Фактор веса («а»)

Продолжение табл.

Продолжение

Фактор возраста и роста («Б»)

Продолжение табл.

Максимальная вентиляция легких (МВЛ) — это предельно возможное количество воздуха, которое может быть провентилировано через легкие в единицу времени. Обычно форсированное дыхание проводится в течение 15 с и умножается на 4. Это и будет величина МВЛ. Большие колебания МВЛ снижают диагностическую ценность определения абсолютного значения этих величин. Поэтому полученную величину МВЛ приводят к должной. Для определения должной МВЛ пользуются формулой: должная' МВЛ = 1/2 ЖЕЛ х 35; или определяют с использованием основного обмена по таблице А. Теличинаса (1968); или по номограмме (рис. 49).

Рис. 49. Номограмма для оценки максимальной минутной вентиляции легких (MMV).

Соединяя прямой линией (1) соответствующие пункты на шкалах

«Масса» и «Рост», находят точку пересечения со шкалой «Поверхность

тела». Затем эту точку соединяют прямой (2) с соответствующим

пунктом на шкале «Возраст» и на месте пересечения этой линии

со шкалой MMV находят должную величину максимальной вентиляции

(Amrein et al„ 1969)

Снижение МВЛ происходит вследствие уменьшения объема вентилируемой легочной ткани и снижения бронхиальной проходимости, гиподинамии. У мужчин в возрасте 20—30 лет МВЛ колеблется от 100 л/мин до 180 л/мин (в среднем 140 л/мин), у женщин — от 70 л/мин до 120 л/мин. У высокорослых спортсменов с хорошо развитой мускулатурой МВЛ достигает 350 л/мин, спортсменок — 250 л/мин (W. Hollmann, 1972).

Таким образом, МВЛ наиболее точно и полно характеризует функцию внешнего дыхания в сравнении с другими спирогра-фическими показателями.

Для оценки бронхиальной проходимости используют тест ФЖЕЛ (форсированная жизненная емкость легких). Обследуемому предлагают максимально глубоко вдохнуть и быстро выдохнуть. ФЖЕЛ у здоровых лиц ниже ЖЕЛ на 200—300 мл. Тиффно предложил измерять ФЖЕЛ за первую секунду. В норме ФЖЕЛ за секунду составляет не менее 70% ЖЕЛ.

Пневмотахометрия проводится пневмотахометром Б.Е. Вотчала. Методом пневмотахометрии определяют скорость воздушной струи при максимально быстром вдохе и выдохе. У здоровых лиц этот показатель колеблется у мужчин от 5 л/сек до 8 л/сек, у женщин — от 4 л/сек до 6 л/сек. Отмечена зависимость пневмо-тахометрического показателя от ЖЕЛ и возраста. Обнаружено, что, чем больше ЖЕЛ, тем выше максимальная скорость выдоха. Пневмотахометрический показатель зависит от бронхиальной проходимости, силы дыхательной мускулатуры спортсмена, его возраста, пола и функционального состояния.

Величину максимальной скорости выдоха сравнивают с должными величинами, рассчитанными по формуле: должная величина выдоха = ЖЕЛ  1,2. Разница фактической и должной величину здоровых людей не должна превышать 15% должного уровня. У здоровых лиц показатель выдоха больше показателя вдоха. С повышением тренированности отмечается преобладание максимальной скорости вдоха над выдохом. Увеличение скорости вдоха у спортсменов объясняется повышением резервных возможностей легких.

Объем воздуха, остающегося в легких после максимального выдоха (ОО), наиболее полно и точно характеризует газообмен в легких.

Одним из основных показателей внешнего дыхания является газообмен углекислоты и кислорода в альвеолярном воздухе, то есть поглощение кислорода и выведение углекислоты. Газообмен характеризует внешнее дыхание на этапе «альвеолярный воздух — кровь легочных капилляров». Он исследуется методом газовой хроматографии.

Функциональная проба Розенталя позволяет судить о функциональных возможностях дыхательной мускулатуры. Проба проводится на спирометре, где у обследуемого 4—5 раз подряд с интервалом в 10—15 с определяют ЖЕЛ. В норме получают одинаковые показатели. Снижение ЖЕЛ на протяжении исследования указывает на утомляемость дыхательных мышц.

