Процесс насыщения крови кислородом. Гипоксемия: когда не хватает кислорода
Данный параметр может также называться "насыщение крови кислородом" и "индекс сатурации".
Кислород, вдыхаемый вместе с атмосферным воздухом, переносится к органам с помощью специального белка-переносчика - гемоглобина, который содержится в красных кровяных тельцах, эритроцитах. Уровень кислорода в крови или степень насыщения крови кислородом показывает, какое количество гемоглобина в организме находится в связанном с кислородом состоянии. В норме почти весь гемоглобин связан с кислородом, при этом показатель насыщения варьирует в диапазоне от 96% до 99%. Снижение уровня кислорода крови ниже 95-96% может наблюдаться при тяжёлых заболеваниях дыхательной и сердечно-сосудистой системы, а также при выраженной анемии, когда наблюдается значительное снижение уровня гемоглобина в крови. При хронических заболеваниях сердца и лёгких снижение данного показателя может свидетельствовать об обострении заболевания, в подобной ситуации необходимо обратиться за медицинской помощью. Снижение уровня кислорода в крови на фоне простуды, гриппа, острых респираторных вирусных инфекций, пневмонии и других заболеваний лёгких может свидетельствовать о тяжёлом течении заболевания.
Особенно важен показатель уровня кислорода для лиц с хроническими заболеваниями легких, в том числе с хроническим бронхитом.
При выполнении исследования, следует учитывать, что ряд факторов может приводить к ложному занижению уровня кислорода в крови. К таким фактором относится наличие маникюра, особенно с использованием тёмных оттенков лака, движение рук или дрожь пальцев во время исследования, наличие сильного внешнего источника света, солнечного или искусственного, а также близкое расположение источников сильного электромагнитного излучения, таких как мобильные телефоны. Низкая температура в помещении, где проводится исследование, также может приводить к погрешностям в измерениях.
У каждого человека могут наблюдаться небольшие индивидуальные колебания уровня насыщения крови кислородом. Для правильной интерпретации изменений данного показателя особенно важно провести несколько измерений. Это позволит выявить индивидуальные особенности колебания уровня кислорода крови, и в дальнейшем поможет правильно трактовать те или иные изменения.
Тип пульсовой кривой
По типу пульсовой волны можно косвенно судить об эластичности стенок артерий. Различают три типа пульсовых волн: А, В и С. Формирование различных форм пульсовых волн происходит в зависимости от временного интервала между двумя компонентами пульсовой волны: прямой и отражённой волной. В норме, первый компонент пульсовой волны, прямая волна формируется ударным объёмом крови во время систолы, и направляется от центра к периферии. В местах разветвлений крупных артерий формируется второй компонент пульсовой волны, отражённая волна, которая распространяется от периферических артерий к сердцу. У молодых, здоровых людей без заболеваний сердца, отражённая волна достигает сердца в конце сердечного сокращения или в начале фазы расслабления, что позволяет сердцу работать легче и способствует улучшению кровотока в сосудах сердца (коронарных сосудах), так как их кровенаполнение происходит преимущественно в период диастолы. При этом, формируется тип кривой пульсовой волны С, на которой отчётливо видны две вершины, первая соответствует максимуму прямой волны, вторая, меньшая - максимуму отражённой волны. Ниже - иллюстрация пульсовой волны типа С:
С увеличением жёсткости артерий скорость распространения по ним пульсовых волн возрастает, при этом отражённые волны возвращаются к сердцу в период ранней систолы, что значительно увеличивает нагрузку на сердце, т.к. каждая предыдущая отражённая волна «гасит» следующую прямую волну. Другими словами, сердцу, качающему кровь, приходится совершать дополнительную работу для сопротивления несвоевременно пришедшей, наслаивающейся на сокращение пульсовой волне. Временной интервал между максимумами прямой и отражённой волн уменьшается, что графически выражается в формировании кривой пульсовой волны типа А и В. Данные типы пульсовых волн характерны для пожилых лиц, а также для больных с заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Ниже проиллюстрированы типы пульсовых волн B и A.
Важно отметить, что в формирование пульсовых волн определённого типа существенный вклад вносит не только системная жёсткость крупных артерий, величина довольно стабильная и мало поддающаяся обратному развитию, но и тонус мелких артерий, показатель, напротив, довольно лабильный, и в норме легко изменяющийся под действием различных внешних факторов. Поэтому, при получении результатов, не соответствующих возрасту, в первую очередь, убедитесь в соблюдении правил проведения исследования. Ориентируйтесь не на результаты единичных случайных измерений, а на изменения показателей в динамике, наибольшей достоверностью обладает серия результатов, зарегистрированных в течение продолжительного времени. Старайтесь проводить измерения в определённое время суток и на одной и той же руке, лучше «рабочей». Оптимальным временем для проведения исследования считаются утренние часы, с 9 до 11.
