1.3. Дыхание

Дыханием называется комплекс физиологических процессов, обеспечивающих потребление кислорода и выделение углекислого газа тканями живого организма. Обмен газов между организмом и окружающей средой осуществляется путем взаимодействия системы дыхания, кровообращения и крови. Поступающий в легкие кислород переходит в кровь, который доставляется к тканям, клеткам тела, где происходит сгорание. Когда поступление кислорода недостаточно, клетки организма получают энергию путем расщепления гликогена до молочной кислоты.

Воздух, которым мы дышим, состоит почти из 21 % кислорода и 79 % азота. Содержание углекислого газа незначительно – 0,03 %. Содержание кислорода в воздухе одинаково и в тепле и холоде, и на равнине и горах. Недостаток кислорода, который ощущается на большой высоте, зависит от давления воздуха, который ниже, чем на уровне моря, соответственно снижается давление кислорода во вдыхаемом воздухе и кровь получает меньше кислорода.

Дыхание 100 %-м кислородом не увеличивает его потребление выше нормального, но его можно использовать при попытке оживить утопшего, так как необходимо как можно быстрее дать тканям кислород. Особенно чувствительны к недостатку кислорода нервные клетки. Дыхательная деятельность пострадавшего возобновится быстрее, если к кислороду прибавить 5 % углекислого газа [21].

Дыхательные движения (вдох и выдох) периодически изменяют объем грудной клетки. При вдохе опускается диафрагма, и напрягаются наружные межреберные мышцы. В результате с увеличением размеров грудной полости легкие расширяются, и давление в них становится ниже атмосферного. Между полостью легких и наружным воздухом возникает разность давлений, вследствие чего осуществляется переход воздуха из атмосферы внутрь легких. Во время выдоха объем грудной полости уменьшается, и воздух в легких сжимается, давление в легких становится выше атмосферного, воздух выходит в атмосферу.

Легочные альвеолы образуют очень большую поверхность – 100 квадратных метров (поверхность тела – 2 кв. м.). Стенки легочных альвеол – тонкие мембраны, снабженные богато разветвленной сетью кровеносных сосудов. Величина легочного кровотока значительна. Вся масса крови, которую перекачивает правый желудочек сердца, проходит через легочные капилляры. Это способствует эффективному транспорту кислорода от легких к рабочим органам и транспорту углекислого газа, который образовывается в результате сгорания питательных веществ обратным путем.

Обмен воздуха между окружающей средой и легкими называется внешним дыханием. В состоянии покоя в легкие при каждом вдохе поступает примерно 350–800 мл воздуха. Во время выдоха такое же количество воздуха выходит наружу. Этот объем воздуха, используемый при спокойном дыхании, называется дыхательным объемом. Резервный объем вдоха составляет воздух, который можно дополнительно вдохнуть после обычного вдоха. Дыхательный и резервный объемы вдоха и выдоха составляют в сумме жизненную емкость легких (ЖЕЛ). Измерить ЖЕЛ можно с помощью специального прибора – спирометра. Величина ЖЕЛ зависит от размеров тела и степени развития дыхательных мышц, функциональное состояние которых различно у людей разного пола и разного возраста. У мужчин она колеблется в пределах 3200–7200 мл, у женщин – 2500–5000 мл. У детей ЖЕЛ невелика. Дыхание чувствительно к углекислому газу, но в то же время менее чувствительно к недостатку кислорода.

При занятиях некоторыми видами спорта мы не задумываемся как дышать. Сейчас при изучении многих болезней выяснилось, что одни люди вдыхают слишком много кислорода и у них образуется недостаточный процент углекислого газа, другие дышат недостаточно интенсивно и у них из-за слабой работы альвеол наблюдаются болезни кислородного голодания, такие как бронхиальная астма, гипертония. Для избежание этих негативных явлений необходимо знать о здоровом дыхании при беге.

Существуют три вида дыхания при беге:

1. вдох и выдох носом при плотно сжатых губах;

2. вдох носом, выдох ртом;

3. вдох ртом и выдох ртом.

Преимущество первого вида дыхания в согретом и увлажненном воздухе, проходящем по слизистой оболочке, что предохраняет верхние дыхательные пути от охлаждения и высыхания. Недостаток – сопротивление движения воздуха через нос больше, чем через рот.

Во втором виде дыхания то же преимущество вдоха носом, что и в первом. Но важно то, что выдох ртом обеспечивает быструю очистку легких от газов.

Третий вид характеризует быстрый свободный вдох и выдох.

Второй вид дыхания считается наиболее здоровым для организма.

Приступая к процедуре бега, рекомендуется начинать дышать так: один вдох на два шага, и один выдох на два шага. При появлении «второго дыхания» – четыре шага на вдох и четыре шага на выдох.

При нормальном беге объем легких целиком не используется. Поэтому в нижней поверхности легких постепенно скапливается углекислый газ. Для избавления от него во время бега нужно делать «промывку» путем интенсивного предельно глубокого выдоха. В зависимости от интенсивности бега и уровня подготовленности такую «промывку» делают индивидуально: от 50 до 100 шагов.

