­мальный обдув тела. Именно защитой бегунов-марафонцев от пере­грева было вызвано введение в последнее время маек-сеточек. В настоящее время многие национальные сборные по стайерским дисциплинам экипированы такими майками. Майка марафонца должна быть слегка свободной, оставляя воздушный зазор между ко­жей и тканью. Воздушная прослойка позволяет потокам воздуха свободно циркулировать над кожей, осуществляя эффективный теп­лосъем. По этим же причинам длина майки должна позволять носить ее навыпуск.

Однако путь конвективного теплосъема за счет обдува эффектив­но «работает» только до температуры воздуха 33–36°С. Граница его эффективности определяется температурой кожи при беге, равной 34–37°С (более всего нагреваются лоб, спина). При температуре среды, превышающей температуру кожи, температурный градиент меняет свое направление, и тело начинает дополнительно нагре­ваться обтекающими потоками «горячего» воздуха. В таких экстре­мальных условиях теплоотдача происходит исключительно за счет потоиспарения.

Тепловыделение потоиспарением зависит от двух факторов: интенсивности секреции пота и способности окружающей среды по­глощать водяные пары над кожей.

Тренированные стайеры отличаются низким «температурным порогом» потоотделительной реакции и повышенным «потовым отве­том» на единицу прироста температуры тела: в 2,4 раза выше, чем нетренированные субъекты (Е. R. Nadel, 1977). Акклиматизация к работе в жаре еще более сокращает латентный период начала потоот­деления и повышает «потовый ответ». Иными словами, при одинако­вом подъеме внутренней температуры тела спортсмены начинают по­теть гораздо быстрее и обильнее, чем нетренированные люди. В усло­виях прироста тепловой нагрузки (начало работы и т. д.) эта «при­вилегия» тренированного и адаптированного к жаре организма позволяет быстро и резко увеличить теплоотдачу, обеспечивая защи­ту от перегрева.

Каждый грамм испарившегося пота «забирает с собой» 0,62 ккал тепла. У бегунов-марафонцев интенсивность потоотделения в экстре­мальных условиях может достигать 2,8 л/час или 6,1 л за марафон (Costill, 1976). Теоретически при наблюдающейся у стайеров интен­сивности потоотделения возможности только одного этого «влаж­ного» пути теплорассеивания должны полностью обеспечить выве­дение продуцируемого тепла из организма и исключить перегревание во время марафона.

Во время забегов в жаркую погоду можно видеть, как первые 5–10 км марафонцы буквально обливаются потом, затем потоотделение происходит более умеренно, а к 30–35 км дистанции поверхность кожи может становиться совершенно сухой. Это указывает на ограни­ченность «эффективности» влажного пути тепловыделения во время марафонских забегов.

Продолжительное терморегуляторное потоотделение ведет к про­грессирующему обезвоживанию (дегидратации) организма. Как счи­тают Fortni e.a., (1981), Greenleaf е.а. (1983), развивающая дегид­рация снижает интенсивность секреции пота. С другой стороны, обильное и длительное увлажнение кожи приводит к местной реак­ции гидромейоза: поверхностный (кератиновый) слой кожи разбуха­ет от воды и временно закрывает выводные протоки потовых желез (Sergent, 1962). При подсыхании кожи и ее «сморщивании» выводные протоки желез снова раскрываются.

Указанные реакции снижают интенсивность потовыделения и ог­раничивают возможности «влажного» пути охлаждения тела во время марафона. Это диктует необходимость организации пунктов охлаждения с влажными губками для освежения тела (через каждые 3–5 км дистанции). При испарении нанесенной на кожу воды тело охлаждается почти так же эффективно, как при испарении выделившегося пота. На Олимпиаде в Лос-Анджелесе вопрос охлаждения марафонцев был решен посредством устройства через каждые 3 км «дождевых» установок, разбрызгивавших на спортсменов мелкодис­персную водяную пыль. В настоящее время этот положительный опыт получил распространение за рубежом (Лонг-Бич-Марафон-90).