Частота пульса
В норме данный показатель колеблется в диапазоне от 60 до 90 ударов в минуту и может существенно изменяться в течение суток, в зависимости от физической активности, вида деятельности, общего самочувствия. Во многом частота пульса у здоровых людей зависит от уровня физического развития, тренированности организма. Так частота пульса от 60 до 70 ударов в минуту в состоянии покоя свидетельствует о хорошем уровне физической подготовки. У профессиональных спортсменов и лиц, активно занимающихся фитнессом, частота пульса может опускаться ниже 60 ударов в минуту, что в подобных ситуациях принято рассматривать как вариант нормы. У лиц с низкой физической активностью, избыточным весом и ожирением частота пульса может достигать 80 и выше ударов в минуту. Важно отметить, что в зависимости от различных внешних условий, частота пульса может варьировать в значительных диапазонах, существенно превышающих нормальные значения. Так, в период сна частота пульса может составлять менее 60 ударов в минуту, а при выраженных физических нагрузках - достигать 120-140 ударов. Поэтому, при первичной оценке результатов, убедитесь, что исследование проводилось в комфортных условиях, в спокойном состоянии.
При получении вами результатов выше или ниже общепринятых нормальных значений, не стоит опираться на единичные измерения. Оцените динамику показателей в течение нескольких дней или недель, с этой целью предусмотрена специальная опция прибора - просмотр тенденций. Проводите измерения в период спокойного бодрствования, например утром, после ночного сна. Показатели, полученные при измерении в вечерние время, могут быть несколько хуже истинных значений, из-за последствий рабочего дня, таких как стресс, усталость, ношение неудобной обуви или одежды и т.д.
Изменение показателей частоты пульса менее 60 или более 90 ударов в минуту, в ряде случаев, может быть врождённой, обусловленной конституционно особенностью работы сердечно-сосудистой системы. Особенно, если отклонения от нормы незначительны, от 90 до 100 или от 50 до 60 ударов в минуту, и регистрируются непостоянно. Значительные колебания частоты пульса могут быть связаны с серьёзными заболеваниями сердечно-сосудистой и эндокринной системы. При наличии стойкой тенденции к снижению частоты пульса менее 60 или к увеличению более 90 ударов в минуту, следует обратиться к врачу, особенно если изменения частоты пульса сопровождаются другими жалобами, такими как слабость, чувство дурноты, потери сознания, или сердцебиение, потливость, дрожание рук и т.п. Кроме этого, на начальном этапе обследования, существенную информацию о работе сердца может дать грамотный анализ электрокардиограммы.
Биологический возраст сосудов
Возраст сосудистой системы (VA - Vascular Aging), измеряемый приборами АнгиоСкан, - это параметр, показывающий Ваш биологический возраст, т.е. изношенность Вашего организма. Нужно отметить, что данный подход основан на общепринятом мнении о том, что состояние человека определяет его сосудистое русло.
Тест на биологический возраст
Определение биологического возраста при помощи приборов АнгиоСкан занимает примерно две минуты (в зависимости от частоты пульса), не требует специальной подготовки оператора, который проводит тест, и абсолютно безвреден для организма.
Измеряется "изношенность" в годах, и принципиально важным при интерпретации результатов теста является различие между календарным возрастом и биологическим. Хорошо, если биологический меньше календарного, и наоборот.
Однако, не следует тревожиться из-за разницы в несколько лет в худшую сторону. Во-первых, подобная ситуация не критична. Во-вторых, этот параметр зависит от состояния организма в конкретный момент времени: в конце тяжелой рабочей недели он один, после отпуска - совершенно другой, и т.д. Необходимо наблюдать, выявлять тенденции, анализировать.
Возраст сосудистой системы важно измерять в определенное время суток. Оптимальным временем являются утренние часы от 9 до 11. Важно также при измерении этого параметра постоянно проводить измерения на одной руке - оптимально правой. Это связано не только с тем, что на разных руках может быть различное артериальное давление, но с различной ангио архитектоникой сосудистого русла (брахицефальная область).
Биологический возраст - расчетный параметр, основанный на возрастном индексе. Для определения Vascular Aging строилось корреляционное поле зависимости возрастного индекса от даты рождения испытуемого, и затем по величине возрастного индекса рассчитывался возраст сосудистой системы. Данный подход достаточно широко используется, следует упомянуть работы японского исследователя Takazawa, а также близкий алгоритм расчета сосудистого возраста используется в приборе Pulse Trace американской компании Micro Medical.
Примерные данные возрастного индекса в зависимости от календарного возраста представлены в таблице:
Таблицы для определения биологического возраста
Существует множество различных способов для определения биологического возраста. Первый способ - на основе вышеописанного возрастного индекса, получаемого приборами АнгиоСкан как в клинических, так и в домашних условиях.
Возрастной индекс (AGI - Aging Index) - расчетный интегральный показатель, значение которого можно увидеть только в профессиональных версиях программы АнгиоСкан. Данный параметр является комбинацией показателей пульсовой волны, в который включены растяжимость артериальной стенки и амплитудные характеристики отраженной волны.
Второй способ требует лабораторных анализов для выявления количества холестерина и глюкозы в крови. Значения соответствия представлены в таблице:
Если Вы хотите определить свой биологический возраст в домашних условиях, проведите несколько тестов из перечня ниже и сравните свои результаты с нормами, представленными в таблице.
Нормы для женщин на 10-15% мягче представленных в таблице.
Эластичность (жескость) сосудов
Эластичность сосудов и их жесткость - обратные величины. Жесткость сосудов увеличивается из-за отложений на стенках кровеносных артерий холестерина и т.п. веществ.
