Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Адаптація до фізичних навантажень системи зовнішнього дихання.

Дихання – це комплекс фізіологічних процесів, які забезпечують споживання кисню тканинами організму й виведення вуглекислого газу. Зовнішнє дихання слугує першою ланкою кисневотранспортної системи. Воно забезпечує організм киснем із навколишнього повітря за рахунок легеневої вентиляції і дифузії О₂ через легеневу (альвеолярно-капілярну) мембрану в кров.

Максимальний об'єм повітря, яке можна видихнути після максимально глибокого вдиху називають життєвою ємністю легень (ЖЄЛ). У спортсменів, які тренуються на витривалість, легеневі обсяги і ємності (за винятком дихального обсягу) у спокої в середньому на 20% більші, ніж у нетренованих.

Середня величина ЖЄЛ у чоловіків становить 3,5-4,5 л, у жінок – на 25 % менше. Спортсмени можуть мати величину ЖЄЛ до 7-9 л (плавці, гребці), що пов'язано з підвищеними вимогами до функції дихальної системи у спортсменів, особливо під час занять циклічними видами спорту. Переконливо показано, що величина життєвої ємності легень значною мірою залежить від спрямованості тренування. Збільшення цього показника тісно пов'язане з розвитком загальної витривалості.

Система зовнішнього дихання здебільшого лімітує працездатність організму під час інтенсивних навантажень. У спортсменів, як і в нетренованих людей, під час максимальної аеробної роботи дихальний обсяг (глибина дихання) досягає 50-55% ЖЄЛ. Тому велика легенева вентиляція неможлива у спортсменів із маленькою ЖЄЛ. Для швидкості поглинання О₂ 4 л∙хв^-1 і більше ЖЄЛ має бути не менш 4,5 л. Легенева вентиляція може зростати і за рахунок прискорення, і за рахунок посилення дихальних рухів. При цьому чим більша ЖЄЛ, тим при інших однакових умовах дихальні рухи можуть бути глибшими, і збільшення вентиляції легень за рахунок глибини дихання виявляється економнішим, ніж під час частішого дихання. Повітря, яке залишається при кожному вдихові в так званому мертвому просторі, може становити відносно меншу частину всього повітря, що вентилюється. У результаті ефективна альвеолярна вентиляція, тобто кількість повітря, яке безпосередньо бере участь у газообміні, стає дещо більшою. Отже, життєва ємність легень деякою мірою лімітує ощадливість дихання під час м'язових навантажень.

Установлено, що в юнаків і підлітків, які займаються спортом, з віком збільшуються обсяг легень та максимальна вентиляція у порівнянні з однолітками, які не займаються спортом. За рік занять спортом життєва ємність легень збільшується на 500-600 л, максимальна вентиляція легень – на 15-17 л∙хв^-1 чого не відзначалось у юнаків, що спортом не займались. Глибина дихання при цьому зростає. У тих, хто не займається спортом, максимальна вентиляція легень становить 77-82 % від належної, у той час, як у тих, хто займається спортом, вона вища на 25 % (Р. Є. Мотилянська, 1969).

Ці дані дають можливість зробити висновок про деякий взаємозв'язок між рівнем фізичної підготовки і функцією зовнішнього дихання в осіб, які займаються спортом. На це також вказують і інші автори (Л. Я. Євгеньєва, 1974; В. В. Михайлов, 1983), відзначаючи поряд з удосконаленням функцій зовнішнього дихання морфологічну перебудову дихальної системи. Переконливо показано, що величина життєвої ємності легень значною мірою залежить від спрямованості тренування. Збільшення цього показника тісно пов'язане з розвитком загальної витривалості (В. В. Михайлов, 1983).

Суттєво важливими є факти збільшення життєвої ємності легень при фізичній діяльності за рахунок залишкового обсягу, який у спортсменів у процентному відношенні менший, ніж у нетренованих людей (К. М. Смирнов зі співавт., 1971).

Механізми реакції зовнішнього дихання на фізичне навантаження досить складні, але сама м'язова робота служить у процесі еволюції стимулом до формування механізмів регуляції та адаптації дихання (М. Є. Маршак, 1973). Стимуляція зовнішнього дихання зумовлена зростанням кисневого запасу організму, який під час м'язової роботи може в десятки разів (до 30 і більше) перевищувати кисневий запит організму в ста­ні спокою.