Пневмотонометрический показатель (ПТП, мм рт. ст.) дает возможность оценить силу дыхательной мускулатуры, которая является основой процесса вентиляции. ПТП снижается при гиподинамии, при длительных перерывах в тренировках, при переутомлении и др. Исследование проводится пневмотонометром В.И. Дубровского и И.И. Дерябина (1972). Исследуемый производит выдох (или вдох) в мундштук аппарата. В норме у здоровых лиц ПТП в среднем составляет у мужчин на выдохе (328±17,4) мм рт. ст., на вдохе — (227±4,1) мм рт. ст., у женщин, соответственно, — (246±1,8) мм рт. ст. и (200±7,0) мм рт. ст. При заболеваниях легких, гиподинамии, переутомлении эти показатели снижаются.

При физических нагрузках, особенно в циклических видах спорта (лыжные гонки, марафонский бег, гребля академическая и др.) дыхательная мускулатура является лимитирующим фактором.

На рис. 50 показана функция легких в состояниях покоя и мышечной нагрузки. Общая емкость легких во время нагрузки может несколько уменьшаться из-за увеличения внутриторакаль-ного объема крови. В состоянии покоя дыхательный объем (ДО) составляет 10—15 ЖЕЛ (450—600 мл), при физической нагрузке может достигать 50% ЖЕЛ. Таким образом, у людей с большой ЖЕЛ дыхательный объем в условиях интенсивной физической работы может составлять 3—4 л. Как видно на рис. 50, ДО увеличивается главным образом за счет резервного объема вдоха. Резервный объем выдоха даже при тяжелой физической нагрузке изменяется незначительно. Поскольку во время физической работы остаточный объем увеличивается, а функциональная остаточная емкость практически не изменяется, ЖЕЛ несколько уменьшается.

Рис. 50. Функция легких в состоянии покоя (А) и при максимальной физической нагрузке (Б). Частота дыхания (/д) 10—15 и 40—50 мин"¹ соответственно. 1 — дыхательный объем; 2 — резервный объем выдоха; 3 — резервный объем вдоха; 4 — остаточный объем; 5 — внутриторакаль-ный объем крови. МГВд — максимально глубокий вдох; НВд — нормальный вдох; НВы — нормальный выдох; МГВы — максимально глубокий выдох; а — .жизненная емкость легких; б — функциональный остаточный объем, в — общий объем легких (Margaria, P. Ceretelli, 1968)

Пробы Штанге и Генчи дают некоторое представление о способности организма противостоять недостатку кислорода.

Проба Штанге. Измеряется максимальное время задержки дыхания после глубокого вдоха. При этом рот должен быть закрыт и нос зажат пальцами. Здоровые люди задерживают дыхание в среднем на 40—50 с; спортсмены высокой квалификации — до 5 мин, а спортсменки — от 1,5 мин до 2,5 мин.

С улучшением физической подготовленности в результате адаптации к двигательной гипоксии время задержки нарастает. Следовательно, увеличение этого показателя при повторном обследовании расценивается (с учетом других показателей) как улучшение подготовленности (тренированности) спортсмена.

Проба Генчи. После неглубокого вдоха сделать выдох и задержать дыхание. У здоровых людей время задержки дыхания составляет 25—30 с. Спортсмены способны задержать дыхание на 60—90 с. При хроническом утомлении время задержки дыхания резко уменьшается.

Значение проб Штанге и Генчи увеличивается, если вести наблюдение постоянно, в динамике.

Исследование диффузной способности легких. Для оценки второго этапа функции внешнего дыхания — газообмена между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров важно определить количество поглощенного кислорода и выделенной углекислоты.

Как уже было сказано, здоровые люди из каждого литра провентилированного воздуха поглощают примерно 40 мл кислорода (коэффициент использования кислорода).

В атмосферном воздухе содержится 20,93% кислорода, 0,02— 0,03% углекислого газа.

Функция внешнего дыхания изучается с помощью аппаратов закрытого и открытого типа.

Аппараты закрытого типа — спирографы. Испытуемый вдыхает воздух из аппарата и выдыхает его туда же, то есть дыхательные пути и аппарат составляют замкнутую систему. На движущейся бумажной ленте регистрируется кривая записи дыхания — спирограмма. По ней определяют ЧД, МВЛ, МОД, ЖЕЛ, ФЖЕЛ и др.

Открытый способ исследования: испытуемый вдыхает атмосферный воздух и выдыхает его в мешок Дугласа или газовый счетчик, определяющий объем выдыхаемого воздуха. Анализ пробы выдыхаемого воздуха в газоанализаторе (аппарат Холде-на) позволяет определить процент поглощения кислорода и выделения углекислого газа.