После того, как сердце делает удар - выталкивает в сосуды порцию крови, - по аорте распространяется пульсовая волна, называемая прямой. Поскольку кровеносная система замкнута, эта волна отражается обратно - от точки бифуркации (место, где сосуды расходятся в ноги). Отраженная волна называется обратной. В зависимости от эластичности стенок кровеносных сосудов, время, через которое отраженная волна вернется обратно в исходную точку, может быть разным. Чем позже волна вернется - тем эластичнее артерии.
Время возврата волны, безусловно, зависит от длины пути, который проходит волна. Поэтому для измерения жесткости артерий нужно знать рост пациента, т.к. на его основе можно довольно точно рассчитать расстояние между сердцем и областью отражения пульсовой волны. Таким образом, индекс жесткости сосудов измеряется в метрах в секунду по формуле [Длина пути (метры) / Время прихода отраженной волны (секунды)].
Обычно при нормальной эластичности сосудов этот индекс равен 5-8 м/с, но при большой жесткости артериальных стенок его значение может достигать 14 м/с. Жесткость артерий сильно зависит от возраста пациента, поскольку у пожилых людей понижается количество эластина в стенке аорты. Также на этот параметр оказывает большое влияние артериальное давление - при повышенном давлении возрастает и индекс жесткости.
Диагностические приборы серии АнгиоСкан-01 измеряют этот параметр с достаточной точностью. В профессиональных версиях программ этот индекс обозначается как SI - Stiffness Index.
Также об эластичности сосудов свидетельствует индекс аугментации - мера разницы давлений в средней и поздней систоле.
Уровень стресса
Понятие уровня стресса в современном мире можно понимать по-разному. Состояние стресса для организма - это, в принципе, практически все, что происходит с организмом в состоянии, отличном от покоя. Поскольку организм умеет хорошо адаптироваться, большая часть воздействий не оказывает негативного влияния на организм.
Чрезмерно интенсивные физические нагрузки, сильный или длительный психологический (эмоциональный) стресс, температура окружающей среды (например, баня), долгое вождение автомобиля в пробке и пр. - это все то, что может наложить отпечаток на Ваш организм. Как же провести стресс тест и определить уровень стресса?
Один из способов - измерить индекс стресса, также известный как индекс напряжения регуляторных систем или индекс Баевского - он позволяет оценить вариабельность ритма сердца. Параметр характеризует состояние центров, регулирующих сердечно-сосудистую систему, т.е. как общее функциональное состояние организма, так и барорецепторный аппарат, особенно при проведении ортостатических проб (изменение положения тела). Говоря проще, узнать, как хорошо Ваш организм может адаптироваться к изменениям окружающей среды.
В организме человека давление постоянно меняется по самым разнообразным причинам, однако нельзя, чтобы в аорте давление менялось - оно должно быть постоянным. У организма есть всего один способ регулировать давление - это управление частотой пульса. Если барорецепторный аппарат работает хорошо, т.е. стресс низкий, то частота пульса будет постоянно меняться: в первый удар частота будет, например, 58, в следующий удар - 69, и т.д. (Разумеется, частоту пульса можно узнать уже по одному удару сердца, измерив длительность отдельной пульсовой волны). Когда организм в состоянии стресса, частота пульса, соответственно, будет постоянна в течение длительного времени.
Программа АнгиоСкан визуализирует индекс Баевского при помощи диаграммы, на которой по вертикальной оси откладывается количество ударов (с определенной частотой), а по горизонтали - собственно частоту (или время/длительность пульсовой волны).
Пример слева свидетельствует об удовлетворительном функциональном состоянии испытуемого. На графике видна выраженная вариабельность ритма сердца. В состоянии покоя акт дыхания "заставляет" адаптироваться число сердечных сокращений, а следовательно, и длительность пульсовой волны.
Картинка справа - пример протокола теста у испытуемого с крайне неудовлетворительным общим функциональным состоянием организма. Подобная ситуация возможна либо при выраженной симпатикотонии, либо при нарушении продукции монооксида азота.
Оценить индекс стресса можно и количественно по несложному алгоритму. Ниже в таблице приведены оценки значений уровня стресса:
Снабжение органов и тканей кислородом играет очень важную роль для организма человека. Без дыхания наши ткани погибли бы за считанные минуты. Однако данный процесс не ограничивается вентиляцией легких, существует очень важный второй этап – транспорт газов по крови. Существует целый ряд показателей, отражающих его протекание, среди которых очень важным является сатурация кислорода (то есть насыщение им гемоглобина) в крови. Каковы нормы сатурации? Какие факторы ее определяют? О каких заболеваниях может говорить ее снижение?
Сатурация – это показатель, отражающий процент насыщения гемоглобина кислородом. Для ее определения чаще всего используют такой прибор, как пульсоксиметр, позволяющий проводить мониторинг пульса и сатурации в режиме реального времени. Кроме того, существуют лабораторные методы, позволяющие оценить данный показатель при непосредственном исследовании крови, однако их используют реже, поскольку они требуют вмешательства с целью забора крови у человека, в то время как пульсоксиметрия абсолютно безболезненна и может проводиться круглосуточно, а отклонения полученных при ней данных не превышают 1% по сравнению с анализом.
