Ученые Института физиологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН разрабатывают методы, позволяющие объективно оценивать функциональные резервы организма, то есть его способность выдерживать экстремальные нагрузки, дефицит кислорода и стрессовые условия. Эти разработки уже находят применение в спортивной физиологии и в медицинской и профессиональной диагностике.
По словам старшего научного сотрудника отдела экологической и медицинской физиологии ИФ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН кандидата биологических наук Игоря Гарнова, в последние годы в институте используется комплексный функциональный тест, разработанный членом-корреспондентом РАН А.Л. Максимовым. Он позволяет оценить устойчивость организма к возможному воздействию экстремальных факторов окружающей среды в процессе дыхания человека в замкнутом пространстве при нарастающем недостатке кислорода, избытке углекислого газа и локальном холодовом воздействии.
Именно такое сочетание факторов имитирует ситуацию, в которой оказывается организм во время адаптации в высокогорье на севере и при интенсивной физической нагрузке, когда работающие мышцы потребляют много кислорода, а продукты обмена, прежде всего углекислый газ, накапливаются быстрее, чем выводятся.
Перед началом испытания у добровольца измеряют артериальное давление, частоту пульса, насыщение крови кислородом, а также параметры газообмена — сколько кислорода он потребляет и сколько углекислого газа выделяет. С помощью тепловизора фиксируют температуру кисти руки, которая во время теста не будет погружена в холодную воду: она служит индикатором периферического кровообращения.
Само исследование представляет собой следующий алгоритм. Испытуемый делает три выдоха в пластиковый мешок Дугласа — герметичную емкость объемом около 20 литров. После этого нос зажимают, и в течение трех минут человек дышит только воздухом из этого мешка, а его кисть погружают в воду с температурой в диапазоне от +4 до +5 °C.
Таким образом, организм одновременно сталкивается с тремя стрессовыми факторами: охлаждением, снижением концентрации кислорода и накоплением углекислого газа. Это запускает сложную перестройку регуляторных систем.
После завершения теста газовый состав воздуха в мешке анализируют с помощью газоанализатора, а физиологические параметры измеряют повторно. На основе этих данных рассчитывается индекс гипоксической и гиперкапнической устойчивости — интегральный показатель того, насколько эффективно организм справляется с подобной нагрузкой.
Во время теста хорошо видно, как организм перераспределяет кровоток, чтобы защитить жизненно важные органы — мозг, сердце, легкие, печень. При этом в зависимости от врожденной и приобретенной устойчивости человека к гипоксии и гиперкапнии происходит сужение периферических сосудов, что наиболее ярко проявляется в изменении температуры кожи и кровотока в концевых капиллярах ногтевого ложа пальцев рук. Чем выше физиологические резервы организма, тем в меньшей степени отклоняются функциональные показатели изучаемых физиологических систем от исходного уровня и в большей степени проявляется устойчивость организма к неблагоприятным условиям природной и техногенной среды.
С физиологической точки зрения устойчивость к гипоксии и гиперкапнии — один из ключевых факторов работоспособности. Во время высокоинтенсивных нагрузок, характерных для спорта, дефицит кислорода возникает на разных функциональных уровнях. Если регуляторные системы не справляются, наступает быстрое утомление, падает работоспособность, возрастает риск срыва адаптации.
Эти свойства частично заданы генетически, но могут в некоторой степени поддаваться изменению. Как подчеркивает Игорь Гарнов, именно поэтому такие тесты особенно важны для спортсменов: они позволяют понять, какие резервы уже задействованы, а какие еще можно развивать.
Ранее в институте оценка устойчивости организма к недостатку кислорода проводилась только с использованием нормобарических гипоксических смесей различной концентрации. В 2025 году была апробирована технология, при которой испытуемый дышит воздушной смесью с постепенно растущим содержанием углекислого газа и снижением содержания кислорода. При этом состав смеси формируется не исследователем, а самим организмом в ходе теста. Это принципиально важно, поскольку накопление углекислого газа — не менее сильный фактор утомления и стресса, чем нехватка кислорода.
Новый индекс позволяет более точно оценивать адаптационный потенциал человека и его способность работать в условиях ограниченного газообмена. В спортивной практике это может использоваться для уточнения специализации, например, различий между спринтерским и стайерским типом спортсмена, а также для индивидуальной настройки тренировочных нагрузок.
С точки зрения прикладной физиологии такой показатель может быть полезен и в других областях — там, где от человека требуется высокая устойчивость к гипоксии, гиперкапнии и охлаждению. Однако для ученых важнее другое: разработка объективного высокоинформативного комплексного маркера, позволяющего не только качественно и количественно характеризовать текущее состояние организма, но и прогнозировать динамику его изменения во времени в зависимости от изменяющихся условий жизнедеятельности и тем самым получить некий инструмент, благодаря которому можно как бы «заглянуть внутрь» адаптационных возможностей организма.
Фактически речь идет о новом типе функциональной диагностики — не по статическим показателям, а по реакции целостной системы на управляемый физиологический стресс. Именно такой подход сегодня становится ключевым в современной физиологии экстремальных состояний, включая спорт высших достижений и функциональную реабилитацию.
В. МЕЛЬНИКОВ
На фото: с. 3 — аспирант А.Б. Байрхаев выполняет термограмму;
внизу — И.О. Гарнов измеряет артериальное давление у спортсменки, выполняющей велоэргометрический тест для определения максимального потребления кислорода.