Функционально-энергетические аспекты асан
3.4.1. Энергетический обмен организма человека
Каждый организм обменивается энергией с окружающей средой. Количество получаемой энергии за большие промежутки времени равно количеству отдаваемой энергии (действие закона сохранения энергии), но для актуального энергообмена необходимо еще учитывать накопленную внутреннюю энергию. Поглощается исключительно энергия химических связей в продуктах питания и кислороде (в незначительном объеме также тепло), отдается наряду с химической энергией (продукты распада, углекислый газ) прежде всего тепловая и механическая энергия (рис.4). Механическая энергия производится исключительно работой мышц, так что при полном мышечном покое имеет место так называемый основной обмен. Этот постоянно имеющий место основной энергетический обмен обеспечивает преимущественно промежуточный обмен веществ и функциональную вегетативную активность (работа сердца, легких, кишечника и т.д.).
Рост энергообмена, обусловленный деятельностью скелетной мускулатуры и одновременным повышением дыхательной и сердечной деятельности, называется энергетической рабочей прибавкой.
Деятельность скелетной мускулатуры таким образом в известной степени модулирует суммарный обмен. Для определения основного обмена должны быть предусмотрены так называемые стандартные условия.
Величины энергообмена на протяжении дня периодически колеблется, что зависит от климатических условий и влияний со стороны пищеварения (специфическое динамическое действие пищи). Поэтому в качестве стандартных условий наряду с полной двигательной релаксацией требуются еще, чтобы прошло 12 ч после последнего приема пищи, плюс к тому некоторое сравнимое время дня, а также комфортная температура окружающей среды.
Суммарная энергия обмена вследствие окислительного характера реакций обмена веществ пропорциональна количеству поглощенного кислорода. Измерение потребления кислорода дает, следовательно, прямую единицу измерения энергообмена. Поэтому иногда вместо единицы измерения энергии (кДж или ккал) используют также количество потребляемого кислорода за единицу времени (VО2).
Однако это будет справедливо лишь при том условии, что известны вид и состав сгоревших субстратов. Высвобождение энергии при окислительном промежуточном обмене веществ можно выразить в общем виде следующим балансовым уравнением:
где A - субстрат, подлежащий сжиганию, n - его масса и ΔН - высвободившаяся энергия. Чтобы по nO2 сделать заключение о ΔН, должен быть известен вид субстрата, поскольку различные субстраты ( А ) имеют калорические эквиваленты кислорода (KЭ) разной величины. KЭ - это количество энергии, высвобождающееся при сжигании данного субстрата на литр кислорода:
KЭ, помноженный на количество поглощенного кислорода, прямо дает высвободившуюся энергию. При точно известном KЭ можно было бы установить величины энергообмена из уровня потребления кислорода. Но практически определить KЭ у человека невозможно, кроме того, всегда сжигается одновременно множество различных субстратов. Поэтому при такой непрямой калориметрии принимается только средний KЭ. Его получают из таблиц, в которых такие KЭ соотносятся к соответствующим дыхательным коофициентам (ДК). ДК определяется как отношение масс образовавшегося диоксида углерода к поглощенному кислороду:
Таким образом, измерив количества поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа, можно рассчитать ДК и по таблицам соотнести его с тем или иным KЭ, ибо ДК также зависит от вида субстрата, как и KЭ.
Если в качестве единицы измерения энергообмена используется поглощение кислорода, то это допустимо только в сравнимых экспериментах при условии, что ДК не меняется. В реферируемых здесь работах это последнее условие выполнялось (также и в 5.3.2.), за исключением исследований Mukerji и Spiegelhoff (1971).
Рис.4. Энергообмен человеческого организма. (E< - приток энергии, E> - выделение энергии, Eх - энергия химических связей, выделяемая при распаде веществ, Eм - механическая энергия (производимая мускулатурой), Em - тепловая энергия, Eо - энергия, накопленная в органических структурах и энергетических субстанциях).
Нормальные значения основного энергообмена для среднего европейца при весе 70 кг (по Ulmer 1981):
для женщин: 6300 кДж/д ( =1500 ккал/д) или 215 мл О2/мин
для мужчин: 7100 кДж/д ( =1700 ккал/д) или 245 мл О2/мин
Как будет показано в разделе 3.5., удержание каждой асаны требует некоторого минимального мышечного усилия. Этому усилию пропорциональна некоторая энергетическая рабочая прибавка, которую соответственно следует прибавить к основному энгергообмену.
На сегодня имеется очень мало данных о динамике энергобмена при исполнении асан. Единственная биомеханически стабильная поза, шавасана, была исследована Dhanaraj (1974) в сравнении с энергообменом при медитации и положении покоя у нескольких испытуемых. При шавасане обнаруживается снижение обмена на 10,3% по сравнению с основным обменом, что указывает на полное мышечное расслабление (см. 5.3.2.).
