Кислород транспортная система

Большинство физиологических особенностей при плавании обусловлено реакцией организма на пребывание в воде (водную иммерсию), горизонтальное положение тела, давление окружающей среды на тело и преимущественную работу верхними конечностями.

Рис. 81. Общая емкость легких (ОЕЛ), резервный объем вдоха (РОВД), резервный объем выдоха (РОВЫД) и резервный (остаточный) объем (РО) при беге и плавании у 3 испытуемых

Для пловцов характерна большая ЖЕЛ: у мужчин-пловцов высокого класса - 5-6,5 л, у женщин - 4-4,5 л, что в среднем на 10-20% больше, чем у людей того же возраста и пола, не занимающихся плаванием. Сила дыхательных мышц и емкость легких у пловцов, определяемые количеством воздуха, выдыхаемого за первую секунду форсированного выдоха, также на 8-15% больше обычных величин.

Давление воды и ее выталкивающая сила обусловливают определенные приспособительные особенности дыхания. Статические размеры легких при погружении тела в воду (без опускания головы) несколько уменьшаются. ЖЕЛ в воде снижается примерно на 8-10%. Частично (около 3%) это связано с увеличением объема крови в грудной клетке (т. е. центрального объема крови) и в некоторой мере (5-7%) с напряжением дыхательной мускулатуры, противодействующей гидростатическому давлению воды. При плавании ЖЕЛ уменьшается также за счет горизонтального положения тела. Функциональная остаточная емкость становится лишь на 0,5-1,1 л больше остаточного объема.

В отличие от дыхания в воздушной среде в воде дыхательный объем увеличивается исключительно за счет использования резервного объема вдоха - РОВд (рис. 81). Резервный объем выдоха (РОВыд) уменьшается до 1 л (в условиях воздушной среды до 2,5 л). Уровень спокойного дыхания смещается в сторону остаточного объема, уменьшая функциональную остаточную емкость. В результате во время дыхания в воде состав альвеолярного воздуха изменяется очень значительно при каждом дыхательном цикле. Альвеолярная вентиляция при максимальном аэробном плавании (потребление О2 на уровне МПК) выше, чем при максимальной аэробной работе на суше.

Сопротивление току воздуха в дыхательных путях при водной иммерсии в условиях покоя и во время активного плавания возрастает более чем на 50% и требует увеличения активности дыхательных мышц. При плавании кролем дополнительное количество кислорода на каждый литр вдыхаемого воздуха достигает 1,3-2,8 мл.

Дыхание во время плавания синхронизируется с плавательными (гребковыми) циклами: длительность фазы вдоха уменьшается, а выдох удлиняется и обычно производится под водой (за исключением брасса и плавания на спине), т. е. против большего сопротивления, чем в воздушной среде, - дополнительно примерно на 50-100 мм вод. ст.

Во время плавания с субмаксимальным потреблением О2 легочная вентиляция, дыхательный коэффициент, парциальное напряжение и процент насыщения артериальной крови кислородом связаны с потреблением О2 примерно так же, как и при беге на тредбане или при работе на велоэргометре.

Легочная вентиляция и число гребков в минуту являются линейными функциями скорости плавания, хотя у разных людей имеются довольно значительные вариации в положении и наклоне линий связи между этими переменными. Дыхательный объем в 2-3 л отмечается при частоте гребков 42-73 в минуту. Максимальная легочная вентиляция варьирует от 118 л/мин (ВТР8) у специализирующихся в кроле, брассе и дельфине до 159 л/мин у плавающих на спине. При плавании на спине частота дыхания доходит до 64 циклов в минуту (примерно два цикла приходится на полный гребковый цикл), а при других способах плавания - до 40.

Вентиляционный эквивалент О2 при максимальном аэробном плавании ниже, чем при аналогичной наземной работе. Причины такой относительной гиповентиляции - особые механические условия: давление воды на грудную клетку, затрудняющее дыхательные экскурсии, зависимость дыхания от ритма плавания (частоты греб-ковых движений). При одинаковом уровне потребления О2 легочная вентиляция в плавании кролем обычно на 30% меньше, чем в беге или в плавании на спине. Средние величины легочной вентиляции при максимальном аэробном плавании также ниже, чем при максимальном аэробном беге (на уровне "земного" МПК). Частота дыхания в плавании ниже, чем в беге.

Несмотря на относительную гиповентиляцию, парциальное напряжение и содержание О2 в артериальной крови при плавании примерно такие же, как и при наземной мышечной деятельности. Хотя альвеолярно-артериальный О2-градиент при максимальном аэробном плавании ниже, чем при максимальном аэробном беге, насыщение артериальной крови кислородом составляет около 91 %, т. е. такое же.