Обязательным условием эффективности функционирования «влажной» теплодиссепации является испарение выделившегося пота. Потоиспарение зависит от относительной влажности воздуш­ного («парового») слоя непосредственно над кожей. При использо­вании маек-сеточек и хорошем обдуве тела во время бега этот воздушный слой, насыщенный парами, быстро удаляется. Тем самым поддерживается высокая интенсивность процесса тепло­выделения: потоотделение — потоиспарение — охлаждение тела. Плотная майка, слишком большой номер на груди марафонца резко снижают обдув и способствуют повышению влажности слоя воз­духа над кожей. Это угнетает процесс потовыделения-потоиспа­рения. Намокание майки и прилипание ее к коже вообще блокирует потовыделение (по механизму гидромейоза).

Опытные спортсмены знают, сколько дополнительных страданий может принести стайеру нерациональная спортивная форма. Хуберт Пярнакиви, герой матча СССР—США в Филадельфии (температура воздуха 38°С, влажность 90%), считает главной причиной, способст­вовавшей возникновению у него теплового удара во время забега на 10 км, экипировку нашей сборной: толстые шерстяные майки красного цвета.

При очень обильном (профузном) потоотделении или высокой влажности воздуха часть пота не успевает испариться и стекает на землю. С точки зрения терморегуляции «капающий» пот так же ох­лаждает тело, как мочеотделение, и только способствует интенсив­ному обезвоживанию (дегидратации) организма. Нередко при жар­кон погоде организаторы соревнований для «облегчения участи спортсменов» прибегают к поливу трассы непосредственно перед стартом, оказывая при этом медвежью услугу. При испарении воды с нагретого асфальта возникают метеоусловия «духоты», чрезмерное повышение влажности воздуха стимулирует обильное потоотделение, в то же время блокирует его, что способствует перегреву тела во время бега.

Однако даже при благоприятных климатических условиях во время марафона происходит значительное обезвоживание организма спортсмена. Несмотря на попытки пить жидкость на дистанции, весовые потери бегунов-марафонцев часто превышают 3-процентный уровень. 262 определения в разных условиях соревнований показали, это потери веса при марафонском беге в среднем составляют 2,78–4,15% исходного веса тела (М. Б. Марон, С. М. Хорват, 1978). Однако некоторые бегуны могут иметь и большие потери веса. Так, D. L. Costill et al. (1970) нашли, что высокоподготовленные бегуны в условиях жаркой погоды теряли в весе до 6,1 кг. Г. Муир и другие (1970) сообщают, что бегун весом 54,9 кг, показавший результат 2:22.40, потерял в весе 6,4 кг (2,8 л/час) или 11,6% от исходного веса. Примечательно, что этот забег проходил при прохладной погоде (~13–16°С), но высокой влажности воздуха.

Представленные в литературе данные в подавляющем большин­стве случаев получены на бегунах низкой квалификации (медленнее 2:30.0). В то же время отмечено, что с повышением тренированности увеличивается «чувствительность потового ответа» на градус повы­шения температуры тела (Е. Р. Надель и др., 1977). С другой стороны, интенсивность потоотделения прямо пропорциональна сред­ней скорости бега по дистанции (D. L. Costill, 1977).

По нашим наблюдениям (табл. 21), влагопотери марафонцев высокого класса несколько выше, чем бегунов низкой квалифи­кации (влагопотери которых сходны с влагопотерями мастеров-скороходов) и составляют в жарких погодных условиях 4–5% веса тела. Однако, при осложнении погодных условий потери воды могут достигать чрезвычайных величин. Так, на состязании Универсиады-87 по марафонскому бегу в Загребе (температура воздуха на старте 38°С, относительная влажность 80%) член сборной команды Ф. Рыжов занял 4-е место, показав результат 2:27.40, что на 14 ми­нут хуже его личного достижения в оптимальных погодных условиях, Несмотря на потребление жидкости по ходу забега (1,2 л), спортсмен потерял на дистанции 5,6 кг. При исходном весе 59,5 кг дегидра­тация на финише составила 9,4%, потоотделение 2,75 л/час. После забега наблюдалась анурия: спортсмен не мог в течение 3,5 часа сдать мочу на допконтроле, выпив за это время 8 литров жидкости (пива).