Современные приборы позволяют изучать поглощение кислорода и выделение углекислоты не только в покое, но и при физической нагрузке, что дает дополнительную информацию о функции легких. Вентиляция и легочный кровоток, перенос кислорода и углекислого газа, диффузная способность при нагрузке могут возрастать в несколько раз. Для регулируемой нагрузки .используют тредмилл (тредбан), велоэргометр, степ-тест и др.

Транспортировка газов кровью. Величина рН. Вентиляция легких тесно связана с образованием углекислого газа в организме. В условиях интенсивной нагрузки ее рост вызывается анаэробиозом работающих мышц и усиленным раздражением дыхательного центра.

Диффузную способность легких характеризует так называемая диффузная емкость, то есть количество газов, диффундиру-ющих между альвеолами и легочными капиллярами, которое выражается в миллилитрах (мл) в единицу времени на каждую единицу разности парциального давления (мм рт. ст.). В состоянии покоя диффузная емкость по кислороду колеблется в пределах 20—30 мл/мин/мм рт. ст. При физической нагрузке емкость возрастает пропорционально потреблению кислорода. У хорошо тренированных спортсменов с аэробной мощностью в 5 л/мин диффузная емкость легких по кислороду достигает 75 мл/мин/мм рт. ст.

Основное значение для переноса газов кровью имеет гемоглобин (НЬ). В костном мозге взрослого человека за 24 часа, параллельно образованию эритроцитов для 40—50 мл крови, синтезируется в среднем около 6,75 гемоглобина. Общее количество гемоглобина в крови взрослого человека зависит от его концентрации и общего объема крови. В среднем концентрация НЬ у взрослых женщин составляет 139 (115-160) г/л, а у мужчин 158 (140-180) г/л крови. Общее количество крови зависит от размеров тела человека, и в среднем составляет у женщин 59—74,3 мл/кг, а у мужчин — 69,1—77,7 мл/кг. Под воздействием физических упражнений объем крови увеличивается и достигает (у тренированных бегунов на длинные дистанции, например) 88 мл/кг (Т. Sjostrand, 1967). Таким образом, у женщин с концентрацией гемоглобина 145 г/л и объемом крови 4 л общее количество гемоглобина равно 580 г, у стайера (концентрация НЬ 163 г/л, объем крови 5,8 л) — 9454 г. Отмечено, что общее количество НЬ тесно коррелирует с максимумом потребления кислорода (МПК).

Транспортировка кислорода зависит от диффузии этого газа из капиллярной крови в митохондрии клеток ткани (мышц). Скорость тканевой диффузии определяется парциальным давлением кислорода в капиллярной крови и расстоянием между капиллярами (их плотностью).

Скорость перемещения кислорода увеличивается за счет интенсификации кровотока — «резерв кровотока». Содержание кислорода в крови может быть несколько увеличено гипервентиляцией, то есть вдыханием кислорода или гипербарических смесей — «дыхательный резерв».

В условиях физической нагрузки в результате понижения рН и увеличения температуры крови кривая диссоциации окси-гемоглобина смещается вправо. Таким образом сохраняется адекватный градиент кислорода и увеличивается десатурация окси-гемоглобина при данном парциальном давлении кислорода (Mit-chell at al., 1958).

Одновременно в первые 10—15 мин нагрузки субмаксимальной мощности происходит некоторая гемоконцентрация и повышение содержания НЬ. Это обусловлено выходом определенного количества плазмы из сосудистого русла, вызванное увеличением артериального и осмотического давления в мышечной ткани (повышением концентрации метаболитов), а также увеличением площади капиллярной поверхности (открытие дополнительных капилляров).

При физической нагрузке увеличение легочной вентиляции обеспечивает нормальное или повышенное парциальное давление кислорода в альвеолах. Парциальное давление кислорода в артериальной крови меняется мало, а при тяжелой нагрузке может даже несколько уменьшаться. Реакция артериальной крови (рН) зависит от парциального давления углекислого газа и показателя стандартбикарбоната. В нормальных условиях в состоянии покоя рН крови колеблется около 7,4. Парциальное давление углекислого газа (COg) в условиях умеренной нагрузки у здорового человека также изменяется мало. Тяжелая физическая нагрузка может вызвать более выраженные сдвиги этого показателя. При увеличении интенсивности нагрузки в мышцах начинается анаэробиоз с образованием молочной кислоты и снижением рН. Сдвиги этих показателей зависят от физической готовности обследуемого, а также от типа и мощности выполняемой нагрузки.