Все другие асаны ведут к повышению энергообмена, чего и следует ожидать, исходя из биомеханической ситуации. При этом сравнение стойки на голове с положением лежа показывает (Rao 1962, Gaertner и др. 1965), что в первом случае обмен примерно в 1,5 раза выше, чем в положении лежа (табл.8).
Таблица 8.Сравнение поглощения кислорода (VO2 в мл/мин) при стойке на голове с положениями лежа и стоя. (При постоянном ДК эти значения отражают величину энергообмена)
| Исcледователи | Кол-во испытуемых | Прирост | Лежа на спине | Стоя | В cтойке на голове |
| [%] | |||||
| Rao 1962 | V | ||||
| - | 14,2 | ||||
| Gaertner и др. 1965 | V | - | |||
| - | - | ||||
| Mukerji, Spiegelhoff 1971 | V | - | |||
| - | - |
Таблица 9. Поглощение кислорода (VO2) при некоторых асанах у одного испытуемого, практикующего йогу (по Mukerji, Spiegelhoff 1971), а также у группы испытуемых (28 чел.) (по Blochin, Shanmugam 1973, нижняя часть таблицы)
| Асана | VО2 [мл/мин] | Прирост [%] |
| Покой | - | |
| Йоганидрасана | ||
| Матсиасана | ||
| Ардхаматсиендрасана | ||
| Вокасана | ||
| Паванамуктасана | ||
| Бхуджангасана | ||
| Сиршасана | ||
| Кукутасана | ||
| Уддияна-бандха | ||
| Покой стоя | - | |
| Халасана | ||
| Сарвангасана | ||
| Чакрасана | ||
| Сиршасана | ||
Mukerji и Spiegelhoff (1971), а также Blochin и Shanmugam (1973) исследовали некоторые асаны у практикующих йогу. В табл. 9 представлены полученные при этом результаты, причем асаны отсортированы по величине энергообмена, а значит, по степени мышечного напряжения, необходимого для исполнения асаны.
Энергообмен при длительных спортивных нагрузках может превосходить основной обмен в 16 раз. Данные, полученные при исполнении йогических асан, показывают, что при практике йоги, напротив, затрачиваются сравнительно небольшие усилия ввиду того, что максимально энергообмен здесь лишь вдвое превышает основной обмен. Поскольку у мастеров йоги при исполнении асан обмен возрастает в меньшей степени, чем у непрактикующих, то «овладение» асаной состоит, по-видимому, в более экономном задействовании мускулатуры.
3.4.2. Адаптация кровообращения и дыхания к уровню энергообмена
Всякое изменение энергообмена в организме должно обеспечиваться транспортными системами кровообращения и дыхания, поскольку для аэробного обмена веществ справедливы следующие соотношения:
т.е. количество преобразованной в единицу времени энергии (dE/dt) пропорционально потреблению кислорода за это же время (dVо2 /dt) и протекающему за это время по системе кровообращения объему крови (dVкрови/dt). Для последнего в качестве стандартной единицы применяется минутный объем сердца (МОС).
Изменение МОС означает более быстрое наполнение легких и требует в свою очередь повышения альвеолярной вентиляции легких. Можно было бы сказать и так: кровообращение и дыхание делают то, чего хочет обмен веществ. Впрочем это не всегда справедливо , так как обе системы обеспечивают также и иные функции (терморегуляция, транспорт веществ, водообмен, речь и т.д.)
Кровообращение
Количественной характеристикой мощности кровобращения является минутный объем сердца (МОС), составляющий в состоянии покоя около 5 л/мин. Поскольку измерять его достаточно сложно и при изменении мощности кровообращения ударный объем сердца меняется незначительно, то для простоты чаще регистрируется частота сердечных сокращений (ЧСС). Она пропорциональна МОС и может изменятся под влиянием симпатических или блуждающего нервов. Однако не всегда только энергообмен обусловливает изменение частоты сердечных сокращений, за это могут быть ответственны и другие влияния на блуждающие и симпатические нервы (изменение смеси дыхательных газов, обмен веществ, стресс и др.). Поэтому изменение ЧСС можно принять в качестве единицы измерения энергообмена только при строгом учете соответствующих пограничных условий. Поскольку движущей силой кровотока является разница артериального и венозного давлений, то второй причиной повышения МОС будет повышение артериального давления. Диастолическое давление при этом меняется мало, так как благодаря расслаблению мышечных волокон стенок конечных магистральных сосудов падает общее периферическое сопротивление (ОПС), то есть тонус стенок сосудов, и прирост ОПС компенсируется общей симпатической активацией остальных сосудов. Таким образом, повышается преимущественно артериальное систолическое давление, вместе с ним и среднединамическое давление, а также амплитуда кровяного давления или пульсовое давление. (Под амплитудой кровяного давления в клинической медицине понимается разница между величинами систолического и диастолического артериального давления. Содержание этого понятия не совпадает с математическим понятием амплитуды !). Таким образом, повышение минутного объема сердца, вызванного ростом энергообмена, находит свое выражение в росте ЧСС, систолического и, соответственно, среднединамического артериального давления.