Конечно, гемоглобин не может быть насыщен кислородом на все 100%, поэтому норма сатурации лежит в пределах 96-98%. Этого вполне достаточно для того, чтобы поступление кислорода к клеткам нашего тела было на оптимальном уровне. В том случае, если насыщение гемоглобина кислородом пониженное, транспорт газов к тканям нарушен, и их дыхание недостаточное.
Снижение сатурации может быть и в норме — у курящего человека. Для людей, страдающих от этой вредной привычки, норматив установлен на уровне 92-95%. Такие цифры у курильщиков не говорят о наличии патологии, однако понятно, что они все же ниже величин, установленных для обычного человека. Это говорит о том, что курение нарушает транспорт газов гемоглобином и приводит к постоянной небольшой гипоксии клеток. Курящий человек добровольно отравляет себя некой вредной смесью газов, которая снижает уровень кислорода в эритроцитах. Со временем это обязательно приведет к тем или иным патологиям во внутренних органах.
Причины снижения показателя
Первый фактор, приводящий к тому, что содержание кислорода в артериальной крови снижается, — это нарушения дыхания. Например, у людей с хроническими заболеваниями легких сатурация может лежать в пределах 92-95%. При этом транспорт кислорода и углекислого газа не нарушен, уменьшение показателя связано не с факторами крови, а со снижением легочной вентиляции. Оценка сатурации имеет огромное значение при обследовании больных с дыхательной недостаточностью. Исследование позволяет подобрать необходимый метод дыхательной терапии, а также задать нужные параметры искусственной вентиляции легких (если в ней есть надобность).
Также сатурация падает в результате большой кровопотери, особенно при таком состоянии, как геморрагический шок. На основании исследуемого показателя можно определить уровень кровопотери, а значит, оценить степень тяжести состояния человека. Мониторинг сатурации очень важен при проведении оперативных вмешательств. Он позволяет вовремя выявить пониженное поступление кислорода к клеткам тела человека и предпринять необходимые мероприятия, чтобы улучшить его.
Особенно важное значение данный показатель имеет при операциях на сердце: его снижение происходит раньше, чем уменьшение пульса или падение артериального давления. Кроме того, за ним обязательно следят в постреанимационный период, а также при выхаживании недоношенных детей (его динамика при подобных состояниях очень показательна).
Еще одна возможная причина снижения уровня насыщения гемоглобина кислородом — патология сердца. Это могут быть такие заболевания, как:
- сердечная недостаточность,
- инфаркт миокарда,
- кардиогенный шок.
Пониженное значение сатурации в данном случае обусловлено уменьшением количества крови, выталкиваемой сердцем. За счет этого ее циркуляция в теле человека замедляется, в том числе уменьшается приток крови к легким, а вместе с тем — и оксигенация. Происходит снижение многих функций крови, в том числе и транспорта газов. И все это связано именно с работой сердца, а не с тем, как гемоглобин переносит кислород и отдает его клеткам.
Очень важно, что сатурация помогает выявить неявную патологию, например, скрытую сердечную недостаточность и скрытый кардиогенный шок. При данных нозологических единицах у пациентов может не быть никаких жалоб, поэтому количество случаев, когда скрытые заболевания не диагностированы, достаточно высоко. Вот почему так важно применение дополнительных методов исследования, в том числе — определение транспорта гемоглобином газов по крови.
Кроме того, сатурация снижается при инфекционных заболеваниях. Ее значения устанавливаются примерно на уровне 88%. Все дело в том, что инфекция значительно влияет на обмен веществ, синтез белка, состояние всего тела в целом. Особенно сильные изменения происходят при сепсисе. При таком тяжелом состоянии нарушается работа всех органов, ухудшается их кровоснабжение, а вот нагрузка на них, напротив, повышается. Поэтому они достаточно сильно страдают от гипоксии.
Таким образом, сатурация отражает, насколько хорошо кровь переносит кислород к органам и тканям нашего тела.
Безусловно, существуют и другие показатели, отражающие данный процесс, в частности, многие исследования определяют не только кислород, но и углекислый газ, а также учитывают не только то, как гемоглобин переносит газы, но и как он их отдает. Однако определение сатурации при помощи пульсоксиметра является наиболее простым и доступным методом . Он не требует нарушения целостности кожных покровов и забора даже малого количества крови на анализ. Достаточно просто надеть прибор на палец и через несколько секунд получить результат.
Как правило, сатурация бывает снижена при достаточно серьезных состояниях, вызывающих тяжелые изменения во всем организме. В таких случаях показатель может быть снижен значительно. Чем он ниже, тем хуже прогноз: тело человека плохо переносит гипоксию, особенно сильно страдают клетки головного мозга. Незначительное снижение сатурации, как правило, бывает связано с хроническими болезнями легких и чаще всего возникает на фоне курения.
Универсального способа повысить сатурацию не существует. В каждом конкретном случае врач решает, какое именно лечение следует выбрать. Чаще всего во главу угла ставится борьба с основным заболеванием, вызвавшим данный симптом. Также применяют кислородную терапию, используют препараты, повышающие насыщение крови кислородом. Но это, скорее, вспомогательные мероприятия. Возврат сатурации к норме — это результат того, что человек постепенно идет на поправку, и его состояние улучшилось.