Таким образом, легочная вентиляция даже во время максимального аэробного плавания достаточна, чтобы насытить артериальную кровь кислородом до такой же степени, что и во время бега. Следовательно, внешнее дыхание, как и на суше, не ограничивает МПК. Более низкое МПК при плавании, чем при наземной локомоции, не связано с относительно сниженной вентиляцией.

Сердечно-сосудистая система

Сердечный выброс во время плавания увеличивается почти линейно с ростом потребления О2 (скорости плавания), и при одинаковом субмаксимальном потреблении О2 он примерно такой же, как и при беге или работе на велоэргометре (рис. 82).

Максимальный сердечный выброс у тренированных пловцов во время плавания такой же, как при беге, а у нетренированных пловцов может быть на 25% ниже.

Частота сердечных сокращений во время плавания возрастает линейно с увеличением потребления О2 (скорости плавания); она обычно несколько ниже, чем при беге или работе на велоэргометре с таким же уровнем потребления О2. Это необходимо учитывать, когда ЧСС используется как показатель нагрузки. Снижение температуры воды уменьшает ЧСС, что компенсируется увеличением систолического объема.

Максимальная ЧСС при плавании также меньше, чем при беге, в среднем на 10-15 уд/мин. У мужчин она составляет в беге около .200 уд/мин, а в плавании - около 185 уд/мин, у женщин соответственно около 200 и 190 уд/мин.

Рис. 82. Гемодинамические показатели при плавании (светлые символы) и беге (темные символы) с разной скоростью у 5 испытуемых

Как и во время работы на суше, во время плавания с одинаковой относительной аэробной нагрузкой (с равным % МПК) ЧСС у тренированных и нетренированных пловцов в среднем одинакова.

Систолический объем растет при переходе от покоя к легкой работе и далее увеличивается с ростом мощности работы (скорости потребления О2). При относительно небольших аэробных нагрузках он^достигает определенного уровня, а затем, несмотря на увеличение нагрузки (скорости плавания), вплоть до максимальной, остается неизменным или лишь слегка увеличивается (см. рис. 82).

Горизонтальное положение тела создает благоприятные условия для усиленного венозного возврата и соответственно для большого заполнения сердца во время диастолы. Поэтому при одинаковом субмаксимальном уровне потребления О2 систолический объем во время плавания больше, чем во время работы на велоэргометре, что соответственно ведет к снижению ЧСС во время плавания.

При максимальной аэробной нагрузке в плавании достигается наибольший для данного человека систолический объем. У тренированных пловцов он такой, же, как и при беге, а- у нетренированных- ниже, чем при беге. Как и у представителей других видов спорта, требующих проявления выносливости, систолический объем у пловцов в значительной мере определяется объемом (дилятацией) полостей сердца.

Системная АВР-О2 при субмаксимальном уровне потребления О2 примерно одинакова в плавании и в беге, а при максимальном аэробном плавании несколько меньше по сравнению с максимальным аэробным бегом (соответственно около 15- и 16%).

Содержание О2 в артериальной крови примерно одинаково во время плавания и бега. Максимальная экстракция О2 работающими мышцами из крови также одинакова: минимальное содержание О2 в крови бедренной вены в обоих случаях составляет около 2 об%. Следовательно, различие в максимальной системной АВР-О2 отражает, по-видимому, особое распределение кровотока при плавании с увеличением кровоснабжения "неактивных" органов и тканей тела.

Поскольку максимальная АВР-О2 при плавании и беге почти одинакова, сниженное при плавании МПК почти целиком объясняется уменьшенным в воде максимальным сердечным выбросом (из-за снижения максимальной ЧСС). Однако квалифицированные пловцы способны увеличивать свой систолический объем во время плавания, компенсируя сниженную ЧСС и поддерживая. максимальный сердечный выброс. В значительной мере механизм этого эффекта в усиленном венозном возврате за счет эффективного действия мышечного "насоса". У неквалифицированных пловцов этот механизм недостаточно развит.

Среднее артериальное давление при субмакси-мальной и максимальной нагрузках в плавании больше, чем в беге, обычно на 10-20%. Это может быть результатом повышенного внешнего (гидростатического.) давления .на тело и увеличения периферического сосудистого сопротивления кровотоку из-за сужения кожных кровеносных сосудов вследствие низкой кожной температуры (26-28°). Определенную роль играет также количество участвующей в работе мышечной массы. Известно, что сокращение небольших групп мышц вызывает более высокий подъем кровяного давления, чем напряжение больших'мышечных групп.

При вертикальном положении тела на суше перфузионное давление в сосудах работающих ног повышено за счет гидростатического давления столба крови. Поэтому перфузия крови при беге облегчена по сравнению с горизонтальным положением тела при плавании. Однако повышенное АД во время плавания может вызвать усиление перфузии крови через сосуды работающих мышц, создавая благоприятные условия для снабжения их кислородом.