При тяжелой физической работе рН артериальной крови снижается в связи с выделением молочной кислоты в процессе анаэробного гликолиза. Снижение рН артериальной крови усиливает вентиляцию крови.

При максимальной велоэргометрической нагрузке в венозной крови, оттекающей от работающих мышц, обнаруживаются сдвиги: рН — 6,99; парциальное давление углекислого газа — 78 мм рт. ст., парциальное давление кислорода — 10 мм рт. ст. (W. Hallmann, 1972).

Потребление кислорода и кислородный долг. В состоянии покоя средний расход энергии человека составляет примерно 1,25 ккал/мин, то есть 250 мл кислорода в минуту. Эта величина варьируется в зависимости от размеров тела обследуемого, его пола и условий окружающей среды. При физической нагрузке расход энергии может увеличиваться в 15—20 раз.

При спокойном дыхании взрослые молодые люди затрачивают около 20% общего расхода энергии. Для перемещения воздуха в легкие и из них требуется меньше 5% общего потребления кислорода (P.D. Sturkie, 1981). Работа дыхательной мускулатуры и затрата энергии на дыхание с увеличением вентиляции легких растут в большей степени, чем минутный объем дыхания.

Известно, что работа дыхательных мышц идет на преодоление сопротивления воздушному потоку в дыхательных путях и эластического сопротивления легочной ткани и грудной клетки (см. рис. 46). Наблюдения показывают, что эластичность меняется также в связи с кровенаполнением легких. Тренировка увеличивает число капилляров в легких, не отражаясь заметно на альвеолярной ткани (J. Minarovjech, 1965).

При физических нагрузках вентиляция легких, вентиляционный эквивалент, ЧСС, кислородный пульс, артериальное давление и другие параметры изменяются в прямой зависимости от интенсивности нагрузки или степени ее прироста, возраста спортсмена, его пола и тренированности.

При больших физических нагрузках выполнять работу за счет только аэробных механизмов энергопродукции способны лица с очень хорошим функциональным состоянием.

После завершения нагрузки потребление кислорода постепенно снижается и возвращается к исходному уровню. Количество кислорода, которое в восстановительном периоде потребляется сверх уровня основного обмена, называется кислородным долгом. Кислородный долг погашается четырьмя путями:

1) аэробное устранение анаэробного метаболизма («истинный кислородный долг»);

2) увеличение потребления кислорода мышцей сердца и дыхательной мускулатурой (до восстановления исходной частоты пульса и дыхания);

3) увеличение потребления кислорода тканями в зависимости от временного повышения температуры и содержания в них катехоламинов;

4) пополнение кислородом миоглобина.

Размер кислородного долга по окончании работы зависит от величины усилия и тренированности обследуемого. При максимальной нагрузке длительностью 1—2 мин у нетренированного человека может образоваться кислородный долг в 3—5 л, у спортсмена высокой квалификации — 15 л и более. Максимум кислородного долга является мерой так называемой анаэробной мощности. Кислородный долг характеризует общую емкость анаэробных процессов, то есть суммарное количество работы, совершаемое при максимальном усилии.

Доля анаэробной энергопродукции отражается в концентрации молочной кислоты в крови. Молочная кислота образуется непосредственно в мышцах во время нагрузки, однако необходимо некоторое время, пока она диффундирует в кровь. Поэтому наибольшая концентрация молочной кислоты в крови обычно наблюдается на 3—9 минуте восстановительного периода. Наличие молочной кислоты снижает рН крови. После выполнения тяжелых нагрузок наблюдается снижение рН до 7,0.

У людей 20—40-летнего возраста со средней физической подготовленностью она колеблется в пределах от 11 ммоль/л до 14 ммоль/л. У детей и пожилых людей она обычно ниже. В результате тренировок концентрация молочной кислоты при стандартной (одинаковой) нагрузке повышается меньше. Однако у высокотренированных спортсменов после максимальной (особенно соревновательной) физической нагрузки молочная кислота иногда превышает 20 ммоль/л. В состоянии мышечного покоя концентрация молочной кислоты в артериальной крови колеблется в пределах 0,33—1,1 ммоль/л. У спортсменов в связи с адаптацией кардиореспираторной системы к физическим нагрузкам дефицит кислорода в начале работы меньше.