Важнейшая функция крови - дыхательная. Поглощенный в легких кислород переносится кровью к органам и тканям, а углекислый газ транспортируется в обратном направлении. Основная (ключевая) роль в переносе дыхательных газов принадлежит гемоглобину, содержащемуся в эритроцитах крови.
Гемоглобин относится к классу сложных белков - хромопротеинов. Он состоит из небелковой части, относящейся к железопорфиринам, - гема и белковой части - глобина. Гемоглобин выполняет функцию переносчика кислорода благодаря наличию в молекуле гема двухвалентного железа. Железо гемоглобина, присоединяя молекулу кислорода, не окисляется, то есть не переходит из двух- в трехвалентное состояние, а образует обратимую связь, которая сравнительно легко разрушается при соответствующих изменениях концентрации кислорода в среде.
Гемоглобин (Нb), присоединивший кислород, становится оксигемоглобином (НbО2). Реакцию связывания кислорода гемоглобином называют оксигенацией, обратный процесс - дезоксигенацией. Не связанный с кислородом гемоглобин носит название дезоксигемоглобина.
В условиях организма 1 г гемоглобина способен связать 1,34 мл кислорода. Если известно содержание гемоглобина крови, можно рассчитать кислородную емкость крови - максимальное количество кислорода, которое может связать гемоглобин при его полном насыщении О2. При содержании 150 г/л количество кислорода в 1 л крови составит 1,34 х 150 = 201 мл; в 100 мл крови - 20,1 мл или 20,1 об. % (объемных %).
Процентное отношение количества О2, реально связанного с гемоглобином, к кислородной емкости крови называется насыщением (saturation - сатурация) гемоглобина кислородом (SO2 или НВО2). Другими словами, SO2 - это отношение оксигемоглобина к общему количеству гемоглобина крови.
В норме насыщение артериальной крови кислородом (SO2 или НВО2) составляет 96-98% . Небольшое "недонасыщение" (2-4%) объясняется некоторой неравномерностью легочной вентиляции и незначительной примесью венозной крови, которые имеют место и у здоровых людей.
Насыщение гемоглобина кислородом зависит от напряжения О2 в крови (в соответствии с физическим законом действующих масс). Графически эту зависимость отражает кривая диссоциации оксигемоглобина, имеющая S-образную форму.
Напряжение кислорода в артериальной крови (РаО2) в норме колеблется в пределах 95-100 мм рт. ст. С возрастом газовый состав крови претерпевает некоторые изменения. Напряжение О2 в артериальной крови здоровых молодых людей в среднем составляет 95-100 мм рт. ст.; к 40 годам оно снижается примерно до 80 мм рт. ст., а к 70 годам - до 70 мм рт. ст. Эти изменения связаны с тем, что с возрастом увеличивается неравномерность функционирования различных участков легких.
Доставка кислорода к работающим мышцам является наиболее важным компонентом в упражнениях аэробного характера и, таким образом, транспортировка кислорода является основным лимитирующим фактором для видов спорта, связанных с проявлением выносливости. Специалисты, связанные со спортом, изыскивают разнообразные способы улучшения транспортировки кислорода с тем, чтобы улучшить спортивные достижения. Некоторые из них, такие как горная подготовка или иные условия, связанные с гипоксией этически вполне приемлемы. Другие же, связанные с медицинскими клиническими манипуляциями, являются запрещенными в спортивной практике. В данной статье Председатель медицинской и анти-допинговой комиссии ИААФ обсуждает разнообразные методы увеличения кислородного обеспечения работающих мышц, применяемые в практике или находящиеся в стадии разработки. Он анализирует развитие этих методов в спортивной практике, а также информирует о возможном риске при применении запрещенных субстанций и способов обнаружения их в организме спортсмена. В заключение J.M.Alonso выражает удовлетворение практикой мероприятий, проводимых в системе антидопинга.
Доктор Juan Manuel Alonso родился в 1962 году в Мадриде Испания. Он получил образование в Университете Мадрида по специальности «Спортивная медицина». С 1988 года он сотрудничает с испанской федерацией легкой атлетики (RFEA), а c 1996 года возглавляет медицинский отдел федерации. В 2003 году доктор J.M.Alonso назначен председателем Медицинской и Антидопинговой комиссии ИААФ.
Введение
Доставка кислорода к работающим мышцам является наиболее важным фактором обеспечения работоспособности в упражнениях, связанных с проявлением максимальной и субмаксимальной мощности. Транспортировку кислорода к работающим мышцам обеспечивает система кровеносных сосудов. Кислород доставляется посредством диффузии в плазме крови (3%) и в соединении с гемоглобином Hb (97%).
Увеличение насыщения крови кислородом возможно следующими путями: повышение концентрации Hb или увеличения емкости Hb, используя стимулирующие эффекты, а также применяя возможные заменители Hb. Применяя вышеназванные способы, снабжение кислородом улучшается и мышцы работают более продуктивно, позволяя достигать лучших результатов.