Считают, что обезвоживание в приведенных пропорциях может снижать интенсивность потоотделения, приводить к расстройствам функционирования системы терморегуляции (Fortni е.а., 1981, В. Nil­sen, 1971, Senaey, 1970), перегружать сердечно-сосудистую систему, повышая «себестоимость работы» и тем самым существенно снижать работоспособность (Adolf е. a., 1947, Kozlowski et Sattin, 1964, Wyndham, 1973, Nadel, 1977, Rowell, 1976). Однако, о пагубном влия­нии обезвоживания на работоспособность и результативность атлеты думают меньше всего, как правило, отказываясь от приема жид­кости на первой половине дистанции (до тех пор, пока «бежится» и жажда особенно не донимает).

Таблица 21

Характеристика водного баланса спортсменов-марафонцев во время состязаний

Продолжение таблицы 21

Wyndham et Stridom (1972) на основании степени обезвоживания организма выделили три последовательные стадии расстройства жизнедеятельности. Первая стадия (водный дефицит не более 2%) — работоспособность высокая, отмечается жажда. Вторая стадия — водный дефицит 2–6%. Третья стадия — дефицит жидкости пре­вышает 6-процентный уровень. Заметное снижение работоспособнос­ти отмечается уже при 3% потери веса, появляются слабость, раз­дражительность и другие симптомы изнурения. При 5–6%-й де­гидратации спортсмен чувствует себя до крайности изможденным, неизбежны выраженные нарушения координации и психики, высокая вероятность теплового коллапса и теплового удара.

Следует отметить, что для спортивной результативности наруше­ния в психической сфере имеют не меньшее значение, чем падение физической работоспособности как таковой. Так, неадекватная само­оценка текущего состояния на фоне исходно высоких мотиваций и спортивных амбиций способствует поддерживанию высокого темпа бега, несмотря на явные симптомы перегревания. Именно психологи­ческими факторами объясняют относительно высокую частоту встре­чаемости тепловых ударов у физически очень хорошо подготов­ленных людей; спортсменов-стайеров и солдат (Shobolet е. а., 1962, Hart e. a., 1978).

Кроме всего прочего дегидратация бегуна способствует пере­греванию организма, развитию теплового изнурения и теплового уда­ра.

Между ректальной температурой на финише марафона и потеря­ми веса обнаружена (Sutton, 1974) высокая взаимосвязь (r=0,85). Независимо от других причин у бегуна с 5%-й дегидратацией темпе­ратура тела находится в оптимальных границах. Однако при продол­жительной и интенсивной мышечной деятельности терморегуляторное потоотделение продолжает «выкачивать» воду из организма, не­смотря на угрожающие размеры обезвоживания и перегревания тела спортсмена.

Как уже отмечалось, пороговым уровнем развития теплового кол­лапса и теплового удара считают температуру тела, равную 40,6–41,5°. Следовательно, во время марафонских забегов прогрессирую­щая дегидратация, помимо всех других причин, может подводить теп­ловое состояние бегуна к той опасной черте («граница тьмы»), за которой перегретый спортсмен в лучшем случае сходит с дистанции в полуобморочном состоянии, в худшем — падает на дистанции с симптомами теплового удара.

Таким образом, следует подчеркнуть, что хотя после периода врабатывания (30–40 мин) в организме марафонца устанавливается тепловой баланс между теплопродукцией и теплоотдачей, однако «температурное плато», на котором продолжается бег, находится дос­таточно близко (1–1,5°С) к температурной границе теплового удара. Причем уровень этого «температурного плато» мало зависит от погодных условий. Даже при оптимальных погодных условиях орга­низм марафонца часто балансирует на грани перегревания.

Ускорение по ходу забега, бег в гору, снижение механической эффективности бега (КПД организма) вследствие нарастающего утомления и потери экономичности, — все это приводит к росту теплопродукции бегуна. С другой стороны, развитие функциональной несостоятельности механизмов теплорассеивания (снижение пото­отделения — потоиспарения, сокращение кожного кровотока и об­дува), прогрессирующая дегидратация организма ограничивают тепловыделение и способствуют теплонакоплению в организме марафонца. Как в первом, так и во втором случае температура тела бегуна скачкообразно повышается вплоть до уровня критического для термотолератности конкретного индивида. Развивается резкое падение работоспособности, тепловой коллапс, тепловой удар, и спортсмен выбывает из борьбы, несмотря на казалось бы великолепную спортивную форму.