В табл. 10 даны частоты сердечных сокращений при исполнении различных асан. При каждой асане происходит небольшое повышение ЧСС, которое соответствует адаптации кровообращения к легкой нагрузке. Ее значения теоретически должны быть пропорциональны значениям энергообмена, данным в той же последовательности в разделе 3.4.1. В том факте, что это не так, отражается индивидуально различное усилие соответственно разному уровню адаптации. В рамках таких небольших различий эти отклонения не должны вызывать недоумения, к тому же речь идет о малом числе испытуемых. Более представительные статистические данные по этому вопросу пока отсутствуют.
Рост артериального давления, отмеченный при некоторых асанах (табл.7), не указывает на какое-либо существенное изменение пульсового давления (амплитуды артериального давления). В отдельных случаях при стойке на голове отмечается даже его снижение (Rao 1963, Kuvalayananda 1926). Вследствие этого одновременное повышение систолического и диастолического давления можно свести исключительно к влиянию асан на гидростатическое давление (см.раздел 5.2.). Только в работе Gaertner"а, в которой изучалась 50-минутная сиршасана, сообщается о возрастании пульсового давления (Gaertner и др. 1965). Таким образом, результаты адаптации кровообращения к повышенному энергообмену преимущественно столь незначительны, что кроме отчетливого прироста ЧСС каких-либо более существенных изменений кровяного давления не наступает.
Таблица 10.Частота сердечных сокращений при некоторых асанах. [По-видимому, средние значения 14 испытуемых; по Gopal, цит. по: Funderburk (1977), число испытуемых не приводится].
| Асана | ЧСС [мин-1] |
| Шавасана | |
| Йога-мудра | |
| Випаритакарани | |
| Сарвангасана | |
| Сиддхасана | |
| Сиршасана | |
| Ардхаматсиендрасана |
Дыхание
Адекватная характеристика мощности дыхания может быть дана посредством минутного объема дыхания (МОД) - количества воздуха, потребленного за 1 мин. Обычно он составляет 7 л/мин. МОД определяется через дыхательный объем (500мл) и частоту дыхания (14/мин). Эти значения справедливы для состояния покоя человека весом в 70 кг. Если дыхательный объем не изменяется, что при нормальных условиях едва ли возможно, частота дыхания (ЧД) могла бы служить для характеристики дыхания (ср.табл. 14). Таблица 11 (по Rao 1968) дает МОД, ЧД и ДО при стойке на голове в сравнении с положением лежа и стоя. В частности, по росту МОД заметна адаптация дыхания к повышению энергетических затрат. В табл. 12 ряд асан дан по возрастанию величины ЧД. Дыхательный объем измерялся здесь по расширению грудной клетки в см, и поэтому не может использоваться для количественной оценки МОД, а дает только относительную качественную оценку.
Таблица 11. Частота дыхания (ЧД), дыхательный объем (ДО) и минутный объем дыхания (МОД) соответственно после 5-минутного положения стоя и 5-минутной стойки на голове в сравнении с положением лежа на спине; средние значения 6 испытуемых (по: Rao 1968)
| Параметр | Лежа перед асаной | Стоя | Стойка на голове | Лежа после асаны |
| ЧД [мин-1] | 16,3 | 17,8 | 17,5 | 17,7 |
| ДО [мл] | ||||
| МОД [л/мин] | 8,0 | 10,1 | 12,8 | 9,1 |
Полученные Dhanaraj (1974) и Wenger (1961) частоты дыхания при шавасане в сравнении с медитацией (см.гл.5), естественно, не обнаруживают адаптации к энергетическим затратам.
К оценке параметров дыхания необходимо подходить еще более осторожно, чем при оценке кровообращения, так как многие асаны вызывают сильные деформации грудной клетки, которые через проприоцептивную регуляцию могут воздействовать также и на форму дыхания (см. гл.4). Систематические исследования по данному вопросу до сих пор не проводились. Здесь следует еще раз обратить внимание на весьма примечательное высказывание учителей йоги о дыхании во время асан: дыхание должно быть спокойным и расслабленным - равномерное дыхание соответствует равномерному течению мыслей.
Таблица 12. Частоты дыхания (ЧД) при выполнении различных асан у групп практикующих (I) и непрактикующих (II), йогу, численность которых Funderburk к сожалению не сообщает (по Gopal, цит. по Funderburk 1977)