Внимание спортсменов, тренеров и специалистов спорта сосредоточено на способах улучшения качества выносливости при изменении содержания кислорода в транспортируемой крови. Некоторые из таких методов приемлемы, другие же являются запрещенными в легкой атлетике и других видах спорта. Автор данной статье поддерживает современные правила анти-допинга и осуждает искусственные запрещенные методы повышения работоспособности спортсменов.
Целью представленного исследования является анализ методов и препаратов, повышающих содержание кислорода в крови. Автор описывает развитие взглядов на данную проблему, эффективность применяемых средств и возможность риска при их применении и выражает надежду, что данная информация будет способствовать усилению борьбы с допингом.
1. Прямое воздействие гемоглобина (Hb)
Улучшение кислородного обеспечения непосредственным воздействием на Hb для увеличения количества красных кровяных телец (RBC) или модифицируя возможности Hb для повышения объема связываемого кислорода.
1.1 Трансфузия крови
Идея использования метода трансфузии крови возникла в 1970 годах. Использование «кровяного допинга» в беге на длинные дистанции, велогонках, лыжном спорте и биатлоне началось с Олимпийских игр 1972 года. В 1976 году медицинская комиссия Олимпийского комитета формально осудила применение этого метода, но практика его использования продолжалась. Только после откровения сделанного Олимпийским комитетом США в том, что семь членов команды США в 1984 использовали «кровяной допинг» этот метод был запрещен.
«Кровяной допинг» введен в список запрещенных манипуляций с любым видом крови как собственной, так и посторонней, а также с препаратами, содержащими эритроциты, плазму крови или иные ингредиенты.
В случае аутогемотрансфузии несколько порций крови (обычно ~450мл) забирается из вены спортсмена. Затем эритроциты разделяются и сохраняются для последующего введения в организм атлета. При температуре 4 град С эритроциты могут сохраняться в течение 35-42 дней. При температуре -65град С в глицерине они могут сохраняться до 10 лет. Если сохранение забранной крови производится при температуре 4 град С, то максимальное ее сохранение не более 42 дней и в этот срок необходимо ее использовать для обратной инъекции. Однако в течение этого срока костный мозг полностью не успевает восстановить весь дефицит потерянных эритроцитов, поэтому такой способ сохранения крови атлета не является оптимальным. Другой же способ конечно намного эффективнее, но требует специального оборудования и более дорог.
Обычно введение забранной предварительно крови производится от 1 до 7 дней до основного соревнования.
Считается, что метод аутогетрансфузии не является в полной мере безопасным, возможные ошибки при хранении могут привести к серьезным нарушениям здоровья атлета. Спортсмены также подвергаются риску внесения бактериальной инфекции в процессе медицинских манипуляций.
В случае простого дополнительного переливания крови спортсмены должны искать специальные центры или банки сохранения крови, которые могут представить им кровь, сохраняемую в течение не более 42 дней. Зачастую в некоторых странах получение крови является проблемой, т.к. она предпочтительно предоставляется соответствующим больным.
Существует также определенный риск заражения гепатитом В или С, а также ВИЧ инфекцией. Возможны также побочные явления, связанные с медицинскими манипуляциями - это повышение температуры и различные болевые ощущения.
В настоящее время намечен определенный прогресс в определении применения «кровяного допинга». Обнадеживающие результаты получены в использовании цитометрического метода, основанного на определении антител в результате появления различных групп эритроцитов. Однако определение аутогемотранфузии не является достаточно разработанным методом и требует дополнительных исследований.
В элитном спорте впервые на Олимпийских играх 2002 года использовался метод аутогемотрансфузии с использованием рекомбинантного эритропотеина (rHuEPO).
1.2 Внешние факторы, способствующие более эффективному производству компонентов крови
Естественным стимулятором роста предшественников клеток крови в костном мозге является ЭРО (эритропоэтин - гормон, регулирующий кроветворение), который связан с явлением гипоксии. Существуют несколько способов стимулировать производство ЭРО. Повышение количества эритроцитов достигается введением rHuEPO или однотипных продуктов, таких как капсулированного ЭРО или его имитаций, которые могут быть приобретены в медицинских магазинах.
1.2.1 Высокогорье и иные гипоксические воздействия
Известно, что гипоксия стимулирует эритропоэз, увеличивая, таким образом, массу Hb и количество красных кровяных телец и снижая общую величину плазмы крови. Начиная с 1968 года, когда Олимпийские игры проводились в Мексике, значительное количество исследований было проведено с целью определения воздействия нахождения в высокогорье на эффективность результатов, связанных с аэробной производительностью. Однако к настоящему времени все еще нет единого мнения по методологии подготовки с использованием высокогорья.
Levine et al в 1969 году представили концепцию, которая получила название «жить наверху - тренироваться внизу», выражающуюся в том, что спортсмены постоянно находятся на высоте 2000-2700 метров над уровнем моря, а тренируются на высоте 1000 метров или ниже. Считается, что проживание на высоте повышает уровень ЭРО, массу эритроцитов и количество гемоглобина. Это повышает возможности кроветворения и успешность тренировок и соревнований на уровне моря за счет повышения уровня максимального потребления кислорода (VO2max).
