Исследование диффузной способности легких

Для оценки второго этапа функции внешнего дыхания - газо-" обмена 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 и 0,02-0,03% углекислого газа.

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

Аппараты закрытого типа - спирографы. Испытуемый вдыхает воздух из аппарата и выдыхает его туда же, т. е. дыхательные пути и аппарат составляет 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 Холдена) позволяет определить процент поглощения кислорода и выделения углекис­лого газа.

Используя специальные таблицы, рассчитывают утилизацию кислорода в легких, выделение углекислого газа, дыхательный ко­эффициент, основной обмен.

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, т. е. количество газов, диффундирующих 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.

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, т. е. вдыханием кислорода или гипербарических смесей - «дыха­тельный резерв».

В условиях физической нагрузки в результате понижения рН и увеличения температуры крови кривая диссоциации оксигемогло-бина смещается вправо. Таким образом, сохраняется адекватный градиент кислорода и увеличивается десатурация оксигемоглоби-на при данном парциальном давлении кислорода (МИсЬеП ег а1., 1958).

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

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

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

Потребление кислорода и кислородный долг. В состоянии покоя средний расход энергии человека составляет примерно 1,25 ккал/мин, т. е. 250 мл кислорода в минуту. Эта величина варьиру­ет 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 (Р.В. 51игк1е, 1981). Работа дыхательной мускулатуры и за­траты 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. Наблю­дения показывают, что эластичность меняется также в связи с кро­венаполнением легких, тренировка увеличивает число капилляров в легких, не отражаясь заметно на альвеолярной ткани (Л. Мта-гоу]'есЬ, 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 люди 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) увеличенное потребление кислорода мышцей сердца и дыха­тельной мускулатурой (до восстановления исходной частоты пуль­са и дыхания);

3) увеличенное потребление кислорода тканями в зависимости от временного повышения температуры и содержания в них кате-холаминов;

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, т. е. 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-й минуте восстановительного периода. Наличие молочной кислоты снижает рН крови. После выполнения тяжелых нагрузок наблюдаются снижение рН до 7,0.

У людей 20-40 лет со средней физической подготовленностью она колеблется в пределах от 11 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 цели транс-

15—247

портом электронов в митохондриях (К. Шаззегтап, В. ШЫрр, 1975).

Если аэробная деструкция субстрата лимитируется одним или несколькими из этих факторов, 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 ПАНО (аэробный порог) без существенного дальнейшего прироста молочной кислоты.

ПАНО (анаэробный порог) обозначается как начало заметного отклонения концентрации молочной кислоты, показателей внеш­него дыхания, кислотноосновного состояния (ЧСС) крови, свиде­тельствующих о коренной перестройке регуляторных функций.»и энергообеспечения мышечной деятельности.

Исследования изменений биохимических и газометрических показателей у спортсменов во время ступенеобразно повышающей­ся нагрузки (Р\УС₁₇₀, тредбан и др.) выделяют три фазы (табл. 16.1).

В таблице показаны трехфазный характер изменений концент-эации молочной кислоты, доминирующие источники энергии и рек-)утированные мышечные волокна в каждой фазе 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% от МПК и ЧСС до 150-170 уд/мин потребление кислорода иЧСС продолжа­ют линейно расти, увеличивается вентиляция легких. Эту фазу можно обозначить как период изокапнического буферирования с достаточно эффективной респираторной конденсацией.

В третьей фазе, при дальнейшем возрастании мощности нагруз­ки (65-85% от МПК), начинается усиленное выделение молочной кислоты, концентрация ее в среднем превышает 4 ммоль/л, что приводит к заметному снижению рН крови и концентрации гидро-генкарбонатных 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 -55-60%, у спортсменов экстракласса, тренирующихся в цикличес­ких видах спорта (марафонский бег, лыжные гонки и др.), - около 70% от максимума потребления кислорода (С.С. ШПИатз е! а1., 1967). Практически это означает, что спортсмен, имеющий более высокий ПАН0₂, 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. 16.2 подведены средние значения параметров ПАНО) и ПАН0₂ у нетренированных людей и спортсменов.

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. 16.3).

Показатели КОС у бегунов-стайеров в состоянии покоя и во время бега на тредмилле, рН крови находятся в тесной связи с био­химическими процессами. Параметры КОС можно рассматривать

как показатели функционального состояния кардиореспираторной системы, возможностей организма спортсмена к адаптации при физических нагрузках.

Сдвиги показателей гомеостаза зависят от типа энергообеспе­чения работы. Наиболее значительными они бывают при анаэроб­ных реакциях.

Определение удельного веса аэробных и анаэробных процессов в энергетическом обмене имеет большое значение для управления тренировочным процессом.