Встановлено, що максимальні і резервні можливості апарату зовнішнього дихання значно збільшуються в 13-15 років. З віком у дітей помітно зростає ощадливість та ефективність дихального апарату в процесі виконання фізичних навантажень (Є. Б. Пальнау, 1981).

При одній і тій же робочій легеневій вентиляції частота дихання в спортсменів менша, ніж у нетренованих людей. Отже, ріст легеневої вентиляції у спортсменів забезпечується за рахунок збільшення дихального обсягу (глибини дихання) більшою мірою, ніж за рахунок частоти дихання. Цьому сприяють: 1) збільшені легеневі обсяги; 2) велика сила й витривалість дихальних м'язів; 3) підвищена розтяжність грудної клітки й легень; 4) зниження опору потоку повітря в повітроносних шляхах. Відомо, що при збільшенні дихального обсягу відносно зменшується обсяг «мертвого» простору, значну її частину складає в цьому випадку альвеолярна вентиляція. Легені дорослої людини містять 600-700 млн альвеол. У спортсменів число альвеол й альвеолярних ходів у зв'язку з підвищеною функцією легень збільшене на 15-20 % порівняно з людьми, які не займаються спортом.

Потужність дихальних м'язів, а також бронхіальну провідність оцінюють за максимальною об'ємною швидкістю повітряного потоку на вдихові (МОШвд) і видихові (МОШвид) при форсованому «ривком» диханні. Середні показники МОШвд у чоловіків – у межах 4,7-7,0 л∙с^-1, у жінок 3,5-5,0 л∙с^-1; а середні величини МОШвид для чоловіків становлять 4,3-6,4 л∙с^-1 і 3,3-4,2 л∙с^-1 для жінок. У спортсменів, особливо тих видів спорту, які розвивають витривалість, ці показники вищі, ніж у нетренованих людей. У добре тренованих спортсменів об'ємна швидкість повітряного потоку при вдихові вища (особливо у плавців), ніж при видихові, й може досягати 10 л∙с^-1 і більше.

Силу дихальних м'язів характеризує максимальний тиск видиху і вдиху (МТВ). У дітей сила й витривалість дихальний м'язів зростає з віком. У дівчат це збільшення спостерігається до 13-14 років, а у хлопчиків – до 17 років, причому сила й витривалість дихальних м'язів закономірно більша в юних спортсменів порівняно з нетренованими ровесниками. Ці показники значно нижчі в дівчаток порівняно з хлопчиками, особливо яскраво після періоду статевого дозрівання.

Дифузійна здатність легень (ДЗЛ) – швидкість дифузії через альвеолярно-капілярну мембрану. Дифузійна здатність легень характеризує проникність легеневої мембрани для газів. ДЗЛ збільшується з віком пропорційно розмірам легень і розмірам тіла. У дорослих жінок дифузійна властивість легень у середньому менша, ніж у чоловіків. Із віком дифузійна властивість легень знижується, і у старших людей вона може бути у два рази менша, ніж у молодих. Найвищі показники ДЗЛ відзначено у юних майстрів спорту з плавання – 85,0 мл/хв/мм рт. ст. у юнака і 56,6 мл/хв/мм рт. ст. у дівчини (С. Г. Шмакова, 1976).

Інтенсивність процесів дифузії в легенях залежить від площі функціонуючої поверхні альвеолярно-капілярних мембран, обсягу крові легеневих капілярів і кількості гемоглобіну, здатного зв'язувати кисень. Збільшення ДЗЛ під час фізичних навантажень пов'язують також із збільшенням обсягу крові в капілярному руслі легень, збільшенням площі контакту капілярів, а також за рахунок зменшення у процесі систематичних тренувань товщини альвеолярно-капілярної мембрани. Показники дифузійної властивості легень у тренованих спортсменів вищі порівняно з не спортсменами (Н. С. Ширяєва зі співавт., 1971, 1975; Є. В. Кудрявцев, 1973; Щ. Щ. Маркосян, 1974; С. Г. Шмакова, 1972,1974 та ін.).

При систематичному м'язовому тренуванні в організмі виникають спочатку компенсаторні, а потім адаптаційні зміни. Компенсаторні механізми пов'язані з мобілізацією наявних резервних можливостей організму. При тривалих і систематичних тренуваннях, які в більшості випадків супроводжуються дефіцитом кисню, спостерігається збільшення резервних можливостей організму (В. В. Дубілей зі співавт., 1991). Інтенсивність процесів дифузії в легенях залежить від площі функціонуючої поверхні альвеолокапілярних мембран, обсягу крові легеневих капілярів і кількості гемоглобіну, здатного зв'язувати кисень.