В последние годы спортсмены используют несколько различных способов, понижения гипоксии, которые соответствуют принципу «жить наверху - тренироваться внизу». Такие методы можно классифицмровать следующим образом: (1)нормобарическая гипоксия с использованием понижения парциального давления кислорода (достигается добавлением азота в изолированном помещении), (2) различные кислородные добавки, (3) сон в гипоксических условиях, (4) задержка дыхания.
Использование «высотных помещений» впервые было применено в Финляндии в 1990 годах, а затем распространилось по всему миру. Такие помещения позволяют создать условия аналогичные нахождению на высоте 2000 - 3000 метров над уровнем моря и следовать, таким образом, принципу «жить наверху - тренироваться внизу». Различные исследования полагают, что этот метод способствует повышению количества и массы эритроцитов, однако не все исследователи подтверждают такой факт. В некоторых наблюдениях отмечается, что при использовании такого метода повышаются также анаэробные возможности атлетов.
Использование кислородных добавок в условиях гипоксии в настоящее время недостаточно изучено и требует дополнительных исследований.
Спортсмены, занимающиеся видами спорта, связанными с проявлением выносливости, в последнее время используют различные приспособления, обеспечивающие гипоксию в условиях сна. Обычно они выглядят как специальные палатки и производят условия, соответствующие высоте до 4000 метров над уровнем моря. К настоящему времени нет опубликованных работ по эффективности воздействия этого метода на систему кроветворения и аэробную производительность.
Использование различных приемов по задержке дыхания в различные периоды отдыха и тренировочных занятий применяется некоторыми спортсменами, но нет достоверных свидетельств об эффективности данного метода. Некоторые данные косвенно говорят о повышении анаэробной мощности и анаэробной производительности, вопрос этот требует дополнительного исследования.
Считается, что использование различных приспособлений, создающих гипоксические условия, неприменимо по этическим соображениям. Известен факт, что применение таких устройств было запрещено организаторами Олимпийских игр 2000 года в Сиднее. Однако обоснований для такого запрета представлено не было. Олимпийский комитет Норвегии выступил с заявлением, в котором обосновал, что применение таких устройств не является нарушением этического характера.
1.2.2 Применение рекомбинантного эритропоэтина (rHuEPO)
Эритропоэтин (греч.erythros - красный + poietikos - создающий, производящий) - гормон, стимулирующий созревание и дифференцировку эритроцитов. В 1974 году Международной комиссией по биохимической номенклатуре включен в список пептидных гормонов, полученных в чистом виде. В организме содержание ЭРО регулируется гипоксией. Он генерируется в основном почками и около 10% может производиться печенью. Содержание этого гормона в плазме от 2ui/l до 24ui/l, у 95% людей его содержание соответствует 6-10 ui/l. Процесс созревания эритроцитов под воздействием ЭРО занимает от 5 до 9 дней.
Развитие рекомбинатной техники производства ЭРО методом клонирования привел к производству rHuEPO в 1985году. В Европе этот препарат появился в 1987 году, а в США в 1989г. В клинической практике его применяют при анемии, вызываемой почечной недостаточностью, а также при значительных потерях крови после различных операций. Более 500 000 пациентов в мире нуждаются в получении rHuEPO по различным показаниям.
Существуют несколько модификаций rHuEPO, используемых как в практике, так и находящихся в процессе исследований. Определено, что в спортивной практике этот препарат появился в 1988 году на зимних Олимпийских играх в Калгари. Запрещенное использование rHuEPO c целью повышения работоспособности применяется в виде инъекций вводимого препарата при дозах от 200 до 250 ui на килограмм веса атлета, при этом спортсмену дополнительно вводятся препараты железа. Такая практика может продолжаться в течение нескольких недель при 1-2 инъекциях в неделю.
Достаточно трудно объективно определить наличие rHuEPO в организме спортсмена. Хотя спортивная литература подтверждает использование этого препарата атлетами международного уровня, настоящих научных разработок, подтверждающих этот факт пока очень мало. Scarpino et al провели опрос 1015 итальянских спортсменов с целью выявления употребления приема rHuEPO или медицинских манипуляций с кровью. 7% атлетов подтвердили, что они регулярно используют такие методы, а 25% отметили, что они используют их от случая к случаю. Однако международный антидопинговый контроль считает, что лишь 3-6% спортсменов международного уровня применяют такие методы в своей практике.
Существует мнение, что применение «кровяного допинга» с использованием rHuEPO привело к смерти голландского велосипедиста в 1990 году. В то время использование этого препарата было совершенно бесконтрольным и достигало запредельных величин, которые вызывали дегидратацию и вели к образованию тромбозов. В настоящее время использование rHuEPO более обосновано, но все же связано с определенным риском.
Повышенная вязкость крови (Hct > 52% и 55% для женщин и мужчин соответственно) вызывается применением rHuEPO, что может вести к образованию тромбозов у некоторых атлетов. Возможно, наличие таких тромбозов может быть причиной определенных заболеваний и даже смерти. Дополнительное наличие введенного препарата может вызывать повышение систолического давления при физических нагрузках, а также возможного появления дополнительных антител и некоторых иных нежелательных реакций.