Порог анаэробного обмена (ПАНО). Для аэробного окисления субстрата до воды и углекислого газа при физической нагрузке необходимы следующие условия: 1) достаточная плотность митохондрий в мышечных волокнах сократительных единиц, которая позволяет удовлетворять требованиям ресинтеза АТФ аэробным путем; 2) промежуточные продукты обмена и ферменты, не лимитирующие скорость метаболических реакций в цикле Кребса при данной нагрузке; 3) достаточная доставка кислорода к цепи транспорта электронов в митохондриях (К. Was-serman, В. Whipp, 1975).

Если аэробная деструкция субстрата лимитируется одним или несколькими из этих факторов, то начинается анаэробный метаболизм, который поддерживает необходимую скорость продукции АТФ. Момент включения механизмов анаэробной энергопродукции при мышечной нагрузке зависит от разных обстоятельств, среди которых главное место занимает физическая подготовленность (тренированность) индивидуума. Так, мощность нагрузки при работе с возрастающей интенсивностью, когда анаэробные процессы начинают улавливаться лабораторными методами, обозначается как порог анаэробного обмена (ПАНО). Она выражается в единицах мощности работы (Вт) или в процентах потребления кислорода от максимума аэробной мощности.

Квалифицированные спортсмены могут выполнять нагрузки выше ПАНО₁ (аэробный порог) без существенного дальнейшего прироста молочной кислоты.

ПАНО₂ (анаэробный порог) обозначается как начало заметного отклонения концентрации молочной кислоты, показателей внешнего дыхания, кислотно-основного состояния (КОС) крови, свидетельствующих о коренной перестройке регуляторных функций и энергообеспечения мышечной деятельности.

Исследования изменений биохимических и газометрических показателей у спортсменов во время ступенеобразно повышающейся нагрузки (PWC₁₇₀, тредбан и др.) выделяют три фазы (табл. 31).

В таблице показаны трехфазный характер изменений концентрации молочной кислоты, доминирующие источники энергии и рекрутированные мышечные волокна в каждой фазе аэробно-анаэробного перехода.

Таблица 31

Гипотетическая модель аэробно-анаэробного перехода

В первой фазе по мере возрастания нагрузки увеличивается утилизация кислорода в работающих мышцах. При интенсивной нагрузке концентрация молочной кислоты начинает незначительно увеличиваться, поэтому первую фазу можно обозначить как аэробную.

Во второй фазе при повышении нагрузки до 40—65% МПК и ЧСС до 150-170 уд/мин потребление кислорода и ЧСС продолжают линейно расти, увеличивается вентиляция легких. Эту фазу можно обозначить как период изокапнического буферирования с достаточно эффективной респираторной компенсацией.

В третьей фазе, при дальнейшем возрастании мощности нагрузки (65—85% МПК), начинается усиленное выделение молочной кислоты, концентрация ее в среднем превышает 4 ммоль/л, что приводит к заметному снижению рН крови и концентрации гидрогенкарбонатных ионов.

Значение границ аэробно-анаэробного перехода зависит от специализации (вида спорта) и тренированности спортсмена.

Исследования показывают, что у нетренированных людей порог аэробного обмена находится на уровне 40—45%, у тренированных людей — 55—60% и у спортсменов экстракласса, тренирующихся в циклических видах спорта (марафонский бег, лыжные гонки и др.), — около 70% максимума потребления кислорода (С.С. Williams et al., 1967). Практически это означает, что спортсмен, имеющий более высокий ПАНОд, может поддерживать на дистанции более высокий темп без значительного накопления в организме продуктов анаэробного обмена (молочная кислота и другие метаболиты).

Максимальное потребление кислорода (МПК) и уровень ПАНО зависят от режима тренировок. Эти два параметра могут изменяться независимо друг от друга и обнаруживают большую индивидуальную вариабельность.

В табл. 32 приведены средние значения параметров ПАНО₁ и ПАНО₂ у нетренированных людей и спортсменов.

Таблица 32

Величины границ аэробно-анаэробного перехода у нетренированных мужчин и спортсменов (по J. Nemoto, M. Miyashita, 1980)

Возможность поддержания дистанционной скорости (например, бегуном-стайером, лыжником-гонщиком и др.), в конечном счете определяющей спортивный результат, зависит не столько от аэробной мощности, сколько от степени изменения кислотно-основного состояния (КОС) в организме спортсмена (табл. 33).

Показатели КОС у бегунов-стайеров в состоянии покоя и во время бега на тредмилле, рН крови и др. находятся в тесной связи с биохимическими процессами. Параметры КОС можно рассматривать как показатели функционального состояния кар-диореспираторной системы и возможностей адаптации организма спортсмена к физическим нагрузкам.

Таблица 33