У тренованому організмі функція дихання, як і функція серця, характеризується ощадливістю в стані спокою і при помірних стандартних навантаженнях та підвищенням максимального рівня реакції при максимальній роботі. Економність визначається значною мірою тим, що один і той же хвилинний обсяг вентиляції може підтримуватися при меншій частоті дихання, тобто при меншій роботі дихальних м'язів за рахунок обсягу вдиху (К. Н. Cooper, 1983).

Під впливом систематичних тренувань у юних спортсменів у порівнянні з ровесниками-неспортсменами виявляються як у спокої, так і при стандартних навантаженнях відносно менші величини легеневої вентиляції (С. Б. Тихвинський, 1976; А. 3. Колчинська, 1991 та ін.). Це зумовлено значною мірою підвищенням кисневої ємності крові і збільшенням властивості тканин утилізувати кисень з крові, яка їх омиває, що зменшує вимоги організму до системи транспортування кисню.

Цікавим є питання про те, як і за рахунок яких механізмів мобілізовуються резерви дихальної системи при адаптації до фізичних навантажень. Були виділені (С. Н. Кучкін, 1986) три категорії резервів дихальної системи: резерви потужності, мобілізації та ефективності-економності.

Резерви потужності визначають рівень морфо-функціональних характеристик апарату зовнішнього дихання. У ролі показників резервів потужності дихальної системи використовують величини життєвої ємності легень, їх максимальної вентиляції, пневмотахометрії на вдихові і видихові й величину хвилинного об'єму дихання на рівні МСК (максимального поглинання кисню). Всі ці показники розраховують як в абсолютних величинах, так і в нормованих, приведених до 1 кг маси тіла.

Резерви мобілізації відображають властивість організму реалізовувати наявні можливості вентиляторного апарату на рівні МСК. За показник резервів мобілізації взяті відношення величини дихального об'єму до життєвої ємності легень у процентах і величини вентиляції на рівні МПК – до максимальної вентиляції легень у процентах.

Резерви ефективності-економності характеризують ККД вентиляторної функції і відображають таким чином енергетичну ціну вентиляції. Для характеристики цих резервів взяті такі показники, які реєструють на рівні МПК: об'ємний процент поглинання кисню з повітря, що вдихається, вентиляційний еквівалент, коефіцієнт використання кисню, кисневий ефект дихального циклу і цей же показник, віднесений до маси тіла. Резерви ефективності є віддзеркаленням удосконалення регуляторних механізмів, оскільки поліпшення утилізації кисню з повітря в легенях визначається дифузійною можливістю легень, співвідношенням вентиляції і легеневого кровообігу в різних ділянках легень, величиною альвеолярно-венозного градієнта, який залежить від швидкості утилізації кисню в тканинах (Л. Л. Шик, 1973).

Математичний аналіз показав, що в процесі адаптації до фізичних навантажень аеробні можливості вдосконалюються в послідовному «освоєнні» різних категорій резервів дихальної системи: потужності, мобілізаційної властивості та ефективності-економності на рівні середніх величин аеробних можливостей (до 60 мл∙кг^-1∙хв^-1). Домінуюче значення має підвищення потужності дихальної системи. В подальшому роль резервів потужності дихальної системи знижується, хоча вентиляційні можливості легень, особливо підтримка ними високих величин хвилинного об'єму дихання на рівні МСК, ще зростає. Високий рівень аеробних можливостей (до 75 мл∙кг^-1∙хв^-1) характеризується підвищенням резервів мобілізаційної властивості (підвищення відношення величини дихального об'єму до життєвої величини легень до 50 % і відношення величини вентиляції на рівні МПК до максимальної вентиляції легень до 70-75 %)(Н. С. Кучкін, 1986; В. В. Дубілей зі співавт., 1991).

Отже, тренований організм використовує досягнуті раніше резерви потужності більшою мірою, ніж менш підготовлений. Ці резерви зберігають своє значення і при дуже великих величинах МСК, однак на цьому стані найбільш характерною ознакою є мобілізація резервів ефективності, що веде до подальшого вдосконалення аеробних можливостей, підвищення їх ККД.