Международный Олимпийский Комитет (МОК) официально запретил в 1989 году использование rHuEPO, введя новый класс пептидных гормонов и их аналогов. С тех пор используются специальные косвенные методы определения введенных препаратов в крови спортсмена, а также методы прямого обнаружения собственного эритропотеина и введенного рекомбинантного. В практике антидопинг-контроля используются методы анализа крови и мочи спортсменов, при этом в условиях внесоревновательного и предсоревновательго контроля применяются оба метода. На соревнованиях используются метод тестирования мочи, как это было на Чемпионате мира по легкой атлетике в Париже, однако при совершенствовании этого метода он будет введен в практику всего тестирования.
1.2.3 Другие эритропоэтины, ЭРО пептиды и ЭРО заменители
Использование rHuEPO с внутривенными и подкожными инъекциями достаточно болезненный процесс, поэтому в настоящее время в процессе разработки различные новые методы введения этого препарата. В стадии разработки находится метод таблетированного приема препарата. Другим направлением является введение rHuEPO методом генной инженерии. Такие опыты в настоящее время проводятся на грызунах и обезьянах. Пациенты смогут использовать эти методы лишь при обеспечении полных гарантий безопасности. Использование заменителей EPO в медицине необходимо и представляется перспективным, однако в спорте при проведении контроля их определение будет возможным, т.к они не являются естественным продуктом жизнедеятельности человека.
2 Иные способы доставки кислорода
2.1 Носители кислорода на основе гемоглобина (HBOCs)
Интенсивные поиски по улучшению возможностей доставки кислорода к работающим мышцам проводятся многочисленными группами исследователей. Экстракты гемоглобина из различных субстанций известны в настоящее время. Вполне возможно применение таких препаратов в практике спорта, поэтому они запрещены. В организме такие препараты могут находиться ограниченное время (12-24 часа) и не проявляются в моче. Предполагается, что на Олимпийских играх 2004 года в Афинах при проведении анализа крови будет также определяться наличие HBOCs.
2.2 Заменители крови
Заменители крови разрабатывались в период 2-ой мировой войны и начали использоваться в медицине с 1966 года. Они представляют собой синтетические жидкости, способные растворять кислород. Однако емкость их недостаточна и для наиболее эффективного их применения необходимо дополнительно вдыхать кислород. Продукты кровезаменителей не выводятся из организма посредством мочи и определение их применения возможно лишь при исследовании выдыхаемого воздуха и анализа крови. В списках Анти-допинговых препаратов этот метод также определяется как запрещенный.
Заключение
В настоящее время используются и находятся в стадии разработки значительное количество способов увеличения возможности доставки кислорода к мышцам человека и способных, таким образом, улучшить результативность в спортивной деятельности. В медицинской практике они достаточно широко применимы, но по этическим соображениям запрещены в спорте. К сожалению, некоторые спортсмены, возможно под воздействием тренеров, физиологов и медицинских работников, избирают неверный путь, который может привести к неизвестным последствиям использования запрещенных препаратов и методов.
(Перевод Эдвина Озолина)
Подготовил: Сергей Коваль
Часто нам врачи говорят, что надо повысить кислород в крови. Давайте разберемся более конкретно, что же это все-таки значит. Чистый кислород в крови не содержится, газ располагается в форменных элементах крови – эритроцитах. Это так же называется гемоглобином крови. Он отвечает за перенос кислорода в ткани организма и углекислого газа от них к легким для нового обмена газами. Как известно, 1 г гемоглобина может связать 1,35 мл кислорода.
Необходима кислородотерапия!
В экстремальных случаях используют кислородную подушку, употребление чистого увлажненного кислорода значительно повышает его уровень в крови. Но это экстренные меры, есть более мягкие способы это сделать. Неплохо помогают кислородные коктейли. Их можно приобрести в амбулатории либо в специализированных аптеках. Сам коктейль представляет собой белковую смесь, в которой при помощи распылителя вводят кислород в виде мелких пузырьков. Кстати, эти коктейли производят с различными вкусами, что делает их употребление очень даже приятным.
Хорошо помогает специальная диета. Прием железосодержащих продуктов поднимает содержание кислорода в крови. К ним относятся яблоки (содержат действительно много полезного железа), персики, петрушка, салат, укроп, соевые, бобовые, черные хлебные сухари, овсяная каша, желток и, конечно же, рыба. Регулярное и обильное употребление воды. Продукты с обильным содержанием витамина С: кислые фрукты и овощи. Они необходимы для лучшего усвоения железа, а оно в свою очередь является составной частью комплекса гемоглобина. То есть помогают повысить кислород в крови. Отлично в этом помогают отвар цветов гречихи и корни, стебли и листья одуванчика.. Их заваривают как чай, делают настои, или пьют их сок.
Один стакан шиповника в виде отвара + сок одного лимона + одна чайная ложечка меда древний и действительно действенный рецепт для поднятия иммунитета. Выпивайте один стакан этой чудодейственной смеси в день и вас перестанут беспокоить проблемы с пониженным кислородом.
Еще один способ употреблять на завтрак пророщенную пшеницу с сухофруктами – курага, чернослив, изюм. Можно также добавить мед и орешки (грецкие, лесные и арахис).
Овощные салаты, обильно сдобренные такими составляющими, как крапивой, листьями одуванчиков, болгарским сладким красным перцам, тыквой, яблоком, свеклой, капустой, петрушкой, укропом, морковью и зеленым лучком.