Дыхание регулируется дыхательным центром мозга. На этот центр влияет прежде всего давление углекислого газа, находящегося в артериальной крови. Если задержать дыхание, то давление углекислого газа в крови поднимается, что приводит к удушению. При усиленном дыхании выделяется избыток углекислого газа, после чего дыхание становится нормальным. Недостаток кислорода в меньшей степени влияет на дыхательный центр, чем углекислый газ, поэтому требуется относительно большое понижение кислорода в крови, чтобы стимулировать дыхательный центр.

Если недостаток кислорода в крови приводит к учащению дыхания, то избыток углекислого газа вызывает его углубление. При физической работе эти два фактора действуют одновременно, вследствие чего происходит и учащение, и углубление дыхания.

В покое легкие вентилируют около 5 литров воздуха в минуту. При работе легочная вентиляция повышается почти мгновенно, но требуется несколько минут приспособления дыхания к требованиям работы, пока не наступит «второе дыхание». С увеличением интенсивности работы повышается легочная вентиляция. Во время ходьбы она составляет 10–20 литров в минуту, при тяжелой работе – 40–50 л/мин, а при спортивной тренировке максимальной мощности – 100–200 л/мин.

Итак, потребление кислорода увеличивается с возрастанием нагрузки. Однако для каждого человека существует предел его потребления, выше которого оно увеличиться не может. Наибольшее количество кислорода, которое может быть поглощено из выдыхаемого воздуха, транспортированного в работающие мышцы, и использовано в окислительных процессах называется максимальным потреблением кислорода (МПК). Максимальное потребление кислорода является показателем аэробной производительности организма. Аэробная производительность – способность человека совершать очень тяжелую работу, обеспечивая свои энергетические затраты за счет кислорода, поглощаемого непосредственно во время работы.

Без высокой аэробной производительности нельзя достигнуть высоких результатов при специализации на длинных дистанциях. Спортсмен, имеющий низкую аэробную производительность, не способен развить высокую скорость на дистанции. Например, наблюдения показали, что лыжники-гонщики, у которых МПК составляет 80 мл, при передвижении по равнине в одинаковых условиях скольжения выигрывает в каждую секунду по одному метру у спортсменов, МПК которых не превышает 65 мл. Это означает, что при беге на дистанции 10 км выигрыш при прочих равных условиях составит около 8 мин. [6]. Более подробно вопрос о МПК будет рассмотрен в последующем. Кроме аэробной производительности существует и анаэробная. Анаэробной производительностью называют способность человека работать в условиях недостатка кислорода за счет анаэробных источников энергии. Анаэробную производительность можно измерить, определяя величину кислородного долга, т. е. то количество кислорода, которое требуется для окисления продуктов обмена, образовавшегося при физической работе. Кислородный долг представляет собой разницу между кислородным запросом и тем количеством кислорода, которое потребляется во время работы. Кислородный долг возникает во время работы и ликвидируется в восстановительном периоде после нее. В зависимости от длительности и интенсивности работы на его ликвидацию требуется от нескольких минут до полутора часов [14]. Максимальный кислородный долг у людей, не занимающихся спортом, не превышает 4–7 литров. У спортсменов высокого класса он может достигать 20–22 литра.

Различают две части кислородного долга: алактатную, идущую на восстановление креатин-фосфата, и лактатную (большую часть кислородного долга). Эта часть идет на ликвидацию, накопившейся в крови при работе, молочной кислоты. Молочная кислота в восстановительном периоде после работы частично используется для образования гликогена в печени и мышцах, и частично окисляется.

Высокая анаэробная производительность должна быть у спортсменов, работа которых лежит в пределах субмаксимальной мощности, например, у бегунов на средние дистанции. С увеличением длины дистанции роль анаэробной производительности для достижения высокого результата снижается.

Как уже говорилось, лактатная часть кислородного долга идет на ликвидацию молочной кислоты, содержание которой может доходить до 300 мг в 100 мл в крови (в покое 10–15 мг). Для продолжения работы при наличии в крови такого количества молочной кислоты организм должен иметь мощные буферные системы. И даже они не всегда могут полностью нейтрализовать кислые продукты обмена веществ, поступающие в кровь. Тогда возникает сдвиг рН крови в кислую сторону. Для выполнения работы большой мощности в этих условиях ткани организма должны быть приспособлены к работе при недостатке кислорода и низком уровне рН. Такое приспособление тканей является одним из главных факторов высокой анаэробной производительности. Для увеличения анаэробной производительности также большое значение имеет количество в тканях веществ, обладающих запасами энергии, которые при расщеплении отдают свою энергию другим веществам, непосредственно участвующим в мышечном сокращении.

Контрольные вопросы

1. Как происходит механизм дыхания?

2. Из чего состоит ЖЕЛ и от чего она зависит?

3. Какие существуют виды дыхания, и какой из них считается наиболее здоровым?

4. Что такое «промывка» лёгких?

5. Дайте характеристику МПК.

6. Какие существуют различия между аэробной и анаэробной производительностью?

7. От чего зависит кислородный долг?

8. Как расходуются лактатные и алактатные части кислородного долга?